در صنایع غذایی، دارویی، آرایشی و بهداشتی و تولید اسانس، شناسایی، کنترل کیفیت و اطمینان از خلوص مواد اولیه و محصولات نهایی از اهمیت ویژهای برخوردار است. یکی از مهمترین و در عین حال سادهترین پارامترهای فیزیکی که برای این منظور بهطور گسترده استفاده میشود، ضریب شکست (Refractive Index) است. این پارامتر به دلیل ارتباط مستقیم با ترکیب شیمیایی مواد، بهعنوان شاخصی معتبر برای ارزیابی کیفیت چربیها، روغنها و روغنهای اسانسی شناخته میشود. دستگاههای رفرکتومتر دیجیتال ساخت کمپانی Anton Paar اتریش ضریب شکست نمونه ها را با دقت و سرعت خیلی بالا انجام میدهند و بهترین انتخاب برای کاربران هستند. در این مقاله اهمیت اندازهگیری ضریب شکست در چربی و روغن را بررسی میکنیم.
مفهوم ضریب شکست و عوامل موثر بر آن
ضریب شکست معیاری است که نشان میدهد نور هنگام عبور از یک ماده شفاف تا چه اندازه تغییر مسیر میدهد. مقدار ضریب شکست هر ماده به ساختار مولکولی، نوع پیوندها و چگالی آن وابسته است. از آنجا که چربیها، روغنها و روغنهای اسانسی دارای ترکیبات شیمیایی متفاوتی هستند، هرکدام محدوده مشخصی از ضریب شکست را دارند. این ویژگی باعث شده است که ضریب شکست بهعنوان یک پارامتر شناسایی و مقایسه در استانداردهای بینالمللی مورد استفاده قرار گیرد.
نقش دما در اندازهگیری ضریب شکست
ضریب شکست بهشدت به دما وابسته است. تغییر دما باعث تغییر چگالی و آرایش مولکولی ماده شده و در نتیجه مقدار ضریب شکست را تغییر میدهد. به همین دلیل، استانداردها دماهای مشخصی را برای اندازهگیری انواع مختلف چربیها، روغنها و روغنهای اسانسی تعیین کردهاند.
بهطور مثال، بسیاری از روغنهای گیاهی در دمای ۲۰ یا ۲۵ درجه سانتیگراد اندازهگیری میشوند، در حالی که چربیهایی که در دمای محیط جامد هستند، مانند کره یا کاکائو، معمولا در ۴۰ درجه سانتیگراد مورد آزمون قرار میگیرند. سایر چربیها و روغنها، مانند چربیهای کاملا هیدروژنه یا مومها در 80 درجه سانتیگراد یا بالاتر بررسی میشوند و روغنهای اسانسی نیز اغلب در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد اندازهگیری میشوند، مگر آنکه در این دما مایع نباشند.
اهمیت بررسی ضریب شکست در چربیها و روغنها
چربیها و روغنها عمدتا از تریگلیسیریدها تشکیل شدهاند که خود از اسیدهای چرب مختلف ساخته میشوند. نوع اسیدهای چرب (اشباع یا غیراشباع) تاثیر مستقیمی بر مقدار ضریب شکست دارد. بهطور کلی، با افزایش درجه غیراشباعی و تعداد پیوندهای دوگانه در ساختار مولکولی، مقدار ضریب شکست افزایش مییابد. بنابراین:
- اسیدهای چرب دارای کمترین ضریب شکست هستند.
- پس از آن گلیسریدها قرار میگیرند.
- تریگلیسیریدها، دیگلیسیریدها و مونوگلیسیریدها بهترتیب ضریب شکست بالاتری دارند.
به همین دلیل، بسیاری از روغنهای گیاهی که غیراشباع هستند، ضریب شکست بالاتری نسبت به چربیهای اشباع حیوانی دارند. جدول 1 و 2 ضریب شکست چربیهای حیوانی و روغنهای گیاهی را نشان میدهد. علاوه بر ترکیب اسیدهای چرب، سن روغن و شرایط نگهداری نیز میتوانند باعث تغییر مقدار ضریب شکست شوند. این موضوع اهمیت اندازهگیری این پارامتر را دوچندان میکند.
