کاربرد کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی

در پست های قبلی علم فود درباره کروماتوگرافی، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا، کروماتوگرافی لایه نازک و کروماتوگرافی ستونی صحبت کردیم. در این پست قصد داریم درمورد کاربرد کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی صحبت کنیم. تا پایان این مطلب با علم فود همراه باشید.

 

کروماتوگرافی گازی چیست ؟

اختراع HPLC در 1941 توسط Martine و Synge انجام شد در حالی که اختراع کروماتوگرافی گازی یک دهه بعدتوسط James و Martine انجام شد.دستگاه کروماتوگرافی گازی که به اختصار به آن gas chromatography) GC) نیز گفته می‎شود، یکی از دستگاه‌های چندکاره است که در اکثر آزمایشگاه‌ها یافت می‎شود.  دستگاه کروماتوگرافی گازی برای اندازه گیری ترکیبات آلی به طور وسیع استفاده می‌شود.

ترکیبات بسیار پیچیده نيز توسط این روش از هم جدا مي‌شوند. آنالیز GC بسیار سریع بوده در مقیاس مقادیر کم انجام می‌شود.قدرت جداسازی بالای GC برای نمونه‌های بسیار پیچیده در زمان کوتاه و مقدار بسیار کم نمونه بکار می رود که توسط هیچ تکنیک دیگری قابل حصول نیست.

کاربرد کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی

بررسی تقلبات درمحصولات غذایی با کروماتوگرافی گازی

روغن زیتون و سایر روغن های خوراکی گیاهی:

روغن های گیاهی خوراکی را میتوان با استفاده از GC تحلیل کرد. به همین دلیل تعداد زیادی مقاله در زمینه تأیید اعتبار و تشخیص تقلب در این نوع مواد غذایی با استفاده از GC وجود دارد. در این میان، روغن زیتون فرابکر و بکر قطعاً بیشترین بررسی را دارند. کاربرد کروماتوگرافی گازی بر تعیین مواد تشکیل دهنده در مخلوط‌های روغنی با قیمت و کیفیت بالا، تمایز روغن زیتون فرابکر از روغنهای معیوب، امکان تشخیص هویت انواع روغن‌ها و چربیهای خوراکی متمرکز است.

عسل

یکی از انواع کاربرد کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی بررسی و تشخیص عسل طبیعی از تقلبی است. اصالت عسل و سایر محصولات زنبور عسل دو جنبه دارد. اصالت در مورد تولید، به عنوان مثال، جلوگیری از تقلب با افزودن سایر ترکیبات (انواع شربت های قند) و اصالت منشا گیاهی و جغرافیایی.

برای تشخیص افزودن شربت های قند در روش GC، پروفایل کربوهیدرات در ترکیب عسل آنالیز میشود. با این حال، روشهای تشخیص هویت جغرافیایی و گیاه‌شناسی نمونه های عسل معمولاً از آماده سازی نمونه های پیچیده تری مانند ریز استخراج فاز جامد با ابزارهای دقیق و پیچیده تر، مانند GC چند بعدی استفاده می کنند. این روش ها بیشتر به تجزیه و تحلیل ترکیبات آلی فرار متکی هستند.

 

شیر و محصولات لبنی

اصالت شیر و فرآورده های لبنی، مانند پنیر و شیر تخمیر شده، با استفاده از GC ، معمولاً براساس تعیین مقدار چربی نمونه هاست که شامل تری آسیل گلیسرول ها و اسیدهای چرب می باشد. بنابراین، برای انجام یک تجزیه و تحلیل موفقیت آمیز، معمولاً ترکیب GC با FID کافی است.

 

میوه‌ها و آبمیوه‌ها

بیشتر مقالاتی که با استفاده از GC آزمایش اصالت میوه را انجام میدهند، عواملی که باعث تمایز گونه های مختلف میشود را مورد بررسی قرار میدهند. این عوامل بیشتر از ترکیبات فرار آزاد و متعلق به گروه های شیمیایی مختلف، یعنی استرهای خطی و شاخه ای، ترپن ه ، الکل ها و سایر ترکیبات تشکیل شده است.

مقاله منتشر شده توسط Kurz و همکاران  یک استثنا است که با آنالیز قندهای خنثی پلی ساکارید دیواره سلولی زردآلو ، هلو و کدو تنبل با استفاده از GC-FID سروکار دارد. در برخی موارد GC همچنین با سایر روشهای تحلیلی ترکیب میشود، بنابراین امکان استفاده از طیف وسیع تری از گونه‌های شیمیایی در تجزیه و تحلیل، شامل کربوهیدراتهای غیر فرار، اسیدهای چرب و اسیدهای آلی را فراهم می کند.

