کلروفیل
افزودن رنگ به مواد غذایی، چه با استفاده از افزودنیهای رنگی طبیعی یا مصنوعی، به منظور نشان دادن کیفیت خوب، کمک به بازاریابی و جلب رضایت مصرفکنندگان انجام میشود. رنگدهندهها در مراحل خاص به ماتریسهای مواد غذایی اضافه میشوند تا رنگهای مطلوب در محصولات غذایی ایجاد شود و حفظ شود. رنگها همچنین برای بازگرداندن رنگهای طبیعی مواد غذایی از دست رفته در اثر قرار گرفتن در معرض هوا، نور، دما، رطوبت یا شرایط نامناسب نگهداری استفاده میشوند. کلروفیل، رنگدانه سبزی است که از گیاهان و جلبکها استخراج شده و به طور گستردهای به عنوان رنگدهنده برای مواد غذایی مختلف استفاده میشود. کلروفیل موجود در کلروپلاست با پلیپپتیدها، فسفولیپیدها و توکوفرولها کمپلکس شده و در غشاهای آبگریز نگهداری میشود.
تولید کلروفیل برای مصارف صنعتی
اگرچه برگهای سبز گیاهان منبع ایده آلی برای استخراج کلروفیل هستند؛ اما تکنیکهای نوظهور و روشهای جدیدی توسعه یافته اند که به سیانوباکتریها مانند آرتروسپیرا یا ریزجلبکها مانند کلرلا به عنوان منبع کلروفیل متکی هستند. از گیاهان خوراکی مانند اسفناج نیز میتوان برای استحصال کلروفیل استفاده کرد. گياهان خشک مانند alfalfa انتخابی ایدهآل برای تولید رنگ خوراکی به ویژه در ایالات متحده هستند. از بیومسهای دریایی آبگیری شده مانند جلبکها و همچنین از کرم ابریشم نیز میتوان کلروفیل استحصال کرد. به طور کلی برای استخراج کلروفیل از حلال آلی معمولی (عمدتاً استون، متانول، حلالعای کلردار، اتانول یا هگزان به تنهایی یا در ترکیب) استفاده میکنند. فرآوردههای کلروفیل برای بازار رنگهای غذایی عمدتاً از گیاه (Medicago sativa) و گزنه (Urtica dioica) به دست میآیند. جلبکهای قهوهای منبع خوبی از کلروفیل هستند زیرا مانند فیتوپلانکتونهای تک سلولی حاوی کلروفیل c هستند که پایدارتر از کلروفیل a و کلروفیل b است.
شیمی کلروفیل
کلروفیلها مشتقاتی از دی هیدروپورفیرین حاوی یک یون منیزیم مرکزی هستند. یونهای مس یا روی، رنگ سبز را حفظ میکنند. کلروفیلهای محلول در روغن و همچنین کلروفیلینهای محلول در آب، مخلوط نیمه سنتزی نمکهای Na و Cu مشتق شده از کلروفیل، پایداری خوبی در نور و گرما و پایداری نسبی در محلولهای اسیدی و قلیایی دارند. عصاره کلروفیل به سه شکل اصلی وجود دارد: مایع، پودر و قرص یا کپسول. عصاره کلروفیل مایع کمترین فراوانی را در بین تمام اشکال دارد، زیرا معمولاً از عصارههای خام مواد گیاهی مانند برگ یا علفهای معلق در آب یا محلول روغن تشکیل میشود. مزیت این فرم این است که غلظت بالایی از مواد مغذی و مواد معدنی فعال دارد. با این حال، به دلیل طعم قوی گیاهی و رایحه خاکی آن ممکن است طعم ناخوشایندی داشته باشد. رنگدهنده کلروفیل محلول در آب است و PH بین 3 تا 10 دارد. این رنگ در برابر نور و گرما مقاومت زیادی دارد. در محیطهای اسیدی ناپایدار میشود اما در محیطهای قلیایی پایداری خوبی دارد. این رنگ میتواند تا دمای 100 درجه ساتیگراد خواص خود را حفظ کند.
