چاپ صفحه |  صفحه نخست سامانه |  اطلاعات تفضیلی |  مخترعین | مؤسسه علوم و صنایع غذایی |
| عنوان اختراع | فرایند تولید پودر ریزپوشانی شده با خاصیت آنتی اکسیدانی از گلبرگ زعفران |
| عنوان اختصاری | |
| شماره ثبت اختراع | 96445 |
| تاریخ ثبت اختراع | 1397/05/27 |
| اختراع حقیقی است یا حقوقی | |
| مدت حمایت از اختراع | |
| نام محل ارائه | |
| تاریخ ارائه | |
| اعتبار کلی | |
| نوع اختراع | |
| نام شرکت/سازمان متبوع |
| آیتم اطلاعات تفضیلی | متن |
|---|---|
| نقایص و مشکلات کارهای قبلی | اکسایش لیپیدها یکی از مهم¬ترین دلایل فساد زودرس مواد‌غذایی حاوی چربی مانند گوشت، فراورده¬های گوشتی و لبنی است. همچنین واکنش¬های اکسایش در غذا منجر به توسعه طعم و بوی نامطلوب و در نتیجه افت ویژگی¬های حسی و کیفیت تغذیه¬ای خواهد شد (پوکورنی، یانیشلیئوا و گوردون، 2001). افزودن آنتی‌اکسیدان¬های مصنوعی می‌تواند اکسایش لیپیدها را در مواد غذایی کنترل نماید، ولی استفاده از آنتی-اکسیدان¬های سنتزی به دلیل سمیت و خطراتی که برای سلامتی دارند، محدود شده است (ویسبرگر، 1999). از¬این¬رو، تلاش جهت یافتن آنتی¬اکسیدان¬های طبیعی به ویژه با منشأ گیاهی افزایش یافته است. از طرفی ثابت شده است که آنتی اکسیدان¬های طبیعی می¬توانند در بدن نقش ممانعت¬کنندگی از اکسایش¬های ناخواسته و مضر را ایفا نمایند. فرایندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متعددی در بدن انسان ممکن است منجر به تشکیل رادیکال¬های آزاد گردد. تولید بیش از حد آنها می¬تواند باعث آسیب اکسایشی مولکول¬های زیستی (پروتئین-ها، چربی¬ها و DNA) و در نهایت منجر به بیماری¬های مزمن از جمله آترواسکلروز، دیابت، سرطان و پیری در انسان گردد (پوکورنی، یانیشلیئوا و گوردون، 2001). در سال¬های اخیر استفاده از محصولات جانبی صنایع¬غذایی مانند پوست و دانة انگور، پوست و پالپ مرکبات، تفالة سیب و انار، ضایعات پوست سیب¬زمینی، ضایعات پیاز، پوستة دانه¬ها و گلبرگ زعفران جهت استخراج ترکیبات آنتی¬اکسیدانی طبیعی مورد توجه قرار گرفته است (ویسبرگر، 1999). ایران بزرگ¬ترین تولید کننده زعفران است و بیش از 90 درصد زعفران دنیا در ایران تولید می¬شود. بر اساس آمار، در سال زراعی 94-1393، بیش از 351 تن زعفران تولید شده است. از آنجایی که از هر کیلوگرم گل زعفران به طور معمول 12 گرم زعفران دسته‌ای (کلاله همراه با خامه) حاصل می‌شود، سالانه در فصل برداشت این محصول بیش از 28000 تن گلبرگ زعفران به عنوان محصول جانبی تولید شده که در حال حاضر به دلیل غیرقابل استفاده بودن آن، دور ریخته می¬شود (اسماعیلی و همکاران، 2011). گلبرگ-های زعفران دارای انواع زیادی از ترکیبات فلاونوئیدی، گلیکوزیدی و آنتوسیانینی بوده که این ترکیبات خود دارای خاصیت آنتی‌اکسیدانی هستند. بررسی¬های فیتوشیمیایی نشان می¬دهد که این گلبرگ¬ها غنی از ترکیبات فنولی و زیست فعال مختلف مانند فلاونول¬ها، فلاوانون¬ها و آنتوسیانین¬ها بوده که خود دارای خاصیت آنتی¬اکسیدانی می باشند (سانچز-وایوک و همکاران، 2012). با وجود بومی و استراتژیک بودن گیاه زعفران در کشور ما و حجم بالای تولید آن و در نتیجه تولید بالای گلبرگ زعفران به عنوان ضایعات کشاورزی از یک سو و وجود ترکیبات