مقایسه اسید اسکوربیک طبیعی و سنتزی؛ کدام گزینه بهتر است؟

اسید اسکوربیک چه طبیعی و چه سنتزی از نظر ساختار شیمیایی و عملکرد بیولوژیکی تفاوتی با هم ندارند و هر دو به طور موثری نیاز بدن به ویتامین C را تامین می کنند. با این حال درک عمیق تر از جنبه های فنی فرآیندهای تولید کاربردها و استانداردهای مربوط به هر دو نوع می تواند به انتخاب آگاهانه تر و بهینه سازی استفاده از این ترکیب حیاتی منجر شود. این مقاله به بررسی جامع و تخصصی اسید اسکوربیک طبیعی و سنتزی می پردازد و با تکیه بر اصول علمی و مهندسی به این سوال اساسی پاسخ می دهد که کدام گزینه با در نظر گرفتن جنبه های مختلف انتخاب بهتری است.

اسید اسکوربیک چیست؟

اسید اسکوربیک که به ویتامین C نیز شناخته می شود یک ترکیب آلی با فرمول شیمیایی C_۶H_۸O_۶ است. از نظر ساختاری یک لاکتون با زنجیره شش کربنی است که دارای دو گروه هیدروکسیل در موقعیت های ۲ و ۳ و یک گروه انول در موقعیت ۲-۳ است. این ساختار منحصر به فرد ویژگی های شیمیایی و بیولوژیکی خاصی به اسید اسکوربیک می بخشد.

عملکرد اصلی اسید اسکوربیک در بدن نقش آن به عنوان یک کوفاکتور برای آنزیم های متعدد است. این آنزیم ها در فرآیندهای حیاتی مختلفی از جمله موارد زیر نقش دارند :

• سنتز کلاژن : اسید اسکوربیک برای فعالیت آنزیم های پرولیل هیدروکسیلاز و لیزیل هیدروکسیلاز ضروری است که در هیدروکسیلاسیون باقی مانده های پرولین و لیزین در مولکول پیش ساز کلاژن (پروکلاژن) نقش دارند. این هیدروکسیلاسیون برای تشکیل ساختار سه مارپیچی پایدار کلاژن پروتئین اصلی بافت های همبند استخوان پوست و عروق خونی حیاتی است.
• سنتز کارنیتین : اسید اسکوربیک کوفاکتور آنزیم های دی اکسیژناز است که در مراحل مختلف سنتز کارنیتین یک مولکول ضروری برای انتقال اسیدهای چرب به داخل میتوکندری برای تولید انرژی نقش دارند.
• سنتز نوروترانسمیترها : اسید اسکوربیک در سنتز نوروترانسمیترهایی مانند نوراپی نفرین از طریق فعال سازی آنزیم دوپامین بتا-هیدروکسیلاز نقش دارد.
• متابولیسم تیروزین : اسید اسکوربیک در متابولیسم اسید آمینه تیروزین دخیل است.
• عملکرد سیستم ایمنی : اسید اسکوربیک نقش مهمی در عملکرد سیستم ایمنی دارد از جمله افزایش فعالیت فاگوسیت ها لنفوسیت ها و تولید آنتی بادی ها.
• خاصیت آنتی اکسیدانی : اسید اسکوربیک یک آنتی اکسیدان قوی است و می تواند رادیکال های آزاد و گونه های فعال اکسیژن (ROS) را خنثی کند. این خاصیت آنتی اکسیدانی نقش محافظتی در برابر آسیب های ناشی از استرس اکسیداتیو در بیماری های مختلف ایفا می کند.

از نظر مهندسی شیمی اسید اسکوربیک به دلیل خواص احیاکنندگی قوی خود کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارد. پتانسیل استاندارد احیا (E°) اسید اسکوربیک حدود +۰.۳۳ ولت است که نشان دهنده تمایل بالای آن به از دست دادن الکترون و احیا کردن سایر مواد است. این ویژگی در صنایعی مانند صنایع غذایی (به عنوان نگهدارنده و آنتی اکسیدان) و دارویی (به عنوان آنتی اکسیدان و عامل کاهنده) بسیار ارزشمند است.