ضریب شکست در روغنهای اسانسی
روغنهای اسانسی یا اسانسها، مایعات فرار و آبگریزی هستند که از ترکیبات معطر گیاهان تشکیل شدهاند. این روغنها معمولا از طریق فرآیند تقطیر یا روشهای مشابه استخراج میشوند. از آنجا که هر اسانس دارای ترکیب خاصی از مواد معطر است، ضریب شکست آن نیز ویژگی مشخصی برای هر اسانس محسوب میشود.
اندازهگیری ضریب شکست در روغنهای اسانسی نهتنها برای کنترل کیفیت، بلکه برای شناسایی نوع اسانس و تشخیص ناخالصی اهمیت بالایی دارد. به همین دلیل، در بسیاری از فارماکوپهها و استانداردهای معتبر، محدوده مجاز ضریب شکست برای هر اسانس بهطور دقیق تعریف شده است.
کاربرد ضریب شکست در کنترل کیفیت و تشخیص ناخالصی
یکی از مهمترین کاربردهای اندازهگیری ضریب شکست، تشخیص ناخالصی و مخلوط کردن مواد غیرمجاز در چربیها، روغنها و روغنهای اسانسی است. افزودن روغنهای ارزانتر یا مواد نامطلوب معمولا باعث تغییر مقدار ضریب شکست میشود. با مقایسه مقدار اندازهگیریشده با محدودههای مرجع، میتوان بهسرعت به این تغییرات پی برد.
استانداردهای مربوطه در این مورد کدامند؟
اهمیت ضریب شکست باعث شده است که این پارامتر در استانداردها و مقررات بینالمللی جایگاه ویژهای داشته باشد. استانداردهایی مانند ISO 6320 برای چربیها و روغنهای حیوانی و گیاهی و ISO 280 برای روغنهای اسانسی، روشهای مشخصی را برای اندازهگیری ضریب شکست تعیین کردهاند.
همچنین روشهای رسمی AOAC و الزامات درجشده در فارماکوپه اروپا و فارماکوپه ایالات متحده آمریکا، ضریب شکست را بهعنوان یکی از آزمونهای شناسایی و کنترل کیفیت معرفی میکنند. رعایت این استانداردها برای آزمایشگاهها و تولیدکنندگان، بهویژه در بازارهای بینالمللی، امری ضروری است.
چه دستگاهی برای این امر مناسب است؟
در زمان قدیم اندازهگیری ضریب شکست با رفرکتومتر آبه یا بوتیرو انجام میشد. روش بوتیرو بهطور خاص برای بررسی چربیها و کره طراحی شده بود و مقادیر را بر اساس مقیاس بوتیرو نمایش میداد.
امروزه رفرکتومتر دیجیتال پیشرفته امکان اندازهگیری سریع، دقیق و تکرارپذیر را فراهم کردهاند. این دستگاهها با کنترل دقیق دما و حذف خطای انسانی، نقش مهمی در بهبود فرآیند کنترل کیفیت ایفا میکنند.
چه الزاماتی برای رسیدن به نتیجه دقیق باید رعایت شود؟
برای دستیابی به نتایج دقیق، نمونه مورد آزمایش باید خشک، شفاف و عاری از ناخالصی باشد. وجود آب، ذرات معلق یا مواد نامحلول میتواند باعث انحراف در مقدار ضریب شکست شود.
در مورد روغنهای اسانسی، معمولا از مواد خشککنندهای مانند سولفات سدیم یا سولفات منیزیم خشک برای حذف رطوبت استفاده میشود. همچنین در صورت جامد یا نیمهجامد بودن نمونه، گرمکردن کنترلشده تا حداقل دمای لازم برای مایعشدن توصیه میشود.
