کاربرد کربن فعال برای حذف پاتولین در کنستانتره آب سیب

استفاده و کاربرد کربن فعال برای حذف پاتولین در کنستانتره آب سیب یک ضرورت است. یکی از مهم ترین کاربردهای کربن فعال خوراکی در نوشیدنی می باشد. همانطور که می دانید سیب و محصولات مبتنی بر سیب یکی از محبوب ترین میوه ها و خورندنی ها در سراسر جهان می باشند. این مساله به دلیل طعم دلپذیر و فواید زیاد این میوه برای سلامتی است. اما کپک معمولی، Penicillium expansum، به سیب های زخمی حمله می کند و باعث پوسیدگی کپک آبی و در نتیجه تولید پاتولین، مایکوتوکسینی می کند که بر سلامت انسان تأثیر منفی می گذارد. آلودگی پاتولین در محصولات سیب یک مشکل جهانی است. چاره اندیشی جامع  و ارائه راه حل برای چالش های مرتبط با تجمع پاتولین در سیب ضروری است. این بررسی اثرات بیماری زایی گونه های پنی سیلیوم ، صفات کیفی ارقام سیب و شرایط محیطی را بر شدت آلودگی کپک آبی سیب و پاتولین مورد بحث قرار خواهد داد. علاوه بر این، فراتر از فعل و انفعالات پیچیده سه عامل فوق الذکر، کنترل پاتولین نیز به دلیل فقدان روش های تشخیص قابل اعتماد در ماتریس های غذایی، و همچنین مکانیسم های تخریب نامشخص و دانش محدود در مورد سم متابولیت های ناشی از تخریب ها به چالش کشیده می شود. از آنجایی که محصولات مبتنی بر سیب عمدتاً با سیب های ذخیره شده تولید می شوند، استراتژی های قبل و بعد از برداشت برای کاهش پاتولین به یک اندازه مهم هستند. موارد کاربردی قبل از ذخیره سازی این میوه عبارتند از: اصلاح نژاد سیب و مقاوم کردن آن  در برابر بیماری، مدیریت باغ و استفاده از عوامل ایجاد کننده می باشد. از راهکارهای بعدی بهبود کیفیت ذخیره سازی سیب و کاهش شدت پوسیدگی میوه، به کنترل سطح پاتولین کمک می کند. اما ممکن است با تمام این راهکارها بازم هم سیب دارای پاتولین باشد و این مساله بخصوص برای تهیه آبمیوه سیب یک چالش بزرگ است.

در اصل پاتولین، یک مایکوتوکسین تولید شده توسط گونه های مختلف قارچ پنی سیلیوم و آسپرژیلوس است که اغلب در آب سیب و سیب ها شناسایی می شوند. مطالعات انجام شده بر روی حیوانات آزمایشگاهی نشان داده است که پاتولین دارای طیف گسترده ای از سم، از جمله جهش زایی و سرطان زایی است.

بیشتر بخوانید:  تحلیل قیمت و هزینه کربن فعال ایرانی و خارجی در بازار ایران

تحقیقات موثر کربن فعال برای حذف پاتولین در کنسانتره آب سیب

استفاده از پودر کربن فعال خوراکی یا کربن فعال گرانولی در کاهش پاتولین در کنسانتره آب سیب و همچنین بر ویژگی‌های کیفی آب سیب با استفاده از طرح فاکتوریل با استفاده از طرح کاملا تصادفی (CRD) مورد بررسی قرار گرفت. در این آزمایش که از کربن اکتیو پودری استفاده شد باعث کاهش کامل محتوای پاتولین در آب سیب تا غلظت 5 گرم در لیتر با زمان تماس 5، 15 و 30 دقیقه و با غلظت کربن 3 گرم در لیتر، در این فرایند کاهش پاتولین به ترتیب در  عرض 5 دقیقه 15 و 30 دقیقه به ترتیب نزدیک به 94، 96 و 97 درصد بود. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از کربن فعال بر ویژگی‌های کیفی آب سیب تأثیر نامطلوبی دارد. با این حال، به نظر می رسد احتمال بیشتری وجود دارد که این اثرات به راحتی قابل حل باشد و هیچ مشکل قابل توجهی در صنعت آب سیب ایجاد نکند. این تحقیق نشان داد که بهترین نتایج برای از بین رفتن پالتولین در آب سیب استفاده از کربن فعال پودری است. همچنین، بهترین نتیجه با غلظت 3 گرم در لیتر با زمان تماس 5 دقیقه به دست آمد. در این آزمایش با این میزان و با این مدت زمان تماس مقدار پاتولین به حد قابل قبولی کاهش یافت این در حالی بود که تأثیر منفی بر خصوصیات کیفی آب سیب هم ناچیز بود.