اجزای اصلی و اصول کارکرد اسید اسکوربیک طبیعی و سنتزی

اسید اسکوربیک طبیعی به طور عمده از منابع گیاهی مانند میوه ها (به ویژه مرکبات توت ها کیوی) و سبزیجات (فلفل دلمه ای بروکلی اسفناج) استخراج می شود. اجزای اصلی در تولید اسید اسکوربیک طبیعی گیاهان غنی از ویتامین C هستند. اصول کارکرد در تولید اسید اسکوربیک طبیعی شامل مراحل زیر است :

1. انتخاب و آماده سازی مواد اولیه : انتخاب گیاهان با بالاترین میزان اسید اسکوربیک و آماده سازی آن ها شامل شستشو خرد کردن و گاهی پیش تیمار برای افزایش بازده استخراج.
2. استخراج : روش های مختلفی برای استخراج اسید اسکوربیک از منابع گیاهی وجود دارد از جمله :
• استخراج با حلال : استفاده از حلال های قطبی مانند آب یا اتانول برای استخراج اسید اسکوربیک. این روش معمولاً به دنبال مراحل خالص سازی است.
• استخراج با کمک امواج فراصوت (اولتراسونیک) : استفاده از امواج فراصوت برای افزایش راندمان استخراج و کاهش زمان استخراج.
• استخراج با کمک آنزیم : استفاده از آنزیم های سلولاز و پکتیناز برای شکستن دیواره سلولی گیاهی و تسهیل خروج اسید اسکوربیک.
3. خالص سازی و تغلیظ : عصاره حاصل از استخراج حاوی اسید اسکوربیک و سایر ترکیبات گیاهی است. برای خالص سازی و تغلیظ اسید اسکوربیک از روش هایی مانند فیلتراسیون کروماتوگرافی تبادل یونی و کریستالیزاسیون استفاده می شود. کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) یک روش کلیدی برای جداسازی و خالص سازی اسید اسکوربیک در مقیاس صنعتی است.
4. خشک کردن و فرمولاسیون : اسید اسکوربیک خالص شده به صورت پودر خشک می شود و برای کاربردهای مختلف فرموله می شود (به عنوان مثال قرص کپسول پودر).

اسید اسکوربیک سنتزی به طور صنعتی از طریق فرآیندهای شیمیایی یا بیوتکنولوژیکی تولید می شود. اجزای اصلی در تولید اسید اسکوربیک سنتزی مواد اولیه ارزان قیمت مانند گلوکز یا سوربیتول هستند. اصول کارکرد در تولید اسید اسکوربیک سنتزی شامل مسیرهای مختلفی است اما یکی از مهم ترین و رایج ترین آن ها فرایند رایشتاین-گروسنر (Reichstein-Grüssner process) است که شامل مراحل شیمیایی و میکروبیولوژیکی متعددی است :

1. اکسیداسیون گلوکز به سوربوز : گلوکز ابتدا به سوربیتول هیدروژنه می شود و سپس سوربیتول به سوربوز توسط باکتری Acetobacter suboxydans اکسید می شود. این مرحله تخمیری یک مرحله کلیدی در فرایند رایشتاین است.
2. استون دار کردن سوربوز : سوربوز با استون واکنش داده و سوربوز-دی استونید را تشکیل می دهد تا گروه های هیدروکسیل محافظت شوند.
3. اکسیداسیون سوربوز-دی استونید به اسید ۲-کتو-L-گولونیک : سوربوز-دی استونید با اکسیدان قوی مانند پرمنگنات پتاسیم یا دی کلرودی سیانوکینون (DDQ) اکسید می شود.
4. استری شدن و لاکتون سازی : اسید ۲-کتو-L-گولونیک با متانول استری شده و سپس تحت شرایط اسیدی یا قلیایی لاکتون سازی شده و اسید اسکوربیک را تشکیل می دهد.
5. خالص سازی و کریستالیزاسیون : اسید اسکوربیک سنتزی خالص سازی و کریستالیزه می شود تا محصول نهایی با خلوص بالا به دست آید.

روش های بیوتکنولوژیکی جدید نیز برای تولید اسید اسکوربیک در حال توسعه هستند که شامل استفاده از میکروارگانیسم های مهندسی شده ژنتیکی برای تخمیر مستقیم گلوکز یا سایر مواد اولیه به اسید اسکوربیک است. این روش ها پتانسیل کاهش مراحل شیمیایی و افزایش پایداری فرایند تولید را دارند.

