مواد رنگزای طبیعی گیاهی

رنگ‌های طبیعی حاصل از رنگدانه‌های گیاهی و کپسوله کردن آنها: دریچه‌ای نوظهور برای صنعت مواد غذایی

رنگ به عنوان ویژگی اصلی درک شده توسط حواس در نظر گرفته می‌شود که قرن‌ها نقش حیاتی در پذیرش غذاها برای بهبود ظاهر و کیفیت واقعی آنها داشته است. رنگدانه‌های گیاهی، منبع طبیعی بی‌عیب و نقص رنگ، پتانسیل عظیمی برای جایگزینی بسیاری از رنگ‌های مصنوعی نشان می‌دهند. کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها، آنتوسیانین‌ها و بتالائین‌ها دسته‌های گسترده‌ای از رنگ‌های طبیعی هستند که طیف های رنگی جامعی را به غذاها می‌بخشند. چشم‌اندازهای خوبی برای گنجاندن رنگدانه‌های گیاهی در صنعت غذا وجود دارد. ترکیب آنها در محصولات غذایی بسیار چالش برانگیز است، زیرا از نظر شیمیایی ناپایدار هستند و فراهمی زیستی ضعیفی را نشان می‌دهند. کپسوله کردن یک فرآیند عالی برای افزایش دسترسی زیستی، قابلیت هضم و رهایش کنترل شده آن است. در طول غنی‌سازی غذا، فناوری‌های کپسوله کردن کارآمد برای جلوگیری از تخریب رنگدانه‌ها و حفظ فراهمی زیستی آنها در دستگاه گوارش انسان مورد نیاز است. توسعه فناوری‌های مقرون به صرفه و مناسب برای تهیه رنگ غذایی طبیعی و کاربرد آن در غذاها یک چالش بزرگ و یک نیاز عمده روز است.

1. مقدمه
رنگدانه‌های گیاهی مواد شیمیایی منحصر به فردی هستند که مسئول ظاهر رنگارنگ و جذابیت بصری میوه‌ها و سبزیجات هستند. آن‌ها عمدتاً به عنوان ترکیبات ثانویه گیاهی در نظر گرفته می‌شوند که نقش‌های اساسی در فرآیندهای حیاتی بیولوژیکی گیاهان از جمله متابولیسم، برداشت نور در فتوسنتز، تنظیم در رشد و دفاع و محافظت در برابر آسیب اکسیداتیو نوری ایفا می‌کنند. مصرف آن‌ها با کاهش احتمال ابتلا به بیماری‌های مختلف در انسان مرتبط بوده است.
رنگ برجسته‌ترین پارامتری است که کیفیت غذاها با آن قضاوت می‌شود و می‌تواند اشتهای فرد را تحریک یا سرکوب کند.
رنگ‌های غذایی، غذاها را جذاب‌تر، اشتهاآورتر و قابل تشخیص‌تر می‌کنند. رنگ‌های مصنوعی در غذاها برای ظاهری روشن‌تر و با انگیزه اقتصادی استفاده می‌شوند، زیرا غذاهایی با رنگ‌های جذاب، جذابیت را افزایش داده و اشتها را تحریک می‌کنند. رنگ‌های طبیعی به دلیل اثرات درمانی و پزشکی و همچنین سمیت بالای رنگ‌های مصنوعی، در سراسر جهان محبوبیت بیشتری پیدا کرده‌اند. رنگدانه‌های طبیعی با وجود ویژگی‌های رنگ‌آمیزی و عملکردهای ارتقا دهنده سلامت، مشکلات مختلفی مانند عدم پایداری و فراهمی زیستی کم دارند. فناوری کپسوله‌سازی در چند دهه گذشته علاقه فزاینده‌ای را در رشته‌ها و کاربردهای مختلف ایجاد کرده است. این فناوری، دیدگاه جامعی را برای توسعه غذاهای جدید و سالم‌تر ارائه می‌دهد. این فناوری ابتدا به عنوان یک فناوری برای ایجاد پوشش روی جامدات، مایعات و ترکیبات گازی توسعه یافت که باعث آزادسازی کنترل‌شده و هدفمند آنها با سرعت مشخص می‌شود. مواد فعال زیستی مانند رنگدانه‌ها یا ویتامین‌ها از طریق تکنیک‌های کپسوله‌سازی محافظت می‌شوند که از شرایط محیطی مضر محافظت می‌کنند و امکان پردازش کارآمد را فراهم می‌کنند. رنگدانه‌های طبیعی را می‌توان در غذاهای کاربردی کپسوله کرد تا فعالیت‌های ارتقا دهنده سلامت آنها به جمعیت وسیع‌تری گسترش یابد. هدف از این مقاله مروری، ارائه توضیح مختصری از چندین جنبه از رنگ‌های طبیعی است که شامل موارد زیر است:

الف. مروری دقیق بر فواید سلامتی، پایداری، فراهمی زیستی، و دسترسی زیستی و کاربرد رنگدانه‌های طبیعی از منابع گیاهی.

ب. کاربرد رنگدانه‌های کپسوله شده در صنعت غذا.

این بررسی بر نگرانی‌های اصلی پیرامون کاربرد رنگدانه‌های طبیعی از منابع گیاهی در غذاها تمرکز دارد و با منابع، طبقه‌بندی، فعالیت‌های ارتقا دهنده سلامت، تکنیک‌های استخراج، نیاز به کپسوله کردن، فرآیندهای مختلف کپسوله کردن و استفاده از رنگدانه‌های کپسوله شده در انواع سیستم‌های غذایی آغاز می‌شود.

