بخشی از مقاله
بررسي تاثير افزودن قندها بر رفتار رئولوژيکي عسل
چکيده
عسل به عنوان يک محصول تغذيه اي ارزشمند و گران قيمت همواره در معرض انواع تقلبات مـي باشـد. در ايـن تحقيق تاثير افزودن قندهاي اصلي عسل شامل ساکارز، گلوکز و فروکتوز بر رفتار رئولوژيکي عسل مـورد بررسـي قرار گرفت . براي اين منظور عسل ها و شربتهاي اشباع خالص از نظر رئولوژيکي به کمک دستگاه ويسکومتر مورد بررسي قرار گرفتند. در مرحله ي بعد محلول هاي اشباع اين قندها در درصـدهاي وزنـي ٢٠، ٤٠ و ٦٠ بـه عسـل اضافه گرديد و پس از اختلاط مناسب ، آزمايشات در نرخ هاي برشي مختلف صورت گرفتند تا ماهيت رئولـوژيکي نمونه ها مشخص شود. نتايج نشان دادند که کليه نمونه ها رفتار نيوتوني داشته و با اختلاط آنها با يکديگر رفتـار نيوتوني حفظ شده و تنها ويسکوزيته به تناسب ميزان اختلاط تغيير مي نمايد. همچنين تحليل نتايج بـه کمـک نرم افزار SPSS نشان داد که کاهش ويسکوزيته عسل در اثر افزودن شربت قندها معني دار مي باشد.
کلمات کليدي : عسل ، رئولوژي، ساکارز، گلوکز، فروکتوز
١. مقدمه
عسل ، شهد و ماده مترشحه محتوي قند گياهان است که توسط زنبور عسل جمع آوري شده ، تغير حالـت داده و در شـان عسل ذخيره مي گردد [١]. عسل مهم ترين منبع مواد قندي شناخته شده است و پانزده نوع قند دارد که مهم ترين آن ها فروکتـوز، گلوکز و ساکارز است . عسل به لحاظ داشتن برخي مواد تخميري در تبادلات غذايي و کمک بـه هضـم غـذا بـالاترين مرتبـه را در ميان غذاها دارد، از اين دسته مواد ميتوان به آميلاز، اينورتاز، کاتالاز و پراکسيداز اشاره کرد. وزن مخصـوص عسـل حـدود ١٫٤-
١٫٤٢ و pH آن ٣٫٧ تا ٤٫٥ در تغيير است . بنابراين با وجودي که عسل يک ماده اسيدي است ، ولي به علت شيريني خاص حالت اسيدي آن محسوس نيست .
ويژگيهاي عسل تحت تاثير فاکتورهاي زيادي مانند ترکيب درصد، دما، رطوبت و ميزان و سايز کريسـتال هـا مـيباشـد.
يکي از ويژگيهاي مهم عسل ويسکوزيته آن ميباشد. اين پارامتر در فرآيندهاي مهندسي در تمامي طول فرآيند توليد، از ابتـداي استخراج عسل از موم تا مراحل صاف کردن ، مخلوط کردن عسل هاي مختلف ، پمپ کردن ، آماده کردن و بسته بندي کـردن داراي اهميت بالايي ميباشد [٢]. دما مهمترين نقش را در ويسکوزيته عسل دارد. Munro [٣] نشان داد که تاثير دما بـر ويسـکوزيته در دماهاي پايين (پايين تر از ١٥ درجه سانتي گراد) بيشتر ميباشد و در حرارت هـاي بـالاتر از ٣٠ درجـه سـانتيگـراد تـاثير آن اهميت کمتري خواهد داشت . وابستگي دمايي ويسکوزيته ي عسل از رابطه ي آرنيوس پيروي ميکند مانند آبميوه هاي غليظ شـده و شربت هاي شکر [٤و٥]. مدل آرنيوس به طور گسترده اي براي دما استفاده ميشود، اما مـدل هـاي ديگـري ماننـد -Williams (Landel-Ferry)WLF که شامل حرارت انتقال شيشه اي(glass transition temperature) به عنـوان يـک پـارامتر، بـه اثبات رسانده که به همان اندازه براي رابطه ي بين ويسکوزيته و دما براي سيستم هاي غذايي موثر است .