آنتی¬اکسیدانی مختلف در گلبرگ زعفران از سوی دیگر، پژوهش-های اندکی در رابطه با استخراج ترکیبات ارزشمند آن صورت گرفته است. از این¬رو، هدف از انجام این پژوهش بهینه¬سازی استخراج عصاره حاوی آنتی¬اکسیدان از گلبرگ زعفران به عنوان یک منبع ارزان قیمت با استفاده از فناوری¬ آب مادون بحرانی، تولید پودر ریزپوشانی شده از عصاره آنتی¬اکسیدانی استخراج شده از گلبرگ زعفران، ارزیابی ماندگاری پودرهای ریزپوشانی شده و همچنین بررسی رهایش پودرهای تولیدی در سیستم شبیه¬سازی شده دستگاه گوارش می¬باشد. |
| این اختراع، چگونه مشکلات کارهای قبلی را حل می کند؟ | خواص آنتی¬اکسیدانی و ضد¬سرطانی گلبرگ زعفران بر سلول¬های سرطانی اپیتلیوم روده انسان بررسی گردید. محققان خاصیت آنتی¬اکسیدانی خوبی برای گلبرگ زعفران گزارش نمودند، به طوری که در آزمون اکسایش بتاکاروتن، دارای 10 میکروگرم بر میلی¬لیتر خاصیت بازدارندگی و در آزمون ظرفیت ضد¬رادیکالی 2 و 2-دی¬فنیل-1-پیکروهیدرازیل تا 32 بار خاصیت بازدارندگی آن بیشتر از منابع آنتی¬اکسیدانی همانند انگور و توت بود (سانچز-وایوک و همکاران، 2012). همچنین نتایج آنان نشان داد که عصاره گلبرگ و برگ زعفران به طور عمده¬ای از تکثیر سلول¬های سرطانی جلوگیری می¬کند. بهینه سازی عوامل موثر بر تولید رنگ خوراکی از گلبرگ زعفران صورت گرفت. تاثیر چهار نوع حلال مختلف و چهار زمان استخراج، بر رنگ استخراج شده و خلوص آن مورد بررسی قرار گرفت. ارزیابی مناسب¬ترین شیوه استخراج رنگ نشان داد که با استفاده از اسید کلریدریک 1/0 نرمال به عنوان حلال و زمان تماس حلال با گلبرگ به مدت دو دقیقه بیشترین مقدار رنگ، استخراج شده است. میزان رنگ استخراج شده به وسیله حلال اسید سیتریک 10% در مرتبه بعدی قرار داشت. از نظر خلوص، رنگ استخراج شده با استفاده از اسید سیتریک دارای کمترین میزان ناخالصی بوده است. از آنتوسیانین استخراج شده از گلبرگ زعفران می توان به عنوان رنگ قرمز خوراکی در برخی مواد غذایی و آشامیدنی ها که pH کمتر از 5/4 دارند استفاده نمود (همتی کاخکی،1380). در پژوهشی کاریرد صمغ عربی و مالتودکسترین در ریزپوشانی آنتوسیانین های گلبرگ زعفران بررسی گردید. میزان آنتوسیانین و رنگ عصاره ها طی 10 هفته ارزیابی گردید. نتایج این پژوهش نشان داد پودرهای تولید شده با کمترین مقدار صمغ عربی و بیشترین میزان مالتودکسترین، دارای تغییرات رنگ کمتری در مدت نگهداری بودند. بر طبق نتایج، ریزپوشانی با خشک کردن انجمادی به عنوان روشی مناسب جهت پایداری آنتوسیانین های استخراج شده از گلبرگ زعفران توصیه شد (مهدوی خزایی و همکاران، 2016). |
| تاریخ آغاز کار بر روی این اختراع و به نتیجه رسیدن آن در شرکت | از پاییز 1392 آغاز و در پاییز 1396 به ثبت رسیده است. |
| شرح اختراع | در بخش اول این پژوهش، جهت استخراج عصاره آنتی اکسیدانی از گلبرگ زعفران از روش آب مادون بحرانی ( SCW) به علت کارایی بالای آن استفاده گردید. دستگاه SCW (طراحی و ساخته شده توسط پژوهشکده علوم و صنایع غذایی مشهد، 1389) شامل تانک آب دیونیزه، پمپ جهت تأمین فشار لازم، سل استخراج با ظرفیت 140 میلی¬لیتر، کویل گرم کنندة سل، فشار¬سنج و کنترل¬کننده دیجیتالی دما می¬باشد. شرایط هر آزمون شامل نسبت گلبرگ به آب، دما و