تست کربن های فعال نوریت برای حذف پاتولین در آب سیب

طبق تحقیقات انجام شده سه نوع کربن فعال (NORIT SA 4، NORIT SX 4 و NORIT CA 1) مورد آزمایش قرار گرفت. این مساله به منظور بررسی توانایی کربن های فعال نوریت در کاهش سطوح پاتولین در آب سیب با سطوح و دماهای مختلف انجام شد. کربن‌های فعال شده با بخار (NORIT SA 4 و NORIT SX 4) ایزوترم‌های جذب مشابهی را در سطح دوز 1 گرم در لیتر نشان دادند. آنها به ترتیب باعث کاهش پاتولین 80٪ و 70٪ به ترتیب در 12 (o) آب بریکس در 55 درجه سانتیگراد را به دست آوردند. شباهت در عملکرد بین کربن فعال شده با بخار نشان می دهد که خلوص و اسیدیته سطح بر جذب پاتولین تاثیر نمی گذارد. کربن فعال شیمیایی (NORIT CA 1) در حذف پاتولین کمتر موثر بود و تنها 45 درصد کاهش در دوز 1 گرم در لیتر به دست آورد. حذف پاتولین تحت تأثیر آب بریکس قرار گرفت که در آن دوزهای کربن بالاتر در سطوح بالاتر بریکس برای کارایی حذف معادل مورد نیاز بود. با دوز 1 گرم در لیتر، NORIT SA 4 تنها 45 درصد پاتولین را از یک آب 20(o) بریکس حذف کرد. حذف پاتولین از آب بریکس 12 یا 20 (o) توسط NORIT SA 4 در 1 گرم در لیتر تحت تأثیر تغییرات دما در محدوده 30 تا 65 درجه سانتیگراد قرار نگرفت.

خطرات ناشی از پاتولین در غذا و نوشیدنی

پاتولین یک مایکوتوکسین نگرانی ایمنی مواد غذایی است. این قارچ توسط گونه های متعددی از قارچ ها که روی میوه ها و سبزیجات رشد می کنند تولید می شود. قرار گرفتن در معرض این سم می تواند منجر به بیماری های عصبی، ایمنی و گوارشی شود. همچنین عمدتاً باعث آسیب‌های کبدی و کلیوی می‌شود. کودکان بیشتر در معرض خطر سمیت ناشی از پاتولین هستند زیرا اغلب محصولات بالقوه آلودگی بیشتری دارند. اطلاعات به دست آمده از یک مطالعه توسط USDA نشان داده است که کودکان در مقایسه با بزرگسالان مصرف بسیار بالایی از محصولات سیب دارند. در طول سال اول زندگی، کودکان به طور متوسط ​​6.4 گرم بر کیلوگرم وزن بدن در روز سیب مصرف می کردند در حالی که بزرگسالان تنها 0.4 گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز این مصرف را داشتند. این بدان معنی است که مراقبت از خطر بالقوه پاتولین و سایر مایکوتوکسین ها در غذاهای کودک اهمیت ویژه تری دارد.

سازمان های نظارتی در سراسر جهان حداکثر سطوح مجاز 50 میکروگرم بر کیلوگرم را در غذاها تعیین کرده است. علی‌رغم قوانین، بررسی‌ها برای یافتن پاتولین در محصولات غذایی و نوشیدنی‌های تجاری ادامه می‌یابد که در برخی موارد از حداکثر محدودیت‌ها فراتر می‌رود. محتوای پاتولین در مواد غذایی را می توان در سراسر زنجیره پردازش مواد غذایی کاهش داد. نگهداری، نگهداری و حمل و نقل مناسب غذا می تواند رشد قارچ و تولید پاتولین را محدود کند. تکنیک‌های رایج فرآوری از جمله پاستوریزاسیون، فیلتراسیون و تخمیر همگی بر محتوای پاتولین در غذا تأثیر دارند، اما به‌طور جداگانه اقدامات ایمنی کافی نیستند.

