در علم نوین مواد غذایی، کیفیت یک محصول دیگر صرفاً بر اساس ترکیب تغذیه‌ای، ویژگی‌های حسی یا انرژی آن ارزیابی نمی‌شود. شناخت ترکیباتی که می‌توانند در فرآیندهای زیستی بدن مشارکت کنند، به یکی از محورهای مهم پژوهش در شیمی مواد غذایی، فناوری فرآوری و توسعه غذاهای عملکردی یا Functional Foods تبدیل شده است.
ترکیبات زیست فعال غذایی را می‌توان موادی با منشأ غذایی دانست که علاوه بر نقش‌های تغذیه‌ای پایه، ظرفیت اثر بر فرآیندهای زیستی را دارند. این گروه شامل ترکیباتی با ساختارها و عملکردهای متفاوت است و نباید آن را معادل یک گروه شیمیایی واحد در نظر گرفت.
برخی از این ترکیبات متابولیت‌های اولیه هستند که در فرآیندهای اساسی متابولیسم نقش دارند؛ برخی دیگر، مانند بسیاری از فیتوکمیکال‌ها، متابولیت‌های ثانویه گیاهی‌اند که در سازوکارهای دفاعی، پاسخ به تنش‌های محیطی و تعاملات زیستی گیاه مشارکت می‌کنند.
انواع ترکیبات زیست فعال غذایی
از منظر فناوری مواد غذایی، ترکیبات زیست‌فعال را می‌توان بر اساس ساختار شیمیایی، منشأ، حلالیت، پایداری و عملکرد زیستی طبقه‌بندی کرد.
- پلی‌فنول‌ها (Polyphenols)
پلی‌فنول‌ها گروه بزرگی از ترکیبات گیاهی هستند که ساختار آن‌ها دارای یک یا چند واحد فنولی است. فلاونوئیدها، اسیدهای فنولی، استیلبن‌ها و برخی تانن‌ها از گروه‌های مهم این خانواده محسوب می‌شوند.
منابع غذایی آن‌ها شامل چای، کاکائو، انگور، انواع توت، زیتون، حبوبات و غلات کامل است. فعالیت شیمیایی پلی‌فنول‌ها به تعداد و موقعیت گروه‌های هیدروکسیل، ساختار حلقه‌های آروماتیک و میزان کونژوگاسیون مولکولی وابسته است.
این ترکیبات می‌توانند در واکنش‌های اکسایش‌ـ‌کاهش شرکت کنند و بر برخی مسیرهای پیام‌رسانی سلولی اثر بگذارند. با این حال، فعالیت آنتی‌اکسیدانی اندازه‌گیری‌شده در شرایط آزمایشگاهی لزوماً معادل اثر فیزیولوژیک آن‌ها در بدن نیست. متابولیسم روده‌ای و کبدی و تبدیل‌های میکروبی نیز در تعیین فعالیت نهایی نقش دارند.
- کاروتنوئیدها (Carotenoids)
کاروتنوئیدها رنگدانه‌های طبیعی با ساختارهای عمدتاً لیپوفیل هستند که در بسیاری از میوه‌ها و سبزیجات وجود دارند. بتاکاروتن، لیکوپن، لوتئین و زآگزانتین از نمونه‌های شناخته‌شده این گروه‌اند.
ساختار دارای پیوندهای دوگانه مزدوج، ویژگی‌های نوری و واکنش‌پذیری شیمیایی این ترکیبات را تعیین می‌کند. برخی از کاروتنوئیدها، از جمله بتاکاروتن، فعالیت پیش‌ساز ویتامین A دارند؛ درحالی‌که سایر اعضای این گروه عملکردهای متفاوتی نشان می‌دهند.
به دلیل حلالیت پایین در آب، آزادسازی کاروتنوئیدها از بافت گیاهی و حضور فاز چربی مناسب می‌تواند بر جذب آن‌ها تأثیر بگذارد. از سوی دیگر، اکسیژن، نور و حرارت ممکن است موجب اکسیداسیون یا ایزومریزاسیون آن‌ها شوند. بنابراین، طراحی فرآیند باید میان آزادسازی ترکیب از ماتریس و حفظ پایداری شیمیایی آن تعادل ایجاد کند.
