سبک زندگي

تعیین عناصرموجوددربرخی گونه های برنج ایرانی بااستفاده لیزر

برنج یکی از اجزای اصلی سبد غذایی مردم ایران

و حدود ۴/۲ میلیارد نفر از جمعیت جهان اسـت.

 

با مجله خبری ایشومر همراه باشید :
مطـابق (Food and Agriculture OrganizationFAO) گـزارش تقریبا ۳۰ درصد

از انرژی و ۲۰ درصـد از پروتئیـن مـردم مردم جهان از طریق مصرف برنج تامین می شود
برنج تامین کننده عناصری مانند کلسیم، فسفر، پتاسـیم، فلـور، آهن و روی اسـت.

 

از طرفـی ترکیبـات مضـر کـه همـان فلزات سنگین هستند،

می تواننـد از طریـق خـاک جـذب بدن شده و وارد زنجیره غذایی انسان شوند.

 

مجله خبری ایشومر rice-analize-mag-eshomer-300x300 تعيين عناصرموجوددربرخي گونه هاي برنج ايراني بااستفاده ليزر سبک زندگي  موجود ليزر گونه عناصر تعيين برنج برخي ایرانی استفاده

 

فلزات سنگین

از این دسـته فلزات میتوان به کادمیوم ، نیکل و جیوه اشـاره کـرد.
بررسی متون علمی معتبر دنیا دلالت بر عوارض سوء این عناصر بر سیستم های بیولوژیکی

بدن انسـان دارد.

 

اثـرات فلزات سنگین روی انسان مختلف بوده و عمده تـرین آن مربوط به بروز اختلالات عصبی،

سرطانزایـی، تخریـب کلیـه، مشـکلات ریـوی و سـرطان اسـت.
مطالعـات متنوعی بر پایه روشهای آنـالیزی گونـاگون در سراسـر جهان برای تعیین محتوای فلزات

سنگین در برنج و تعیین ارتباط آن با عوامـل محیطـی و شـرایط اقلیمـی صـورت گرفته است
بینابنمایی جذب اتمی،

بینـابنمـایی پلاسمای جفت شده القایی و بینابنمایی جرمـی برخـی

از این روشها میباشند.

 

در اغلـب ایـن روشهـا نیـاز بـه آماده سازی نمونه وجود داشته و نتایج

آنها بـا توجـه بـه چشمههای نوری موجود در سیستمهای انـدازه گیـری بـه تعـدادی خاصـی

از عناصـرمحـدود مـیباشـد در ضـمن امکـان کـاربرد آنهـا بـرای همـه حـالات مـاده وجـود ندارد.

 

  روش آنالیز LIBS

در ایــران اقــداماتی بــه منظــور شناســایی عناصــر ســـنگین در انـــواع مختلـــف بـــرنج

انجـــام شـــده کـــه اغلب بـر تکنیـکهـای شـیمیایی و بینـابنمـایی جـذبی استوار است
در ایـن پـژوهش عـلاوه بـر معرفـ ی تکنیــک بینــاب نمــایی فروشکســت القــایی لیــزری

( Laser Induced Breakdown Spectroscopy) بـه عنـوان یـک روش جدیـد آنـالیزعنصـری

کـه دارای مزایای متعددی از قبیل عدم نیاز بـه آمـادهسـازی نمونـه، قابلیت آنالیز همزمان

چند عنصری، سریع و غیـر مخـرب و قابل استفاده برای همه حالات ماده، عناصر فلزی مضر

و ضروری موجـود در تعـدادی از انـواع بـرنج ایرانـی بـا استفاده از آن مورد آنالیز قـرار گرفـت.
در ایـن تکنیـک نمونهها بدون هیچگونه آمادهسازی خاصی تحـت تـابش لیزر قرار میگیرند.

