کاربردهای اسانس‌های گیاهی در کنترل سموم خوراک

اسانس های گیاهی

اسانس گیاهی ماده ای است که از گیاهان به دست می آید و به نام روغن آروماتیک یا روغن فرار نیز شناخته می شود. اسانس یک متابولیت ثانویه است که از بافت های گیاهی مانند جوانه، ساقه، برگ، گل، دانه، ریشه یا پوست گیاه استخراج می شود. بسته به منشا آن دارای رنگ های مختلف بوده که عموماً با توجه به منبع اسانس گیاهی نامگذاری می شوند. معمولاً اسانس ها در سلول های بافت ترشحی وجود دارند و بیشتر بی رنگ یا زرد روشن هستند. این ترکیبات حاوی گروه های آبگریز و فرار بوده که به راحتی در حلال های آلی حل می شوند و طعم خاص و قوی ایجاد می کنند. نقطه جوش نسبی اسانس ها بین 70 تا 300 درجه سانتی گراد و چگالی نسبی بین 0.850 و 1.065 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد. مایکوتوکسین ها متابولیت هایی هستند که توسط قارچ های رشته ای (کپک) که در غذا یا خوراک رشد می کنند تولید می شوند. این ترکیبات بسیار سمی هستند و سرطان زایی، جهش زایی، تراتوژنز، مهار سیستم ایمنی، سمیت کلیوی و سمیت کبدی را نشان می دهند. آسیب آن­ها به مراتب بیشتر از باقی مانده آفت کش ها و افزودنی های غذایی است. انواع مایکوتوکسین‌ها می‌توانند تومور را در بافت‌ها و اندام‌های مختلف حیوانات آزمایشگاهی ایجاد کنند. با توجه به اینکه مایکوتوکسین ها توسط قارچ ها تولید می شوند، یافتن برخی مواد ضد قارچی جدید برای کنترل یا سم زدایی مایکوتوکسین ها ضروری است. با این حال، روش سنتی افزودن آنتی بیوتیک به خوراک احتمالاً منجر به عواقب نامطلوبی مانند ایجاد مقاومت دارویی و بقایای دارو در بدن دام و طیور و خطرات سلامت و ایمنی مواد غذایی را به دنبال دارد. با توجه به خطر بالقوه مقاومت باکتری ها به عوامل ضد میکروبی، توجه بیشتری به استفاده از عوامل ضد میکروبی طبیعی، به ویژه آن­هایی که از گیاهان استخراج می شوند، مانند اسانس ها معطوف شده است. در مقایسه با قارچ کش های شیمیایی سنتی، اسانس های گیاهی طبیعی دارای مزایای ضد باکتریایی گسترده و سمیت کم هستند. اسانس ها ممکن است برای سلامت دستگاه گوارش مفید باشد و به عنوان جایگزینی برای آنتی بیوتیک ها استفاده شود. بنابراین، تجزیه و تحلیل اثر بازدارندگی اسانس بر قارچ‌ها و مایکوتوکسین‌ها به ما کمک می‌کند تا آلودگی ها را از بین ببریم و از سلامت انسان و حیوان محافظت کنیم. اسانس ها مخلوطی از ترکیبات پیچیده با غلظت های متفاوت هستند. برای مثال تیمول و وانیلین اجزای اصلی اسانس آویشن هستند. این دو می توانند 3 تا 62 درصد از کل اسانس آویشن را تشکیل دهند. سینامالدئید، جزء اصلی اسانس های دارچین است که 60 تا 75 درصد از کل اسانس آن را تشکیل می دهد. اجزای اسانس گیاهی نسبتاً پیچیده و عمدتاً مرکب هستند و طیف گسترده ای از ترکیبات آلیفاتیک، ترکیبات آروماتیک، ترکیبات گوگرد حاوی نیتروژن، ترپن ها و مشتقات آن­ها را شامل می شوند. در این میان ترپنوئیدها ویژه مونوترپن‌ها (مانند نرول و سیترونلول) رایج‌ترین ترکیبات موجود در اسانس‌های گیاهی هستند که بیش از 70 درصد و حتی بعضا بیش از 85 درصد اسانس را تشکیل می‌دهند. زیست فعالی اسانس های گیاهی عمدتاً توسط سسکوئی ترپن ها (مانند نرولیدول و ترپینئول) و دی ترپنوئیدها (مانند فیتول، ویتامین A و الکل ها) تعیین می شود.

