نویسندگان

محمدرضا عابدی
دکتری شیمی تجزیه، مدیر آموزش مؤسسه آزاد فنی حرفه‌ای ماه نشان

فاطمه اسلامی
کارشناس ارشد شیمی دارویی، مدرس مؤسسه آزاد فنی حرفه‌ای ماه نشان

سید علی هاشمی مهنه
مؤسس مؤسسه آزاد فنی حرفه‌ای ماه نشان

چکیده

عصاره‌های گیاهی و مواد طبیعی به دلیل دارا بودن ترکیبات زیست‌فعال مانند ترپن‌ها، ترکیبات فنولی، آلدهیدها، استرها، اسیدهای چرب و ترکیبات فرار، کاربرد گسترده‌ای در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی دارند. شناسایی دقیق ترکیبات موجود در این عصاره‌ها برای کنترل کیفیت، استانداردسازی و بررسی فعالیت زیستی آن‌ها ضروری است. کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography, GC) و به‌خصوص GC متصل به طیف‌سنج جرمی (GC-MS) از مهم‌ترین تکنیک‌های تجزیه‌ای برای جداسازی و شناسایی ترکیبات فرار و نیمه‌فرار در عصاره‌های گیاهی محسوب می‌شوند. در این مقاله کاربرد GC در استخراج، آماده‌سازی نمونه و شناسایی ترکیبات عصاره‌ها با تأکید بر صنایع غذایی بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها: کروماتوگرافی گازی، GC-MS، عصاره گیاهی، اسانس، ترکیبات فرار، صنایع غذایی

1. مقدمه

رشد استفاده از محصولات طبیعی و گیاهان دارویی موجب افزایش نیاز به روش‌های دقیق برای شناسایی ترکیبات شیمیایی آن‌ها شده است. عصاره‌های گیاهی معمولاً شامل صدها ترکیب شیمیایی با قطبیت و فرّاریت متفاوت هستند و تعیین ترکیبات اصلی آن‌ها بدون استفاده از روش‌های پیشرفته تجزیه‌ای دشوار است.

کروماتوگرافی گازی یکی از پرکاربردترین روش‌های جداسازی ترکیبات فرار است که از دهه 1950 وارد علوم تجزیه شد و امروزه همراه با طیف‌سنج جرمی (GC-MS) به عنوان استاندارد طلایی برای شناسایی اسانس‌ها و ترکیبات معطر شناخته می‌شود.

2. اصول عملکرد دستگاه کروماتوگرافی گازی

در GC، نمونه پس از تزریق وارد ستون کروماتوگرافی می‌شود. ترکیبات موجود بر اساس:

• نقطه جوش
• قطبیت
• برهم‌کنش با فاز ساکن ستون

از یکدیگر جدا می‌شوند.

اجزای اصلی دستگاه عبارتند از:

1. سیستم تزریق نمونه
2. گاز حامل (معمولاً هلیوم یا هیدروژن)
3. ستون موئینه
4. کوره با کنترل دما
5. آشکارساز (FID یا MS)

در GC-MS پس از جداسازی، ترکیبات وارد طیف‌سنج جرمی شده و بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) شناسایی می‌شوند.

3. نقش استخراج در آماده‌سازی نمونه برای GC

یکی از مهم‌ترین مراحل قبل از GC، استخراج ترکیبات هدف از نمونه است. انتخاب روش استخراج تأثیر مستقیمی بر ترکیب نهایی عصاره و نتایج آنالیز دارد.

روش‌های رایج عبارتند از:

3-1. استخراج با حلال

در این روش گیاه با حلال‌هایی مانند:

• اتانول
• متانول
• هگزان
• دی‌کلرومتان

استخراج می‌شود.

این روش برای استخراج ترکیباتی مانند:

• فلاونوئیدها
• ترپنوئیدها
• ترکیبات معطر

کاربرد دارد.

3-2. تقطیر با بخار آب و کلونجر

برای استخراج اسانس‌های فرار مانند:

• رزماری
• نعناع
• آویشن
• دارچین

استفاده می‌شود.

پس از استخراج اسانس، GC-MS برای تعیین ترکیبات اصلی مانند:

• لینالول
• منتول
• تیمول
• کارواکرول

به کار می‌رود.

مطالعات مربوط به اسانس‌های گیاهی نشان داده‌اند که GC-MS یکی از مهم‌ترین روش‌ها برای تعیین پروفایل شیمیایی اسانس‌ها است.

