کروماتوگرافی مایع یکی از مهمترین تکنیکهای جداسازی و تجزیه و تحلیل ترکیبات شیمیایی در علم شیمی و علوم مرتبط است. در کروماتوگرافی مایع، نمونه حاوی ترکیبات مختلف به یک جریان مایع تزریق میشود که از یک مرحله متحرک و یک مرحله ثابت تشکیل شده است. این دو مرحله با توجه به تفاوت‌های جذبی که به ترکیبات اختصاص می‌یابد، باعث جداسازی و آنالیز ترکیبات مختلف می‌شوند. مهمترین دسته از کروماتوگرافی مایع که در صنعت به کار می روند، روش های کروماتوگرافی مایع با کاربرد بالا (HPLC) است. تفاوت LC و HPLC تنها در این است که در HPLC از پمپ های قوی استفاده می شود و مبانی این دو روش یکسان است.
در این مقاله کاربردهای روش های کروماتگرافی مایع در حوزه صنایع غذایی همچون ایزولاسیون، آنالیز کربوهیدرات ها، آنالیز اسیدهای آلی، آنالیز ویتامین ها، آنالیز افزودنی های غذایی و شناسایی آلاینده های غذایی به صورت مختصر شرح داده شده اند.
صنایع غذایی یکی از بزرگترین و مهمترین بخش‌های اقتصادی در سراسر جهان است که به تولید، فرآوری، بسته بندی، توزیع و عرضه محصولات غذایی به مصرف کنندگان می‌پردازد. این صنعت نقش بسیار حیاتی در تأمین نیازهای غذایی جامعه ایفا می‌کند و از نظر اقتصادی، اشتغال، تجارت و امنیت غذایی اهمیت بسیاری دارد. در ادامه، به برخی جوانب مهم درباره صنایع غذایی اشاره خواهیم کرد:
- تولید و فرآوری: صنعت غذایی از تولید مستقیم محصولات کشاورزی گرفته تا فرآوری آنها به محصولات غذایی مختلف، از جمله لبنیات، غلات فرآوری شده، گوشت و ماهی و... پرداخته و از این طریق ارزش افزوده زیادی به محصولات اولیه اضافه می‌کند.
- تغذیه و سلامت: تولید محصولات غذایی با کیفیت و متناسب با نیازهای تغذیه ای افراد، نقش بسیار مهمی در حفظ سلامتی و بهبود کیفیت زندگی دارد. صنعت غذایی در تولید مواد غذایی غنی از ویتامین‌ها، مواد معدنی و ترکیبات ضروری دیگر نقش دارد.
- مسائل محیطی و پایداری: صنعت غذایی به دلیل استفاده از منابع آب، خاک و انرژی، باید به مسائل محیطی و پایداری توجه داشته باشد. تلاش‌هایی برای کاهش تلفات غذا، مدیریت پسماندها و استفاده بهینه از منابع مختلف در این صنعت اهمیت دارد. به طور کلی، صنایع غذایی با توجه به نیازهای اساسی انسانی و تنوع فرآیندها و محصولات، به عنوان یک بخش حیاتی و پویا در اقتصاد جهانی و جامعه‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند.
یکی از مهمترین کاربردهای کروماتوگرافی در صنعت غذا فرآیند ایزولاسیون است. ولی ایزولاسیون چیست؟
ایزولاسیون به معنای جدا کردن یک ترکیب یا یک ماده خاص از مواد دیگری است که در یک مخلوط یا محیط مختلف وجود دارند. این فرآیند به منظور تمیز کردن، تحلیل، شناسایی، کمیت‌گیری یا مصرف ترکیب مورد نظر از مخلوط یا محیطی که مواد دیگری نیز در آن وجود دارند، انجام میشود. ایزولاسیون ممکن است با استفاده از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی یا ترکیبی انجام شود. به صورت کلی برخی از روش‌های معمول ایزولاسیون عبارتند از:
- استخراج: این روش به استفاده از حلال‌ها یا مواد شیمیایی خاص برای جدا کردن ترکیب مورد نظر از مواد دیگر در مخلوط‌ها می‌پردازد. به طور مثال، استخراج با استفاده از آب، الکل، اترها و... جهت جداسازی ترکیبات مختلف به کار می‌رود.
- کروماتوگرافی: این فرآیند بر اساس تفاوت‌های جذب و حرکت مواد در یک محیط جریانی است. با استفاده از کروماتوگرافی، ترکیبات مختلف در مخلوط جدا شده و با توجه به نسبت زمان واقعی یا حجم جریانی که برای جداسازی نیاز است، شناسایی می‌شوند.
- کریستال‌شناسی: این روش به دست آوردن کریستال‌های خالص از یک ترکیب با استفاده از تغییر دما یا ترکیب‌های شیمیایی مخصوص اشاره دارد. کریستال‌ها ممکن است به عنوان تفکیک کننده‌ها یا مواد اولیه برای تجزیه و تحلیل ترکیبات استفاده شوند.