 

فعالیت بیولوژیکی اسانس های گیاهی

اخیراً گزارش شده است برخی از اسانس‌ها مانند دارچین، علف لیمو، زنیان ، گل ابری و پونه کوهی، رازیانه و نعنای دشتی

 دارای پتانسیل مهارکننده ی آفلاتوکسین ها هستند. بررسی ها نشان داده اند که اسانس ها و برخی از اجزای آن ها نیز بعنوان بازدارنده رشد قارچ کارایی قابل توجهی از خود نشان دادند. از این رو، اسانس ها از طریق دو راه مختلف به عنوان بازدارنده رشد قارچ و تولید آفلاتوکسین عمل می کنند. اثربخشی اسانس در مهار تولید آفلاتوکسینB1  ممکن است به دلیل مهار کاتابولیسم کربوهیدرات در قارچ آسپرژیلیوس فلاووس با اثر بر برخی آنزیم‌های کلیدی باشد که توانایی قارچ را در تولید آفلاتوکسین کاهش می‌دهد.  

نحوه ی عملکرد اسانس ها

اجزای چربی دوست و ترکیبات با وزن مولکولی کم اسانس ها به راحتی از غشای پلاسمایی سلول قارچی عبور می کنند و منجر به اختلال در نفوذپذیری غشاء و تعادل اسمزی سلول می شوند که در نتیجه مرگ سلولی را در پی خواهد داشت. اسانس های گیاهی در واکنش با جایگاه های فعال آنزیم‌ها یا یون‌های سلولی بر غشای سلولی تأثیر منفی می‌گذارند، در نتیجه، مخزن ATP را تخلیه می‌کنند. برخی از اجزای رایج اسانس های گیاهی مانند تیمول، کارواکرول و اوژنول نیز با غشای سلولی برهمکنش دارند که نشت اجزای حیاتی سلولی میکروب‌ها را تسهیل می‌کنند و منجر به استرس، کاهش ATP درون سلولی و در نهایت مرگ سلولی می‌شوند. اختلال در میتوکندری توسط اجزای اسانس های گیاهی باعث توقف تشکیل استیل-CoA، پیش ساز اصلی بیوسنتز آفلاتوکسین می شود که در نهایت منجر به مهار تولید آفلاتوکسین می گردد.

ارگوسترول در قارچ ها وجود دارد و جزء اصلی استرول غشای سلولی قارچ محسوب می شود. این ترکیب مسئول حفظ عملکرد و یکپارچگی سلول است. مطالعات نشان داده اند که اسانس ها می توانند باعث کاهش قابل توجهی در مقدار ارگوسترول شوند. این امر تاکید می کند که اجزای ضد میکروبی اسانس های گیاهی از غشای سلولی عبور می کنند، با آنزیم ها و پروتئین های غشاء تعامل می کنند، بنابراین جریانی از پروتون ها را به سمت بیرون سلول ایجاد می کنند که باعث ایجاد اختلال در ساختار سلولی قارچی و در نهایت مرگ آن ها می شود.

دخالت مستقیم آنزیم گلیوکسالاز در ایجاد مقاومت در برابر تولید آفلاتوکسین گزارش شده است. متیل گلیوکسال یک سوبسترا برای گلیوکسالاز I است و به طور خود به خود در تمام موجودات در طی گلیکولیز و فتوسنتز تولید می شود. اگرچه متیل گلیوکسال یک ترکیب سیتوتوکسیک، مهارکننده رشد سلولی و ماهیت ضد سرطانی دارد، اما القاکننده ترشح آفلاتوکسین است. از این رو، گلیوکسالاز I ممکن است مستقیماً با حذف متیل گلیوکسال (بعنوان القاء کننده ی تولید آفلاتوکسین)، ایجاد مقاومت در برابر تولید آفلاتوکسین کند. ترکیباتی که فعالیت گلیوکسالاز I را افزایش می دهند ممکن است به عنوان مهار کننده تولید آفلاتوکسین در گیاهان استفاده شوند. مطالعات اخیر نشان داده است که ترکیباتی همچون کلسیم و نیکل ممکن است ایزوفرم گلیوکسالاز I  را فعال کند. گزارش شده است که براسینو استروئید از دانه های روغنی کلزا می تواند فعالیت گلیوکسالاز I را افزایش دهد. چنین گزارش هایی ممکن است در برنامه های دستکاری ژنتیکی در ایجاد تراریخته های مقاوم به ترشحات آفلاتوکسین مفید باشد.

