تیتانیوم دی‌اکسید که در صنایع غذایی با کد افزودنی E171 شناخته می‌شود، یکی از ترکیباتی است که سال‌ها برای ایجاد رنگ سفید، افزایش درخشندگی و بهبود ظاهر محصولات غذایی مورداستفاده قرار گرفته است.
این ماده به دلیل قدرت بالای سفیدکنندگی و ایجاد پوشش مات و یکنواخت، کاربرد گسترده‌ای در تولید محصولاتی مانند دراژه، آب‌نبات، آدامس، شکلات‌های روکش‌دار و برخی محصولات قنادی داشته است.
بااین‌حال، در سال‌های اخیر نگرانی‌های علمی درباره ایمنی مصرف خوراکی تیتانیوم دی‌اکسید افزایش‌یافته است. مطالعات مرتبط با اندازه ذرات، احتمال ایجاد آسیب ژنتیکی و تجمع احتمالی ذرات در بدن، باعث شده‌اند که استفاده از این افزودنی در برخی کشورها با محدودیت‌های جدی مواجه شود.
اما تیتانیوم دی‌اکسید دقیقاً چیست؟ چه خطراتی برای سلامت انسان دارد و چرا استفاده از آن در تولید دراژه و آدامس اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است؟
در ادامه به این پرسش‌ها پاسخ می‌دهیم.
۱. تیتانیوم دی‌اکسید چیست و چرا در صنایع غذایی استفاده می‌شود؟
تیتانیوم دی‌اکسید یک ترکیب معدنی است که به دلیل ضریب شکست بالا، قدرت پوشانندگی و ویژگی‌های نوری خاص، به‌عنوان یک رنگدانه سفید شناخته می‌شود.
در صنایع غذایی، این ماده بیشتر با نام E171 شناخته می‌شود و وظیفه اصلی آن ایجاد رنگ سفید، افزایش کدری و بهبود ظاهر محصول است.
مهم‌ترین دلایل استفاده از تیتانیوم دی‌اکسید در صنایع غذایی عبارت‌اند از:
ایجاد رنگ سفید روشن و یکنواخت در محصول افزایش قدرت پوشانندگی سطح بهبود ظاهر و جذابیت بصری مواد غذایی ایجاد زمینه سفید برای اجرای رنگ‌های دیگر کمک به یکنواختی رنگ در محصولات روکش‌دار
یکی از ویژگی‌های مهم تیتانیوم دی‌اکسید، توانایی آن در ایجاد یک سطح سفید و مات است؛ ویژگی‌ای که در تولید محصولات قنادی، به‌خصوص دراژه و آدامس، اهمیت زیادی دارد.
۲. کاربرد تیتانیوم دی‌اکسید در تولید دراژه
کاربرد E171 در پوشش‌دهی و رنگ‌آمیزی دراژه‌ها
دراژه یکی از محصولاتی است که ظاهر آن نقش مهمی در تصمیم خرید مصرف‌کننده دارد. سطح صاف، براق، یکنواخت و رنگ جذاب از ویژگی‌هایی هستند که کیفیت ظاهری دراژه را مشخص می‌کنند.
در فرمولاسیون سنتی برخی دراژه‌ها، تیتانیوم دی‌اکسید به‌عنوان رنگدانه سفید در لایه‌های پوششی استفاده می‌شد.
مهم‌ترین کاربردهای آن در تولید دراژه عبارت‌اند از:
الف) ایجاد لایه سفید پایه
در بسیاری از فرایندهای تولید دراژه، پیش از اعمال رنگ نهایی، یک‌لایه سفید یا روشن روی مغز محصول ایجاد می‌شود. تیتانیوم دی‌اکسید به دلیل قدرت پوشانندگی بالا می‌تواند زمینه‌ای یکنواخت برای رنگ‌آمیزی ایجاد کند.
ب) افزایش شفافیت و کیفیت ظاهری رنگ‌ها
رنگ‌های اعمال‌شده روی یک زمینه سفید معمولاً جلوه روشن‌تر و یکنواخت‌تری دارند. به همین دلیل، E171 درگذشته برای بهبود ظاهر رنگ‌های مختلف دراژه موردتوجه تولیدکنندگان قرار می‌گرفت.