دستگاه اندازه گیری ضریب شکست روغن
جمعبندی
ضریب شکست یکی از شاخصهای کلیدی و قابل اعتماد در ارزیابی کیفیت چربیها، روغنها و روغنهای اسانسی است. این پارامتر به دلیل ارتباط مستقیم با ترکیب شیمیایی مواد، در استانداردهای بینالمللی جایگاه ویژهای دارد و بهطور گسترده در آزمایشگاههای کنترل کیفیت مورد استفاده قرار میگیرد. رعایت شرایط استاندارد اندازهگیری، آمادهسازی صحیح نمونه و استفاده از تجهیزات دقیق، نقش اساسی در دستیابی به نتایج معتبر و قابل استناد دارد.
رفرکتومتر های شرکت Anton Paar مطابق با مقررات بینالمللی نظیر ISO، AOAC و فارماکوپههای بینالمللی طراحی شدهاند و قابلیت نمایش هم زمان مقیاس ضریب شکست و مقیاس بوتیرو (Butyro Scale) را ارائه میدهند. بسته به محدوده دمای مورد نیاز، دقت اندازهگیری و محدوده دمایی نمونهها Anton Paar برای هر مشتری که قصد اندازهگیری روغنها و چربیها را دارد، راهکار مناسبی ارائه میدهد.
در ادامه ضریب شکست روغن های مختلف را به طور طبقی بندی شده در دمای 20 یا 40 درجه سانتی گراد مشاهده خواهید کرد.
| ماده | ضریب شکست |
| چربی مغز گاو | 1.4584 |
| چربی گاو | 1.4550 – 1.4590 |
| موم زنبورعسل | 1.4544 – 1.4563 |
| چربی استخوان | 1.4593 – 1.4597 |
| روغن استخوان | 1.4614 – 1.4622 |
| چربی کلیه گاو | 1.4562 |
| چربی کره گاوی | 1.4528 – 1.4555 |
| چربی گوسفند ماده | 1.4550 |
| چربی کره بز | 1.4500 – 1.4550 |
| چربی غاز | 1.4593 – 1.4603 |
| چربی اسب | 1.4600 – 1.4616 |
| چربی خوک | 1.4580 – 1.4606 |
| چربی خرگوش | 1.4586 |
| چربی کره گوسفند | 1.4555 |
جدول 2: ضریب شکست چربیهای گیاهی در 40 درجه سانتیگراد
| ماده | ضریب شکست |
| کره کاکائو | 1.4537 – 1.4578 |
| کره نارگیل | 1.4478 – 1.4497 |
| چربی هسته خرما | 1.4495 – 1.4499 |
| کره خرما | 1.4499 |
| روغن کنجد | 1.4646 – 1.4665 |
جدول3: ضریب شکست روغنهای گیاهی در 20 درجه سانتیگراد
| ماده | ضریب شکست |
| روغن راش | 1.4710 |
| روغن کلزا | 1.4740 |
| روغن کرچک | 1.4770 – 1.4780 |
| روغن ذرت | 1.473 – 1.475 |
| روغن پنبهدانه | 1.4740 – 1.4760 |
| روغن گردو | 1.4809 |
| روغن شاهدانه | 1.4517 |
| روغن لیمو | 1.470 – 1.480 ( در 25 درجه) |
| روغن بذر کتان | 1.4840 – 1.4870 |
| روغن خردل | 1.4730 – 1.4740 |
| روغن زیتون | 1.4670 – 1.4710 |
| روغن بادامزمینی | 1.4680 – 1.4720 |
| روغن خشخاش | 1.4780 |
| روغن بادام شیرین | 1.4713 |
| روغن کنجد | 1.472 – 1.476 |
| روغن سویا | 1.472 – 1.476 |
| روغن آفتابگردان | 1.4754 |
جدول 4: ضریب شکست روغنهای جگر ماهی در 20 درجه سانتیگراد
| ماده | ضریب شکست |
| روغن کبد ماهی کاد | 1.4783 |
| روغن دلفین | 1.4683 |
| روغن ساردین | 1.4729 |
| روغن فک | 1.4760 |
| روغن نهنگ | 1.4704 |
جدول 5: ضریب شکست اسانسها در 20 درجه سانتیگراد