2. رنگ‌های طبیعی استخراج شده از گیاهان رنگی
رنگدانه‌ها باعث رنگ طبیعی و دیدنی گیاهان می‌شوند. بتالائین‌های قرمز-زرد، کلروفیل‌های سبز، آنتوسیانین‌های قرمز-بنفش و کاروتنوئیدهای زرد-نارنجی رایج‌ترین رنگدانه‌های موجود در سبزیجات و میوه‌ها هستند. این رنگدانه‌های گیاهی جدا از خواص رنگ‌آمیزی خود، عملکردهای بالقوه‌ای در بهبود سلامت از خود نشان می‌دهند.

پسماندهای کشاورزی منبع کلیدی رنگدانه‌های طبیعی هستند که به طور فزاینده‌ای به عنوان اساساً پایدار شناخته می‌شوند و استفاده از آنها برای بازیابی رنگدانه‌های طبیعی می‌تواند به کاهش مشکلات زیست‌محیطی مرتبط با مدیریت آنها کمک کند. دانه‌ها و پوست میوه‌ها و سبزیجات مختلف که هنگام فرآوری جدا می‌شوند، ممکن است هنوز سطوح قابل توجهی از رنگدانه‌ها را حفظ کنند، که اغلب در غلظت‌های بالاتر هستند.

جذب چند پیگمنت مختلف در ناحیه دیدگانی(مرئی) طیف الکترومغناطیس

3. طبقه‌بندی رنگدانه‌های گیاهی
3.1. مشتقات پیرول: کلروفیل
کلروفیل‌ها رنگدانه‌های سبز فتوسنتزی معروفی هستند که در جلبک‌ها، گیاهان و سیانوباکتری‌ها یافت می‌شوند و متعلق به دسته اصلی تتراپیرول‌ها هستند. این یکی از گسترده‌ترین رنگدانه‌های طبیعی است که به عنوان یک جزء کلیدی فتوسنتز عمل می‌کند. تجزیه کلروفیل یک فرآیند کاتابولیک حیاتی در پیری برگ و رسیدن میوه است. به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد آن، به طور بالقوه در زمینه‌های مختلف علمی و فناوری صنعتی قابل استفاده است. کلروفیل را می‌توان به پنج دسته اصلی a، b، c، d و f طبقه‌بندی کرد. کلروفیل تا حد زیادی در قلمرو گیاهان از جمله میوه‌ها و سبزیجات سبز توزیع شده است. ساختار اساسی کلروفیل‌ها، ماکروسیکل پورفیرین است که از چهار حلقه پیرول تشکیل شده است. منیزیم (Mg) فلز مرکزی در کلروفیل‌ها است. در ساختار کلروفیل، یک لبه حلقه پورفیرین آبدوست است در حالی که زنجیره جانبی حاوی زنجیره فیتول به شدت آبگریز است. این ساختار برای چیدمان کلروفیل در غشای دولایه فسفولیپید مفید است. پیوندهای دوگانه مزدوج مختلف، مزیتی برای توانایی کلروفیل در جذب نور مرئی ایجاد می‌کنند.

پیرول

ساختار کلروفیل

3.2. مشتقات ایزوپرنوئید: کاروتنوئیدها
کاروتنوئیدها رنگدانه‌های طبیعی محلول در چربی هستند که به طور گسترده در همه جا یافت می‌شوند و رنگدانه‌های زرد، قرمز و نارنجی تولید می‌کنند. منبع طبیعی کاروتنوئیدها شامل گیاهان، ریزجلبک‌ها، باکتری‌ها و قارچ‌ها می‌شود. بر اساس گروه‌های عاملی، کاروتنوئیدها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد – کاروتن‌هایی که فقط حاوی زنجیره هیدروکربنی اصلی هستند، از جمله آلفا-کاروتن، زانتوفیل‌ها، لیکوپن و بتا-کاروتن حاوی اکسیژن به عنوان گروه‌های عاملی، مانند لوتئین و زآگزانتین.

نمونه‌هایی از مشتقات ایزوپرن-همی، مونو و سسکوئی‌ترپنوئیدها

اکسیداسیون کاروتنوئیدها را از بین می‌برد در حالی که ایزومریزاسیون هندسی نسبت ایزومرهای Z را افزایش می‌دهد. کاروتنوئیدها متعلق به دسته لیپیدهای ایزوپرنوئید هستند. تشکیل رنگ به پیوندهای دوگانه کربن-کربن مزدوج آنها در ساختار شیمیایی بستگی دارد. سیستم پیوندهای دوگانه و یگانه متناوب، یک سیستم مزدوج را تشکیل می‌دهد.

کارتونوئیدها

در عکس بالا سه تا از کاروتنوئید ها را می بینید در حالی که رنگ مشاهده شده و طول موج جذب شده را نشان می دهد.

3.3 . مشتق فلاونوئیدها: آنتوسیانین
فلاونوئیدها به دسته‌ای از ترکیبات پلی‌فنلی تعلق دارند که دارای هسته ۲-فنیل‌کرومان هستند و عملکردهای درمانی، دارویی و بیوشیمیایی عالی از خود نشان می‌دهند. آنتوسیانین‌ها رنگدانه‌های محلول در آب در گروه فلاونوئیدها هستند که رنگ‌های قرمز، بنفش و آبی را در گیاهان ایجاد می‌کنند و نقش‌های حیاتی در تکثیر گیاه و مکانیسم‌های دفاعی گیاه دارند. آنتوسیانین‌ها مشتقات گلیکوزیله، پلی‌هیدروکسی یا پلی‌متوکسی کاتیون فلاویلیوم (C₁₅H₁₁O⁺) هستند.

کاتیون فلاویلیوم، جزء اصلی همه آنتوسیانین‌ها.

وزن مولکولی کاتیون فلاویلیوم ۲۰۷.۲۴۷۲۴ گرم بر مول است و دارای بار مثبت در اتم اکسیژن حلقه C ساختار پایه فلاونوئید است. رایج‌ترین آنتوسیانین‌های توزیع‌شده در گیاهان شامل سیانیدین، مالویدین، پتونیدین، دلفینیدین، پلارگونیدین و پئونیدین هستند. تشکیل گیاهان با رنگ‌های قرمز، آبی و بنفش به پیوندهای مزدوج آنتوسیانین‌ها بستگی دارد. در این مورد دنیای رنگارنگ آنتوسیانین ها را بخوانید.