 

برای رساندن انـرژی لیـزر بـه مقـدار انرژی لازم بـرای تبخیـر نمونـه تحـت آنـالیز، معمـولا از
یکسری ادوات اپتیکی نظیر عدسی برای کـانونی کـردن پرتو لیزر استفاده مـیشـود.
بـا تمرکـز انـرژی لیـزر روی نمونــه مــورد آنــالیز، مــاده تبخیــر شــده و پلاســمای آن تشکیل میشود.
این پلاسما ترکیبی از عناصر موجود در ماده، الکترونهـای آزاد و مراتـب مختلـف یـونی نمونـه مورد نظر میباشد.
پس از تبخیر نمونه و تشکیل پلاسـما، این پلاسما شروع به نشر کرده و با ثبت طیف نشـری آن می توان بـه

ترکیبـات نمونـه دسـت پیـدا کـرد.
برخـی از کاربردهای این روش آنـالیزی در صـنایع غـذایی شـامل
آنالیز عناصر موجود در نان صبحانه، پوست سیب زمینی، روغن سبزیجات،

رطوبت موجود در انواع مختلـف پنیـر و شناسایی برخی ترکیبات موجود در میوه ها نظیر پرتقال
تاکنون گزارش شده اند.
براساس اطلاعات انتشار یافته تاکنون، گزارشی مبنی بر استفاده از این روش بـرای آنالیز مواد غذایی

در کشور منتشرنشده است.

 

مواد و روش ها

برای انجام این پژوهش شش نـوع بـرنج پرمصـرف تولیـدی در سـال ۱۳۹۲ کـه

در نـواحی مختلـف زراعـی ایران کشت شده بودند، انتخاب و از هـر کـدام بـه طـور
تصادفی سـه نمونـه از بـازار خریـداری شـد.

 

پراکنـدگی نواحی جغرافیایی کشت بهمنظور بهدست آوردن تحلیلی از مقـدار ایـن

ترکیبـات مضـردر آب و خـاک نـواحی مختلف یکی از دلایل انتخاب این نوع برنج هابود.

 

همانطورکه اشاره شد، بـرای آنـالیز نمونـههـا هـیچ آمادهسازی خاصی لازم نبود.

برای انجام آنالیز ازسیسـتم Applied Photonics شـرکت سـاخت LIBSCAN100 استفاده شد.

 

این سیستم مجهز به لیزر YAG:Nd با انرژی خروجی ۱۰۰mJ ،پهنای پالس ۲±۷ نانوثانیه و نرخ تکرار

متغیر ۱ تا ۲۰ هرتز می باشد.

پرتـو خروجـی لیـزر توسـط عدسی روی نمونه کانونی شده که این امـرباعـث تولیـد پلاسما میگردد.

 

این پلاسما توسط هشت طیفسنج کـه با یکدیگر سری شده و قابلیت ثبت طیف در ناحیـه ۱۸۰ تا ۱۱۵۷

نانومتر با دقـت ۰۴/۰ نـانومتر را دارا مـیباشـند، ثبـت گردیـد.

طیـفهـای ثبـت شـده توسـط نـرمافـزار Specline Plasus مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفت.

 

این نرم افزار قابلیت شناسایی تمـامی عناصـر و اغلـب مراتـب یونی موجود در پلاسمای

تشکیل شـده را دارا مـیباشـد.
طرح واره شماتیکی روش آنالیزی فوق درتصویر شماره ۱ نشان داده شده است.

 

کلسیم، فسـفر، آهـن، روی، فلـور، منیزیم و کروم سه ظرفیتی عناصر ضـروری هسـتند کـه در

این پـژوهش مـورد بررسـی قـرار گرفتـه انـد.

 

آرسـنیک، نیکل، سرب، جیوه، کادمیوم و کروم که بخشـی ازفلـزات مضر موجود در مواد غذایی میباشند،

نیز مـورد بررسـی قرار گرفتند.

 

طیفهای ثبـت شـده ازنمونـه هـای مختلـف بــرنج در نمــودار شــماره ۱ آورده شــده اســت.

