كيفية التعرف على السكرين والأسبارتام والمحليات في صناعة المواد الغذائية باستخدام التحليل الكروماتوغرافي
المحليات غير الغذائية هي مجموعة من المحليات الخالية من السعرات الحرارية والتي زادت بشكل كبير في استخدام الغذاء على مدى العقد الماضي لتحل محل السكريات. السكرين والأسبارتام هما مركبان معروفان على نطاق واسع من المحليات الصناعية. ومع ذلك، فإن الكميات الزائدة ضارة. وقد حددت المنظمات الصحية والتنظيمية الحد الأقصى لكمية هذه المحليات. في هذا الصدد، تُستخدم أيضًا تحليلات المُحليات الفردية والمتعددة باستخدام تقنيات تقليدية مختلفة، مثل تحليل HPLC، والتقنيات المتقدمة. في هذه المقالة، بالإضافة إلى تقديم السكرين والأسبارتام، تم تقديم طرق للتعرف على هذه المركبات مثل GC وHPLC.
لعدة قرون، تم استخدام المحليات لتحسين طعم ومظهر الأطعمة. ومع ذلك، فإن استهلاك المحليات، وخاصة السكريات، عند استهلاكها بجرعات مفرطة على مدى فترة من الزمن، له آثار ضارة على صحة الإنسان، بما في ذلك التغيرات في الأمعاء والسمنة والسكري. لقد زاد استخدام المحليات غير الغذائية في الأطعمة بشكل كبير في العقد الماضي لتحل محل السكريات. تُعرف هذه المحليات عمومًا بالمحليات عالية الكثافة لأنها يمكن أن تحقق نفس حلاوة السكر بكمية أقل. وقد حددت السلطات التنظيمية والهيئات التنظيمية في جميع أنحاء العالم الكميات القصوى من هذه المحليات عالية الكثافة المستخدمة في المنتجات الغذائية.
ومع ازدياد صرامة لوائح السوق لضمان سلامة الأغذية، هناك حاجة إلى أساليب تحليلية موثوقة للمساعدة في مراقبة استخدام المحليات عالية الكثافة. لذلك، من الضروري فهم الطريقة الأكثر ملاءمة للتحليل السريع والفعال المطبق على مراقبة الجودة في صناعة الأغذية ومراقبة السوق. تتم مناقشة الطريقة المناسبة وكفاءة واستخدام المذيبات في هذه المراجعة. كما تم وصف analyte واحدة و analytes متعددة للمُحليات باستخدام تقنيات تقليدية مختلفة، مثل تحليل HPLC، والتقنيات المتقدمة. وبالإضافة إلى ذلك، ولدعم المراقبة في الموقع لاستخدام المحليات في المنتجات الغذائية فی السوق، يتم تنفيذ أساليب تحليلية غير مدمرة توفر تحليلاً عمليًا وسريعًا ومنخفض التكلفة نسبيًا على نطاق واسع. وفي هذه المقالة سوف تتعرف على بعض هذه الأمور.
السكرين (Saccharin)
السكرين هو مُحلي صناعي غير غذائي. السكرين هو سلفيميد بنزويك أحلى بنحو 500 مرة من السكروز، ولكن له طعم مرير أو معدني، وخاصة في تركيزات عالية. يتم استخدامه لتحلية المنتجات مثل المشروبات والحلويات والمخبوزات ومنتجات التبغ والسواغات ولإخفاء الطعم المر لبعض الأدوية. يظهر على شكل بلورات بيضاء اللون وعديم الرائحة. لا يتفاعل كيميائياً مع الأطعمة الأخرى. غالبًا ما يستخدم خليط السكرين مع المحليات الأخرى للتعويض عن نقاط الضعف والعيوب في كل مُحلي. غالبًا ما يستخدم السكرين مع الأسبارتام في المشروبات الغازية الخاصة بالحمية، ويمكن للأشخاص الذين يعانون من حساسية السلفوناميد أن يواجهوا حساسية مماثلة للسكرين لأنه أحد مشتقات السلفوناميد.
التركيب الكيميائي للسكرين
الشكل 1: التركيب الكيميائي للسكرين.
الأسبارتام (Aspartame)
الأسبارتام هو مُحلي صناعي غير سكريدي، وهو أحلى 200 مرة من السكروز، ويستخدم عادة كبديل للسكر في الأطعمة والمشروبات. وهو إستر ميثيل من ثنائي الببتيد حمض الأسبارتيك فينيل ألانين تحت الاسم التجاري NutraSweet. الأسبارتام هو أحد المضافات الغذائية التي تمت دراستها في الإمداد الغذائي للإنسان. تظهر المراجعات التي أجرتها أكثر من 100 وكالة تنظيمية حكومية أن هذه المادة آمنة للاستهلاك ضمن المدخول اليومي المقبول (ADI). نظرًا لخصائص التحلية لهذه المادة، فإن كمية الأسبارتام اللازمة لخلق طعم حلو صغيرة جدًا مقارنة بالسكروز بحيث تكون مساهمته في السعرات الحرارية ضئيلة.