از نظر مهندسی فرآیند تولید اسید اسکوربیک سنتزی نیازمند طراحی و بهینه سازی واحدهای عملیاتی مختلفی از جمله راکتورهای شیمیایی بیوراکتورهای تخمیری واحدهای جداسازی و خالص سازی (مانند ستون های کروماتوگرافی فیلترها کریستالیزاتورها) و واحدهای خشک کن است. کنترل دقیق شرایط فرآیند (دما pH فشار غلظت مواد اولیه زمان واکنش) برای دستیابی به بازده بالا خلوص محصول و کاهش هزینه های تولید ضروری است.

کاربردهای اسید اسکوربیک

اسید اسکوربیک به دلیل خواص آنتی اکسیدانی احیاکنندگی و نقش حیاتی در سلامت انسان کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارد :

• صنایع غذایی : اسید اسکوربیک به عنوان نگهدارنده آنتی اکسیدان و بهبوددهنده طعم و رنگ در صنایع غذایی به طور گسترده استفاده می شود. مثال ها عبارتند از :
• نگهداری مواد غذایی : جلوگیری از اکسیداسیون چربی ها و روغن ها جلوگیری از قهوه ای شدن میوه ها و سبزیجات تازه و فرآوری شده افزایش ماندگاری محصولات گوشتی و لبنی.
• بهبود کیفیت نان : بهبود خواص رئولوژیکی خمیر افزایش حجم نان و بهبود بافت آن.
• غنی سازی مواد غذایی : افزودن اسید اسکوربیک به نوشیدنی ها آبمیوه ها غلات صبحانه و سایر محصولات غذایی برای افزایش ارزش غذایی و تامین نیاز روزانه به ویتامین C.
• صنعت نوشیدنی : به عنوان آنتی اکسیدان در نوشیدنی های گازدار آبمیوه ها و نوشیدنی های ورزشی برای حفظ رنگ طعم و جلوگیری از افت کیفیت.
• صنایع دارویی : اسید اسکوربیک به عنوان ماده اولیه دارویی (API) در تولید مکمل های ویتامین C داروهای سرماخوردگی و آنفولانزا داروهای آنتی اکسیدان و داروهای موضعی برای بهبود زخم و سلامت پوست استفاده می شود. همچنین در فرمولاسیون های دارویی به عنوان آنتی اکسیدان و پایدارکننده مواد فعال دارویی دیگر به کار می رود.
• صنایع آرایشی و بهداشتی : اسید اسکوربیک به دلیل خواص آنتی اکسیدانی روشن کنندگی پوست و تحریک سنتز کلاژن در تولید محصولات آرایشی و بهداشتی مانند کرم های ضد پیری سرم های روشن کننده پوست لوسیون های بدن و محصولات مراقبت از مو استفاده می شود. مشتقات پایدارتر اسید اسکوربیک مانند آسکوربیل پالمیتات و آسکوربیل فسفات منیزیم نیز به دلیل پایداری بیشتر در فرمولاسیون های آرایشی و بهداشتی کاربرد دارند.
• صنایع کشاورزی و دامپروری : اسید اسکوربیک در کشاورزی به عنوان افزودنی به کودها و سموم دفع آفات برای افزایش مقاومت گیاهان در برابر استرس های محیطی و بیماری ها استفاده می شود. در دامپروری نیز به عنوان افزودنی به خوراک دام برای تقویت سیستم ایمنی بهبود رشد و کاهش استرس در حیوانات استفاده می شود.
• صنایع شیمیایی : اسید اسکوربیک به عنوان عامل احیاکننده در صنایع شیمیایی مختلف از جمله تولید پلیمرها سنتز مواد آلی و تصفیه پساب های صنعتی کاربرد دارد. به عنوان مثال در تولید پلیمرها اسید اسکوربیک می تواند به عنوان یک عامل کاهنده در پلیمریزاسیون رادیکال آزاد استفاده شود.

بررسی استانداردهای اسید اسکوربیک

استانداردهای بین المللی نقش مهمی در تضمین کیفیت ایمنی و اثربخشی اسید اسکوربیک در کاربردهای مختلف دارند. سازمان های مختلفی استانداردهای مربوط به اسید اسکوربیک را تدوین و منتشر می کنند از جمله :