از روش کالیبراسیون آزاد برای بهدسـت آوردن غلظـت نمونـه هـا استفاده شد.

 

برای این کار یکی از عناصر موجـود در نمونه که اطلاعات طیفی آن استخراج شده انتخـاب و بـا استفاده از

اطلاعات تئوری مربوط به ترازهای طیفـی کـه از سایت استاندارد مواد استخراج شد.

 

منحنی شـدت برحسـب انـرژی ترازهـای متنـاظررسـم وبـا اسـتفاده از نرم افـزار Matlab بهتـرین خـط

بـا کمتـرین خطـا بـر آن بـرازش شـد.

 

در ایـن مطالعـه بـرای کـالیبره نمـودن داده ها،

عنصر آهن

انتخاب گردید.

 

بـا اسـتفاده از نتـایج حاصـل از کالیبراسـیون، غلظت عناصر در نمونه های مختلف برنج محاسبه شده است.

 

طول موج های مربوط به عناصر ضروری کلسیم، پتاسـیم، آهـن، منیـزیم، روی، کـروم سـه ظرفیتـی،

فسـفر و فلـور به وضوح ثبت گردید.

 

همچنین قله هـای طیفـی مربـوط بـه فلزات مضرکروم شش ظرفیتی، سرب، جیوه، آرسـنیک و نیکل نیز مشـاهده شـد.

از روش کالیبراسـیون آزاد  برای محاسبه غلظت ترکیبها استفاده شد.

 

غلظت

کلسیم در نمونه ها از۳۴ تا ۸۷۳ میلیگرم بر کیلـوگرم بـا میانگین kg/mg 666/343 متغیر بود.

 

بیشترین غلظـت در برنج خوزستان kg/mg 873 و کمتـرین آن kg/mg 34 در برنج هاشمی مشاهده شد.

 

غلظت پتاسیم در نمونه ها از ۷۲ تـــا ۹۰۳ میلـــیگـــرم بـــر کیلـــوگرم وبـــا میـــانگین kg/mg 166/379 متغیـربـود.

 

بیشـترین غلظـت در بـرنج هاشمی kg/mg 903 و کمتـرین آن kg/mg 72 در بـرنج خوزستان بود.

 

حداکثر غلظت آهن با مقدار kg/mg 900 برای طارم محلی و حـداقل مقـدارkg/mg 23

بـرای پـنج ســتاره فــلاح ثبــت گردیــد.

 

بیشــترین غلظــت منیــزیم kg/mg 2100 در برنج لنجان و کمتـرین آن kg/mg 730 درنوع طارم محلی دیده شـد.

 

بـرنج پـنج سـتاره فـلاح از نظـرروی kg/mg 380 ازهمـه غنـی تـر، طـارم نـاب بـا kg/mg 13 از همه فقیرتر بود.

 

غلظت کروم سـه ظرفیتـی در نمونـههـا از ۰۱۰/۰تـا ۷۲ میلـیگـرم بـر کیلـوگرم بـا

میانگین kg/mg 848/24 متغیر بود که بیشترین مقـدارآن در برنج طارم محلی و کمترین آن در طارم ناب مشاهده شد.

 

حداقل غلظت فسفر kg/mg 36 متعلق بـه هاشـمی و حداکثر آن بـا مقـدار kg/mg 200 متعلـق

بـه بـرنج طـارم محلـی بـود.

 

بیشـترین غلظـت فلـور kg/mg 43 در بـرنج خوزستان و کمترین آن kg/mg 13 در نوع لنجـان ثبـت گردیـد.

 

در میـان عناصـرمضـر خوشـبختانه کـادمیوم در نمونه هـا مشـاهده نشـد.

غلظـت کـروم شـش ظرفیتـی در نمونه ها از ۰۰۴/۰تا ۴۱۶/۶ میلـیگـرم بـر کیلـوگرم و

بـا میانگین آن kg/mg 391/2 متغیر بود.