زمان بر اساس سطوح متغیرهای پیش¬بینی شده در طرح باکس¬بنکن مطابق جدول 3-2 در نظر گرفته شد. استخراج با این روش بدین ترتیب انجام گرفت: سه گرم پودر گلبرگ زعفران در سل استخراج قرار گرفت و با نسبت¬های مختلفی از آب حاوی 1 درصد اسیدکلریدریک 1/0 مولار رقیق شد. جهت استخراج نمونه¬ها از آب دیونیزه استفاده گردید. زمان لازم جهت رسیدن دمای سل به 120، 140 و 160 درجه سانتیگراد به ترتیب حدود 6، 7 و 8 دقیقه بود. عمل استخراج با تنظیم درجه حرارت و در فشار مناسب (120 درجه سانتیگراد و فشار 200 کیلوپاسکال، 140 درجه سانتیگراد و فشار 360 کیلوپاسکال، 160 درجه سانتیگراد و فشار 600 کیلوپاسکال) انجام گرفت. جدول 1- تیمارهای تصادفی آزمایش در استخراج عصاره گلبرگ زعفران به روش آب مادون بحرانی نسبت آب به گلبرگ (میلی¬لیتر در گرم) زمان (دقیقه) دما (درجه سانتیگراد) ردیف آزمایش 1:30 20 120 1 1:30 20 160 2 1:30 60 120 3 1:30 60 160 4 1:20 40 120 5 1:20 40 160 6 1:40 40 120 7 1:40 40 160 8 1:20 20 140 9 1:20 60 140 10 1:40 20 140 11 1:40 60 140 12 1:30 40 140 13 1:30 40 140 14 1:30 40 140 15 1:30 40 140 16 1:30 40 140 17 فشارهای بکار رفته، حداقل فشار لازمی بودند که آب در حالت مایع باقی بماند و تغییر فاز ندهد. دما و فشار مناسب با استفاده از جداول ترمودینامیکی تعیین گردید. پس از رسیدن سیستم به دما و فشار مورد نظر، استخراج در زمان¬های مختلف (20، 40 و 60 دقیقه) انجام گرفت. پس از اتمام استخراج، دمای عصاره حاصل توسط سیستم خنک کننده با استفاده از جریان آب سرد، کاهش یافت. سپس عصاره با استفاده از کاغذ صافی (واتمن، شماره 4) فیلتر گردید؛ برای صاف شدن هر چه بیشتر عصاره و حذف ذرات زائد از فیلتر تحت خلأ استفاده شد. عصاره¬های تولید شده در شیشه¬های تیره و در دمای 20- درجه سانتیگراد تا زمان انجام آزمایشات بعدی نگهداری شد. در پایان هر دورة استخراج جهت شستشوی دستگاه و اطمینان از باقی نماندن مواد زائد در قسمت¬های مختلف آن، ازاتانول و سپس آب مقطر استفاده گردید. هدف از بهینه¬سازی فرآیند استخراج عصاره آنتی¬اکسیدانی از گلبرگ زعفران، به دست آوردن عصاره¬ای با بیشترین سطح ممکن از فعالیت آنتی¬اکسیدانی بود. نتایج نشان داد، در صورتی که، دمای استخراج 159 درجه سانتیگراد، زمان استخراج 54 دقیقه و نسبت آب به گلبرگ 36 میلی¬لیتر در گرم باشد، عصاره با بیشترین فعالیت آنتی¬اکسیدانی حاصل می‌گردد. در این شرایط میزان ترکیبات پلی¬فنولی، 1616 (میلی¬گرم در صد گرم گلبرگ خشک)؛ فلاونوئید، 239 (میلی¬گرم در صد گرم گلبرگ خشک)؛ درصد به دام اندازی رادیکال آزاد DPPH، 86 درصد و قدرت احیای آهن 1/5 میلی¬مولار بود. لذا در این شرایط عصاره آنتی اکسیدانی تولید گردید. پس از استخراج عصاره، جهت تولید میکروکپسول های آنتی اکسیدانی، ابتدا خوراک ریزپوشانی بدین ترتیب تهیه گردید: عصاره تا رسیدن به بریکس 3 درصد توسط دستگاه تبخیرکننده چرخشی تغلیظ گردید. سنجش بریکس توسط دستگاه رفرکتومتر انجام شد. سپس ماده حامل یا دیواره که شامل مالتودکسترین و همچنین ترکیبی از مالتودکسترین و پکتین در مقادیر مختلف بود (جدول 2)، به عصاره اضافه گردید. میزان مواد حامل مورد استفاده در خوراک نهایی، برای کلیه نمونه¬ها ثابت و برابر 