ایمنی اسانس های گیاهی

بیشتر اسانس های گیاهی با مقادیر LD50 (دوز کشنده) بالاتر سمیت کمی را نسبت به آفت کش های شیمیایی مختلف در طول آزمایش سم شناسی از طریق تجویز خوراکی روی موش نشان دادند. اسانس های گیاه زنیان (6620.43 میکروگرم در کیلوگرم)، زیره سبز (1604.60 میکروگرم در کیلوگرم) و نعناع (8342.33  میکروگرم در کیلوگرم)، دارابی (36,680.04 میکروگرم در کیلوگرم) و بکرایی (26057.20 میکروگرم در کیلوگرم) مقادیر LD50 بالاتری نسبت به گیاهان دارویی رایج نظیر آزادیراکتین (> 5000 میلی گرم بر کیلوگرم)، پیرتروم (350-500 میلی گرم بر کیلوگرم)، کارون (1640 میلی گرم بر کیلوگرم)، برخی از آفت کش های تجاری هستند. باویستین (1500 میلی گرم بر کیلوگرم)، گوگرد مرطوب کننده (5000 میلی گرم بر کیلوگرم)، آفت کش های کلر آلی مانند لیندان (59-562 میلی گرم بر کیلوگرم)، ارگانوفسفره ها مانند مالاتیون (1522-1945 میلی گرم در کیلوگرم)، بنزیمیدازول (2910 میلی گرم بر کیلوگرم) و برخی مواد نگهدارنده مصنوعی مانند اسید سوربیک (3200 میلی گرم بر کیلوگرم)، اسید پروپیونیک (3500-4300 میلی گرم بر کیلوگرم)، اسید فرمیک (700 میلی گرم بر کیلوگرم)، اسید استیک (3530 mg/kg) و بنزوئیک اسید (2000-2500 mg/kg)) نشان داده اند.

اسانس ها به عنوان آنتی اکسیدان

علاوه بر آلودگی قارچی و مایکوتوکسینی، پراکسیداسیون نیز یکی از دلایل اصلی تخریب مواد غذایی در طول نگهداری است. اکسیداسیون لیپیدها در اثر تولید رادیکال‌های آزاد در طول پردازش و ذخیره‌سازی مواد غذایی مختلف باعث کاهش کیفیت محصول می‌شود که منجر به فساد شیمیایی، طعم نامطلوب، تغییر رنگ و از دست دادن مواد مغذی می‌شود. گزارش شده است محصولات متابولیکی آفلاتوکسین B1 (AFB1-8,9-exoepoxides) نیز مسئول تحریک پراکسیداسیون لیپیدی با افزایش مولکول های ROS بسیار واکنش پذیر است. چندین اسانس های گیاهی نیز با فعالیت آنتی اکسیدانی بر اساس ارزش IC50 بالا گزارش شده است: زنیان (0.467 میکرو لیتر در میلی لیتر)، زیره سبز (0.092 میکرو لیتر در میلی لیتر)، مشک دانه (0.325 میکرو لیتر در میلی لیتر)، ریحان میخکی (5.5 میکرو لیتر در میلی لیتر) و شوید (12.4 میکرو لیتر در میلی لیتر). فعالیت مهار رادیکال آزاد توسط اسانس های گیاهی ممکن است به دلیل وجود ترکیبات فنلی یا اثر هم افزایی ترکیبات کلی باشد.

Dwivedy, A. K., Kumar, M., Upadhyay, N., Prakash, B., & Dubey, N. K. (2016). Plant essential oils against food borne fungi and mycotoxins. Current opinion in food science, 11, 16-21.