3.4. مشتقات هتروسیکلیک نیتروژن: بتالائین‌ها
بتالائین‌ها رنگدانه‌های گیاهی نیتروژنی محلول در آب مشتق شده از تیروزین هستند و از یک اسید بتالامیک [۴-(۲-اکسواتیلیدین)-۱،۲،۳،۴-تتراهیدروپیریدین-۲،۶-دی کربوکسیلیک اسید] تشکیل شده‌اند. بتالائین‌ها را می‌توان به دو دسته اصلی طبقه‌بندی کرد: بتازانتین زرد-نارنجی و بتاسیانین قرمز-بنفش. بتالائین‌ها در بخش‌های خوراکی گیاهان و برگ‌ها، گل‌ها و ساقه‌ها وجود دارند. بتانین، بتاسیانین رایج در بین گیاهان است و چغندر قرمز رایج‌ترین منبع بتانین است. ولگازانتین و ایندیکزانتین در چغندر زرد و گلابی کاکتوس وجود دارند. بسته به نسبت رنگدانه، وجود ترکیبی بتازانتین‌ها و بتاسیانین‌ها در قسمت‌های مشابه گیاهان، رنگ نارنجی تا قرمز ایجاد می‌کند. بتاسیانین‌ها و بتازانتین‌ها به ترتیب حداکثر جذب را در طول موج‌های λm = 536 نانومتر و λm = 480 نانومتر نشان می‌دهند. در بتاسیانین‌ها، گلیکوزیلاسیون و آسیل گلیکوزیلاسیون گروه‌های هیدروکسیل گزارش شده است، در حالی که هیچ گلیکوزیلاسیونی در بتازانتین‌ها مشاهده نشده است.

ساختار بتاسیانین‌ها (a) و بتازانتین‌ها (فرم S) (b). R1 ​​و R2: بخش‌های هیدروژن یا قند؛ R3: گروه آمین یا اسید آمینه؛ R4: معمولاً هیدروژن.

گیاهان حاوی بتالائین‌ها

ساختار شیمیایی بتانین، ایزوبتانین، پیش‌سازهای آنها و محصولات تخریب

طیف‌های فرابنفش-مرئی و تصاویر عصاره‌های بتالائین از چغندر قرمز، چغندر طلایی و گلابی خاردار بنفش از نمونه‌های RBAC، YBAC و PBAC.

4. استخراج رنگدانه‌ها
برای افزایش راندمان و تولید رنگ‌های طبیعی، باید یک روش استخراج مناسب برای رنگدانه‌های طبیعی انتخاب شود. استخراج رنگدانه‌های خام و سایر مواد شیمیایی اغلب با استفاده از روش‌های سنتی انجام می‌شود. روش‌های استخراج غیرسنتی، که اغلب به عنوان تکنیک‌های استخراج سبز شناخته می‌شوند، اخیراً به عنوان جایگزین‌های مناسبی برای استخراج مرسوم ظهور کرده‌اند، زیرا از حلال کمتری استفاده می‌کنند و زمان کمتری می‌برند. استخراج سوکسله، خیساندن و تقطیر با آب نمونه‌هایی از فرآیندهای سنتی هستند که ساده، اقتصادی و قابل استفاده هستند. سایر فناوری‌های نوظهور، مانند فشار فوق‌العاده بالا، کاویتاسیون فشار منفی، تخلیه الکتریکی ولتاژ بالا، گرمایش اهمی، میدان‌های الکتریکی پالسی، روش‌های مکانیکی-شیمیایی و همگن‌سازی فشار بالا، روش‌های بسیار کارآمدی برای استخراج رنگدانه‌های گیاهی بوده‌اند. علاوه بر این، مصرف رنگدانه‌های استخراج‌شده با اثرات ارتقادهنده سلامت انسان مرتبط بوده است.

5. نیاز به کپسوله کردن رنگدانه‌ها
5.1. پایداری رنگدانه‌ها
کلروفیل یک ترکیب بسیار ناپایدار است و پایداری کلروفیل به شدت تحت تأثیر pH، دما، گرما و نور قرار می‌گیرد. کلروفیل نسبت به کاروتنوئیدها حساس‌تر به حرارت است. مایکروویو و حرارت دادن کیوی به روش معمولی منجر به از دست رفتن ۴۲ تا ۱۰۰ درصد کلروفیل‌ها می‌شود. در طول فرآوری و نگهداری مواد غذایی که منجر به از دست رفتن رنگ می‌شوند، کلروفیل‌ها به شدت مستعد تخریب هستند. به دلیل وجود اکسیژن منفرد، محتوای کلروفیل در زیر نور سریع‌تر از تاریکی کاهش می‌یابد. نمونه‌های دارای لیپید اضافه شده، تخریب کمتر و کندتری از کلروفیل را نسبت به نمونه‌های بدون لیپید نشان دادند. فرآوری با فشار بالا و دمای بالا منجر به تخریب کلروفیل a و کلروفیل b می‌شود. هر دو کلروفیل در دمای 117 درجه سانتیگراد به شدت تخریب شدند.

ساختار پیگمنت های طبیعی مختلف

استخراج پیگمنت

در طول نگهداری و فرآوری، کاروتنوئیدهای موجود در مواد غذایی به دلیل اکسیداسیون از بین می‌روند. رنگدانه‌های کاروتنوئیدی به pH، دما، گرما و نور حساس هستند. هنگامی که کاروتنوئیدها تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند، ترکیبات فرار و ترکیبات غیرفرار بزرگتری ایجاد می‌شود.

قرار گرفتن در معرض نور منجر به تخریب کاروتنوئیدها می‌شود. علل اصلی تخریب کاروتنوئیدها، اکسیداسیون و ایزومریزاسیون است که منجر به از دست دادن رنگ می‌شود. گرما، نور و اسیدها بر ایزومریزاسیون کاروتنوئیدها از ایزومر ترانس به ایزومرهای سیس تأثیر می‌گذارند. کاربرد آنتوسیانین‌ها در صنایع غذایی و دارویی محدود است زیرا آنها بسیار ناپایدار هستند و مستعد تخریب می‌باشند. دما، pH، اکسیژن، نور، یون‌های فلزی و آنزیم‌ها تأثیر زیادی بر پایداری آنتوسیانین‌ها دارند. pH بالا، آنتوسیانین‌ها را از بین می‌برد. در مقایسه با سایر رنگدانه‌های کمکی، اسید کافئیک پایداری بیشتری نسبت به آنتوسیانین‌ها نشان می‌دهد. pH پایین و دمای پایین تأثیر مثبتی بر سطح بالاتر پایداری آنتوسیانین‌ها دارند. پایداری بتالائین عمدتاً تحت تأثیر دما، غلظت رنگدانه، pH، حضور همزمان ترکیبات، فعالیت آبی، اکسیژن، نور، عوامل کلات‌کننده، شرایط نگهداری و فرآوری و آنزیم‌ها قرار دارد. بتالائین‌ها مولکول‌های حساس به گرما هستند و سطح دما و مدت زمان گرمایش بر میزان تخریب تأثیر می‌گذارد. در سطح pH بهینه، تخریب حرارتی pH منجر به از دست دادن رنگ یا قهوه‌ای شدن می‌شود. فعالیت آبی به دلیل واکنش هیدرولیتیک وابسته به آب، عامل مهمی برای پایداری بتالائین است. قرار گرفتن در معرض نور روز با دمای ۱۵ درجه سانتیگراد منجر به تخریب رنگدانه بتالائین تا ۱۵.۶٪ می‌شود.

5.2. فراهمی زیستی و دسترسی زیستی رنگدانه‌ها
رنگدانه‌های طبیعی سطح بالایی از فعالیت آنتی‌اکسیدانی دارند و فواید متنوعی برای سلامتی دارند. دسترسی زیستی و فراهمی زیستی(Bioaccessibility and bioavailability) تعیین می‌کنند که آیا این مواد شیمیایی زیست‌فعال مفید می‌توانند با موفقیت توسط بدن انسان به کار گرفته شوند یا خیر. دسترسی زیستی به درصد رنگدانه‌های طبیعی مصرف شده که توسط روده جذب می‌شوند اشاره دارد، در حالی که فراهمی زیستی به کل مقدار رنگدانه‌های طبیعی که توسط روده جذب می‌شوند اشاره دارد. دسترسی زیستی و فراهمی زیستی رنگدانه‌های طبیعی توسط فرآیندهای اصلی هضم آنها تعیین می‌شود. دسترسی زیستی و فراهمی زیستی آنها نیز تحت تأثیر ویژگی‌های شیمیایی آنها قرار دارد.

ساختار کلروفیل و ماتریکس غذایی عمدتاً دسترسی زیستی و فراهمی زیستی کلروفیل را محدود می‌کنند. در گونه‌های مختلف جلبک دریایی، کلروفیل میزان میسل‌سازی و جذب متفاوتی را نشان می‌دهد. برای تعیین دسترسی زیستی کلروفیل، ویژگی‌های ماتریکس غذایی یکی از مهم‌ترین پارامترها هستند. جذب کاروتنوئیدها تا حد زیادی به دسترسی زیستی آنها بستگی دارد. لیپیدها دسترسی زیستی و جذب کاروتنوئیدها را افزایش می‌دهند. کاروتنوئیدهای به‌دست‌آمده از غذاهای گیاهی به‌طور ناکارآمد جذب می‌شوند. فرآوری غذا، آنزیم‌های گوارشی، ترکیب وعده غذایی، کارایی انتقال از طریق انتروسیت‌ها بر جذب کاروتنوئیدها تأثیر می‌گذارند. عوامل مختلف غذایی که بر فراهمی زیستی کاروتنوئیدها تأثیر می‌گذارند، نوع و مقدار لیپیدها، فیبرها، ریزمغذی‌ها و اجزای گیاهی هستند. برخی از عوامل غیرغذایی که بر فراهمی زیستی کاروتنوئیدها تأثیر می‌گذارند عبارتند از سن، جنسیت، وضعیت فیزیولوژیکی و بیماری و جذب چربی. دسترسی زیستی آنتوسیانین نشان‌دهنده‌ی در دسترس بودن آن برای جذب است. متابولیسم سلولی و انتقال در سراسر غشای پایه-جانبی عمدتاً بر فراهمی زیستی آنتوسیانین تأثیر می‌گذارند. آنتوسیانین‌هایی که گروه‌های آبدوست کمتری دارند، فراهمی زیستی پایینی را نشان می‌دهند و آنتوسیانین‌هایی که گروه‌های آبدوست بیشتری دارند، فراهمی زیستی عالی را نشان می‌دهند. فرآوری مواد غذایی و ماتریکس مواد غذایی، آنزیم‌های گوارشی، pH، میکروبیوتای روده، تحرک و نفوذپذیری دستگاه گوارش – ملاحظات غالبی هستند که بر تغییرات در فراهمی زیستی آنتوسیانین تأثیر می‌گذارند. متابولیت‌های حاصل از متابولیسم میکروبی، اشکال اصلی آنتوسیانین در گردش خون هستند و اثرات مفیدی بر سلامتی دارند. ماتریکس مواد غذایی، دسترسی زیستی بتانین را محدود می‌کند. ماتریکس مواد غذایی می‌تواند از تخریب بتانین و ایزوبتانین جلوگیری کند. دسترسی زیستی بتازانتین‌ها بیشتر از بتاسیانین‌ها است. فراهمی زیستی ایندیکزانتین بیشتر از بتانین است. پایداری بتالائین غذایی با فراهمی زیستی آن مرتبط است. بتالائین‌ها در حالت آزمایشگاهی (in vitro) در دستگاه گوارش در سطح متوسطی پایدار هستند. فراهمی زیستی پایین بتانین به انتشار پس از جذب آن در بخش‌های مختلف بدن مربوط می‌شود.

پیش نیازهای کپسوله کردن پیگمنت ها

6. کپسوله کردن رنگدانه‌ها
رنگدانه‌های طبیعی یک افزودنی غذایی ایمن برای افزودن رنگ طبیعی هستند و پتانسیل امیدوارکننده‌ای برای ارتقای سلامت و پیشگیری از بیماری‌ها به عنوان عوامل درمانی نشان می‌دهند. بهترین گزینه برای تثبیت و افزایش کاربرد رنگدانه‌های گیاهی از کپسوله کردن آنها ناشی می‌شود. کپسوله کردن یک حوزه تحقیقاتی رو به رشد است که افق‌های جدیدی را برای توسعه غذاهای توسعه‌یافته‌تر و از نظر فناوری پیشرفته‌تر در قرن بیست و یکم باز می‌کند. بهبود پایداری حرارتی و شیمیایی، حفظ یا پوشاندن طعم، مزه یا بو، آزادسازی کنترل‌شده و هدفمند و افزایش فراهمی زیستی رنگدانه‌ها، همگی از مزایای کپسوله کردن هستند. کپسوله کردن رنگدانه در مقیاس میکرو و نانو، پلتفرم‌های گسترده و قدرتمندی را برای توسعه مرحله جدیدی در تولید غذاهای جدید و سالم فراهم می‌کند. میکروکپسوله کردن و نانوکپسوله کردن پلتفرم‌های موثری برای محافظت از رنگدانه‌ها در برابر شرایط مضر محیطی هستند و در عین حال امکان آزادسازی کنترل‌شده و هدفمند را نیز فراهم می‌کنند. نانوکپسولاسیون اخیراً نقش مهمی در تعیین مسیر پیشرفت تحویل مکمل‌های زیست‌فعال و درمانی در صنایع غذایی ایفا کرده است. تکنیک‌های مختلفی برای نانوکپسولاسیون مواد غذایی وجود دارد که شامل امولسیون‌سازی، گنجاندن، کواسرواسیون و نانورسوب کمپلکس‌ می‌شود.

7. تکنیک‌های مختلف کپسوله‌سازی دخیل در کپسوله‌سازی رنگدانه‌ها
میکرو کپسوله‌سازی با خشک کردن پاششی فرآیندی است که به حفظ رنگدانه‌ها پس از افزودن پوشش یا ماده حامل که جذب آنها را حفظ و تسهیل می‌کند، کمک می‌کند. این روش در تولید ترکیبات میکرو کپسوله شده از منابع طبیعی حاوی انواع رنگ‌ها، از جمله کاروتنوئیدها، آنتوسیانین‌ها، بتالائین‌ها و کلروفیل‌ها مؤثر است. استفاده از سیالات فوق بحرانی به عنوان یک ضد حلال برای تجزیه و تحلیل پیشرفت‌های اخیر در تولید ذرات کاروتنوئیدها و هم رسوبی با پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر استفاده شده است. استفاده از سیالات فوق بحرانی، فرآیند انبساط سریع از ضد حلال گازی (GAS)، ضد حلال فوق بحرانی (SAS)، استخراج فوق بحرانی از امولسیون‌ها (SFEE) و ذرات از محلول‌های اشباع شده با گاز. به دلیل دمای پایین سیال فوق بحرانی، غیرسمی بودن آن و حذف کامل آن از محصول نهایی، میکرونیزاسیون فوق بحرانی یکی از روش‌های فعلی برای کپسوله کردن کاروتنوئیدها است. کاروتنوئیدها را می‌توان با استفاده از فناوری‌های سیالات فوق بحرانی رسوب داد و به طور خاص روش SAS می‌تواند ذراتی با قطر متوسط ​​از 1 تا 200 میکرومتر تولید کند (Mattea, Martín, & Cocero, 2009). از روش SAS می‌توان برای رسوب موفقیت‌آمیز میکروذرات PEG بارگذاری شده با عصاره غنی از بیکسین استفاده کرد. روش SAS می‌تواند برای رسوب‌گذاری موفقیت‌آمیز میکروذرات PEG بارگذاری شده با عصاره غنی از بیکسین استفاده شود. کپسوله‌سازی بتاکاروتن با دو پلی‌کاپرولاکتون مختلف به عنوان عوامل پوشش‌دهنده با فرآیند PGSS مورد مطالعه قرار گرفت. خشک کردن اسپری، خشک کردن انجمادی و رسوب ضد حلال فوق بحرانی عصاره‌های باقیمانده شاه‌توت منجر به ذراتی با ظرفیت آنتی‌اکسیدانی قابل توجه و تخریب کم اجزای هدف شد. رسوب آنتوسیانین‌ها با SAS در ماتریس پلیمری به نظر می‌رسد یک تکنیک امیدوارکننده برای حذف اتانول باقیمانده عصاره و تولید محصول خشکی باشد که غنی‌تر از آنتوسیانین‌ها و خالص‌تر است. در مقایسه با رویکرد هیدراتاسیون لایه نازک، روش دی اکسید کربن فوق بحرانی (SC-CO2) لیپوزوم‌هایی با دست نخورده بودن، کروی بودن و یکنواختی بهبود یافته تولید کرد. این فناوری امکان پردازش تجمعات فسفولیپیدی را به ذرات نانو/میکرو با استفاده از CO2 فاز متراکم و کنترل خواص آنها از طریق تنظیم پارامترهای پردازش فراهم می‌کند. رویکرد SC-CO2 نویدبخش تولید مقیاس‌پذیر لیپوزوم‌های حاوی طیف گسترده‌ای از مواد زیست فعال برای کاربردهای غذایی است.

