مهندسی زیستی در سبزی‌های ایرانی: بررسی رفتار ترمودینامیکی شنبلیله، گشنیز، جعفری و شوید در فرآیند خشک شدن

در آزمایشگاه‌های موسسه مهندسی کشاورزی دانشگاه وروتسواف در لهستان، دستگاه‌های خشک‌کن مایکروویو-خلاء با توان ۳۶۰ وات در حال استخراج رطوبت از برگ‌های تازه گشنیز هستند. هدف این پژوهش که نتایج آن در سال ۲۰۲۰ منتشر شد، رمزگشایی از یک معمای قدیمی در آشپزی و داروسازی است: چگونه می‌توان آب میان‌بافتی سبزیجات را حذف کرد، بدون آنکه ساختار ظریف اسانس‌ها و ویتامین‌های آن‌ها فرو بریزد. در آشپزی ایرانی، چهار گیاه شنبلیله، گشنیز، جعفری و شوید پایه‌های اصلی طعم‌سازی را تشکیل می‌دهند، اما رفتار ترمودینامیکی آن‌ها در برابر از دست دادن رطوبت کاملاً با یکدیگر متفاوت است.[1]

خشک کردن صرفاً تبخیر آب نیست؛ یک تنش اسمزی شدید است که دیواره‌های سلولی گیاه را در هم می‌شکند. سبزیجات تازه بین ۸۰ تا ۹۰ درصد آب دارند. زمانی که این رطوبت به زیر ۱۰ درصد کاهش می‌یابد، غلظت مواد موثره در واحد وزن به شدت بالا می‌رود. با این حال، حرارت و جریان هوا می‌توانند شمشیر دو لبه باشند. محققان در سال ۲۰۲۰ گزارش دادند: «دمای خشک‌کردن بالاتر از ۶۰ درجه سانتی‌گراد منجر به از دست رفتن بیشتر ترکیبات فرار در محصولات خشک‌شده در بسیاری از انواع گیاهان دارویی می‌شود.»[1]

شنبلیله (Trigonella foenum-graecum) مقاوم‌ترین عضو این گروه است. این گیاه سرشار از پروتئین، نیاسین، پتاسیم و ساپونین‌های استروئیدی است. مطالعات سونیل بیشنوی و همکارانش در سال ۲۰۲۰ نشان می‌دهد که خشک کردن برگ‌های شنبلیله در دستگاه‌های کابینتی با دمای ۴۰ درجه سانتی‌گراد و سرعت هوای ۱.۱ متر بر ثانیه، بهترین نتیجه را برای حفظ اسید اسکوربیک (ویتامین ث) و بتاکاروتن به همراه دارد. در این دما، ترکیب آلکالوئیدی تریگونلین که مسئول عطر تلخ و عمیق شنبلیله است، به جای تبخیر، در ماتریکس خشک‌شده گیاه تثبیت می‌شود.[2]

در مقابل، شوید (Anethum graveolens) رفتار بسیار حساس‌تری نشان می‌دهد. عطر شاخص شوید ناشی از مونوترپن‌هایی مانند کاروون و لیمونن است. پژوهش‌های منتشر شده در سال ۲۰۲۳ نشان می‌دهد که خشک کردن شوید در کوره‌های هوای گرم با دمای ۶۰ درجه سانتی‌گراد، اگرچه زمان فرآیند را به نصف کاهش می‌دهد، اما باعث تغییر ساختار شیمیایی کاروون می‌شود. این تغییرات ترمودینامیکی، رایحه تازه و علفی شوید را به بویی شبیه به یونجه خشک تبدیل می‌کند. برای حفظ کیفیت دارویی و عطر شوید، دمای خشک‌کردن نباید از ۴۵ درجه سانتی‌گراد تجاوز کند.