عسل يک ماده hygroscopic است ، به همين دليل داراي ويژگي جذب بـالاي آب مـيباشـد. بنـابراين ترکيـب درصـد رطوبت عسل ها با توجه به اتمسفر محيط متفاوت خواهد بود [٦]. همچنين بعد از استخراج عسـل ميـزان رطوبـت بـا توجـه بـه شرايط نگهداري نيز تغيير ميکند [٧]. ميزان رطوبت انواع مختلف عسل بين حداقل ١٣٪ [٨] و حداکثر ٢٩٪ [٩] مـيباشـد. در يک شرايط معمولي افزايش رطوبت سبب کاهش ويسکوزيته ميگردد. فاکتورهاي ديگر موثر بر ويسکوزيته ي عسل ترکيب درصـد شربت قندهاي آن و مقدار و نوع کلوئيد موجود در عسل ميباشد. اساسا عسل يک شربت قند اسـت و خاصـيت ويسـکوزيته ي آن ناشي از طول زنجيره ي مولکولي موجود در آن ميباشد. قندهاي عمده در عسل مونوساکاريدها ( گلـوکز و فروکتـوز ) هسـتند، در حالي که مقدار کمي از ديساکاريدها ( مانند مالتوز و ساکارز ) نيز حضـور دارنـد. در يـک محلـول بـا کسـر جرمـي مشـابه دي- ساکاريدها ويسکوزيته بيشتري نسبت به مونوساکاريدها ايجاد مي کنند[١٠].
با تحقيقات صورت گرفته عموما ويسکوزيته عسل خالص بيشتر از Pa.s ٩,٩ خواهـد بـود[١١]. در اکثـر مقـالات علمـي
منتشر شده ، عسل ها به عنوان سيال نيوتني معرفي شده اند[٩ و ١٢-١٩].
٢. کارهاي آزمايشگاهي
براي اين تحقيق چهار نمونه عسل بدون موم از نواحي مختلف ايران شامل مشکين شهر، خوي ، دامنه سـبلان و اليکـا (از نواحي رشته کوه البرز) انتخاب شد. قبل از تحقيق و بررسي تاثير شربت قندهاي فروکتوز، گلوکز و ساکارز بر روي رفتار رئولوژيکي عسل ها، ابتدا رفتار هر يک از عسل ها و شربت هاي اشباع قندها بررسي شد. در مورد عسل ها اين نکته بايد مورد توجه قـرار گيـرد که از جمله عوامل موثر بر ويسکوزيته ي عسل ، کريستال ها ( عامل ايجاد حالت جامد در عسل ) و حباب هـاي موجـود در آن مـي- باشد. به همين دليل براي شکستن ساختار کريستال ها قبل از انجام آزمايشات ، نمونه ها به مدت يک ساعت در حمام آب گـرم بـا دماي C°٥٠ حرارت داده شدند. اين عمل حرارت دادن براي شکستن ساختار کريستال ها ميباشد [١٤]. همچنـين بـراي عـاري کردن عسل از ناخالصي عسل ها از مش ٦٠ عبور داده شد.
در اين تحقيق ، تاثير قندها در حالت محلول اشباع مورد بررسي قرار گرفتـه اسـت تـا تـاثير آب بـه عنـوان يـک کاهنـده ويسکوزيته کمترين تاثير را داشته باشد. قندهاي استفاده شده مربوط به شرکت Merck آلمان بوده و با توجه به اطلاعـات ارائـه شده توسط اين شرکت ميزان حلاليت هر کدام از قندها در دماي محيط بدست آمده و با توجه به اين مقادير شربت اشـباع تهيـه گرديد. جهت رفع ناخالصيهاي احتمالي وارد شده قبل از هر آزمايش شربت مورد نظر از کاغذ صافي عبور داده شد.