12 درصد (وزنی/حجمی) بود. مواد حامل در مخلوط عصاره، به مدت 18 ساعت قبل از خشک نمودن به دو روش پاششی و انجمادی، کاملا هیدراته گردید. در نهایت همگن نمودن مواد دیواره در عصاره، توسط هموژنایزر اولتراتراکس با سرعت 4000 دور در دقیقه به مدت 5 دقیقه انجام شد. جدول 2- تیمارهای مختلف ریزپوشانی با دو روش خشک کردن پاششی و انجمادی دیواره روش کپسوله کردن کد تیمار پکتین (درصد) مالتودکسترین (درصد) - 12 خشک کردن پاششی S120 1 11 S110 5/1 5/10 S105 2 10 S100 - 12 خشک کردن انجمادی F120 1 11 F110 5/1 5/10 F105 2 10 F100 جهت ریزپوشانی با این روش، از دستگاه خشک¬کن پاششی با دمای ورودی و خروجی به ترتیب 160 و 83 درجه سانتیگراد، قطر نازل 7/0 میلی¬متر و گاز اسپری¬کننده نیتروژن استفاده گردید. در نهایت پودرهای تولید شده جمع¬آوری و در 20- درجه سانتیگراد در ظروف غیرقابل نفوذ به رطوبت نا زمان انجام آزمون¬ها نگهداری گردید. برای خشک کردن به روش انجمادی، خوراک ریزپوشانی، 24 ساعت قبل از فرایند در دمای 20- درجه سانتیگراد منجمد گردیده و سپس به مدت 30 ساعت در محفظه خشک¬کن انجمادی با دمای کندانسور 85- درجه سانتیگراد قرار داده شد. در نهایت نمونه‌های خشک شده، به وسیله هاون¬چینی به پودر تبدیل شده و از الک با اندازه مش 1 میلی¬متر عبور و تا زمان انجام آزمون¬ها در ظروف غیر قابل نفوذ به رطوبت در 20- درجه سانتیگراد، نگهداری شدند. تأثیر روش‌های خشک کردن و ترکیب¬های مختلف دیواره بر رفتار خواص فیزیکوشیمیایی ریزکپسول¬های عصاره گلبرگ زعفران مورد بررسی قرار گرفت. ریزکپسول¬های حاصل از خشک کردن انجمادی دارای حلالیت، ترکیبات پلی¬فنولی، فعالیت آنتی¬اکسیدانی و میانگین اندازه ذرات بالاتری نسبت به نمونه¬های حاصل از خشک کردن پاششی بودند. در حالی¬که نمونه¬های خشک¬کن پاششی دارای رطوبت، کارایی ریزپوشانی و ظرفیت بارگذاری بالاتری بودند. از طرفی ریزکپسول¬های با ترکیب مالتودکسترین به تنهایی در دیواره، دارای حلالیت بالاتری بودند، در حالی¬که ریزکپسول¬های حاوی ترکیب مالتودکسترین و پکتین در دیواره، دارای محتوای رطوبت، ترکیبات پلی¬فنولی، فعالیت آنتی¬اکسیدانی و میانگین اندازه ذرات و همچنین کارایی ریزپوشانی و ظرفیت بارگذاری بالاتری نسبت به نمونه¬های حاوی مالتودکسترین تنها بودند. اعداد به دست آمده از رنگ¬سنجی نمونه¬ها نیز نشان داد که نمونه‌های حاصل از روش‌های خشک کردن پاششی و دارای مالتودکسترین بالاتر دارای بیشترین روشنایی بودند؛ در حالی¬که، بیشترین مولفه b* در نمونه¬های خشک¬کن انجمادی و حاوی مالتودکسترین تنها در ترکیب دیواره، مشاهده گردید. اغلب ذرات روش خشک کردن پاششی، دارای شکل کروی و دارای سطوح چروکیده بودند. اما پودر خشک شده به روش انجمادی، ساختاری بی¬قاعده و فلس¬مانند داشت. همچنین به کمک پراش¬های اشعه ایکس مشخص گردید، ریزکپسول¬های خشک شده با خشک¬کن پاششی و انجمادی، ساختارهای نیمه¬بلوری داشتند. نتایج آزمون گرماسنجی افتراقی حاکی از تأثیر حفاظتی دیواره¬ها بر مواد هسته و به تأخیر انداختن تخریب حرارتی در نمونه¬های ریزپوشانی شده نسبت به نمونه¬های ریزپوشانی نشده بود. کروماتوگرام¬های به دست آمده از هر دو روش خشک کردن، مبین مقادیر بالای ترکیب روتین در ریزکپسول¬های عصاره