التركيب الكيميائي للأسبارتام
الشكل 2: التركيب الكيميائي للأسبارتام.
تصنيف المحليات
يتم الحصول على المحليات في الأصل من مصادر طبيعية مثل الفواكه والخضروات، بينما يتوفر الآن عدد من المحليات الاصطناعية المركبة كيميائيًا. وتنقسم هذه المحليات إلى محليات مغذية وغير مغذية. توفر المحليات المغذیة الطاقة (السعرات الحرارية)، مثل السكريات والعصائر والسكر والعسل. في المقابل، فإن المحليات غير المغذیة، مثل الأسبارتام، والنيوتام، والسكرين، والسكرالوز، والسيكلامات، لا توفر أي طاقة أو توفر كميات صغيرة جدًا من الطاقة (المحليات منخفضة السعرات الحرارية). معظم الأطعمة المصنعة مصنوعة من مواد تحلية مغذية وغير مغذية تضاف إلى المكونات. على الرغم من أن المحليات المغذیة تعتبر آمنة بشكل عام (GRAS)، إلا أن استهلاك هذه المحليات، وخاصة السكريات، له آثار ضارة على صحة الإنسان إذا تم استهلاكها بشكل زائد لأكثر من عقد من الزمن.
الطرق التقليدية لتقدير وتحليل المحليات غير المغذیة
على مدى عدة عقود، كان هناك اهتمام متزايد باستخدام تقنيات تحليلية مختلفة لتحديد وقياس المحليات غير المغذیة مثل الأسبارتام، والسكرين، وسيكلامات، في مختلف الأطعمة. في الوقت الحاضر، هناك حاجة إلى طريقة قادرة على التحديد المتزامن لمحليات متعددة في عملية تحليلية واحدة للمساعدة في مراقبة سلامة الأغذية، نظرًا لوجود خليط من المحليات غير المغذية في كل مكان في المنتجات الغذائية.
تُستخدم بعض التقنيات الكروماتوغرافية على نطاق واسع لتحديد المُحليات غير المغذیة، بما في ذلك تحليل كروماتوغرافيا الغاز (GC)، وكروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC)، وكروماتوغرافيا الأيونات (IC)، وكروماتوغرافيا Micellar Electrokinetic Chromatography (MEKC)، وكروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC). وبالمقارنة، يتم استخدام التقنيات الطيفية لطريقة تحليلية أسرع مثل التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية UV/Vis ، والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR).
كروماتوغرافيا الغاز
من أجل تأكيد تطوير طريقة تحليلية سريعة، يمكن تحليل بعض العينات مباشرة أو مع الحد الأدنى من المعالجة المسبقة. يمكن أن تؤدي خطوات المعالجة الأكثر عملية إلى تقليل وقت تحليل العينة بالإضافة إلى زيادة إمكانية التكاثر. تتضمن عملية المعالجة المسبقة، كحد أدنى، الذوبان وتفريغ الغاز بالموجات فوق الصوتية والترشيح. ويمكن تطبيق هذا النهج على أنواع مختلفة من عينات الطعام مثل الصلصات والمربيات والمشروبات سريعة التحضير والنكتار والمنتجات الجاهزة للأكل.
بالإضافة إلى جانب كفاءة الوقت، ينبغي أيضًا تعديل اختيار تقنيات إعداد العينات وفقًا للطريقة التحليلية المستخدمة. على سبيل المثال، يتطلب استخدام الکروماتوغرافیا للغاز (GC) لتحليل المحليات غير المغذية عملية اشتقاق. وذلك لأن المحليات منخفضة التقلب وبالتالي يجب أولاً تحويلها إلى منتجات مشتقة أكثر تقلبًا. أو لأنه سيتم استخدام نظام كشف معين، على سبيل المثال (Electron Capture Detector).
تم استخدام عملية الاشتقاق للتحليل بواسطة GC في عينات الأطعمة والمشروبات. يتم تحويل العينات غير المتطايرة إلى مركبات متطايرة باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم. وبعد ذلك، يمكن إزالة منتج الاشتقاق في نظام GC، والذي يتم اكتشافه لاحقًا بواسطة كاشف التقاط الإلكترون أو أنظمة الكشف الأخرى.