| ماده | ضریب شکست |
| روغن افسنطین | 1.467 – 1.487 |
| روغن فلفل جامائیکا | 1.525 – 1.534 |
| روغن نعناع پیچ آمریکایی | 1.482 – 1.488 |
| روغن آنیزول | 1.557 – 1.559 |
| روغن ریحان | 1.481 – 1.518 |
| روغن برگاموت | 1.464 – 1.468 |
| روغن جوانه توس | 1.501 – 1.505 |
| روغن کاجپوت | 1.466 – 1.471 |
| روغن زیره سبز | 1.484 – 1.488 |
| روغن هل | 1.461 – 1.467 |
| روغن سدر | 1.500 – 1.510 |
| روغن بذر کرفس | 1.478 – 1.485 |
| روغن دارچین | 1.600 – 1.608 |
| روغن بذر دارچین سیلان | 1.531 – 1.540 |
| روغن پوست درخت دارچین سیلان | 1.581 – 1.591 |
| روغن سیترونلا (سیلان) | 1.480 – 1.486 |
| روغن سیترونلا (جاوه) | 1.465 – 1.475 |
| روغن میخک | 1.530 – 1.535 |
| روغن کنیاک | 1.430 – 1.436 |
| روغن گشنیز | 1.463 – 1.476 |
| روغن زیره | 1.494 – 1.508 |
| روغن سرو | 1.471 – 1.481 |
| روغن شوید | 1.484 – 1.488 |
| روغن الِمی | 1.479 – 1.489 |
| روغن اکالیپتوس | 1.460 – 1.469 |
| اوژنول | 1.541 – 1.542 |
| روغن رازیانه | 1.528 – 1.538 |
| روغن علف زنجبیل | 1.478 – 1.493 |
| روغن زنجبیل | 1.490 – 1.493 |
| روغن سنبلالطیب ژاپنی | 1.481 – 1.487 |
| روغن توت عرعر | 1.472 – 1.483 |
| روغن کالاموس | 1.502 – 1.508 |
| روغن کانانگا (یلانگیلانگ) | 1.495 – 1.503 |
| روغن کاسیا | 1.602 – 1.606 |
| روغن کوبِبه | 1.493 – 1.496 |
| روغن اسطوخودوس | 1.460 – 1.464 |
| روغن علف لیمو | 1.483 – 1.488 |
| روغن لیمو | 1.474 – 1.476 |
| روغن لایم | 1.482 – 1.486 |
| روغن لینالوه | 1.460 – 1.477 |
| روغن ریشه لوواژ | 1.528 – 1.553 |
| روغن نارنگی | 1.475 – 1.478 |
| روغن مرزنجوش | 1.473 – 1.476 |
| روغن ماستیک | 1.468 – 1.476 |
| روغن کاج کوهی | 1.475 – 1.480 |
| روغن خردل | 1.526 – 1.528 |
| روغن مورد | 1.464 – 1.470 |
| روغن جوز هندی | 1.478 – 1.488 |
| روغن شکوفه پرتقال | 1.468 – 1.474 |
| روغن پالماروزا | 1.472 – 1.476 |
| روغن فلفل | 1.481 – 1.499 |
| روغن نعناع فلفلی | 1.459 – 1.463 |
| روغن پِتیگرین | 1.512 – 1.523 |
| روغن پرتقال تلخ و شیرین | 1.473 – 1.475 |
| روغن برگ بو واقعی | 1.465 – 1.477 |
| روغن گل رز | 1.452 – 1.464 |
| روغن رزماری | 1.466 – 1.473 |
| روغن مریمگلی | 1.458 – 1.468 |
| روغن چوب صندل | 1.504 – 1.513 |
| روغن درخت سَوین | 1.473 – 1.479 |
| روغن مخروط نقرهای صنوبر | 1.472 – 1.475 |
| روغن سوزن صنوبر نقرهای | 1.473 – 1.476 |
| روغن بادیان ستارهای | 1.553 – 1.556 |
| روغن بادام شیرین | 1.542 – 1.546 |
| روغن تانسی | 1.457 – 1.461 |
| روغن ترخون | 1.502 – 1.514 |
| روغن تربانتین | 1.469 – 1.474 |
| روغن وتیور | 1.515 – 1.530 |
| روغن وینترگرین | 1.535 – 1.537 |
| روغن زوفا | 1.473 – 1.486 |