• فارماکوپه های بین المللی : فارماکوپه هایی مانند فارماکوپه ایالات متحده (USP) فارماکوپه اروپا (Ph. Eur.) و فارماکوپه ژاپن (JP) استانداردهای کیفی برای اسید اسکوربیک دارویی را تعیین می کنند. این استانداردها شامل مشخصات مربوط به هویت خلوص قدرت و روش های آزمون اسید اسکوربیک است.
• سازمان های استانداردسازی بین المللی (ISO) : ISO استانداردهایی برای مدیریت کیفیت ایمنی مواد غذایی و سایر جنبه های مرتبط با تولید و کاربرد اسید اسکوربیک تدوین می کند.
• سازمان های نظارتی ملی : سازمان های نظارتی ملی مانند سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) سازمان ایمنی غذای اروپا (EFSA) و سازمان غذا و داروی ایران مقررات و دستورالعمل های مربوط به تولید برچسب گذاری و استفاده از اسید اسکوربیک در صنایع غذایی دارویی و آرایشی و بهداشتی را تعیین می کنند.

نتیجه گیری

در پاسخ به سوال اصلی مقاله اسید اسکوربیک طبیعی و سنتزی از نظر ساختار شیمیایی و عملکرد بیولوژیکی یکسان هستند. بدن انسان نمی تواند بین این دو نوع تفاوتی قائل شود و هر دو به یک اندازه در تامین نیازهای ویتامین C موثرند. از دیدگاه علمی و فنی اسید اسکوربیک سنتزی به دلیل خلوص بالا تولید انبوه و قیمت مناسب اغلب گزینه عملی تر و مقرون به صرفه تر برای بسیاری از کاربردها به ویژه در صنایع غذایی و دارویی است.

با این حال اسید اسکوربیک طبیعی به ویژه در قالب عصاره های گیاهی ممکن است مزایای اضافی به دلیل حضور سایر ترکیبات فعال زیستی مانند فلاونوئیدها کاروتنوئیدها و سایر آنتی اکسیدان ها داشته باشد. این ترکیبات می توانند اثرات سینرژیک با اسید اسکوربیک داشته باشند و به افزایش اثربخشی کلی آن کمک کنند. انتخاب بین اسید اسکوربیک طبیعی و سنتزی بستگی به کاربرد خاص اهداف مورد نظر ملاحظات هزینه و ترجیحات مصرف کننده دارد.

به طور خلاصه هر دو نوع اسید اسکوربیک منابع موثری از ویتامین C هستند و انتخاب “بهترین” گزینه به عوامل متعددی بستگی دارد. درک عمیق از جنبه های فنی فرآیندهای تولید کاربردها استانداردها و چالش های مربوط به هر دو نوع به انتخاب آگاهانه تر و بهینه سازی استفاده از این ترکیب حیاتی کمک می کند.

سؤالات متداول

۱. آیا اسید اسکوربیک طبیعی از اسید اسکوربیک سنتزی بهتر است؟

پاسخ : از نظر علمی خیر. اسید اسکوربیک طبیعی و سنتزی از نظر ساختار شیمیایی و عملکرد بیولوژیکی یکسان هستند. بدن انسان نمی تواند بین این دو تمایز قائل شود. با این حال منابع طبیعی اسید اسکوربیک (مانند میوه ها و سبزیجات) حاوی ترکیبات مغذی دیگری مانند فیبر ویتامین ها مواد معدنی و آنتی اکسیدان ها هستند که برای سلامتی مفیدند. مکمل های اسید اسکوربیک سنتزی صرفاً ویتامین C خالص را ارائه می دهند. بنابراین مصرف منابع طبیعی اسید اسکوربیک به عنوان بخشی از یک رژیم غذایی متعادل به دلیل فواید چندگانه توصیه می شود. اما برای تامین دوزهای بالای ویتامین C یا در کاربردهای صنعتی اسید اسکوربیک سنتزی گزینه کارآمد و مقرون به صرفه تری است.

۲. آیا مصرف اسید اسکوربیک سنتزی ایمن است؟

پاسخ : بله اسید اسکوربیک سنتزی به طور گسترده ای به عنوان یک ماده ایمن شناخته می شود (GRAS) و توسط سازمان های نظارتی معتبر مانند FDA و EFSA تایید شده است. فرآیندهای تولید اسید اسکوربیک سنتزی تحت استانداردهای کنترل کیفیت دقیق انجام می شوند و محصول نهایی از نظر خلوص و ایمنی مطابق با استانداردهای فارماکوپه ای است. با این حال مصرف بیش از حد اسید اسکوربیک سنتزی (بیش از ۲۰۰۰ میلی گرم در روز برای بزرگسالان) ممکن است در برخی افراد عوارض جانبی خفیفی مانند ناراحتی های گوارشی ایجاد کند.