وبصرف النظر عن هيبوكلوريت الصوديوم، فإن عملية الاشتقاق بواسطة مركبات الكلور هي أيضًا طريقة بديلة لتكوين ثنائي كلورو حلقي هكسيل أمين/ Dichloro Cyclohexylamine. يمكن أيضًا تحليل العينات بواسطة GC في شكل سيكلوهيكسيل أمين عن طريق التحلل المائي بواسطة حمض أو قلوي، بما في ذلك حمض النيتريك. يسمح هذا النهج بتحديد المركبات بواسطة GC بسبب التقلب الأكبر للأشكال الكيميائية الجديدة بعد الاشتقاق. خطوة تحضير العينة غير مرغوب فيها لبعض الأغراض. بشكل رئيسي عندما يلزم إجراء التحليل بسرعة أو في الوقت الفعلي. توفر الطرق التحليلية غير المدمرة التي لا تتطلب خطوات تحضير العينة، مثل الذوبان البسيط، ميزة من حيث كفاءة وقت التحليل. تعتبر هذه الطرق السريعة مناسبة للتفتيش في الموقع للتحكم في استخدام المحليات غير المغذیة أو للمساعدة في مراقبة الجودة في صناعة الأغذية.
تحليل كروماتوغرافي سائل عالي الأداء (HPLC)
من بين الطرق التحليلية، تعد طريقة HPLC هي التقنية الأكثر شيوعًا لتحليل analytes المتعددة في الصناعات والمختبرات التحليلية. يعتمد المبدأ الأساسي لفصل HPLC على الارتباطات المختلفة للتحليلات لعمود الطور الثابت والطور المتحرك. تبقى المركبات ذات الألفة الأعلى للطور الثابت بقوة أكبر في العمود ويتم فصلها عن المركبات ذات الألفة الأقل. ومن ثم، يمكن استخدام HPLC لتحليل analytes متعددة في تشغيل واحد فقط عن طريق تحسين تدرج (gradient) الطور المتحرك. يجب أن يتم المساعدة في تحديد وقياس المحليات غير المغذیة بواسطة HPLC بواسطة كاشف مناسب.
تتضمن بعض أجهزة الكشف البديلة كاشف UV/Vis ، وكاشف الصمام الثنائي (DAD)، وكاشف معامل الانكسار (RI)، وقياس الطيف الكتلي (MS)، وتشتت الضوء، وكاشف الموصلية. أسرع نسخة من التحليل باستخدام تقنيات کروماتوغرافیا السائل هي تحليل کروماتوغرافیا السائل فائق الأداء (UHPLC). يحدث الفصل داخل عمود مملوء بالجزيئات (أصغر بميكرومترين) من HPLC التقليدي.
ومن ثم، يجب دعم نظام UHPLC عند ضغط أعلى لتحقيق فصل سريع بدقة وحساسية فائقتين. نظرًا لأن وقت التحليل أسرع من HPLC التقليدي، فإن UHPLC يستخدم مذيبات أقل بشكل ملحوظ وينتج نفايات أقل. يوفر UHPLC المزود بكاشف الصمام الثنائي دقة ممتازة لفصل السكرين والأسبارتام في عينات الطعام لمدة 11 دقيقة (الصودا والنکتار وعصير الفاكهة والشاي الفوري والمربى وصلصة الشواء والكاتشب والبودنج الفوري وعصير الفاكهة الفوري). ولسوء الحظ، تتمتع هذه الطريقة بامتصاص منخفض جدًا مقارنة بكاشفات UV-Vis أو كاشفات الصمام الثنائي. ولذلك، مطلوب خطوة الاشتقاق لتضخيم الإشارة. يمكن تحويل العينة إلى Dichloro Cyclohexylamine بواسطة هيبوكلوريت الصوديوم. بعد ذلك، يمكن تحديده عند 314 نانومتر، مما يؤدي إلى الكشف السريع بواسطة GC إلى جانب كاشف امتصاص الإلكترون (GC-ECD). استغرق الأمر أقل من 6 دقائق للكشف عن المُحليات في النبيذ الأصفر والكعك ومشروبات عصير الفاكهة والفواكه المعلبة بواسطة GC-ECD.
الخاتمة
تعتمد طرق تحليلية مختلفة لتقدير المحليات غير المغذية في مصفوفات غذائية مختلفة واختيار الطرق التحليلية، بما في ذلك الاستخراج والفصل والكشف، على خصائص العينة و analytes مستهدفة. كل طريقة لها مزاياها وعيوبها. وكانت الميزة المهمة هي القدرة على إجراء تحليل متزامن ل analytes متعددة من المحليات غير المغذية. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود طريقة استخلاص وفصل سريعة يوفر كفاءة عالية للتحليل. ومع ذلك، تظهر أيضًا بعض الأخطاء التي توفر نتائج تحليل غير مرضية.
على سبيل المثال، لا يوصى بالكشف المباشر عن UV للتحليلات التي لا تحتوي على مجموعة كروموفور. للتغلب على العيوب المتعلقة بالحساسية المنخفضة للطريقة، يلزم خطوات معالجة إضافية للعينة اعتمادًا على خصائص العينة. تدعم الأساليب التحليلية المناسبة الجهود المبذولة لمساعدة المراقبة في مراقبة استخدام المحليات عالية الكثافة المتوفرة في السوق. مطلوب الكشف الموثوق والقياس الكمي للمحليات غير المغذية لمجموعة واسعة من عينات الطعام لضمان سلامة الأغذية.