ج) پوشاندن رنگ اولیه مغز محصول
برخی مغزهای مورداستفاده در دراژه، رنگ طبیعی تیره یا غیریکنواخت دارند. رنگدانه سفید می‌تواند به پوشاندن این تفاوت‌های ظاهری کمک کند.
د) ایجاد ظاهر یکدست در محصولات چندرنگ
در تولید دراژه‌های رنگی، یکنواختی پوشش و رنگ اهمیت زیادی دارد. استفاده از رنگدانه سفید در فرمولاسیون مناسب می‌تواند به دستیابی به‌ظاهر استاندارد کمک کند.
البته باید توجه داشت که این مزایای فنی، به معنای ایمن بودن ماده برای مصرف خوراکی نیستند. ارزیابی ایمنی باید مستقل از عملکرد تکنولوژیک یک افزودنی انجام شود.
۳. کاربرد تیتانیوم دی‌اکساید در تولید آدامس
در آدامس‌های دراژه‌ای یا روکش‌دار، ظاهر بیرونی محصول اهمیت زیادی دارد؛ زیرا مصرف‌کننده پیش از تجربه طعم، با ظاهر و رنگ محصول مواجه می‌شود.
تیتانیوم دی‌اکساید در فرمولاسیون‌های سنتی می‌توانست کاربردهای زیر را داشته باشد:
ایجاد رنگ سفید در لایه اولیه روکش آدامس
کمک به یکنواختی رنگ سطح
افزایش قدرت پوشانندگی روکش
ایجاد زمینه مناسب برای اعمال رنگ‌های مختلف
کمک به ایجاد ظاهر روشن و جذاب در محصول نهایی
در آدامس‌های سفیدرنگ نیز این ترکیب می‌توانست نقش مهمی در دستیابی به رنگ سفید یکنواخت داشته باشد.
باتوجه‌به افزایش حساسیت‌های قانونی و علمی درباره E171، تولیدکنندگان آدامس و دراژه باید در انتخاب رنگ‌دانه‌ها و مواد اولیه مورداستفاده در پوشش محصولات خود دقت بیشتری داشته باشند.
۴. مضرات تیتانیوم دی‌اکساید برای سلامتی چیست؟
مهم‌ترین نگرانی‌های علمی درباره تیتانیوم دی‌اکساید خوراکی به‌اندازه ذرات، رفتار احتمالی نانوذرات در بدن و احتمال آسیب به ماده ژنتیکی سلول‌ها مربوط می‌شود.
در ادامه مهم‌ترین نگرانی‌های مطرح‌شده را بررسی می‌کنیم.
۴.۱. احتمال آسیب به DNA و ایجاد سمیت ژنتیکی
یکی از مهم‌ترین دلایل محدودیت استفاده از تیتانیوم دی‌اکساید در صنایع غذایی، نگرانی درباره سمیت ژنتیکی است.
سمیت ژنتیکی به توانایی یک ماده در ایجاد آسیب به DNA یا ساختارهای ژنتیکی سلول گفته می‌شود.
سازمان ایمنی غذای اروپا در ارزیابی علمی خود در سال ۲۰۲۱ اعلام کرد که باتوجه‌به شواهد موجود، نمی‌توان نگرانی درباره احتمال سمیت ژنتیکی ذرات تیتانیوم دی‌اکساید را به طور کامل رد کرد.
این سازمان به همین دلیل نتوانست میزان دریافت روزانه قابل‌قبول (ADI) برای این افزودنی تعیین کند و اعلام کرد که E171 دیگر برای استفاده به‌عنوان افزودنی غذایی ایمن تلقی نمی‌شود.
این ارزیابی به معنای اثبات قطعی ایجاد سرطان در انسان بر اثر مصرف تیتانیوم دی‌اکساید نیست؛ بلکه نشان‌دهنده وجود نگرانی علمی حل‌نشده درباره ایمنی آن است.
۴.۲. نگرانی درباره نانوذرات و تجمع احتمالی در بدن
تیتانیوم دی‌اکساید خوراکی ممکن است شامل ذراتی در ابعاد میکرو و نانو باشد.
نانوذرات به دلیل اندازه بسیار کوچک خود، می‌توانند رفتار متفاوتی نسبت به ذرات بزرگ‌تر داشته باشند.