روش های مختلف کپسوله کردن پیگمنت ها

رنگدانه‌های اصلی گیاهی – رنگ، زیرگروه، حلالیت، ساختار شیمیایی، پایداری، فراهمی زیستی و دسترسی زیستی رنگدانه‌ها.

رنگدانه‌های اصلی گیاهی – رنگ، زیرگروه، حلالیت، ساختار شیمیایی، پایداری، فراهمی زیستی و دسترسی زیستی رنگدانه‌ها.

رنگدانه‌های اصلی گیاهی – رنگ، زیرگروه، حلالیت، ساختار شیمیایی، پایداری، فراهمی زیستی و دسترسی زیستی رنگدانه‌ها.

8. کاربردهای غذایی رنگدانه‌های کپسوله شده
در سال‌های اخیر، به دلیل قوانین و نگرانی‌های مصرف‌کنندگان در مورد سلامت، روند رو به رشدی به سمت استفاده از رنگدانه‌های طبیعی به عنوان جایگزین رنگ‌های مصنوعی در کاربردهای غذایی وجود داشته است. به نظر می‌رسد کپسوله کردن روشی مؤثر برای محافظت و تثبیت نانوذرات باشد. داده‌های موجود در منابع علمی در مورد استفاده از رنگدانه‌های طبیعی کپسوله شده به عنوان عوامل رنگ‌آمیزی در محصولات غذایی هنوز نادر است، به ویژه در مقایسه با تعداد زیادی از مقالات در مورد روش‌های کپسوله کردن و رویه‌های تولید ریزذرات رنگدانه و توصیف آزمایشگاهی آنها. با این حال، درک بهتر مسائل مربوط به ترکیب رنگدانه‌های طبیعی کپسوله شده در ماتریس‌های غذایی مختلف و همچنین پیچیدگی‌های مرتبط با فرمولاسیون و ساختار ناهمگن و مرکب مواد غذایی، برای پیش‌بینی رفتار رنگدانه‌های طبیعی در غذاهای واقعی، از نظر قابلیت رنگ‌آمیزی و مزایای بالقوه سلامتی، مورد نیاز است.

استفاده از رنگدانه‌های گیاهی به عنوان رنگ‌های طبیعی غذا، تأثیر مثبتی بر تقاضای مصرف‌کنندگان برای محصولات طبیعی دارد و کپسوله کردن روشی است که می‌تواند به طور بالقوه رنگدانه‌ها را از تخریب محافظت کند. کاربرد رنگدانه‌های کپسوله شده در صنعت غذا، افق جدیدی در توسعه محصولات غذایی کاربردی است. میکروکپسول‌های لیکوپن با تکنیک خشک کردن پاششی تولید شدند و نشاسته اصلاح شده به عنوان ماده پوشش دهنده استفاده شد. این میکروکپسول‌ها روی کیک اعمال شدند و قادر به آزاد کردن رنگدانه در طول آماده‌سازی سیستم غذایی بودند. توزیع همگن رنگ در نمونه حاوی لیکوپن میکروکپسوله شده مشاهده شد. میکروذرات حاوی عصاره آنتوسیانین با استفاده از تکنیک ژلاسیون یونی برای تخمین پروفایل آزادسازی آنتوسیانین‌ها در محیط شبیه‌سازی شده دستگاه گوارش و استفاده از میکروذرات در ماتریس آب‌نبات ژله‌ای تهیه شدند. آب‌نبات ژله‌ای با ذرات تولید شده توسط ژل یونی با تکنیک قطره‌ای-اکستروژن، در مقایسه با روش اتمیزه کردن، ماندگاری بیشتری از ترکیب زیست‌فعال نشان می‌دهد. روغن پالم و بتاکاروتن با کیتوزان/سدیم تری پلی فسفات یا کیتوزان/کربوکسی متیل سلولز کپسوله شدند. میکروذرات کپسوله شده با کیتوزان/کربوکسی متیل سلولز ۸۷٪ بازده داشتند، در حالی که میکروذرات کپسوله شده با کیتوزان/سدیم تری پلی فسفات ۵۵٪ بازده داشتند. خواص این میکروذرات در مدل‌های غذایی نیز تعیین شد. در طول کاربرد در سیستم غذایی، این میکروذرات آزادسازی کاروتنوئید بهبود یافته‌ای را نشان دادند، اما در طول نگهداری، آزادسازی کاروتنوئیدها کاهش یافت (روتز، بورخس، زامبیازی، کلئونیس و مدلین، ۲۰۱۶). ریزذرات لیکوپن با روش کواسرواسیون پیچیده و خشک کردن انجمادی تولید شدند و ایزوله پروتئین آب پنیر و صمغ اقاقیا به عنوان مواد دیواره مورد استفاده قرار گرفتند. پس از نگهداری در دمای 4 درجه سانتیگراد به مدت 14 روز، میزان ماندگاری لیکوپن 63٪ بود. پودر برای عامل‌دار کردن در نمونه‌های سس استفاده شد و فعالیت آنتی‌اکسیدانی افزایش یافته‌ای را نشان داد. آنتوسیانین‌های عصاره پوست گیلاس ترش با استفاده از روش خشک کردن انجمادی میکروکپسوله شدند و ایزوله‌های پروتئین آب پنیر و صمغ اقاقیا به عنوان عوامل پوشش‌دهنده استفاده شدند. عصاره گیلاس ترش کپسوله شده منبع عالی از ترکیبات زیست فعال است و همچنین می‌تواند به عنوان یک فاکتور رشد توسط سویه پروبیوتیک L. Casei مورد استفاده قرار گیرد. هم عصاره و هم پودر خواص آنتی‌اکسیدانی خوبی از خود نشان دادند و بنابراین می‌توانند به عنوان اجزای عملکردی مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرند. علیرغم خواص بالقوه‌ی آنتوسیانین‌ها برای بهبود سلامت، استفاده از آنها در محصولات غذایی به عنوان عامل رنگ‌دهنده به دلیل پایداری پایین آنها در طول دوره‌ی فرآوری و نگهداری، کار دشواری است. کپسوله کردن روشی مؤثر برای ایجاد پوشش در برابر شرایط مضر مانند اکسیژن، رطوبت و نور است. رنگدانه‌ی آنتوسیانین کپسوله شده به عنوان جایگزینی برای رنگ مصنوعی در پودر ژله استفاده شد. ژله‌ای با ۷٪ رنگ کپسوله شده، در مقایسه با رنگ‌های مصنوعی، امتیاز بالاتری را برای تمام ویژگی‌های حسی و ارزیابی‌های فیزیکوشیمیایی نشان می‌دهد (اخوان مهدوی، جعفری، اسد پور و قربانی، ۲۰۱۶). میکروذرات لیپیدی جامد حاوی بتاکاروتن (SLM) که با ایزوله پروتئین سویای هیدرولیز شده تثبیت شده بودند، در ماست گنجانده شدند. این روش نشان داد که یک تکنیک عالی با پتانسیل کاربرد خوب است که می‌تواند در غنی‌سازی مواد غذایی یا به عنوان جایگزینی رنگ‌های مصنوعی در محصولات لبنی استفاده شود. ریزذرات لیپیدی جامد حاوی بتاکاروتن (BCSLMs) در بستنی‌های وانیلی گنجانده شدند. BCSLMs با پالم استئارین به عنوان فاز لیپیدی، ایزوله پروتئین سویا هیدرولیز شده به عنوان سورفکتانت و صمغ زانتان به عنوان غلیظ‌کننده تهیه شدند. افزودن BCSLM به بستنی‌ها، جایگزینی امیدوارکننده برای کاهش استفاده از رنگ‌های مصنوعی در محصولات است.