- فیتواسترول‌ها (Phytosterols)
فیتواسترول‌ها از نظر ساختاری به کلسترول شباهت دارند و در روغن‌های گیاهی، مغزها، دانه‌ها و برخی غلات یافت می‌شوند.
این ترکیبات می‌توانند جذب کلسترول در روده را کاهش دهند و به همین دلیل در توسعه برخی محصولات غذایی با هدف مشخص تغذیه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، مقدار مصرف، شکل فرمولاسیون و الزامات قانونی مربوط به ادعاهای سلامت باید در توسعه چنین محصولاتی لحاظ شوند.
- اسیدهای چرب زیست فعال
برخی اسیدهای چرب چندغیراشباع، از جمله اسیدهای چرب امگا-۳ مانند EPA و DHA، در مطالعات مرتبط با عملکردهای فیزیولوژیک و سلامت قلب و عروق بررسی شده‌اند.
ساختار شیمیایی و تعداد پیوندهای دوگانه این ترکیبات، در کنار ویژگی‌های ماتریس غذایی، بر حساسیت آن‌ها به اکسیداسیون تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل، کنترل تماس با اکسیژن، نور و دما در فرآوری و نگهداری محصولات غنی‌شده با این ترکیبات اهمیت ویژه‌ای دارد.
- پپتیدهای زیست‌فعال (Bioactive Peptides)
پپتیدهای زیست فعال غذایی، توالی‌هایی از اسیدهای آمینه هستند که می‌توانند از طریق هیدرولیز پروتئین‌های غذایی، تخمیر یا فرآیندهای گوارشی آزاد شوند.
پروتئین‌های شیر، تخم‌مرغ، ماهی، حبوبات و غلات از منابع بالقوه این پپتیدها به شمار می‌روند. نوع پیوندهای پپتیدی، توالی اسیدهای آمینه، اندازه مولکولی و شرایط آزادسازی، ویژگی‌های عملکردی آن‌ها را تعیین می‌کند.
در توسعه صنعتی، استفاده از آنزیم‌های پروتئولیتیک می‌تواند برای تولید هیدرولیزات‌های پروتئینی با ویژگی‌های مشخص بررسی شود. بااین‌حال، تولید یک پپتید با فعالیت زیستی گزارش‌شده، به‌تنهایی اثربخشی آن را در محصول نهایی یا بدن انسان اثبات نمی‌کند.
- ترکیبات زیست‌فعال حاصل از تخمیر
تخمیر می‌تواند از طریق فعالیت آنزیمی میکروارگانیسم‌ها، ترکیبات موجود در مواد اولیه را تغییر دهد یا متابولیت‌های جدیدی ایجاد کند. برخی اسیدهای آلی، پپتیدها و متابولیت‌های حاصل از تبدیل ترکیبات گیاهی در این دسته قرار می‌گیرند.
در بعضی شرایط، تخمیر می‌تواند آزادسازی یا زیست‌دسترس‌پذیری برخی ترکیبات را افزایش دهد؛ در شرایط دیگر، ممکن است موجب تخریب یا کاهش غلظت آن‌ها شود. بنابراین، نتیجه به سویه میکروبی، ترکیب ماده اولیه و شرایط فرآیند وابسته است.
زیست دسترس‌پذیری و زیست فراهمی
یکی از چالش‌های اصلی در استفاده از ترکیبات ترکیبات زیست فعال غذایی، تفاوت میان مقدار اندازه‌گیری‌شده در غذا و مقدار قابل‌دسترسی برای جذب و استفاده زیستی است.
زیست‌دسترس‌پذیری (Bioaccessibility) به بخشی از ترکیب گفته می‌شود که طی هضم از ساختار غذایی آزاد شده و در محیط گوارشی برای جذب در دسترس قرار می‌گیرد.
در مقابل، زیست‌فراهمی (Bioavailability) به میزان و سرعتی اشاره دارد که ترکیب یا شکل‌های حاصل از متابولیسم آن پس از جذب وارد گردش خون یا به محل اثر می‌رسند.