گشنیز (Coriandrum sativum) چالش‌برانگیزترین گیاه در فرآیند رطوبت‌گیری است. رایحه مرکباتی و تند برگ‌های گشنیز به دلیل وجود آلدئیدهای آلیفاتیک است که به شدت فرار هستند. آزمایش‌های انجام شده با طیف‌سنجی جرمی نشان داده است که روش‌های سنتی مانند آفتاب‌خشک یا حتی سایه‌خشک طولانی‌مدت، تا ۸۰ درصد از این آلدئیدها را از بین می‌برند. به همین دلیل است که گشنیز خشک هرگز نمی‌تواند جایگزین گشنیز تازه شود. تنها روشی که توانسته پروفایل عطری گشنیز را تا حد قابل قبولی حفظ کند، خشک‌کردن انجمادی یا ترکیب پیش‌خشک‌کردن همرفتی در دمای ۷۰ درجه به مدت ۱۲۰ دقیقه و سپس استفاده از خلاء است.[1]

جعفری (Petroselinum crispum) که منبع غنی از ویتامین کا، کلسیم و ترکیب آپیول است، واکنش متفاوتی به نور و حرارت دارد. قرار گرفتن جعفری در معرض نور مستقیم خورشید باعث اکسیداسیون نوری می‌شود؛ فرآیندی که در آن یون‌های منیزیم موجود در کلروفیل با هیدروژن جایگزین شده و رنگ سبز درخشان گیاه به زرد مایل به قهوه‌ای تغییر می‌یابد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که خشک کردن جعفری در تاریکی و با جریان هوای کنترل‌شده در دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد، نه تنها رنگ سبز آن را حفظ می‌کند، بلکه محتوای مواد معدنی را در بافت خشک‌شده به دام می‌اندازد.[1]

یکی از تکنیک‌های مهندسی برای کاهش آسیب‌های ناشی از خشک کردن، بلانچینگ یا شوک حرارتی کوتاه است. غوطه‌ور کردن برگ‌های شنبلیله و جعفری در آب ۸۰ درجه سانتی‌گراد به مدت یک دقیقه پیش از ورود به دستگاه خشک‌کن، آنزیم‌های مخرب مانند پلی‌فنول اکسیداز را غیرفعال می‌کند. داده‌های آزمایشگاهی تایید می‌کنند که نمونه‌های بلانچ‌شده شنبلیله پس از خشک شدن، بالاترین میزان احتباس کلروفیل و ظرفیت آنتی‌اکسیدانی را در مقایسه با نمونه‌های تیمارنشده نشان می‌دهند.[2]

ارزش واقعی این مهندسی مولکولی زمانی مشخص می‌شود که این گیاهان خشک‌شده به محیط آشپزخانه بازمی‌گردند. اسانس‌های موجود در شنبلیله، شوید، گشنیز و جعفری همگی محلول در چربی هستند. هنگامی که این سبزیجات خشک در روغن داغ تفت داده می‌شوند، دیواره‌های سلولی که در اثر خشک شدن شکننده شده‌اند، به سرعت می‌شکنند و ترکیبات معطر خود را در ماتریکس چربی آزاد می‌کنند. این واکنش شیمیایی، پایه و اساس طعم‌سازی در خورش‌های اصیل ایرانی است.[3]

آینده نگهداری از گیاهان دارویی و آشپزی به سمت روش‌های ترکیبی در حرکت است. با ورود تکنولوژی‌هایی مانند خشک‌کن‌های مایکروویو-خلاء به مقیاس صنعتی، امکان حفظ بیش از ۹۰ درصد از ترکیبات فعال زیستی فراهم شده است. تا زمانی که این فناوری‌ها به خانه‌ها راه یابند، کنترل دقیق دما زیر ۵۰ درجه سانتی‌گراد، تاریکی مطلق در زمان رطوبت‌گیری و پرهیز از خشک کردن بیش از حد، علمی‌ترین ابزارها برای محافظت از معماری شیمیایی این گیاهان ارزشمند باقی می‌مانند.[3]