 

غلات و محصولات نانوایی

 غلات و حبوبات، آردها و نان ، به عنوان محصولات نانوایی که بیشتر در تغذیه انسان استفاده می شود ، معمولاً با توجه به رقم ، گیاه و یا منشا جغرافیایی با تجزیه و تحلیل GC و پردازش شیمیایی داده های بدست آمده از یکدیگر تفکیک می شوند. ترکیبات شیمیایی که نقش عوامل متمایزکننده را دارند معمولاً شامل مولکول های کوچک مانند قندهای محلول ساده و اسیدهای چرب آزاد هستند.

 

گوشت، ماهی و مواد غذایی دریایی

تعین کیفیت فراورده های گوشتی نیز از دیگر موارد کاربرد کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی است. مطالعات در مورد اصالت غذاهای دریایی و فرآورده های گوشتی با استفاده از روش GC معمولاً بر تعیین تازگی یک غذای دریایی یا فرآورده های گوشتی متمرکز است.

 

قهوه و چایی

تمایز نمونه های قهوه بیشتر براساس مشخصات اسیدهای چرب و ترکیبات فرار و نیمه فرار (اسیدهای آلی ، قندها ، ترپنوئیدها) است. تمایز گیاهان مختلف چای منحصراً بر روی اجزای فرار می باشد.

 

کروماتوگرافی گازی روغن اساسی گیاه زردچوبه

 

انواع کروماتوگرافی گازی

• کروماتوگرافی گاز-جامد GSC (جذب سطحی، adsorption )
• کروماتوگرافی گاز-مایع GLC (توزیع، partition )

 

دوره آموزشی متخصص آزمایشگاه مواد غذایی 

مجموعه علم فود به عنوان همکار آموزشی سازمان غذا و دارو، دوره آزمایشگاه میکروبی مواد غذایی و آزمایشگاه شیمی مواد غذایی را به صورت کاملا عملی و تحلیلی تهیه کرده است. در این دوره آزمایش های مهم شیمی مواد غذایی از جمله جدول تغذیه ای مواد غذایی که جزء آزمایشات مهم هستند به صورت کاملا عملی آموزش داده شده است. از مواردی که در دوره عملی آزمایشگاه شیمی آموزش داده شده میتوان به اندازه گیری پروتئین، چربی، قند، نمک، اسیدیته، خاکستر، دانسیته، رطوبت و آزمایشات مهم دیگر مانند اندازه گیری فیبر خام اشاره کرد.

همچنین در دوره آزمایشگاه میکروبیولوژی مواد غذایی سعی شده چالش های احتمالی در آزمایشگاه میکروبی مواد غذایی بررسی و راه حل هایی برای آن ارائه گردد. نحوه رقت سازی، ساخت محیط کشت، بررسی استاندارد، نحوه افزودن مکمل ها و نحوه کشت و شمارش میکروارگانیسم های مهم و مشترک بین مواد غذایی در این دوره آموزش داده شده است. برای آشنایی با این دوره ها بر روی ثبت نام و شروع یادگیری دوره های شیمی و میکروب کلیک کنید (با امکان دریافت گواهی مورد تایید غذا و دارو با مجموعا 20 امتیاز).

نحوه انجام جداسازی در GC

مهمترین فاکتور در کروماتوگرافی گازی ، انتخاب ستون مناسب است. ماهیت مایع یا جامد بودن فاز ساکن مشخص کننده تعادل‌های تبادلی بین اجزای نمونه است و بستگی به موارد زیر دارد:

•  قابلیت انحلال یا جذب سطحی آنالیت ها
• قطبیت فاز ساکن و مولکو ل‌های آنالیت
• درجه پیوند هیدروژنی و برهمکنش های شیمیایی ویژه

در کروماتوگرافی گازی ، نمونه با تزریق به یک محفظه داغ تبدیل به حالت بخار شده و توسط یک گاز (گاز حامل) شسته و درون ستون حرکت می کند. فاز ساکن عموما یک مایع غیر فرار یا یک فاز مایع پیوندی بر روی یک پشتیبان یا پیوند شده به دیواره داخلی یک کپیلاری یا ذرات خنثی نظیر خاک دیاتومه است. نمونه با سرعت توسط یک سرنگ هایپودرمیک(hypodermic) از طریق یک سپتون یا به وسیله یک شیر نمونه برداری گازی وارد بخش تزریق GC می شود.

ابتدا نمونه تزریق شده به درون inlet یا inlet liner رفته و سپس توسط گاز حامل حمل می شود. بخش‌های تزریق نمونه، ستون و آشکارساز تا دمایی حرارت داده می شوند که نمونه به بخاری با فشار حداقل 10 تور (معمولا 50 سانتی گراد بالاتر از ترکیبی با بالاترین نقطه جوش) برسد.بخش تزریق نمونه و آشکارساز معمولا در دماهای بالاتر از ستون گرمتر نگه داشته می شوند تا به تبخیر سریع نمونه کمک کرده و مانع تراکم مجدد نمونه در آشکارساز شود.