روش های جدید جایگزین برای حذف پاتولین در غذا و نوشیدنی

روش‌های جدیدی برای حذف یا سم‌زدایی پاتولین بررسی شده است. تکنیک های پردازش غیر حرارتی مانند فشار هیدرواستاتیک بالا، تابش اشعه ماوراء بنفش، تجزیه آنزیمی، اتصال به میکروارگانیسم ها و تخریب شیمیایی همگی می توانند این سم را کاهش دهند اما بهینه نشده اند.

• استفاده از مواد شیمیایی 

انواع مواد شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته اند که امیدوارکننده‌ترین آنها عبارتند از اسید اسکوربیک، آمونیاک، پرمنگنات پتاسیم، دی اکسید گوگرد، ازن، و برخی از ویتامین‌های B می باشد. اسید اسکوربیک و آسکوربات (ویتامین C) برای کاهش پاتولین در محصولات سیب مورد مطالعه قرار گرفته است. کاهش جزئی پاتولین توسط اسید اسکوربیک گزارش شده است، با یک مطالعه تنها 5% از دست دادن پس از 3 ساعت و 36% پس از 44 ساعت بوده است. به طور مشابه، تخریب پاتولین در طول ذخیره سازی مشاهده شد. محتوای پاتولین آب سیب با اسید اسکوربیک اضافه شده تا 70 درصد کاهش یافت اما تنها 30 درصد در آب بدون اسید اسکوربیک اضافه شده پس از یک دوره 34 روزه بود.

همچنین تجزیه پاتولین توسط آمونیاک و توسط اکسیداسیون با پرمنگنات پتاسیم در یک محیط اسیدی و بازی نیز به عنوان یک اقدام کنترلی مورد بررسی قرار گرفت. هر دو به عنوان راهکار موثر بودند و قادر به کاهش پاتولین تا بیش از 99.9٪ در یک محلول آبی استاندارد شدند. در نظر داشته باشید در شرایط اسیدی، استفاده از پرمنگنات پتاسیم باعث تولید ترکیبات بالقوه جهش زا و مضر می شود که پتانسیل آن را برای استفاده در مواد غذایی محدود می کند.

 پاتولین در حضور ترکیبات حاوی گوگرد ناپایدار است به همین دلیل مطالعه ای در مورد تأثیر دی اکسید گوگرد در تجزیه پاتولین در محلول انجام شده است. یک مطالعه نشان داد که محلولی با 200 پی پی ام دی اکسید گوگرد می تواند پاتولین را 12 درصد پس از 24 ساعت و 90 درصد پس از دو روز کاهش دهد. مطالعه بعدی نشان داد که تنها 100 پی پی ام دی اکسید گوگرد می تواند محتوای پاتولین را تا 50 درصد در 15 دقیقه کاهش دهد. نشان داده شده است که پاتولین با تعدادی از ترکیبات حاوی گوگرد مانند سیستئین، N- استیل سیستئین و گلوتاتیون ترکیبات افزایشی ایجاد می کند. این به این دلیل است که پاتولین میل ترکیبی قوی برای اتصال کووالانسی به گروه های سولفیدریل و همچنین گروه های آمینو، تیول و NH2 دارد.

• استفاده از ازن برای حذف پاتولین

ازن یک اکسید کننده قوی است که قادر به واکنش با گروه های شیمیایی متعدد است . پاتولین تیمار شده با محلول 10 درصد ازن در 15 ثانیه از ppm 5 به زیر سطوح قابل تشخیص تجزیه شد. یون های فلزی به طور کلی بر تخریب پاتولین توسط اکسیداسیون ازن تأثیری نداشتند، اگرچه آهن و منگنز هر دو به طور قابل توجهی این اثر را کاهش دادند. ازن به تنهایی قادر بود پاتولین را تا 98 درصد در 1 دقیقه تجزیه کند. درمان ازن بسیار مؤثر است و بر پارامترهای کیفی محصولات غذایی تاثیر نمی گذارد.

• اشعه ماوراء بنفش

اشعه ماوراء بنفش (UV) یک روش غیر حرارتی تایید شده برای نگهداری آب میوه در کانادا و ایالات متحده است. به طور معمول برای تخریب میکروارگانیسم ها استفاده می شود، همچنین به عنوان وسیله ای برای تجزیه پاتولین مورد مطالعه قرار گرفته است. اشعه ماوراء بنفش با محدوده تابش 14.2-99.4 mJ/cm2 روی سیب سیب توانست باعث کاهش در محدوده 9.4 تا 43.4٪ شود و قرار گرفتن در معرض بالاتر باعث کاهش بیشتر پاتولین می شود. هیچ از دست دادن اجزای شیمیایی یا خواص حسی از جمله pH، درجه بریکس و اسیدهای کل در آبمیوه یافت نشد. اما این جالب اینجاست که تأثیر اشعه ماوراء بنفش (253.7 نانومتر) بر پاتولین موجود در آب سیب، سیب، مؤثر نبود. تصور می شود این مساله به دلیل افزایش کدورت آب سیب است که مانع از عملکرد اشعه ماوراء بنفش می شود.