این دو مفهوم مرتبط‌اند، اما قابل جایگزینی با یکدیگر نیستند. ترکیبی ممکن است از ماده غذایی به‌خوبی آزاد شود، ولی به دلیل حلالیت پایین، نفوذپذیری محدود، متابولیسم گسترده یا دفع سریع، زیست‌فراهمی پایینی داشته باشد.
عوامل مؤثر بر این فرآیند عبارت‌اند از ساختار مولکولی و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی ترکیب؛ حلالیت در آب یا چربی و پایداری در شرایط گوارشی؛ اتصال به پروتئین‌ها، پلی‌ساکاریدها و فیبر غذایی؛ اندازه ذرات و ساختار فیزیکی ماتریس غذایی؛ شرایط فرآوری و نگهداری؛ فعالیت آنزیم‌های گوارشی و میکروبیوتای روده؛ جذب، متابولیسم و دفع ترکیب در بدن.
در نتیجه، افزایش غلظت یک ماده زیست‌فعال در فرمولاسیون، بدون ارزیابی رفتار آن در هضم و جذب، لزوماً به معنای افزایش اثر زیستی نیست .
تأثیر فرآوری مواد غذایی بر ترکیبات زیست فعال
فرآوری مواد غذایی می‌تواند موجب تخریب، تبدیل شیمیایی، آزادسازی یا تغییر قابلیت دسترسی ترکیبات زیست‌فعال شود. به همین دلیل، اثر فرآوری را نمی‌توان صرفاً مثبت یا منفی در نظر گرفت.
- فرآوری حرارتی
حرارت ممکن است موجب اکسیداسیون، تجزیه یا تغییر ساختار برخی ترکیبات حساس شود. در مقابل، نرم شدن بافت و تخریب بخشی از ساختار سلولی ممکن است آزادسازی ترکیبات دیگری را افزایش دهد.
برای نمونه، فرآوری حرارتی مناسب گوجه‌فرنگی می‌تواند در شرایط مشخص دسترسی به لیکوپن را افزایش دهد؛ درحالی‌که حرارت‌دهی نامناسب یا طولانی ممکن است به تخریب برخی ترکیبات حساس منجر شود.
شدت اثر به دما، زمان، حضور اکسیژن، رطوبت و ترکیب ماده غذایی وابسته است.
- آسیابانی و فرآوری غلات
غلات کامل حاوی ترکیبات زیست‌فعالی مانند برخی اسیدهای فنولی، توکوفرول‌ها و سایر فیتوکمیکال‌ها هستند. توزیع این ترکیبات در بخش‌های مختلف دانه یکنواخت نیست و لایه‌های بیرونی دانه و سبوس می‌توانند سهم قابل‌توجهی از برخی ترکیبات را در خود جای دهند.
درجه استخراج آرد، میزان جداسازی سبوس و ساختار ذرات حاصل از آسیابانی می‌توانند بر ترکیب شیمیایی و رفتار هضم آرد تأثیر بگذارند.
در برخی غلات، بخشی از ترکیبات فنولی به اجزای دیواره سلولی متصل‌اند. در چنین شرایطی، تغییر ساختار بافت یا استفاده از فرآیندهای مناسب می‌تواند بر میزان استخراج‌پذیری آن‌ها اثر بگذارد. بااین‌حال، افزایش مقدار ترکیب قابل‌استخراج لزوماً به معنای افزایش متناسب زیست‌فراهمی نیست و باید در چارچوب ماتریس نهایی ارزیابی شود.
- تخمیر و تبدیل‌های آنزیمی
تخمیر می‌تواند از طریق فعالیت آنزیم‌های میکروبی، برخی ترکیبات پیچیده را به شکل‌های ساده‌تر تبدیل کند یا بر ترکیب متابولیت‌های موجود در غذا اثر بگذارد.
در مواد اولیه گیاهی، تغییرات آنزیمی ممکن است موجب آزادسازی بخشی از ترکیبات متصل یا تغییر نسبت شکل‌های مختلف پلی‌فنول‌ها شود. همچنین، برخی فرآیندهای تخمیری می‌توانند بر مقدار عوامل ضدتغذیه‌ای در مواد اولیه اثر بگذارند.