- فیلتراسیون: این روش با استفاده از فیلترها یا غشاء ها برای جداسازی جامدات یا مایعات از یک مخلوط به کار می‌رود.
که ما در اینجا در مورد صنایع غذایی مختلف, نحوه و کاربرد آنالیز آنها با استفاده از روش دوم (کروماتوگرافی) سروکار داریم .
کاربرد کروماتوگرافی در آنالیز کربوهیدرات
استفاده از کروماتوگرافی برای آنالیز کربوهیدرات دارای دلایل متعددی است که از جمله مهمترین آنها عبارتند از:
جداسازی دقیق: کروماتوگرافی به عنوان یک تکنیک جداسازی قدرتمند عمل می‌کند. کربوهیدرات‌ها معمولاً با سایر ترکیبات در نمونه‌های پیچیده ترکیب شده‌اند، و با استفاده از کروماتوگرافی می‌توان آنها را از ترکیبات دیگر جدا کرده و به صورت تمیز کربوهیدرات‌ها را تجزیه وتحلیل کرد.
تفکیک ترکیبات پیچیده: نمونه‌های غذایی، گیاهی، دارویی و سایر محصولات طبیعی معمولاً حاوی ترکیبات پیچیده‌ای هستند. از طریق کروماتوگرافی، می‌توان ترکیبات مختلف را از یکدیگر تفکیک کرده و به شکل کمیتی و کیفیتی آنها را تحلیل کرد.
انتخاب‌پذیری مختلف: با استفاده از ستون‌های کروماتوگرافی با ویژگی‌های مختلف، می‌توان ترکیبات کربوهیدرات‌ها را بر اساس ویژگی‌های خاصی مانند اندازه مولکولی، پایداری و خواص شیمیایی مشخص جدا کرد.
تعیین کمیت دقیق: با توجه به اینکه کروماتوگرافی دارای دقت بالایی است، می‌توان به صورت دقیق مقدار کربوهیدرات‌ها در نمونه‌ها را تعیین کرد که برای کنترل کیفیت محصولات و تحقیقات علمی اهمیت دارد.
زمان و سرعت: با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژی و بهبود ستون‌ها و تجهیزات کروماتوگرافی، زمان تجزیه و تحلیل نمونه‌ها به طور چشمگیری کاهش یافته است. این امر به محققان کمک می‌کند به صورت سریع‌تر و کارآمدتر نمونه‌ها را آنالیز کنند.
نحوه انجام کروماتوگرافی در آنالیز کربوهیدرات
- تهیه نمونه: نمونه حاوی کربوهیدرات‌ها به منظور تجزیه و تحلیل به دست می‌آید. این مرحله شامل آماده‌سازی و ایجاد محلول نمونه است.
- پرهزینه سازی ستون: در این مرحله، نمونه به ستونی انتقال داده میشود که دارای جامدات جاذب و یک فاز مایع دارد. کربوهیدرات‌ها و دیگر ترکیبات در نمونه با فاز مایع در تعامل هستند و جدا می‌شوند.
- الوت: در این مرحله، با تزریق حلال به ستون، ترکیبات مختلف از جاذب جدا می‌شوند. ترکیبات کمتر جاذب می‌شوند و با سرعت بیشتر از ستون عبور می‌کنند.
- تشدید: در این مرحله، با افزایش ترکیبات حلال به طور تدریجی، ترکیبات مختلف به ترتیب افزایشی زمان به عنوان پیک هایی در نمودار خارجی ظاهر می شوند.
- شناسایی و کمیت‌گیری: ترکیبات کربوهیدرات با توجه به زمان‌های خروجی و توان انتشار در نمودار شناسایی و کمیت‌گیری می‌شوند. برای کمیت‌گیری، از استانداردهای معروف استفاده میشود.
شمایل دستگاه HPLC در شکل زیر نشان داده شده است.
آنالیز اسید های آلی
آنالیز اسیدهای آلی، بو دهنده‌ها و طعم دهنده‌های دارویی به منظور شناسایی، کمیت‌گیری، کنترل کیفیت و اطمینان از ارتباط میان ویژگی‌های حسی و ترکیبات شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تجزیه وتحلیل‌ها در صنعت داروسازی، تحقیقات علمی و کنترل کیفیت داروها بسیار مهم هستند. در زیر به برخی از روش‌های معمول برای آنالیز اسیدهای آلی، بو دهنده‌ها و طعم دهنده‌های دارویی اشاره می‌کنم:
- کروماتوگرافی گازی (GC) این روش برای آنالیز ترکیباتی که به شکل گاز در دما و فشار مناسب تبخیر می شوند مانند اسید های آلی , بو دهنده و طعم دهنده مفید است. در این روش نمونه با استفاده از یک حامل گازی به ستون کروماتوگرافی تزریق می شود و ترکیبات با توجه به ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خود در طول ستون جدا می شوند.
