คีเลต

สารคีเลต (Chelating agents)

                สารช่วยจับไอออนของโลหะหรือสารคีเลตหรือซีเควสแทรนท์ (sequestrants) มีบทบาทสำคัญในอาหารคือ การทำปฏิกิริยากับโลหะ และไอออนของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท (alkaline earth metals)  ที่ ปะปนอยู่ในอาหารเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนโดยวิธีนี้จะทำให้โลหะหรือไอออน ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่าง ๆ ที่ทำให้อาหารเสื่อมคุณภาพลดน้อยลง เช่น ช่วยรักษาเสถียรภาพของสี กลิ่น รส และเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์อาหาร โลหะหลายตัวที่อยู่ในสภาวะคีเลต (chelated state)  ในธรรมชาติ เช่น แมกนีเซียมในคลอโรฟิลล์  ทองแดง สังกะสี  และแมงกานีสในเอนไซม์หลายชนิด  เหล็กในโปรตีนคือ เฟอร์ริทีน  (feritin)  และเหล็กในวงพอร์ไพรีนของฮีโมโกลบินของเลือด เมื่อโลหะไอออนเหล่านี้ถูกปลดปล่อยออกมาโดยปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสหรือปฏิกิริยาการแตกหัก (degradation reactions) มันจะสามารถทำปฏิกิริยาต่าง ๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนสี เกิดกลิ่นหืน ความขุ่น  และ การเปลี่ยนแปลงกลิ่นรสของอาหาร สารคีเลตจึงได้ถูกนำมาใช้เพื่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับโลหะไอออนเหล่า นี้และช่วยทำให้อาหารคงคุณภาพไว้ได้ สารคีเลตที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารส่วนใหญ่เป็นสารที่ได้จากธรรมชาติ ได้แก่ กรดโพลีคาร์บอกซิลิก (polycarboxylic acid)  เช่น กรดซิตริก กรดมาลิก  กรดทาร์ทาริก  กรดออกซาลิก  และกรดซัคซินิก  กรดโพลีฟอสฟอริก เช่น อะดีโนซีนไตรฟอสเฟตและไพโรฟอสเฟต และโมเลกุลขนาดยักษ์ (macro molecules) เช่น พอร์ไฟรีนและโปรตีน เป็นต้น

                การใช้สารคีเลตในผลิตภัณฑ์อาหารต่าง ๆ มีดังนี้คือ

1.       การใช้สารคีเลตเพื่อช่วยทำให้น้ำมันและไขมันคงตัว โดยสารคีเลตทำหน้าที่เสริมกับ

สารกันหืนหรือสารต้านออกซิเดชัน  เช่น ทองแดงหรือเหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันได้  สารคีเลตจะจับกับพวกโลหะเหล่านี้  ปฏิกิริยา ออกซิเดชันก็จะเกิดช้าลงอย่างไรก็ตาม สารคีเลตจะใช้ได้ก็ต่อเมื่อมันละลายได้ในไขมันและน้ำมัน เช่น การใช้กรดซิตริกและซิเตรตเอสเทอร์ (citrate ester) ประมาณ 20-200 ส่วนในล้านส่วน ละลายในสารละลายโพรพีลีนไกลคอล (propylene glycol) ซึ่งละลายในไขมันและน้ำมันได้ จึงสามารถใช้กับระบบลิพิดได้ทุกระบบ ส่วนเกลืออีดีทีเอ ได้แก่ โซเดียมอีดีทีเอ (Na₂EDTA) และโซเดียมแคลเซียมอีดีทีเอ (Na₂Ca-EDTA) ซึ่ง ละลายในไขมันได้น้อยจึงใช้ไม่ได้กับระบบไขมันบริสุทธิ์ อย่างไรก็ตามเกลืออีดีทีเอปริมาณถึง 500 ส่วนในล้านส่วน ใช้เป็นสารต้านออกซิเดชันที่ได้ผลในระบบอิมัลชัน เช่น น้ำสลัด (salad dressing) มายองเนส และมาร์การีน