بااین‌حال، این نتایج به شرایط اختصاصی فرآیند وابسته‌اند و نباید برای تمام غذاها یا تمام ترکیبات زیست‌فعال یکسان فرض شوند.
- فناوری‌های نوین و سامانه‌های حامل
فناوری‌هایی مانند فرآوری با فشار بالا، فراصوت، برخی روش‌های استخراج با سیالات فشرده و سامانه‌های ریزپوشانی برای بهبود پایداری یا آزادسازی ترکیبات زیست‌فعال مورد بررسی قرار گرفته‌اند .
ریزپوشانی (Microencapsulation) می‌تواند با قرار دادن ترکیب هدف درون یک ماده حامل، تماس آن با برخی عوامل مخرب محیطی را کاهش دهد. نوع دیواره، اندازه ذرات، راندمان کپسوله‌سازی و ویژگی‌های آزادسازی، در عملکرد این سامانه‌ها نقش دارند.
بااین‌حال، انتخاب فناوری باید بر اساس ماهیت ترکیب، ویژگی‌های محصول، هزینه تولید، الزامات ایمنی و شواهد مربوط به عملکرد در شرایط واقعی انجام شود.
از ترکیبات زیست فعال تا غذاهای عملکردی
غذاهای عملکردی (Functional Foods) در مفهوم کلی به محصولاتی اشاره دارند که علاوه بر تأمین مواد مغذی، با هدف ارائه یک عملکرد فیزیولوژیک مشخص طراحی یا توسعه می‌یابند. تعریف حقوقی و الزامات این گروه از محصولات ممکن است میان کشورها متفاوت باشد.
ترکیبات زیست فعال غذایی می‌توانند در توسعه این محصولات نقش داشته باشند؛ اما برای تبدیل یک ماده زیست‌فعال به یک راهکار صنعتی قابل‌اعتماد، چند مرحله باید مورد توجه قرار گیرد:
- شناسایی و تعیین مقدار ترکیب هدف؛
- بررسی ایمنی و انتخاب مقدار مصرف مناسب؛
- ارزیابی سازگاری با ماتریس غذایی؛
- بررسی پایداری طی فرآوری و نگهداری؛
- ارزیابی زیست‌دسترس‌پذیری در صورت مرتبط بودن با هدف محصول؛
- اعتبارسنجی عملکرد و بررسی شواهد پشتیبان ادعاهای سلامت؛
- ارزیابی امکان‌پذیری تولید صنعتی و انطباق با الزامات قانونی.
در این چارچوب، غنی‌سازی صرف با یک ترکیب زیست‌فعال کافی نیست. محصول نهایی باید از نظر ایمنی، کیفیت، پایداری و عملکرد مورد انتظار ارزیابی شود.
نتیجه‌گیری
ترکیبات زیست فعال غذایی یکی از حوزه‌های مهم در پیوند میان شیمی مواد غذایی، زیست‌شناسی، تغذیه و مهندسی فرآیند هستند. این ترکیبات از نظر ساختار، منشأ و عملکرد تنوع زیادی دارند و می‌توانند فرصت‌هایی برای توسعه محصولات غذایی با ارزش افزوده بیشتر ایجاد کنند.
بااین‌حال، ارزیابی علمی آن‌ها مستلزم توجه هم‌زمان به ساختار مولکولی، ماتریس غذایی، شرایط فرآوری، پایداری، زیست‌دسترس‌پذیری و شواهد مربوط به عملکرد زیستی است.
از دیدگاه فناوری مواد غذایی، رویکرد مؤثر آن است که به‌جای تمرکز صرف بر مقدار یک ترکیب، رفتار آن در تمام مسیر تولید تا مصرف بررسی شود. چنین رویکردی می‌تواند به توسعه محصولات ایمن‌تر، پایدارتر و مبتنی بر شواهد علمی کمک کند و فاصله میان شناسایی یک ترکیب زیست‌فعال و کاربرد موفق آن در صنعت غذا را کاهش دهد.
ثبت ديدگاه