 

بیشترین غلظت در بـرنج هاشـمی برابـربـا kg/mg 416/6 و کمتـرین آن بـا kg/mg 004/0

در طـارم محلـی مشـاهده شـد.

 

حـداکثر غلظت سرب با مقدار kg/mg 35 برای بـرنج طـارم نـاب مازندران و کمترین آن در نوع

طـارم محلـی دیـده شـد.

 

برنج هاشمی با kg/mg 3 از نظر آرسنیک از همـه آلـوده تر وبرنج طارم محلی از همه سالمتر بـود.

 

غلظـت نیکـل در نمونهها از ۰۰۱/۰ تا ۴۱۱/۲ میلـیگـرم برکیلـوگرم بـا میـانگین kg/mg 963 متغیـربـود.

 

بـیشتـرین غلظـت در برنج هاشمی و کمترین آن در برنج طارم محلی مشاهده گردید.

 

بحث

روشهای آنالیزی مرسوم در صـنایع غـذایی اغلـب متکی بر بینابنمایی جذب اتمـی و

روشهـای شـیمیایی مــیباشــند.

 

ایــن روشهــای آنــالیزی بواســطه روش عملکردی آنها دقت بالایی دارند لـیکن اغلـب توانـایی

شناسـایی دسـته محـدودی از عناصـر را دارنـد.

 

از سـوی دیگر نیاز به آماده سازی، غیـر قابـل اسـتفاده بـودن بـرا ی تمامی حالات

ماده و در برخی موارد غیر مخـرب بـودن از محدودیت های عملکردی اغلب این روشها می باشد.

 

روش آنالیزی LIBS با توجه به ساختار عملکردی خـود که مبتنـی بـر نشـر پلاسـمای

گسـیلی از مـاده مـی باشـد،

محدودیت های فوق را نداشـته و از لحـاظ آنـالیز کیفـی

شناسایی عناصر و یونهـای موجـود در نمونـه  تـاکنون گزارشـی مبنـی بـر شناســایی

وانـدازه گیـری ترکیبــات ضروری در برنج تولیـدی کشـور گـزارش نشـده اسـت .

 

کروم سه ظرفیتی یک عنصر ضروری بـرای بـدن انسـان اســـــت کـــــه

درمکانیســـــم انســـــولین ومتابولیســـــم چربی،کربوهیدرات و پروتئین موثر است.

 

مصـرف لجـن فاضلاب و کودهای فسفاته در زمـینهـای کشـاورزی و

باقیمانده های ناشی ازمصرف سوخت های فسیلی ازعوامل آلودگی برنج به کادمیوم است.

 

این عنصـر پـس از ورود به بدن در کلیه ها تجمع یافته و باعث عـوارض نـامطلوبی مانند اسهال،

استفراغ شدید، شکسـتگی اسـتخوان، عقـیم شدن و آسیب به سیستم ایمنی بدن میشـود.

 

در ایـن مطالعــه کــادمیوم در نمونــه هــا مشــاهده نشــد،

ولــی در مطالعهای که توسط ززولی و همکـاران روی بـرنجهـای هندی وارداتـی بـه ایـران انجـام شـد،

میـانگین محتـوایی کادمیوم kg/mg 4/0اعلام گردید.

 

کروم بـه صـورت شش ظرفیتی بـرای انسـان سـمی اسـت.

کـروم اغلـب از پساب کارگاههای فلزکاری، رنـگسـازی و بـه صـورت کرومـات و بـیکرومـات وارد خـاک مـیشـود.

در مطالعهای که توسط ملکوتیان و همکاران روی برنجهای هنــدی وارداتــی بــه

ایــران انجــام شــد، میــانگین کــروم kg/mg 653/0 تعیین مقدار گردید.

 

در این پـژوهش میـانگین غلظـت ایـن عنصـر kg/mg 963/0 تعیـین شـد. آرسنیک به ۳ فرم فلـزی، ۳ ظرفیتـی

و ۵ ظرفیتـی وجـود دارد و میـزان سـمیت آن بـه سـرعت دفـع آن از بـدن و درجــه تجمــع آن

در بافــتهــای ســلول

بســتگی دارد.