پایداری کلروفیل
کلروفیل وقتی از محیط بومی خود حذف شود (یعنی از کمپلکسهای پروتئینی کلروفیل در دستگاه فتوسنتز گیاه) مولکولی بسیار حساس به نور، pH کم، دمای بالا، واکنشهای آنزیمی و اکسیژن است. به طور کلی کلروفیل b از کلروفیل a پایدارتر است. کلروفیلها، رنگدانههای پایداری در محیط طبیعی خود در شرایط فیزیولوژیکی هستند. با این حال، کلروفیلها پس از استخراج یا حین فرآوری محصول غذایی با تغییر در مقدار pH و دما متحمل تغییراتی در ساختار خود میشوند که در نتیجه خواص کروماتیک آنها را تغییر میدهد. احتمالاً واکنش اصلیای که بر کلروفیل تأثیر میگذارد، جایگزینی یون مرکزی منیزیم با دو هیدروژن است. اهمیت واکنش برای صنایع غذایی با تغییر شدید رنگ مرتبط است، زیرا مشتقات منیزیم سبز هستند، در حالی که مشتقات بدون منیزیم (عمدتاً فئوفیتینها و فئورفوربیدها)، قهوهای هستند. در نتیجه، این واکنش ساده و سریع عامل اصلی از بین رفتن رنگ سبز اولیه در طول پردازش و نگهداری مواد و نوشیدنیهای غذایی سبز رنگ است. بنابراین، صنایع غذایی چندین استراتژی برای حفظ رنگ سبز اولیه طراحی کردهاند:
- تلاشهای اولیه شامل عوامل قلیاییکننده بود، اما ظاهر شدن اثرات ثانویه منفی مانند نرم شدن مواد خوراکی یا بیطعمی باعث شد که این روشها دیگر به کار گرفته نشوند.
- دومین رویکرد، جایگزینی اتمهای هیدروژن مرکزی با یونهای روی یا مس برای تشکیل متالوکلروفیلهای سبز پایدارتر است که در نتیجه محصول غذایی مربوطه را دوباره سبز رنگ میکند. بنابراین، شرایط برای تولید کمپلکسهای روی و مس مشتقات کلروفیل در سبزیجات در طول فرآوری طی سالها بهینه شد. با این حال، این روش هم جوابگو نبود، زیرا حداکثر حد مجاز تعیین شده توسط FDA برای روی 75 ppm است و مقادیر بیشتری روی برای ایجاد رنگ سبز قابل قبول و مطلوب مورد نیاز است.
برای غلبه بر این محدودیت، استراتژیهای جدیدی برای کپسولهسازی کلروفیلهای روی با استفاده از ماتریسهای مختلف مانند صمغ عربی، مالتودکسترین و نشاسته اصلاحشده یا پروتئینهای آب پنیر در دست توسعه هستند. در واقع، تکنیکهای متفاوتی برای نانو کپسوله کردن کلروفیلهای خام استخراج شده از سبزیجات خوراکی بدون هیچ گونه تصفیه نمک در حال راهاندازی است.
استفاده از کلروفیل به عنوان رنگ دهنده در صنایع غذایی
یکی از مشکلات عمده محدود کردن استفاده از کلروفیل به عنوان مستقیم رنگهای خوراکی این است که منیزیم مرکزی آن به راحتی در طی پردازش ماده غذایی از بین میرود. این مسئله را میتوان با جایگزینی این یون با سایر فلزات در ماکروسیکل حل کرد که باعث پایداری بیشتر میشود. عامل محدودکننده دیگر بالا بودن آبگریزی مولکول رنگدانه ناشی از طولانی بودن زنجیره فیتول آبگریز مشتق شده از فیتول C20H39OHاست. اصلاح شیمیایی این گروهها میتواند باعث افزایش حلالیت کلروفیل شود. کلروفیل به عنوان رنگ خوراکی در کنسروها، شیرینی، سوپ، دسر، نوشیدنی، محصولات لبنی، بستنی، شربت، تهیه رنگ میوه، محصولات نانوایی، سس، چاشنی و غذای آماده مصرف کاربرد دارند.
