نحوه شناسایی آنتی اکسیدان های طبیعی و سنتزی در صنایع غذایی و دارویی

آنتی اکسیدان اصطلاحا به هر ترکیبی گفته می شود که توانایی تقابل با مولکول های ناپایدار رادیکال آزاد که به DNA، غشای سلولی و سایر قسمتهای سلول آسیب می‌زند را دارد. به دلیل این که رادیکال‌های آزاد فاقد یک جفت کامل از الکترون‌ هستند، الکترون‌ها را از مولکول‌های دیگر گرفته و در این فرآیند به آن سلول ها آسیب می‌رسانند. آنتی اکسیدان ها با از دست دادن برخی از الکترون های خود، رادیکال های آزاد را خنثی می‌کنند. در حقیقت در انجام این کار، آنها به عنوان یک کلید برای خنثی سازی طبیعی رادیکال های آزاد عمل می‌کنند. در این مقاله با انواع آنتی اکسیدان ها و روش های ارزیابی خواص آنتی اکسیدانی آنها آشنا خواهید شد.

آنتی اکسیدان طبیعی

آنتی اکسیدان های طبیعی به طور گسترده در مواد غذایی و گیاهان دارویی وجود دارند. این آنتی اکسیدان های طبیعی، به ویژه پلی فنول ها و کاروتنوئید ها، طیف گسترده ای از اثرات بیولوژیکی از جمله ضد التهابی، ضد پیری و ضد سرطان را نشان  می دهند. هم چنین غذاهای گیاهی منابع غنی آنتی اکسیدان طبیعی هستند. آنها در میوه ها و سبزیجات و هم چنین سایر غذاها از جمله آجیل، غلات سبوس دار و برخی از گوشت ها، مرغ و ماهی به وفور یافت می شوند. منابع خوب آنتی اکسیدان های خاص عبارتند از: تره فرنگی، پیاز و سیر.

شکل ۱: نمونه ای از کاروتنوئید ها.

شکل ۲: نمونه ای از یک پلی فنول.

قوی ترین آنتی اکسیدان کدام هستند ؟

به نظر می رسد آستاگزانتین قوی ترین آنتی اکسیدان طبیعی در حال حاضر است. این یکی از قوی ترین آنتی اکسیدان ها است زیرا می تواند به هر قسمت از سلول های بدن برسد، همچنین می تواند از سد خونی مغزی برای محافظت از مغز و سیستم عصبی عبور کند. صدها و احتمالاً هزاران ماده مختلف وجود دارد که می توانند به عنوان آنتی اکسیدان عمل کنند. آشناترین آنها ویتامین C، ویتامین E و سایر کاروتنوئیدهای مرتبط به همراه مواد معدنی سلنیوم و منگنز هستند. کلم بروکلی، اسفناج، هویج و سیب زمینی همگی سرشار از آنتی اکسیدان هستند و همین طور استفاده از کنگر فرنگی، کلم، مارچوبه، آووکادو، چغندر، تربچه، کاهو، سیب زمینی شیرین، کدو حلوایی، کدو تنبل، کلم سبز و کلم پیچ به افزایش میزان آنتی اکسیدان کمک می کند.

دلایل مصرف آنتی اکسیدان

بدن انسان به طور ‌خود به ‌خود قادر نیست آنتی اکسیدان کافی تولید کند لذا باید به ‌طور روزانه از طریق مواد غذایی یا نوشیدنی‌ های دارای آنتی اکسیدان این نیاز را تامین کرد. رادیکال های آزاد می توانند در نتیجه مواجهه با برخی مواد شیمیایی، سیگار کشیدن، آلودگی و همچنین به عنوان یک محصول جانبی ناشی از سوخت و ساز عادی بدن شکل بگیرند. آنتی اکسیدان های غذایی شامل سلنیوم، ویتامین A و کارتنوئیدهای مرتبط، ویتامین C، ویتامین E، به علاوه مواد شیمیایی گیاهی مانند لیکوپن، لوتئین و کوئرستین می شوند. همچنین مصرف مواد غذایی سرشار از آنتی اکسیدان ها می تواند برای سلامت قلب مفید باشد و ممکن است به کاهش خطر ابتلا به عفونت ها و برخی انواع سرطان کمک کند.

آنتی اکسیدان های سنتزی چیست؟

آنتی اکسیدان های مصنوعی ترکیب برخی از ترکیبات شیمیایی در آزمایشگاه ها عمدتا برای استفاده در نگهداری غذاها، سنتز می شوند. اگرچه فرض بر این است که هر دو دسته از آنتی اکسیدان ها عملکرد یکسانی را در سیستم های غذایی انجام می دهند، اما اثر متمایز دارند. شناخته شده ترین آنتی اکسیدان های مصنوعی در صنایع غذایی عبارت اند از : هیدروکسی آنیزول بوتیله (BHA)، هیدروکسی تولوئن بوتیله (BHT)، پروپیل گالات (PG) و ترت بوتیل هیدروکینون (TBHQ).