 

 

ستون‌های کروماتوگرافی گازی

انواع ستون های GC

• ستون پرشده (packed)

  • ستون های پر شده ابتدا توسعه پیدا کردند و برای مدت زمان های طولانی استفاده شدند.
  • استفاده از ستون های پرشده زمانی که به قدرت جداسازی بالا نیاز نباشد و یا جاهایی که ظرفیت تزریق بالا نیاز باشد مورد استفاده قرار می گیرند.
  • انواع فرم‌های ستون پرشده:
    لوله های مارپیچی (اغلب از این استفاده می‌شود)
    لوله های U شکل
    لوله های W شکل
  • ستون‌های خوب پرشده دارای 1000 plate/ m  می باشد. یک ستون2متری دارای 2000 بشقابک خواهد بود.
  • ستون‌های کوتاه می توانند از جنش شیشه، شیشه/استیل زنگ نزن سیلیکادار باشد.
  • ستون‌های طویل از جنس استیل زنگ نزن یا نیکل می باشند(به دلیل خنثی بودن، شیشه هنوز برای ستون‌های طویل نیز ترجیح داده می شود).
  • اغلب از ستون‌های 1 تا 3 متری استفاده می‌شود.

• کپیلاری (capillary)

  • امروزه از ستون های کپیلاری استفاده می شود.
  • این ستونها از جنس سیلیکای گداخته (fused silica) تشکیل شده اند که دیواره خارجی آنها با پلیمر پلی ایمید پوشش داده شده است تا از ستون کپیلاری شکننده محافظت کند و اجازه بدهد آن را به صورت مارپیچ کویل کنند.
  • این پلیمر رنگ قهوه ای دارد و در اثر استفاده زیاد، رفته رفته پر رنگ تر میشود.
  • سطح داخلی لوله کپیلاری به صورت شیمیایی تیمار شده تا برهمکنش نمونه با گروه‌های سیلانول کاهش یابد.

 

فاز ساکن در کروماتوگرافی گازی

فازها بر اساس قطبیت آنها انتخاب می شوند:
•فاز ساکن قطبی برهمکنش قوی تری با ترکیبات قطبی
دارد و برعکس.

•فازهای مایع غیر قطبی، معمولا غیرگزینشی هستند، زیرا نیروهای کمی بین آنالیت و حلال وجود داردند و جداسازی بیشتر از الگوی نقطه جوش حل شونده‌ها تبعیت میکند.

•فازهای مایع قطبی چندین نوع برهمکنش مختلف نظیر برهمکنش دوقطبی، پیوند هیدرونی و نیروهای القایی را دارا است و جداسازی آن از الگوی فراریت تبعیت نمی کند.

•متداولترین فاز ساکن کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی پلی سیلوکسان (polysiloxane )و پلی اتیلن گلیکول(کربوواکس carbowax ) می‌باشند.

آشکارسازهای کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی

دو نوع آشکارساز برای GC وجود دارد که برخی عمومی بوده و برای همه ترکیبات بکار می روند و برخی دیگر گزینشی بوده و برای انواع خاصی از ترکیبات هستند.

 

نتیجه گیری:

کروماتوگراف گازی، به عنوان ابزاری رایج در بیشتر آزمایشگاه های تحلیلی در سراسر جهان، می تواند با موفقیت در احراز هویت و تشخیص تقلب در محصولات مختلف غذایی و آشامیدنی، مانند روغن زیتون و سایر روغن های گیاهی خوراکی، عسل و سایر محصولات زنبور عسل ، شیر و لبنیات غلات و محصولات نانوایی، گوشت، ماهی و غذاهای دریایی و همچنین قهوه و چای استفاده شود که انواع کاربرد کروماتوگرافی گازی در صنایع غذایی قابل توجه است.

به این ترتیب، کروماتوگراف گازی به آشکارساز یونیزاسیون شعله یا طیف سنج های جرمی متصل می شود. می توان نتیجه گرفت که استفاده از یک دستگاه GC در توسعه بیشتر روش های احراز هویت می تواند نتایج معنی داری را برای ما فراهم کند و در آینده جزء روش های مهم در تعیین اجزاء و کیفیت مواد غذایی باشد.

 

دوست عزیز علم فودی اگر می خوای از دوره های تخصصی که علم فود برگزار میکنه باخبر بشی و کلی مطلب علمی در زمینه صنایع

غذایی یاد بگیری علم فود رو در اینستاگرام هم دنبال کن (کافیه روی عکس زیر کلیک کنی تا وارد پیج علم فود بشی):

منابع:

Gas Chromatography in Food Authentication

علم فود