آنالیز زعفران با روش اسپکتروفتومتری

زعفران گیاهی کوچکی به ارتفاع 10 تا 30 سانتی متر می باشد که از پرکشت ترین گونه های گیاهی محسوب می گردد و عمدتاً در ارتفاعات و نواحی کوهستانی آسیای غربی و اروپای مدیترانه ای رشد می کند. ایران با تولید بیش از 160 تن زعفران در سال، به عنوان یکی از اصلی ترین تولید کنندگان زعفران شناخته می شود. از این گیاه گرانترین ادویه با طعم تلخ و معطر به صورت پودر یا رشته به دست می آید، همچنین زعفران در صنعت دارویی کاربرد ویژه دارد. لازم به ذکر است که تجارت زعفران از دیرباز به عنوان یکی از تجارت های بسیار مهم و سودمند شناخته شده است و به دلیل ارزش بالای اقتصادی آن که ناشی از فرآیند طولانی و پرزحمت برای رسیدن به محصول نهایی می باشد، بسیاری از تولید کنندگان زعفران اقدام به ارائه زعفران تقلبی می نمایند. از همین رو امروزه زعفران ها در آزمایشگاه های مخصوص و با متود های خاص از جمله اسپکتروفتومتری مورد آنالیز قرار می گیرند. در این مقاله قصد داریم تا به بررسی روش های آنالیز زعفران با اسپکتروفتومتری بپردازیم.

تکنیک های اسپکتروفتومتری برای آنالیز زعفران

زعفران های تولید شده باید مطابق با استاندارد های مشخصی باشند که در حال حاضر استانداردی که زعفران با آن مورد سنجش قرار می گیرد ISO3632 می باشد که این استاندارد خود به 2 بخش ISO 3632-1:2011 و ISO 3632-2:2010 تقسیم می شوند که روش دوم بر پایه جذب 1% محلول در 3 طول موج 440، 270 و 330 نانومتر می باشد که از این طریق 3 محتوای کروسین (قدرت رنگ دهی زعفران)، پیکروکروسین (قدرت طعم دهی زعفران) و سافرانال (قدرت عطر زعفران) مورد سنجش واقع می گردد. در حال حاضر مطالعات نشان می دهد که روش ISO3632 دارای نقاط ضعف و محدودیت هایی می باشد. به همین جهت این روش ارتقا یافته است و امروزه زعفران ها  با روش های طیف سنجی مرئی (UV-VIS)، طیف سنجی مادون قرمز (ATR-FTIR)، SEM-EDX و ICP-OES مورد آنالیز قرار می گیرند. لازم به ذکر است که 2 تکنیک اضافه شده در زمینه آنالیز زعفران به روش اسپکتروفتومتری یعنی SEM-EDX و ICP-OES برای تعیین ترکیب عنصری و فلزات موجود در زعفران بسیار مهم و کاربردی می باشد.

معایب تکنیک اسپکتروفتومتری برای آنالیز زعفران

علیرغم این واقعیت که استاندارد ISO3632 به عنوان یک مرجع اصلی برای آنالیز کیفیت زعفران شناخته می شود، مطالعات متعدد نشان می دهد که روش اسپکتروفتومتری دارای معایبی می باشند و بهترین راه برای ارزیابی کیفیت زعفران شناخته نمی شود. یکی از محدودیت های اصلی روش اسپکتروفتومتری ناتوانی در تعیین کمیت صحیح مقدار سافرانال در زعفران می باشد، همچنین مطالعات نشان می دهد که با روش اسپکتروفتومتری نمی توان اجزای مصنوعی و طبیعی را تمایز داد و تقلباتی که با گیاهان انجام می شود را تشخیص داد. همچنین برای تعیین کیفیت زعفران جدا از روش اسپکتروفتومتری تکنیک‌های کروماتوگرافی، طیف‌سنجی مبتنی بر بیومیمتیک همراه با روش‌های مولکولی-بیولوژیکی لازم است. به عبارتی دیگر هیچ تکنیکی جامع نیست و هر روش به صورت مجزا می تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد کیفیت زعفران ارائه دهد و باید از مجموعه ای از تکنیک ها به نتیجه نهایی دست پیدا کرد.

مراحل آنالیز زعفران با دستگاه های اسپکتروفتومتری

در یک تکنیک تحلیلی جدید برای تعیین کیفیت زعفران؛ دستگاه های طیف سنجی UV-VIS ،FTIR، SEM-EDX و ICP-OES که همگی در زیرمجموعه استاندارد ISO3632 می باشند انتخاب شدند. لازم به ذکر است که روش ISO3632 در کنار ضعف هایی که دارد دارای محاسنی می باشد به عنوان مثال تنها یک نمونه کوچک به عنوان مرجع در هنگام کار با اسپکتروفتومتر کفایت می کند، همچنین تکنیک FTIR یک روش غربالگری سریع است که تنها به آماده سازی کمی از نمونه نیاز دارد، در کنار این روش SEM-EDX یک تکنیک ساده و سریع است که برای تعیین ترکیب عنصری نمونه ها استفاده می شود و کاربرد ICP-OES در این آنالیز تعیین کمیت فلز ها می باشد. در نهایت با نتایج به دست آمده از پارامتر های ترکیب های عنصری و فلزات موجود می توان تا حدودی کیفیت زعفران را مورد ارزیابی قرار داد. در آزمایشی در مجموع 21 نمونه زعفران مورد بررسی قرار گرفت، 9 نمونه به صورت پودر و 12 نمونه به صورت رشته ای مورد آنالیز واقع شدند در ادامه به بررسی مراحل انجام شده آنالیز زعفران به روش اسپکتروفتومتری به تفکیک می پردازیم.