آنتی اکسیدان های مختلفی برای حفظ مواد غذایی و جلوگیری از خراب شدن لاستیک، پلاستیک های مصنوعی و بسیاری از مواد دیگر استفاده می شود. برخی از آنتی اکسیدان ها ساختگی یون های فلزی را که واکنش های اکسیداسیون را کاتالیز می کنند، جدا می کنند. تقریباً در تمام غذاهای فرآوری شده آنتی اکسیدان های مصنوعی استفاده شده است که گزارش شده است که بی خطر هستند، اگرچه برخی مطالعات خلاف این را نشان می دهد، مانند نمونه هایی از BHT (هیدروکسی تولوئن بوتیله) و BHA (هیدروکسی آنیزول بوتیله) که پرمصرف ترین آنتی اکسیدان های شیمیایی هستند.

مقایسه آنتی اکسیدان های طبیعی و سنتزی

محدودیت‌ های ایمنی آنتی‌اکسیدان‌ های طبیعی عمدتا مشخص نیست، اما آن ها مشخصا ایمن ‌تر از آنتی‌اکسیدان‌ های مصنوعی هستند. به دلیل ترکیب و ویژگی های شیمیایی آنتی اکسیدان های طبیعی، آنها در دماهای بالا کمتر فرار  و پایدارتر هستند، به این معنی که آن ها در فرآیند های تولید مواد غذایی مانند سرخ کردن، پختن  بهتر عمل می کنند و در محافظت از محصول نهایی موثرتر می شوند.

آنتی اکسیدان های آنزیمی

آنزیم های آنتی اکسیدان قادر به تثبیت یا غیرفعال کردن رادیکال های آزاد قبل از حمله به اجزای سلولی هستند. آنها با کاهش انرژی رادیکال‌ های آزاد یا واگذاری برخی از الکترون‌های خود باعث پایداری آن می‌شوند. علاوه بر این، آنها همچنین ممکن است با واکنش های زنجیره ای آسیب ناشی از رادیکال های آزاد را به حداقل برسانند. با کاهش قرار گرفتن در معرض رادیکال های آزاد و افزایش مصرف غذاهای غنی از آنزیم آنتی اکسیدانی یا مکمل های آنزیم آنتی اکسیدانی، پتانسیل بدن ما برای کاهش خطر ابتلا به مشکلات مربوط به رادیکال های آزاد بیش تر می شود. بنابراین، آنزیم های آنتی اکسیدان برای حفظ سلامت سلولی و سیستم بدنی بهینه بسیار حیاتی هستند.  

      شکل۳: تصویر مکانیسم اثر آنتی اکسیدان آنزیمی.

 روش ارزيابی ظرفیت آنتی اکسیدانی با راديكال (DPPH)

 این روش بر مبنای احیاء رادیکال آزاد به وسیله آنتی اکسیدان ها در غیاب سایر رادیکال های آزاد در محیط می باشد که نتیجه این عمل باعث ایجاد رنگی در محیط می شود که شدت آن با دستگاه طیف سنجی uv-vis قابل اندازه گیری است. DPPH یک رادیکال آزاد پایدار است که دارای یک الکترون جفت نشده بر روی یکی از اتم های نیتروژن می باشد. مهار کردن این رادیکال پایه و اساس ارزیابی ظرفیت آنتی اکسیدانی است.

DPPH یک رادیکال پایدار است که محلول متانولی آن دارای رنگ بنفش می باشد که بیشترین جذب نوری را در ۵۱۹-۵۹۵ نانومتر نشان می دهد. پایه و اساس این روش این است که رادیکال DPPH به عنوان پذیرنده الکترون از یک مولکول اهدا کننده مانند آنتی اکسیدان عمل می کند در نتیجه DPPH به DPPH2 تبدیل می شود. در این حالت رنگ بنفش محیط به رنگ زرد تبدیل می شود بنابراین شدت جذب در ۵۹۵ نانومتر کاهش می یابد از روی اندازه گیری کاهش شدت جذب به وسیله طیف سنجی می توان به خصوصیات آنتی اکسیدانی آن پی برد. 

شکل۴: تغییر رنگ مولکول رادیکال DPPH در حضور خاصیت آنتی اکسیدانی.

 معايب استفاده از روش DPPH

•  غلظت DPPH و حجم نمونه که در تحقیقات مختلف استفاده می شود متفاوت است و همیشه یکسان نیست .
• شرایط محیطی مانند نور، اکسیژن و pH محیط بر روی جذب تاثیر می گذارد.
• استفاده از غلظت باالا رادیکال DPPH درمحیط جذبی شدت رنگی بیش از حد توان دستگاه ایجاد می کند.
• ساختار شیمیایی آنتی اکسیدان و قطبیت محیط در واکنش با DPPH تداخل ایجاد می کند.