کاربرد رنگ کپسوله شده در سیستم‌های مدل غذایی مختلف:

کاربرد رنگ کپسوله شده در سیستم‌های مدل غذایی مختلف

کاربرد رنگ کپسوله شده در سیستم‌های مدل غذایی مختلف

کاربرد رنگ کپسوله شده در سیستم‌های مدل غذایی مختلف

کاربرد رنگ کپسوله شده در سیستم‌های مدل غذایی مختلف

لیپوزوم‌های حاوی بتاکاروتن با استفاده از پرولیپوزوم‌ها تولید شدند و در ماست‌ها گنجانده شدند. پراکندگی‌های لیپوزوم با مخلوطی از صمغ‌های زانتان و گوار تثبیت شدند که برای جلوگیری از تجمع لیپوزوم‌های حاوی بتاکاروتن در طول دوره نگهداری مؤثر بود. لیپوزوم‌ها به شدت قادر به محافظت از بتاکاروتن کپسوله شده در برابر تخریب برای مدت زمان نگهداری 95 روز بودند. این یک تکنیک عملی برای تولید ماست با بتاکاروتن کپسوله شده در لیپوزوم‌ها به عنوان یک جزء عملکردی است. برای غلبه بر مشکلات دسترسی زیستی پایین و پایداری پایین، بتانین در نانوحامل‌های لیپوزومی بارگذاری شد که به دلیل الف) پتانسیل آنها برای کپسوله کردن هر دو جزء آبگریز و آبدوست، ب) آمفی‌فیلیسم، عدم ایمنی‌زایی، زیست‌سازگاری و عدم سمیت، بسیار مطلوب هستند. پس از 60 روز نگهداری، آب‌نبات‌های پاستیلی لیپوزومی پایداری و فعالیت آنتی‌اکسیدانی بتانین را به طور قابل توجهی بالاتر از آب‌نبات‌های پاستیلی حاوی بتانین آزاد نشان دادند. مطالعه‌ای برای ارزیابی پایداری آنتوسیانین، کپسوله شده در شرایط محیطی مختلف با مواد کپسوله کننده مختلف در یک سیستم نوشابه ایزوتونیک انجام شد. استفاده از مالتودکسترین و صمغ عربی منجر به افزایش نیمه عمر آنتوسیانین، کمترین ثابت تخریب و محافظت بیشتر از رنگدانه‌های آنتوسیانین شد. آب میوه انجیرتیغی ایستاده منبع مهمی از رنگدانه‌های بتاسیانین است که می‌تواند به عنوان یک رنگ خوراکی قرمز-بنفش طبیعی استفاده شود. خشک کردن پاششی به عنوان یک روش حیاتی برای تولید یک رنگ خوراکی پودری قرمز-بنفش از آب میوه انجیرتیغی ایستاده در نظر گرفته می‌شود که قدرت رنگی بالایی با بازده خشک شدن 58٪ از خود نشان می‌دهد. این رنگ پودری برای تولید غذاهایی با تنالیته‌های قرمز-بنفش زنده به ماست و یک نوشیدنی غیرالکلی اعمال شد. بتازانتین‌های میوه‌های کاکتوس گلابی، یک رنگ‌دهنده زرد طبیعی مناسب در موارد نگهداری در دمای پایین و غذاهای بسته‌بندی‌شده غیرشفاف هستند. یک رنگ‌دهنده غذایی محلول در آب غنی از بتازانتین با استفاده از مالتودکسترین به عنوان عامل پوشش‌دهنده، با تکنیک خشک کردن پاششی تهیه شد. استفاده از میکروکپسول‌های رنگ‌دهنده با موفقیت در ماست و یک نوشیدنی غیرالکلی ارزیابی شد و پس از 28 روز نگهداری در دمای 4 درجه سانتیگراد در هر دو سیستم مدل، ماندگاری عالی مشاهده شد. کپسول‌های غنی از بتالائین با ژلاسیون یونی با آلژینات کلسیم از عصاره غنی از بتالائین تولید شدند. آب‌نبات‌های پاستیلی با این کپسول‌ها ترکیب شدند و ویژگی‌های بافت و پایداری رنگ‌سنجی این سیستم غذایی ارزیابی شد. این آب‌نبات‌های پاستیلی ویژگی‌های ژل‌شوندگی و مورفولوژیکی بسیار خوبی از خود نشان دادند که می‌توانند در صنایع شیرینی‌سازی مورد استفاده قرار گیرند. مطالعه‌ای در مورد کپسوله کردن آستاگزانتین با زئین و الیگوکیتوزان، پایداری ذخیره‌سازی آن را افزایش داده و کاربرد آن را در صنایع غذایی به طور قابل توجهی بهبود بخشید.