4. روش‌های نوین استخراج متصل به GC

4-1. میکرواستخراج فاز جامد (SPME)

SPME یکی از مهم‌ترین روش‌های آماده‌سازی نمونه برای GC-MS است.

مزایا:

• بدون حلال
• حساسیت بالا
• مصرف کم نمونه
• امکان استخراج ترکیبات فرار

در صنایع غذایی برای بررسی:

• عطر و طعم مواد غذایی
• ترکیبات فرار میوه‌ها
• ترکیبات فساد

استفاده می‌شود.

4-2. استخراج فضای فوقانی (Headspace)

در این روش ترکیبات فرار موجود در فضای بالای نمونه استخراج و وارد GC می‌شوند.

کاربرد:

• قهوه
• چای
• ادویه‌ها
• محصولات تخمیری

4-3. روش QuEChERS

QuEChERS مخفف:

Quick
Easy
Cheap
Effective
Rugged
Safe

است و یکی از روش‌های مهم آماده‌سازی نمونه برای GC-MS در بررسی آلاینده‌های غذایی است.

کاربرد:

• باقی‌مانده سموم کشاورزی
• هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای
• آلاینده‌های آلی

مطالعات اخیر این روش را به دلیل سرعت، سادگی و قابلیت استفاده برای نمونه‌های پیچیده غذایی بسیار مورد توجه قرار داده‌اند.

5. کاربرد GC-MS در شناسایی عصاره‌های گیاهی

جدول 1. ترکیبات مهم قابل شناسایی با GC-MS

6. کاربرد در صنایع غذایی

GC-MS در صنایع غذایی برای موارد زیر استفاده می‌شود:

کنترل کیفیت اسانس‌ها

تعیین:

• خلوص اسانس
• درصد ترکیبات اصلی
• تشخیص تقلب

بررسی عطر و طعم

شناسایی ترکیبات:

• قهوه
• چای
• ادویه‌ها
• میوه‌ها

تشخیص آلاینده‌ها

مانند:

• باقی‌مانده سموم
• حلال‌های آلی
• ترکیبات حاصل از فرآوری حرارتی

شکل پیشنهادی مقاله

شکل 1. مسیر آنالیز عصاره گیاهی با GC-MS

گیاه
↓
استخراج (حلال/تقطیر/SPME)
↓
تغلیظ عصاره
↓
تزریق به GC
↓
جداسازی ترکیبات
↓
شناسایی توسط MS
↓
تعیین پروفایل شیمیایی

7. مزایا و محدودیت‌های GC-MS

مزایا

• حساسیت بالا
• شناسایی ترکیبات ناشناخته
• کتابخانه‌های طیفی گسترده
• تکرارپذیری مناسب

محدودیت‌ها

• مناسب نبودن برای ترکیبات غیر فرار
• نیاز به مشتق‌سازی برخی ترکیبات قطبی
• هزینه تجهیزات

نتیجه‌گیری

کروماتوگرافی گازی و GC-MS از مهم‌ترین ابزارهای تجزیه‌ای برای بررسی عصاره‌های گیاهی و مواد غذایی هستند. ترکیب یک روش استخراج مناسب مانند تقطیر، استخراج با حلال، SPME یا QuEChERS با GC-MS امکان شناسایی دقیق صدها ترکیب شیمیایی را فراهم می‌کند. این تکنیک نقش مهمی در استانداردسازی گیاهان دارویی، کنترل کیفیت اسانس‌ها، بررسی ترکیبات معطر و پایش ایمنی مواد غذایی دارد.

منابع

1. Xu M, Gao Y, Wang X, Han X, Zhao B. Comprehensive Strategy for Sample Preparation for the Analysis of Food Contaminants and Residues by GC–MS/MS: A Review of Recent Research Trends. Foods. 2021;10(10):2473. DOI:10.3390/foods10102473.
2. Ibáñez MD, Blázquez MA. Curcuma longa L. Rhizome Essential Oil from Extraction to Its Agri-Food Applications: A Review. Plants. 2021;10(1):44. DOI:10.3390/plants10010044.
3. Ferrentino G, Morozova K, Horn C, Scampicchio M. Extraction of Essential Oils from Medicinal Plants and their Utilization as Food Antioxidants. Current Pharmaceutical Design. 2020;26(5):519–541. DOI:10.2174/1381612826666200121092018.
4. Jayasinghe GDTM, Jinadasa BKKK, Pohl P. Critical review on microextraction techniques used in determination of histamine in food samples. Discover Food. 2022;2:8.