ویتامینها
ویتامینها، ترکیباتی آلی با وزن مولکولی پایین هستند که به منظور غنی سازی، جبران و یا تقویت محتوای مفید مواد مصرفی در صنایع غذایی، دارویی و آرایش بهداشتی کاربرد دارند. اکثر ویتامینها ترکیبات بسیار ناپایداری هستند و به دلیل حساسیت به حرارت، اکسیداسیون، تابش، رطوبت، تغییرات pH، آنزیمهای خورنده و اثرات کاتالیزوری فلزات به سرعت تجزیه میشوند. روشهای استخراج ویتامینها از ماتریسهای غذایی شامل هیدرولیز اسیدی یا قلیایی (صابون سازی)، هیدرولیز آنزیمی، استخراج مستقیم با حلال و استخراج فاز جامد است. خانواده ویتامینها از نظر شیمیایی ناهمگن هستند. در حال حاضر، 13 ویتامین شناخته شده وجود دارد که هر ویتامین نشان دهنده گروهی از ترکیبات آلی از نظر ساختاری مشابه با فعالیت بیولوژیکی متفاوت است. ویتامینها بر اساس خاصیت انحلال پذیری به دو گروه تقسیم میشوند: ویتامینهای محلول در چربی و ویتامینهای محلول در آب. ویتامینهای محلول در آب و محلول در چربی در ماهیت جذب، انتقال، توزیع بافتی و عملکرد متابولیک متفاوت عمل میکنند. خواص حلالیت همچنین توزیع ویتامینها در گروههای غذایی جداگانه را مشخص میکند و تأثیر مستقیمی بر کاربرد روشهای آنالیز شیمیایی دارد.
- ویتامینهای محلول در چربی
ویتامین های A، D، E و K و حدود 50 کاروتنوئید محلول در چربی هستند و در سلولهای بدن ذخیره میشوند. آنها به راحتی ویتامینهای محلول در آب از بدن خارج نمیشوند. این ویتامینها اغلب خواص آروماتیک یا آلیفاتیک دارند. دو ویتامین از چهار ویتامین محلول در چربی بلوری هستند (ویتامین A و D) در حالی که دو مورد دیگر در دمای اتاق حالت روغنی شکل با ویسکوزیته نسبتا بالا دارند. (ویتامین E و K). ویتامین های محلول در چربی بسیار به اکسیداسیون حساس هستند. فقط در برخی شرایط مثل محدوده PH خاص یا تحت گاز بی اثر، محدود هستند. به منظور بهبود امتزاج پذیری، پخش پذیری موثر در محلولهای آبی و به ویژه ایجاد پایداری، ویتامینهای محلول در چربی به پودرهای خشک فرآوری میشوند. اشکال پودری ویتامین محلول در چربی از نظر بازار مطلوبتر است و تقاضای بیشتری دارد. شکل پودری به راحتی با سایر مواد اولیه ترکیب میشود.
- ویتامینهای محلول در آب
گروه ویتامینهای محلول در آب از ویتامین C (اسید اسکوربیک) و تمام ویتامینهای گروه B، یعنی تیامین (B1)، ریبوفلاوین (B2)، نیاسین (B3)، اسید پانتوتنیک (B5)، پیریدوکسین (B6)، تشکیل شده است. بیوتین (B8 از H)، اسید فولیک (B11 یا B9) و سیانوکوبالامین (B12). بدن به ویتامینهای محلول در آب در دوزهای مکرر و کم نیاز دارد. این ویتامینها تمایل به داشتن یک یا دو گروه قطبی یا یونش پذیر دارند. پودر ویتامین محلول در آب بلوری است. بسته به ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی، ساختار ظاهری آنها به طور قابل توجهی متفاوت است. ویتامین های محلول در آب ممکن است شکل سوزنی داشته باشند: به عنوان مثال، تیامین، ریبوفلاوین، بیوتین، پیریدوکسین هیدروکلراید، نیکوتین آمید. اسید اسکوربیک کریستالهای مکعبی شکل میدهد، در حالی که اسید فولیک از اجزای ورقه مانند تشکیل شده است. بلورهای پیریدوکسین هیدروکلراید ممکن است صفحات تجمعی تشکیل دهند. کریستالهای سیانوکوبالامین خالص اجزای کریستالی بسیار کوچکی هستند.
تولید صنعتی ویتامین
از آنجایی که سنتز شیمیایی ویتامینها پرهزینه و زمان بر است، سنتز و تولید مبتنی بر بیوتکنولوژی از طریق تخمیر میکروبی در دهههای گذشته مورد توجه توجه قرار گرفته است. پیشرفتهای اخیر در ژنتیک میکروبی و مهندسی متابولیک منجر به تولید صنعتی بسیاری از ویتامینها و ترکیبات مرتبط مبتنی بر بیوتکنولوژی شده است. سنتز شیمیایی ویتامین اغلب به دماهای بالا یا راکتورهای تحت فشار نیاز دارد و از مواد شیمیایی تجدیدناپذیر یا حلالهای سمی طی فرایند تولید استفاده میشود که باعث ایجاد نگرانیهای سلامتی برای استفاده از محصول میشود و آلودگی و زبالههای مضر ایجاد میکند. روشهای مختلفی مانند بهینهسازی محیط کشت، جهش و غربالگری، مهندسی ژنتیک و تبدیل بیوکاتالیست برای بهبود تولید ویتامینها مورد استفاده قرار گرفتهاند. تولید سلولی میکروبی ویتامینها هم از نظر زیستمحیطی و هم اقتصادی پایدار و مقرون به صرفه است. خواص شیمیایی و فیزیولوژیکی ویتامین ها بسیار متنوع است
کاربرد ویتامینها در صنایع مختلف
علاوه بر نقش کلی ویتامین به عنوان عنصری ضروری برای ادامه حیات و حفظ سلامتی، برخی از ویتامینها به عنوان آنتی اکسیدان عمل میکنند و برخی را می توان به عنوان بیوپیگمنت در نظر گرفت. استفاده از ویتامین A و E در شکل خالص آنها محدود به محلولهای چربی برای غنی سازی انواع مختلف چربیها، مانند مارگارین است. انواع ویتامینها با غلظتها و گریدهای محتلف در صنایع غذایی (مکملهای غذایی، غذای نوزادان، کیک و بیسکوییت غنی شده)، صنایع دارویی (شربت، قرص و کپسول) و صنایع آرایشی بهداشتی (کرم و ژل) و در تولید مکملهای ورزشی کاربرد دارند.
پایداری ویتامین در حین پروسه تولید و نگهداری
اثرات فرآوری و نگهداری مواد غذایی بر کمیت و کیفیت ویتامینهای موجود در منابع غذایی هموراه مورد بحث بوده است. عوامل موثر بر پایداری ویتامینها از ویتامینی به ویتامین دیگر متفاوت است، مهمترین آنها گرما، رطوبت، اکسیژن، pH و نور است. وقتی بیش از یک ویتامین در فورمولاسیون ماده غذایی به کار میرود ماندگاری با طول عمر ناپایدارترین جزء تعیین میشود.
ویژگیهای تعیین کننده برای خرید ویتامین مورد نیاز صنایع غذایی، دارویی و بهداشتی
- پایداری حین تولید
- پایداری حین انبار و نگهداری
- هضم پذیری و سازگاری گوارشی
- حلالیت در آب یا چربی
- ظرفیت جذب اکسیژن رادیکال
- حساسیت به اکسیداسیون، PH، حرارت، رطوبت و نور