روش ظرفیت جذب راديكال اکسیژن (ORAC)

این روش بر مبنا اندازه گیری ظرفیت آنتی اکسیدان نمونه های زیستی در شرایط آزمایشگاهی می باشد. انواع مختلف ماده غذایی با این روش آزمایش شده و این روش به عنوان مبنای ظرفیت آنتی اکسیدان نمونه استفاده می شود. اساس این روش یک ماده فلوئورسنس است که با مخلوط کردن ماده تولید کننده رایکال آزاد ترکیبی ایجاد می شود که با حرارت دادن تولید رایکال آزاد می نماید که به مولکول فلوئورسنس آسیب می رساند و در نتیجه باعث کاهش شدت فلوئورسنس می گردد. حضور مولکول های آنتی اکسیدان باعث حفاظت از مولکول فلوئورسنس در مقابل اکسیداسیون میگردد که  این درجه محافظت را با دستگاه اندازه گیری شدت فلوئورسنس بدست می آورند.

مزايا استفاده از روش ORAC

• توانایی آنتی اکسیدانی مواد چه در حضور و بدون حضور وجود فاز تاخیری در ظرفیت آنتی اکسیدانی در نظر گرفته می شود.
• ارزیابی مواد غذایی و مکمل ها که دارای ترکیبات پیچیده با ظرفیت آنتی اکسیدانی سریع و آهسته می باشند را می توان به راحتی انجام داد.

معایب استفاده از روش ORAC

• ظرفیت آنتی اکسیدانی فقط در مقابل رادیکال آزاد خاصی اندازه گرفته می شود.
• هیچ مدرکی از شرکت رادیکال آزاد در واکنش وجود ندارد.

اندازه گیری ظرفیت آنتی اکسیدانی با روش TRAP

این روش به طور معمول برای شناسایی آنتی اکسیدان ها در صنایع دارویی استفاده می شود و یکی از روش های متداول تعیین ظرفیت آنتی اکسیدانی پلاسمای خون می باشد.  روش  TRAPبه طریق متعددی انجام می شود. روش اولیه آزمون این است که بعد از اضافه کردن  AAPH (آمیدینوپروپان هیدروکلراید) به پلاسما مقدار اکسیداسیون مواد قابل اکسید شدن از طریق اندازه گیری مقدار اکسیژن مصرفی در طول واکنش توسط الکترودهای اکسیژن اندازه گرفته می شود.

مزایا استفاده از روش TRAP

• از این روش می توان جهت ارزیابی ظرفیت آنتی اکسیدانی پلاسما (به طور کلی شرایط داخل بدن) بکار برد.
• می توان میزان ظرفیت آنتی اکسیدان های غیر آنزیمی مانند گلوتاتیون و آسکوربیک اسید را اندازه گرفت.

معایب استفاده از روش TRAP

•  امکان مقایسه نتایج در تحقیقات مختلف وجود ندارد.
• این روش نسبتا پیچیده و زمان بر بوده است.
• اجرای این روش  نیاز به تخصص و شخص مهارت دیده دارد.

مقایسه روش های ارایه شده

در میان روش های ذکر شده، روش ORAC با توجه به ایرادات فراوانی که به اساس آن وارد شده است برای اندازه گیری ظرفیت آنتی اکسیدانی پیشنهاد نمی شود.                      روش TRAP از آنجایی که شدیدا به ترکیبات نمونه وابسته است و با توجه به این که در این روش رادیکال آزادی وجود ندارد و ظرفیت آنتی اکسیدانی بررسی می شود زمانی که در تجزیه و تحلیل مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد نتایج متفاوتی ارائه می کند. بنابراین هیچ گاه به تنهایی مورد استفاده قرار نمی گیرد اما به دلیل ساده بودن همواره به عنوان روش دوم و یا سوم تعیین ظرفیت آنتی اکسیدانی در تحقیقات به کار می رود. با توجه به گستردگی کارهای انجام شده با روش های DPPH و TEAC می توان گفت که این روش ها نتایج قابل مقایسه ای را در زمینه اندازه گیری ظرفیت آنتی اکسیدانی مطرح می کنند. اکثر این روش های شیمیایی ساده و سریع بوده اما همیشه همبستگی خوبی بین نتایج آن ها مشاهده  نمی شود.

آنتی اکسیدان های حاصل از منابع طبیعی، ترکیبات زیست فعال ارزشمندی هستند که پتانسیل خوبی برای استفاده در صنایع غذایی دارند. فراتر از کاربرد آن ها در محصولات غذایی  توجه به استفاده از آن ها به عنوان جایگزینی برای همتایان سنتزی خود برای افزایش پایداری محصول و جلوگیری از خراب شدن توسط اکسیداسیون در طول پردازش و ذخیره سازی است.  در چارچوب اقتصادی تلاش‌هایی برای استفاده از آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی از محصولات جانبی غذایی تولید شده توسط صنعت کشاورزی و از مواد گیاهی انجام می‌شود. آنتی اکسیدان های سنتزی اگرچه از منابع طبیعی به دست می آیند، اما کاربرد آن ها در محصولات غذایی باید دوز و اثرات سمی احتمالی آن ها را در نظر بگیرد. علاوه بر این، اثرات منفی بر ویژگی های حسی، به ویژه طعم و مزه، ناشی از برخی ترکیبات طبیعی، باید مورد توجه قرار گیرد. این امر تمایل مصرف کنندگان را به خرید محصولات غذایی حاوی آنتی اکسیدان های طبیعی افزایش می دهد.