2.       การใช้สารคีเลตในอาหารทะเล ได้แก่ พอลิฟอสเฟต (polyphosphates) และ EDTA ใช้

ในอาหารทะเลกระป๋อง เพื่อป้องกันการเกิดผลึกคล้ายแก้ว (glassy crystals) คือ สตรูไวท์ (struvite)  ซึ่งเป็นผลึกของแมกนีเซียมแอมโมเนียมฟอสเฟต (MgNH₄PO₄6H₂O)   อาหาร ทะเลมีแมกนีเซียมไอออนอยู่ปริมาณมากพอควร ซึ่งอาจจะทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียมฟอสเฟตระหว่างช่วงการเก็บเกิดเป็นผลึก ซึ่งอาจทำให้เข้าใจผิดว่าเป็นแก้วปนเปื้อนอยู่   สารคีเลตจะจับ(chelation)กับ แมกนีเซียมและลดการเกิดผลึกคล้ายแก้วดังกล่าว สารคีเลตยังสามารถใช้ในการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับเหล็ก ทองแดง และสังกะสีในอาหารทะเลเพื่อป้องกันปฏิกิริยาโดยเฉพาะกับซัลไฟต์ซึ่งจะทำให้ ผลิตภัณฑ์อาหารเปลี่ยนสีได้

3.       การใช้สารคีเลตในผัก เช่นการใส่สารคีเลตลงไปในผักก่อนลวก (blanching) สามารถ

ยับยั้งการเปลี่ยนสีที่เกิดจากเอนไซม์พอลิฟีนอลออกซิเดสเพราะจับกับทองแดงซึ่งเป็น โคแฟกเตอร์ของเอนไซม์

4.       การใช้สารคีเลตในเครื่องดื่ม  กรดซิตริกและกรดฟอสฟอริกเป็นสารที่ทำให้เครื่องดื่ม

เป็นกรด (acidulant) มันยังสามารถเกิดคีเลชันกับโลหะที่อาจเป็นตัวการให้เกิดการออกซิไดซ์สารที่ ให้กลิ่นรส เช่น เทอร์พินและเร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนสี สารคีเลตช่วยรักษาคุณภาพของเครื่องดื่มที่หมักจากมอลต์ (fermented malt beverages) โดยเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับทองแดง เนื่องจากทองแดงอิสระสามารถเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารประกอบโพลีฟีนอล และหลังจากนั้นจะทำปฏิกิริยากับโปรตีนทำให้เครื่องดื่มขุ่น

           5.       การใช้สารคีเลตเพื่อช่วยรักษาเสถียรภาพของวิตามินในอาหาร วิตามินที่มีอยู่ตามธรรมชาติ ในอาหารและที่เติมลงไปในผลิตภัณฑ์อาหารมักจะสูญเสียไปได้ง่ายระหว่างกระบวน การผลิตและระหว่างการเก็บ ปัจจัยสำคัญปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดการสูญเสียวิตามินคือ โลหะ  ดังนั้น การใส่สารคีเลตซึ่งจะจับกับโลหะเหล่านี้ทำให้วิตามินเหล่านี้ยังคงอยู่ในอาหารไม่ถูกทำลายไป สาร-คีเลตบางประเภท   มี ความสามารถในการเกิดคีเลชันสูงมาก เช่น อีดีทีเอ ทำให้มีการคาดคะเนว่า ถ้ามีสารนี้มากเกินไปในอาหารอาจนำไปสู่การกำจัดแคลเซียมและแร่ธาตุอื่นๆ ในร่างกายจนหมด ด้วยเหตุนี้จึงมีการควบคุมปริมาณและวิธีการใช้และโดยการเติมแคลเซียมใน ผลิตภัณฑ์อาหารในรูปของเแคลเซียมของอีดีทีเอแทนที่จะใส่ในรูปของเกลือ โซเดียม  เช่น  Na-EDTA , Na₂-EDTA , Na₃-EDTA  หรือ Na₄-EDTA หรือรูปของกรด

สารคีเลต

ในหมู่ผู้ปลูกผักไฮโดรฯ ส่วนใหญ่จะคุ้นเคยกับเหล็กคีเลตกันเป็นอย่างดี  เนื่องจากเป็นส่วนผสมในแม่ปุ๋ยที่ใช้กันในระบบปลูก  แต่หลายคนยังไม่ทราบความหมายของคำว่าคีเลต  และอาจยังไม่ทราบว่ายังมีอาหารเสริมในรูปคีเลตอีกหลายตัวที่เราใช้ในระบบ ไฮโดรฯ  และทำไมต้องอยู่ในรูปของคีเลตด้วย  สารคีเลต คือสารอินทรีย์เคมีซึ่งสามารถจะรวมกับจุลธาตุอาหารที่มีประจุบวกได้แก่ เหล็ก,สังกะสี,ทอง แดง,แมงกานีส เป็นต้น ปฏิกิริยาการรวมนี้เรียกว่า chelation จะได้คีเลต โดยสารคีเลตจะล้อมแคตไอออนของธาตุที่เป็นโลหะไว้ไม่เปิดโอกาสให้ประจุลบจาก ที่อื่น(ดินที่มีปัญหากรด)เข้าทำปฏิกิริยาได้ ทำให้จุลธาตุคีเลตนี้ไม่เกิดการตกตะกอนเป็นไฮดรอกไซด์ของโลหะ จึงเป็นประโยชน์ต่อพืชได้มากขึ้น  คีเลตที่เกิดขื้นส่วนใหญ่ละลายน้ำได้ ดี พืชจึงสามารถดูดซึมผ่านรากนำธาตุอาหารรองเหล่านี้ไปใช้ประโยชน์ได้ และต้องมีโครงสร้างภายในที่ประกอบด้วยโลหะต่างๆที่กล่าวมาแล้วไม่ตกตะกอนใน ตัวคีเลตเอง และที่สำคัญธาตุโลหะต้องไม่เกาะตัวกันแน่นเกินไป เพราะเมื่อคีเลตถูกพืชดูดซึมเข้าไปแล้ว ธาตุอาหารเสริมเหล่านั้นควรจะแตกตัวให้พืชดูดซึมไปใช้งานได้จึงจะเรียกว่า เป็นคีเลตที่ดี  ดังนั้น ปุ๋ยคีเลต จึงหมายถึง ปุ๋ยอาหารเสริมหรือปุ๋ยจุลธาตุ สารคีเลตที่ใช้ทำปุ๋ยจุลธาตุหรือธาตุอาหารเสริมมีอยู่ 2 ประเภทคือ 1. สารอินทรีย์ธรรมชาติ เช่น กรดฮิวมิก กรดฟีโนลิก กรดซิตริก   และ กรดอะมิโน  2. สารคีเลตสังเคราะห์ มีสมบัติในการจับธาตุเหล็ก ทองแดง สังกะสี และแมงกานีส ตัวอย่าง เช่น EDTA  ย่อมาจากเอทิลีนไดอามีน เตตราอะเซติก แอซิด               การดูดธาตุอาหารเสริมในรูปคีเลตมักใช้ทางใบ เนื่องจากโมเลกุลของคีเลตซึ่งเป็นวงแหวนเมื่อจับธาตุเหล็ก ทองแดง แมงกานีส หรือสังกะสี ธาตุใดธาตุหนึ่งไว้ภายในโครงสร้างนั้น คีเลตจะปกป้องไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงได้ง่าย เมื่อฉีดพ่นไปที่ผิวใบ จะแทรกซึมผ่านเข้าสู่ภายในใบพืช บางส่วนจะเคลื่อนย้ายลงไปสู่รากได้อีกด้วย หากต้องการเพิ่มประสิทธิภาพของปุ๋ยคีเลตให้สูงขึ้น ควรผสมสารจับใบในอัตราที่พอเหมาะกับปุ๋ยคีเลต