مرحله اول: تعیین رطوبت و مواد فرار در زعفران

در ابتدا رطوبت و محتوا فرار در نمونه ها مورد آنالیز واقع شدند، نمونه‌های رشته‌ای زعفران با استفاده از هاون خرد شدند تا به پودر ریز تبدیل شوند و سپس حدود 1000 گرم از پودر زعفران و رشته های زعفران با دقت 001/0 گرم وزن شدند. در ادامه نمونه ها در آون در دمای 103 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت خشک شده و سپس خنک شدند. هنگامی که نمونه ها به دمای اتاق رسیدند مجدد با دقت 0.001 گرم وزن شدند و نتایج به دست آمده از درصد رطوبت و محتوا فرار ارائه شد.

مرحله دوم: آنالیز زعفران توسط طیف سنجی UV-VIS

برای آنالیز زعفران به روش طیف سنجی UV-VIS، اسپکتروفتومتر دو پرتویی انتخاب شد و حدود 125 میلی‌گرم زعفران خشک به یک فلاسک با حجم 250 میلی‌لیتری ریخته شد و سپس حدود 230 میلی‌لیتر آب به آن اضافه شد. سپس فلاسک به منظور جلوگیری از تماس مستقیم با نور؛ با فویل آلومینیومی پوشانده شده و در حمام آب سرد (کمتر از 22 درجه سانتیگراد) قرار داده شد و محتویات به مدت 1 ساعت هم زده شد. سپس 60 میلی لیتر با استفاده از کاغذ صافی تصفیه فیلتر شد و پس از مدتی 40 میلی لیتر اول دور ریخته شد و 20 میلی لیتر آخر نگهداری شد. نیمی از این حجم برداشته شد و در یک فلاسک حجمی 100 میلی لیتری تا نقطه رقیق شد. سپس ویژگی های جذب نمونه با ثبت طیفی بین 200 نانومتر تا 700 نانومتر اندازه گیری شد و حداکثر جذب در 440 نانومتر، 257 نانومتر و 330 نانومتر ثبت شد که به ترتیب مربوط به جذب کروسین، پیکروکروسین و سافرانال بود. نتایج به‌عنوان قدرت رنگ‌دهی، قدرت تلخی و قدرت عطر زعفران طی معادلاتی ارائه شد.

مرحله سوم: آنالیز زعفران توسط طیف سنجی FTIR

سپس در این آنالیز بخش کوچکی از نمونه جهت انجام طیف سنجی در دستگاه FTIR قرار داده شد و با استفاده از اکسسوری ATR در طول موج خاص مورد آنالیز واقع شد و سپس با استفاده از تکنیک نمونه برداری 64 اسکن از آن ارائه شد.

مرحله چهارم: آنالیز زعفران توسط طیف سنجی (SEM-EDX)

در این مرحله مقداری از پودر و یا رشته زعفران بر روی یک پایه دایره‌ای استاندارد 19 میلی‌متری با یک پوشش گرافیتی قرار داده شد و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM-EDX) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت در طی این روند ابتدا 9 ناحیه مختلف (3.8 میلی متر × 2.4 میلی متر) با بزرگنمایی 50× انتخاب شد و برای هر یک از آنها یک تصویر میکروسکوپی با استفاده از الکترون های پس پراکنده در شرایط خلاء کم ارائه شد و در نهایت تجزیه و تحلیل عنصری اجزای اصلی زعفران با میکروپروب EDX انجام شد و سپس میانگین مقادیر به دست آمده محاسبه گردید.

مرحله پنجم: آنالیز زعفران توسط طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-OES)

در این مرحله در مجموع 13 فلز مختلف در زعفران با استفاده از طیف‌سنج ICP-OES مورد آنالیز قرار گرفتند این عناصر عبارتند از Na، Mg، Ca، K، Al، Fe، Pb، Cd، Cr، Mn، Zn، Ni و مس.

نتایج آنالیز زعفران با تکنیک طیف سنجی

نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان می‌دهد که یک رویکرد چند تحلیلی برای دستیابی به خصوصیات کیفی زعفران ضروری است. به عبارتی دیگر می توان گفت که  هر تکنیک به صورت مجزا اطلاعات مفیدی از کیفیت زعفران ارائه می دهد و با در نظر گرفتن مجموعه نتایج تکنیک های به کار گرفته شده می توان تصویر واضحی از کیفیت زعفران به دست آورد. در واقع، روش اسپکتروفتومتری UV-Vis اطلاعات مفیدی در رابطه با قدرت رنگ‌ دهی و تلخ کنندگی زعفران می‌دهد و طیف سنجی FTIR می تواند به عنوان یک ابزار شناسایی اولیه مفید باشد. همچنین خصوصیات مورفولوژیکی را می توان از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام داد و  ترکیب عنصری، که اطلاعات مهمی در مورد کیفیت تصفیه و وجود آلاینده ها ارائه می دهد با میکروپروب EDX ارزیابی شود. در نهایت به کمک دستگاه ICP-OES می توان محتوای فلزی موجود در زعفران را تعیین کرد که یکی از مهمترین پارامتر هایی است در ارزیابی کیفیت زعفران به شمار می آید. در نهایت نتایج حاصل شده از این آنالیز نشان داد که در نمونه های زعفران آثاری از تقلب وجود ندارد.

شرکت ری نور آزما به ارائه انواع دستگاه های طیف سنجی با طیف وسیعی از برند های برتر جهان می پردازد. در صورتی که قصد خرید انواع طیف سنجی را دارید می توانید با کارشناسان مجرب شرکت ری نور آزما تماس حاصل فرمائید.