فشـارخون، سـرطان پوسـت، سـرطان مثانـه و مشـکلات تنفســی از عــوارض ورود آرســنیک

دربــدن اســت.

 

در تحقیقی که توسـط صـالحیپـور و همکـاران انجـام شـده بود، میانگین غلظت آرسنیک در برنج

تولیـدی اصـفهان kg/mg 25/0 گزارش شـده اسـت.

 

میـانگین غلظـت این عنصر در ایـن پـژوهش بـرای بـرنج نـواحی مختلـف تعیین گردید ۰/۹۴۰ mg/kg ایران
سرب به طور طبیعی در محیط زیست وجود دارد و یکی از چهار فلزی است که بیشترین عـوارض را روی

ســلامتی انســان دارد.

 

اخــتلال در میــزان هموگلــوبین،کمخـونی، افـزایش فشـارخون، آسـیب بـه کلیـه،

سـقط جنــین، اخــتلال در سیســتم عصــبی و کــاهش قــدرت یادگیری

از عوارض منفی افزایش سرب در بـدن اسـت.

 

بیشــترین راه جــذب ســرب بــه بــدن

از طریــق دســتگاه گــوارش بــوده و برحســب ســن افــراد متفــاوت اســت،
به طوریکه جذب سرب خورده شده در یـک فـرد بـالغ حدود ۱۰ درصد و در کودکان ۴۰ درصد اسـت.

در مطالعهای که توسط ززولی و همکاران برروی برنجهـای ایرانی تولیدی در شمال کشور صورت گرفت، میزان سرب

برابر با kg/mg 5/11 به دست آمـد.

 

در ایـن پـژوهش میانگین سرب موجود kg/mg 096/6 اندازه گیری شد.

 

جیوه یکی دیگر از عناصر مضـر بـرای بـدن اسـت،

به طوریکه وجود هر مقدار آن در بدن نشانگر آلـودگی بدن به این عنصر است.

 

تاکنون گزارشی مبنی بـر انـدازه گیری غلظت جیوه و نیکل در انـواع مختلـف بـرنجهـای ایرانی

انتشار نیافته، ولیکن در این تحقیق میانگین غلظـت mg/kg جیــوه غلظــت میــانگین

و۰/۹۶۳ mg/kg نیکــل ۷۷۳/۰تعیین گردید.
در ایـن مطالعـه روشـی جدیـد جهـت آنـالیزمـواد غذایی با قابلیتهای عدم نیاز به آماده سازی نمونه،

سریع و غیرمخرب بودن و قابلیت کـاربرد بـرای همـه حـالات ماده (جامد، مـایع، گـاز) معرفـی گردیـد.

 

عناصـر فلـزی مضر و ضروری موجود در انواع مختلف برنج ایرانـی بـا استفاده ازاین روش بررسی شد.

 

درمیان عناصـر ضـروری، انواع مختلف برنج ایرانی به طور میانگین بیشتر از همـه از نظر منیزیم غنی تر بود

و پتاسیم، آهـن، کلسـیم، روی، فسفر، کروم(۳ ظرفیتی) وفلوردرمرتبههای بعدی هسـتند.
کروم (۶ ظرفیتی) درمیان عناصرمضردرنمونه ها بیشـتر از همه وجود داشت.

 

سـرب، آرسـنیک، جیـوه و نیکـل در مراتب بعدی قرارداشته و کادمیوم درنمونه ها مشاهده نشد.

 

سپاسگزاری
این تحقیق در پژوهشکده علوم و فنـاوری اپتیـک و لیزر دانشگاه صـنعتی مالـک اشـتر انجـام شـده اسـت .

از تمامی همکارانی که انجام این تحقیق را ممکـن و میسـر نمودند،

سپاسگزاری می شود.

برچسب ها
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن