Comprehensive Optimization of Nitric Acid and Hydrogen Peroxide in Microwave-Assisted Digestion for Simultaneous Multi-Mineral Extraction in Diverse Food Matrices
इस अध्ययन ने माइक्रोवेव-असिस्टेड डाइजेशन मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए रिस्पॉन्स सरफेस मेथोडोलॉजी का उपयोग किया, जिससे 47.4% HNO₃ और 5.8% H₂O₂ के एक एकीकृत अम्ल मिश्रण की पहचान हुई जो विभिन्न प्रोटीन-वसा-कार्बोहाइड्रेट प्रोफाइल वाले विविध खाद्य मैट्रिक्स में 13 खनिजों के लिए लगभग 94% निष्कर्षण दक्षता प्राप्त करता है।
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हम क्या खाते हैं, इसे समझने के लिए वैज्ञानिकों को पहले भोजन से परे देखना होगा। हर निवाले में प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट का एक जटिल मिश्रण होता है जो एक पिंजरे की तरह कार्य करता है, जो आयरन, कैल्शियम और जिंक जैसे आवश्यक खनिजों को कैद कर लेता है। इन पोषक तत्वों को सटीक रूप से मापने के लिए, शोधकर्ताओं को उस पिंजरे को तोड़ना और कार्बनिक पदार्थों को घोलना होगा, जिससे केवल तरल घोल में खनिज ही शेष रह जाएं। यह प्रक्रिया, जिसे पाचन (डाइजेशन) कहा जाता है, खाद्य विश्लेषण में एक महत्वपूर्ण पहला कदम है। दशकों तक, मानक दृष्टिकोण में नमूनों को शक्तिशाली अम्लों के साथ गर्म करना शामिल था, एक ऐसी विधि जो अच्छी तरह से काम करती है लेकिन कठोर, समय लेने वाली और आधुनिक प्रयोगशाला में सुरक्षित रूप से प्रबंधित करने में कठिन हो सकती है। हाल ही में, वैज्ञानिकों ने माइक्रोवेव-असिस्टेड डाइजेशन की ओर रुख किया है, एक ऐसी तकनीक जो सीलबंद पात्रों के भीतर एसिड को गर्म करने के लिए माइक्रोवेव्स का उपयोग करती है। यह विधि तेज़ और सुरक्षित है, लेकिन यह एक व्यावहारिक प्रश्न खड़ा करती है: वास्तव में कितने एसिड की आवश्यकता है? बहुत अधिक उपयोग करना बर्बादी है और अधिक खतरनाक कचरा पैदा करता है, जबकि बहुत कम उपयोग करने से कुछ खनिज फंसे रह सकते हैं, जिससे पोषण लेबल गलत हो सकते हैं।
जापान में नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ बायोमेडिकल इनोवेशन, हेल्थ एंड न्यूट्रिशन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक आदर्श संतुलन खोजने का लक्ष्य रखा। वे विभिन्न प्रकार के खाद्य पदार्थों से खनिजों के एक विस्तृत दायरे को निकालने के लिए नाइट्रिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के आदर्श मिश्रण को निर्धारित करना चाहते थे। उन्होंने तीन खाद्य पदार्थ चुने जो प्रकृति द्वारा पोषक तत्वों को पैक करने के विविध तरीकों का प्रतिनिधित्व करते हैं: चॉकलेट, जो वसा और चीनी से भरपूर है; पनीर, जो प्रोटीन और वसा से भरा है; और नोरी, जो प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट से भरपूर एक सूखा समुद्री शैवाल है। अपने मापन को सटीक बनाने के लिए, उन्होंने एक मल्टीविटामिन टैबलेट का भी परीक्षण किया, जो एक ज्ञात मानक है और एक विश्वसनीय संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य करता है। उनका लक्ष्य न केवल खनिजों को निकालना था, बल्कि ऐसा करने के लिए एक ही सेट की स्थितियों का उपयोग करना था जो इन सभी अलग-अलग खाद्य प्रकारों के लिए एक साथ अच्छी तरह से काम करे, बजाय इसके कि किराने की दुकान के हर आइटम के लिए एक अनूठी रेसिपी की आवश्यकता हो।
शोधकर्ताओं ने प्रत्येक खाद्य पदार्थ के छोटे नमूनों को विशेष पात्रों में रखा और नाइट्रिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड की विभिन्न मात्रा डाली। फिर उन्होंने इन मिश्रणों को एक माइक्रोवेव सिस्टम के भीतर तीव्र ऊष्मा के अधीन किया, जो 220 डिग्री सेल्सियस सेल्सियस तक पहुँच गया। नौ अलग-अलग प्रयोगात्मक सेटअपों में दोनों एसिड की सांद्रता को व्यवस्थित रूप से बदलकर, वे देख सके कि प्रत्येक खनिज ने कैसे प्रतिक्रिया दी। उन्होंने मैग्नीशियम और पोटेशियम जैसे सामान्य पोषक तत्वों से लेकर सेलेनियम और मोलिब्डेनम जैसे सूक्ष्म खनिजों और यहाँ तक कि एक सामान्य प्रदूषक के रूप में लेड (सीसा) की निगरानी करते हुए, तेरह अलग-अलग तत्वों को मापा। टीम ने एसिड के स्तर और निकाले गए खनिज की मात्रा के बीच संबंध को मैप करने के लिए उन्नत सांख्यिकीय उपकरणों का उपयोग किया, जिससे प्रत्येक विशिष्ट खाद्य पदार्थ में प्रत्येक विशिष्ट तत्व के लिए सबसे अच्छा क्या था, इसका एक विस्तृत मानचित्र तैयार हुआ।
परिणामों ने एक स्पष्ट और कुछ हद तक आश्चर्यजनक पैटर्न का खुलासा किया। सोडियम, पोटेशियम और कैल्शियम जैसे कई सामान्य खनोंों के लिए, उपयोग किए गए एसिड की मात्रा से बहुत कम अंतर पड़ा; ये तत्व स्थितियों की परवाह किए बिना आसानी से मुक्त हो गए। हालांकि, आयरन, क्रोमियम और लेड जैसे अधिक जिद्दी खनिजों के लिए, नाइट्रिक एसिड की सांद्रता सबसे महत्वपूर्ण कारक थी। आम तौर पर, उच्च सांद्रता वाले नाइट्रिक एसिड से बेहतर निष्कर्षण हुआ। हाइड्रोजन पेरोक्साइड की भूमिका, जिसे अक्सर नाइट्रिक एसिड के सहायक विकल्प के रूप में देखा जाता है, अधिक जटिल निकली। हालांकि इसने कुछ मामलों में मदद की, लेकिन इसने कभी-कभी बाधा भी उत्पन्न की, विशेष रूप रूप से आयरन के मामले में, जहाँ अधिक पेरोक्साइड जोड़ने से वास्तव में निकाला गया हिस्सा कम हो गया। इस निष्कर्ष ने इस विचार को चुनौती दी कि हाइड्रोजन पेरोक्साइड को प्रक्रिया को अधिक हरित और कम खतरनाक बनाने के लिए नाइट्रिक एसिड के स्थान पर सीधे इस्तेमाल किया जा सकता है।
शायद सबसे महत्वपूर्ण खोज यह थी कि एक खनिज के लिए इष्टतम स्थितियाँ अक्सर दूसरे खनिज की स्थितियों के साथ संघर्ष करती हैं। उदाहरण के लिए, चॉकलेट से लेड निकालने के लिए आदर्श मिश्रण वह था जो उसी चॉकलेट से आयरन निकालने के लिए आवश्यक मिश्रण से भिन्न था। इसका मतलब था कि सभी खनिजों के लिए सभी खाद्य पदार्थों में एक एकल "परफेक्ट" रेसिपी खोजना गणितीय रूप से असंभव था। इसके बजाय, शोधकर्ताओं ने एक व्यावहारिक समझौता खोजने के लिए 'मल्टी-ऑब्जेक्टिव ऑप्टिमाइज़ेशन' की विधि का उपयोग किया। उन्होंने उन स्थितियों का एक एकीकृत सेट निर्धारित किया जो सभी खनिजों की एक साथ उच्चतम औसत मात्रा निकालेगा, भले ही वह हर एक के लिए पूर्ण अधिकतम न हो। उन्होंने निर्धारित किया कि लगभग 47.4% नाइट्रिक एसिड और 5.8% हाइड्रोजन पेरोक्साइड वाला मिश्रण समग्र प्रदर्शन के लिए सबसे अच्छा था।
इन एकीकृत स्थितियों के तहत, शोधकर्ताओं ने पाया कि वे परीक्षण किए गए विविध खाद्य मैट्रिक्स के माध्यम से लक्षित खनिजों का लगभग 94% निकाल सकते हैं। रिकवरी का यह स्तर नियमित खाद्य सुरक्षा और पोषण विश्लेषण के लिए विश्वसनीय माना जाने वाला उच्च स्तर है। अध्ययन बताता है कि जबकि वैज्ञानिकों को अभी भी विशिष्ट, कठिन मामलों के लिए विधियों को सूक्ष्म रूप से ट्यून करने की आवश्यकता है, एक एकल, अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड दृष्टिकोण विभिन्न प्रकार के खाद्य पदार्थों के विश्लेषण के लिए एक मजबूत आधार के रूप में कार्य कर सकता है। यह खोज प्रयोगशालाओं के लिए एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करती है, जिससे उन्हें विधियों के निरंतर समायोजन को कम करने में मदद मिलती है और साथ ही यह सुनिश्चित होता है कि हमारे खाद्य लेबल पर मौजूद पोषण संबंधी जानकारी सटीक और भरोसेमंद बनी रहे।
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