روش‌های مختلف برای استخراج رنگدانه‌های طبیعی:

روش‌های مختلف برای استخراج رنگدانه‌های طبیعی

9. نتیجه‌گیری و چشم‌اندازهای آینده
رنگ یک ویژگی اساسی غذا است که به ارزیابی کیفیت غذا کمک می‌کند. رنگدانه‌ها اجزای عملکردی جذابی هستند که در حال حاضر به دلیل ایمنی و همچنین خواص تغذیه‌ای و فعالیت بیولوژیکی خود توجه زیادی از سوی محققان و مصرف‌کنندگان را به خود جلب کرده‌اند. جدا از اهمیت آنها به عنوان رنگ‌دهنده‌های طبیعی، آنها به عنوان مواد ارتقا دهنده سلامت در نظر گرفته می‌شوند که چندین عملکرد مفید را نشان می‌دهند و جایگزین امیدوارکننده‌ای برای رنگ‌دهنده‌های مصنوعی هستند. رنگدانه‌ها دارای خواص متنوعی هستند که استفاده از آنها را در غذا محدود می‌کند، از جمله حساسیت به تنش‌های محیطی و فرآیندی، فراهمی زیستی کم و حلالیت کم در آب. رنگدانه‌های طبیعی به افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان برای غذاهای سالم‌تر و طبیعی‌تر پاسخ می‌دهند تا در نهایت جایگزین کامل رنگ‌دهنده‌های مصنوعی شوند. عوامل متعددی تا به امروز مانع توسعه تجاری رنگدانه‌های طبیعی شده‌اند، از جمله طیف محدود رنگ‌های طبیعی مورد تایید برای مصارف غذایی و فرآیند زمان‌بر برای تایید قانونی رنگ‌دهنده‌های جدید، هزینه بالاتر در مقایسه با رنگ‌دهنده‌های مصنوعی و حجم زیاد زیست‌توده مورد نیاز برای استخراج به ازای هر واحد جرم رنگ‌دهنده طبیعی. چالش‌های فناوری آینده عمدتاً ناشی از کاوش در افزایش شدت رنگ و پایداری رنگدانه‌های طبیعی با استفاده از تکنیک‌های میکروکپسولاسیون و نانوکپسولاسیون و طراحی مخلوط‌های رنگدانه برای تقویت خواص محصول غذایی مورد نظر است. روش کپسوله‌سازی کاربردهای مختلفی برای کپسوله کردن رنگ‌دهنده‌ها، نه تنها در صنایع غذایی، بلکه در صنایع نساجی، داروسازی و سایر صنایع نیز دارد. در بخش غذا، کپسوله کردن رنگدانه‌ها اهداف مختلفی را دنبال می‌کند، از جمله: پنهان کردن طعم یا مزه نامطلوب، حفظ عناصر ناپایدار، ترکیب اجزای عملکردی و تغذیه‌ای اضافی و آزادسازی کنترل‌شده و اختصاصی مکان رنگدانه‌های کپسوله شده. مطالعات فعلی گام‌های جدیدی را در مورد تنوع رنگ‌هایی که برای جایگزینی رنگ‌های مصنوعی با رنگ‌های طبیعی به کار می‌روند، نشان می‌دهند. اکنون می‌توان با کپسوله کردن، ارزش رنگ‌های طبیعی موجود در غذاهای کاربردی را افزایش داد و مزایای آنها را برای جمعیت وسیع‌تری به ارمغان آورد. میکروکپسوله کردن و نانوکپسوله کردن، پلتفرم‌های موثری برای محافظت از رنگدانه‌ها در برابر شرایط مضر محیطی هستند و در عین حال امکان آزادسازی کنترل‌شده و هدفمند را نیز فراهم می‌کنند. کاربرد میکرو و نانوکپسوله‌ها در جنبه‌های مختلف سیستم غذایی و دستگاه گوارش باید بررسی شود تا مکانیسم‌های آزادسازی و کارایی کاربرد آنها توضیح داده شود. تحقیقات آینده در مورد رنگدانه‌های طبیعی نیز باید بر گسترش طیف رنگ‌هایی که ممکن است به دست آیند و همچنین تشویق رنگدانه‌هایی با ویژگی‌های مفید برای سلامتی متمرکز شود. تحقیقات بیشتری نیز در مورد تثبیت رنگ‌های طبیعی مورد نیاز است که تاکنون از طریق تکنیک‌های کمپلکس‌سازی مولکولی یا میکروکپسوله کردن مورد بررسی قرار گرفته است.

دانلود فایل پی دی اف انگلیسی

دیگر سرچشمه ها:

https://www.researchgate.net

https://letstalkscience.ca

https://lpi.oregonstate.edu

https://www.mdpi.com