بر اساس ارزیابی EFSA، جذب ذرات تیتانیوم دی‌اکساید از دستگاه گوارش پایین است؛ بااین‌حال، جذب پایین به معنای جذب صفر نیست و احتمال تجمع بخشی از ذرات در بدن نیز مطرح شده است.
این موضوع یکی از عوامل مهم در افزایش نگرانی‌های مرتبط با مصرف طولانی‌مدت این افزودنی بوده است.
۴.۳. احتمال ایجاد استرس اکسیداتیو و التهاب سلولی
برخی مطالعات آزمایشگاهی و حیوانی، ارتباط احتمالی ذرات تیتانیوم دی‌اکساید با تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و ایجاد استرس اکسیداتیو را بررسی کرده‌اند.
استرس اکسیداتیو زمانی اتفاق می‌افتد که تعادل میان تولید رادیکال‌های آزاد و توان دفاع آنتی‌اکسیدانی سلول‌ها به هم بخورد.
این فرایند می‌تواند در شرایط خاص به ساختارهای سلولی از جمله غشای سلول و DNA آسیب وارد کند.
همچنین در برخی مطالعات، احتمال ارتباط این ذرات با واکنش‌های التهابی بررسی شده است.
بااین‌حال، باید توجه داشت که نتایج مطالعات آزمایشگاهی و حیوانی را نمی‌توان بدون شواهد کافی مستقیماً به میزان خطر مصرف معمول در انسان تعمیم داد.
۴.۴. نگرانی درباره اثرات احتمالی مصرف طولانی‌مدت
یکی دیگر از موضوعات موردتوجه پژوهشگران، اثر احتمالی دریافت مکرر و طولانی‌مدت تیتانیوم دی‌اکساید از طریق مواد غذایی است.
مصرف‌کننده ممکن است در طول روز از چندین محصول غذایی حاوی این افزودنی استفاده کند؛ بنابراین، ارزیابی مواجهه غذایی باید مجموع دریافت از منابع مختلف را در نظر بگیرد.
در حال حاضر، شواهد علمی برای تعیین یک رابطه قطعی میان مصرف معمول E171 و بروز بیماری مشخص در انسان کافی نیست؛ اما نگرانی‌های مربوط به سمیت ژنتیکی باعث شده است که برخی نهادهای نظارتی رویکرد احتیاطی‌تری اتخاذ کنند.
۵. چرا اتحادیه اروپا استفاده از E171 را در مواد غذایی ممنوع کرد؟
یکی از مهم‌ترین اتفاقات در تاریخ استفاده از تیتانیوم دی‌اکساید در صنایع غذایی، تصمیم اتحادیه اروپا برای حذف این ماده از فهرست افزودنی‌های مجاز غذایی بود.
در ماه مه ۲۰۲۱، سازمان EFSA اعلام کرد که نمی‌تواند نگرانی مربوط به سمیت ژنتیکی ذرات تیتانیوم دی‌اکساید را رد کند.
در ادامه، کمیسیون اروپا با تصویب مقررات شماره 2022/63، مجوز استفاده از E171 را به‌عنوان افزودنی غذایی در اتحادیه اروپا لغو کرد.
این مقررات از ۷ فوریه ۲۰۲۲ لازم‌الاجرا شد و دوره گذار برای عرضه محصولات غذایی تولیدشده طبق مقررات قبلی تا ۷ اوت ۲۰۲۲ ادامه داشت. محصولات عرضه‌شده در دوره انتقال نیز می‌توانستند تا پایان تاریخ ماندگاری یا تاریخ مصرف خود در بازار باقی بمانند.
۶. چرا تولیدکنندگان دراژه و آدامس باید به حذف تیتانیوم دی‌اکساید توجه کنند؟
حذف یک افزودنی پرکاربرد از فرمولاسیون، فقط یک تغییر ساده در فهرست مواد اولیه نیست؛ بلکه می‌تواند بر کیفیت ظاهری، فرایند تولید، هزینه تمام‌شده و ویژگی‌های محصول نهایی تأثیر بگذارد.
در تولید دراژه و آدامس، این موضوع اهمیت بیشتری دارد؛ زیرا رنگ، درخشندگی، یکنواختی پوشش و جذابیت ظاهری از عوامل تعیین‌کننده کیفیت محصول هستند.
مهم‌ترین چالش‌های جایگزینی تیتانیوم دی‌اکساید عبارت‌اند از:
۱. حفظ قدرت سفیدکنندگی
یکی از دشوارترین مراحل، دستیابی به رنگ سفید روشن و یکنواخت بدون استفاده از E171 است.
۲. حفظ قدرت پوشانندگی
جایگزین انتخاب‌شده باید بتواند رنگ اولیه مغز محصول را تا حد قابل‌قبولی پوشش دهد.
۳. حفظ کیفیت روکش دراژه
در تولید دراژه، تغییر رنگدانه ممکن است بر ظاهر سطح، یکنواختی پوشش و کیفیت نهایی محصول اثر بگذارد.
۴. سازگاری با فرایند تولید
جایگزین باید با سایر اجزای فرمولاسیون، شرایط فرایند پوشش‌دهی، رطوبت و تجهیزات تولید سازگار باشد.
۵. کنترل هزینه تولید
تغییر مواد اولیه ممکن است نیازمند اصلاح فرمولاسیون، تنظیم مجدد شرایط تولید و انجام آزمایش‌های کنترل کیفیت باشد.
به همین دلیل، انتخاب جایگزین تیتانیوم دی‌اکساید باید بر اساس آزمون‌های فنی و بررسی عملکرد ماده در محصول نهایی انجام شود.
۷. جایگزین‌های تیتانیوم دی‌اکساید در تولید دراژه و آدامس
با افزایش محدودیت‌های استفاده از E171، توسعه فرمولاسیون‌های جایگزین به یکی از موضوعات مهم در صنایع شیرینی و شکلات تبدیل شده است.
برخی از مواد اولیه‌ای که می‌توانند بسته به کاربرد و مقررات کشور مقصد در فرمولاسیون‌های جایگزین بررسی شوند، عبارت‌اند از:
کربنات کلسیم
کربنات کلسیم یکی از گزینه‌هایی است که در بررسی فرمولاسیون‌های جایگزین رنگ سفید موردتوجه قرار می‌گیرد.
این ماده می‌تواند در برخی کاربردها به ایجاد رنگ سفید و کدری کمک کند؛ اما عملکرد آن از نظر قدرت سفیدکنندگی، اندازه ذرات، پخش‌شوندگی و ویژگی‌های پوشش با تیتانیوم دی‌اکساید یکسان نیست.
نشاسته برنج
نشاسته برنج در برخی فرمولاسیون‌های قنادی می‌تواند به بهبود ساختار پوشش و ویژگی‌های سطحی کمک کند.
بااین‌حال، نشاسته برنج الزاماً جایگزین مستقیم تیتانیوم دی‌اکساید از نظر قدرت سفیدکنندگی نیست و باید در کنار سایر اجزای فرمولاسیون بررسی شود.
رنگ‌های طبیعی و راهکارهای ترکیبی
رنگ‌های طبیعی و ترکیب‌های مخلوط، راهکار برخی تولیدکنندگان غذایی. (در پست‌های آتی به معرفی آنها خواهیم پرداخت)
جمع‌بندی
تیتانیوم دی‌اکساید سال‌ها یکی از رنگ‌دانه‌های پرکاربرد در صنایع غذایی بوده است. قدرت سفیدکنندگی بالا، پوشش‌دهی مناسب و توانایی ایجاد ظاهر یکنواخت، این ماده را به گزینه‌ای محبوب در تولید دراژه، آدامس و محصولات قنادی تبدیل کرده بود.
بااین‌حال، نگرانی‌های علمی درباره سمیت ژنتیکی و رویکردهای متفاوت نهادهای نظارتی در جهان، شرایط استفاده از این افزودنی را تغییر داده است.
امروزه تولیدکنندگان صنایع شیرینی و شکلات، به‌ویژه شرکت‌هایی که در بازارهای بین‌المللی فعالیت می‌کنند، باید به توسعه فرمولاسیون‌های جدید و استفاده از جایگزین‌های متناسب با الزامات قانونی توجه کنند.
آینده صنعت دراژه و آدامس به سمت فرمولاسیون‌های بهینه، مواد اولیه قابل‌ردیابی و راهکارهای پوشش‌دهی سازگار با مقررات بازارهای هدف حرکت می‌کند.