طبق مطالعات دیگر مشخص شد اثر اشعه ماوراء بنفش می تواند به طور قابل توجهی با حضور مقادیر زیادی اسید اسکوربیک در تضاد باشد. اما اسید اسکوربیک یک افزودنی رایج به آب سیب به دلیل خواص ضد قهوه ای و آنتی اکسیدانی آن است. به همین دلیل اگر می خواهید پرتو فرابنفش یک درمان موثر باشد باید هر گونه افزودنی اسید اسکوربیک را بعد از اشعه انجام دهید. همچنین نشان داده شد که طول موج خاص نور UV استفاده شده بر کاهش پاتولین تأثیر می گذارد. مشخص شد که کاهش پاتولین در آب سیب یا سیب در طول موج 222 نانومتر در مقابل 254 و 282 نانومتر موثرتر بوده است. هیچ تغییر قابل توجهی در pH، مواد جامد محلول، یا رنگ آب سیب در طول این درمان مشاهده نشد.

• نور پالسی

استفاده از نور پالسی یکی دیگر از تکنیک های پردازشی است که برای از بین بردن پاتولین در محصولات غذایی پیشنهاد شده است. نور پالسی یک تکنیک نگهداری مواد غذایی غیر حرارتی است که شامل استفاده از انفجارهای کوتاه (1 میکرو ثانیه تا 0.1 ثانیه) نور با طیف وسیع با طول موج های 200 تا 1100 نانومتر است. پاتولین توسط نور پالسی در بافر MclIvaine، آب سیب و پوره سیب تجزیه شد. درمان با نور پالسی توانست محتوای پاتولین را 85 تا 95 درصد در بافر، 22 درصد در آب میوه و 51 درصد در پوره سیب کاهش دهد.

•  فشار هیدرواستاتیک بالا

پردازش فشار هیدرواستاتیک بالا (HPP) یک روش پردازش مواد غذایی غیر حرارتی است که در اصل برای کاهش میکروارگانیسم ها طراحی شده است که به عنوان وسیله ای برای کاهش مایکوتوکسین ها در غذاها نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. HPP یک درمان نگهداری مواد غذایی است که از فشار بالا برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها و پروتئین ها استفاده می کند. مشخص شده است که استفاده از HPP بسته به شرایط عملیاتی تا 56.24 درصد پاتولین موجود در آب سیب آلوده به ppb 100 مایکوتوکسین را کاهش می دهد. فشارها از 30 تا 500 مگاپاسکال و دماها از (30 تا 50 درجه سانتیگراد) متغیر بود. هیچ روند روشنی در مورد ترکیب فشار/دما بهینه نتیجه‌گیری نشده است، که نشان می‌دهد برای اصلاح این فناوری به مطالعه بیشتری نیاز است. فشار بالاتر در 600 مگاپاسکال به مدت 300 ثانیه برای کاهش پاتولین در آب میوه تا 31 درصد یافت شد. نشان داده شده است که HPP در درجه اول بر روی برهمکنش های آبگریز و الکترواستاتیکی کار می کند، نه برهمکنش های کووالانسی موجود در مولکول های پاتولین

نتیجه گیری:

روش های مختلف زیادی برای از بین بردن پاتولین و سموم موجود در غذا و نوشیدنی در جهان وجود دارد. برخی کاربردی و عملیاتی و برخی دیگر در حال تحقیق و توسعه هستند. کاربرد کربن فعال برای حذف پاتولین در کنستانتره آب سیب یکی از روش های موثر است که در صنایع غذایی و آبمیوه مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به تحقیقات انجام شده پودر کربن اکتیو تاثیر بیشتری دارد. علاوه بر این، به علت اینکه قیمت کربن فعال خوراکی نسبت به سایر روش های جایگزین دیگر مقرون به صرفه تر است این روش هنوز متداول ترین روش برای حذف پاتولین مورد استفاده قرار می گیرد.

منبع :
researchgate.net
mdpi.com