گلبرگ زعفران بود. در مجموع، از نتایج این پژوهش می¬توان دریافت که روش خشک کردن انجمادی و استفاده از ترکیب مالتودکسترین و پکتین به عنوان حامل، منجر به بروز رفتار فیزیکوشیمیایی بهتری در ریزکپسول¬های عصاره گلبرگ زعفران می‌گردد. ارزیابی رهایش ریزکپسول¬های عصاره گلبرگ زعفران در شرایط شبیه¬سازی شدة دستگاه گوارش نشان داد، نمونه¬های حاصل از خشک کردن انجمادی و دارای مالتودکسترین بیشتر در ترکیب دیواره، دارای درصد رهایش بالاتری در محلول شبیه¬سازی بزاق بودند. در حالی¬که در محیط شبیه¬سازی معده و روده، نمونه¬های خشک¬کن پاششی و دارای پکتین بیشتر در ترکیب دیواره، درصد رهایش ترکیبات فنولی بالاتری را به نمایش گذاشتند. بررسی پایداری ریزکپسول¬های نگهداری شده به مدت 16 هفته در رطوبت¬های نسبی و دماهای مختلف، نشان داد که نمونه¬های نگهداری شده در رطوبت نسبی 11 درصد و دمای 4 درجه سانتیگراد، فعالیت آنتی¬اکسیدانی بالاتری نسبت به ریزکپسول¬های نگهداری شده در دما و رطوبت بالاتر داشتند. بعلاوه نتایج حاکی از ماندگاری بالاتر ترکیبات آنتی¬اکسیدانی در ریزکپسول¬های حاصل از روش انجمادی و دارای پکتین بالاتر در ترکیب دیواره بود. |
| نظر مخترع در مورد اهمیت اقتصادی و مزیت رقابتی اختراع | بخش قابل¬توجه¬ای از ضایعات جانبی صنعت زعفران را گلبرگ¬های آن تشکیل می¬دهد که به دلیل غیرقابل استفاده بودن سالانه دور ریخته می¬شود. طبق بررسی¬ها می¬توان از این منبع ارزان قیمت جهت تولید محصول با ارزشی مثل پودر آنتی اکسیدانی برای مصارف غذایی و دارویی بهره جست. طبق تحقیقات انجام شده گلبرگ زعفران حاوی فلاونول¬های روتین ، میریستین ، کوئرستین ، کامپفرول و دو نوع آنتوسیانین به نام¬های دلفینیدین و پتونیدین (شکل 2-2) می¬باشد. اکثر آنتی¬اکسیدان¬های سنتزی که در صنایع غذایی استفاده می¬گردد به جهت سلامت عمومی مضر هستند. از این¬رو، به دلیل اثبات اثرات مفید آنتی¬اکسیدان¬های طبیعی بر سلامتی، تمایلات رو به رشد اقتصادی جهت بکارگیری منابع آنتی¬اکسیدانی طبیعی در صنایع غذایی و دارویی وجود دارد. همچنین شواهد گوناگونی مبنی بر وجود ترکیباتی با اثرات دارویی مختلف در گلبرگ زعفران وجود دارد. در این میان خواص آنتی¬اکسیدانی (سانچز-وایوک و همکاران، 2012)، ضد¬التهابی (حسین¬زاده و یونسی، 2002)، ضد¬افسردگی (بستی و همکاران، 2007) و کاهندگی فشار¬خون (فاتحی، رشیدآبادی و فاتحی-حسن آباد، 2003) عصاره گلبرگ زعفران به اثبات رسیده است. یکی از روش¬های رایج بازیافت آنتی¬اکسیدان¬ها، روش استخراج با حلال است که بازده استخراج و فعالیت آنتی¬اکسیدانی عصاره استخراج شده به میزان زیادی به حلال مورد استفاده بستگی دارد. از جمله مشکلات این روش صرف زمان طولانی و متعاقب آن بازده استخراج پایین می¬باشد. همچنین سلامت عمومی و مسائل زیست محیطی مهم¬ترین نگرانی¬ها در مورد استفاده از حلال¬های آلی در فرآوری غذا هستند. احتمال باقی ماندن حلال در فراورده نهایی نگرانی مصرف¬کنندگان را افزایش می¬دهد. لذا در این پژوهش از روش آب مادون بحرانی استفاده گردید که دارای بازده استخراج بالا و فاقد مشکلات اشاره شده مربوط به روش استخراج با حلال است. |
| مخترعین | درصد مشارکت |
|---|---|
| راضیه نیازمند | |
| زهرا احمدیان کوچکسرایی |