- کروماتوگرافی مایع: این تکنیک به شناسایی و تجزیه و تحلیل ترکیبات در محلول های مایع کمک می کند. در آنالیز بو دهنده ها و طعم دهنده ها این تکنیک معمولا با استفاده از ستون های کروماتوگرافی خاص، دیتکتور های حسی یا دیتکتور های شیمیایی انجام می شود.
آنالیز ویتامین ها
ویتامین‌ها گروهی از ترکیبات آلی هستند که در کمترین مقادیر در رژیم غذایی انسان لازم هستند و در عملکردهای متعددی در بدن شرکت دارند. برای آنالیز ویتامین‌ها از روش‌های مختلف شیمیایی و بیوشیمیایی استفاده میشود.
در زیر، لیستی از ویتامین‌ها به همراه روش‌های آنالیز شیمیایی تعدادی از آنها آمده است :
- روش انجام آنالیز ویتامین A: کروماتوگرافی HPLC
- روش انجام آنالیز ویتامین D: کروماتوگرافی گازی و مایع
- روش انجام آنالیز ویتامین E: کروماتوگرافی گازی و مایع
- روش انجام آنالیز ویتامین K: کروماتوگرافی HPLC
- روش انجام آنالیز ویتامین C: کروماتوگرافی HPLC
- روش انجام آنالیز ویتامین B: کروماتوگرافی HPLC
آنالیز افزودنی های غذایی
آنالیز افزودنی‌های غذایی برای کنترل کیفیت و اطمینان از ایمنی محصولات غذایی بسیار اهمیت دارد. افزودنی‌های غذایی شامل موادی می‌شوند که به محصولات غذایی اضافه می‌شوند تا خواص خاصی مثل رنگ، طعم، بافت، حفظ طولانی مدت و ... را به آنها بدهند. برای آنالیز افزودنی‌های غذایی از روش‌های مختلف شیمیایی، آزمایشگاهی و دستگاه‌های تخصصی استفاده میشود. به دلیل تنوع افزودنی‌ها، روش‌های مختلفی برای آنالیز آنها وجود دارد , به عنوان مثال : رنگ دهنده ها , بو دهنده ها , طعم دهنده ها , مواد حفظ کننده , مواد ضد اکسیداسیون , آنتی اکسیدان ها , مواد حفظ کننده بافت و .... همگی با استفاده از کروماتوگرافی مایع , کروماتوگرافی گازی و طیف سنجی مادون قرمز قابل آنالیز و شناسایی هستند.
شناسایی آلاینده های غذایی
شناسایی و تجزیه وتحلیل ترکیبات مختلف از جمله فلاونوئیدها، نتروسامین‌ها، ملامین‌ها و دیگر ترکیبات شیمیایی در غذاها و مواد خوراکی از اهمیت بالایی برخوردار است. این تجزیه وتحلیل‌ها به کنترل کیفیت محصولات غذایی، تعیین میزان آلودگی به مواد آلاینده، ارزیابی ایمنی غذا، تحقیقات علمی و بررسی تأثیرات سلامت انسان در اثر مصرف غذاها و مواد خوراکی مرتبط می‌شوند. در زیر به تعدادی از این ترکیبات و روش‌های معمول برای شناسایی آنها اشاره می‌کنیم :
- فلاونوئیدها روش آنالیز : کروماتوگرافی مایع , کاربردها : شناسایی و کمیت گیری فلاونوئیدها به عنوان ترکیبات فعال آنتی‌اکسیدانی، افزایش کیفیت و ایمنی محصولات غذایی
- نتروسامین‌ها روش آنالیز : کروماتوگرافی مایع و کروماتوگرافی گازی , کاربردها: تشخیص آلودگی محصولات غذایی به نتروسامین‌ها که می‌تواند مواد سرطان‌زا باشند .
- ملامین‌ها روش انجام آنالیز : کروماتوگرافی مایع و گازی و طیف سنجی , کاربردها: تشخیص و کمیت‌گیری ملامین‌ها به عنوان مواد آلاینده که ممکن است توسط فرآیندهای نیتروژنه شده در تولید و فراوری غذا ها ایجاد شود.
این تجزیه و تحلیل‌ها به علت تأثیر مستقیم آلاینده‌ها بر سلامت مصرف کنندگان ضروری هستند. همچنین، قوانین و مقررات مختلف در حوزه ایمنی و کیفیت غذاها، از شناسایی و کنترل آلاینده‌ها در محصولات غذایی اجتناب نمی‌کنند. از این رو، اجرای تجزیه وتحلیل‌های آلاینده‌های غذایی در کنترل کیفیت و اطمینان از ایمنی غذاها بسیار مهم است.
با توجه به مواردی که گفته شد آنالیز مواد موجود در صنایع غذایی اکثر اوقات با استفاده از کروماتوگرافی انجام می شود و کروماتوگرافی با تعیین مواد موجود و تجزیه و تحلیل و برسی آنها به انسان ها کمک فراوان کرده و در حفظ سلامت ما و کیفیت مواد غذایی نقش بسیار مهمی دارد.