مقدار کل جامدهاي محلول موجود در عسل ( Brix° ) و ضريب شکست موجـود در هـر عسـل ( RI ) توسـط دسـتگاه رفرکتومتر ديجيتال اندازه گيري شد. با استفاده از جدول مربوط به مقدار رطوبت عسل بر حسـب مقـدار RI آن [٢٠]، بـراي هـر کدام از نمونه هاي مورد بررسي ميزان رطوبت به عنوان يکي از مشخصات عسل ارائه گرديد.
پس از انجام مراحل مقدماتي براي هر کدام از عسل ها و محلول قندهاي اشباع مقادير تنش برشي در کرنش هاي مختلـف بدست آمد. براي انجام ايـن آزمايشـات از دسـتگاه BROOKFIELD DV-II+ Pro و اسـپيندل ٥١ اسـتفاده شـد. همـين آزمايشات برروي ترکيب هرکدام از عسل ها با هر سه محلول قند در درصدوزنيهاي ٢٠٪،٤٠٪و ٦٠٪ صورت گرفـت . بـراي تهيـه ترکيبات با اين درصدوزنيها، ٥ گرم از عسل مورد نظر برداشته و با توجه به موازنه ، از شربت به ميزان مورد نياز بـه نمونـه عسـل اضافه گرديد. با اختلاط ترکيب را همگن کرده و ميزان مورد نياز در دستگاه قرار داده شد.
٢. نتايج و بحث
نتايج مطالعات اوليه بر روي عسل خالص مربوط به مقدار کل جامدهاي محلول موجود در آنها ( Brix )، ضريب شکست
مربوطه ( RI ) در جدول ١ نشان داده شده است . همچنين در اين جدول ميزان رطوبت هر نمونه از عسل ها با توجه به RI
معرفي شده براي آن ها ذکر شده است .
در مرحله ي بعد با استفاده از دستگاه ويسکومتر BROOKFIELD DV-II+ Pro رفتار رئولوژيکي عسل ها به طور خالص و شربت هاي اشباع خالص مورد بررسي قرار گرفت . در داده هاي بدست آمده براي عسل ها مشاهده شد که نمودار تغييرات مقادير تنشهاي برشي (SS) در سرعت برشي هاي (SR) براي هر عسل با ٠٩٩=R٢ بصورت خط راست بوده و داراي شيب ثابتي است . يا به بياني دقيق تر ويسکوزيته عسل هاي بررسي شده مستقل از نرخ تنش بوده و رفتار نيوتني از خود نشان ميدهند.
نمودار حاصل از اين داده ها در شکل شماره ١ نشان داده شده است . به همين طريق شربت هاي اشباع نيز مورد مطالعه قرار گرفتند و در آن ها نيز رفتار نيوتني مشاهده شد. داده ها مربوط به شربت ها در شکل شماره ٢ آمده است که براي هر سه شربت با
٠٩٩=R٢ نمودارهاي خطي شده اند. ويسکوزيته بدست آمده براي نمونه هاي عسل با استفاده از اين داده ها در جدول ١ و براي شربت هاي اشباع در جدول ٢ آمده است .
شکل ٣– الف مربوط به رفتار رئولوژيکي ترکيب عسل خوي و درصد وزنيهاي مختلف از شربت اشباع فروکتوز ميباشد.
همانطوري که از منحني ترسيم شده مشهود است در غلظت هاي مختلف از فروکتوز از ٢٠ تا ٦٠ درصد تغيرات تنش بر حسب کرنش خطي بوده به طوريکه فاکتور R٢ بيش از ٠٫٩٨ به دست آمده است . داده هاي بدست آمده از آزمايشات مشابه بر روي
عسل هاي دامنه سبلان ، مشکين و اليکا به ترتيب در شکل هاي ٣–ب تا ٣-د نشان داده شده است .
در تمامي عسل ها افزوده شدن شربت اشباع فروکتوز سبب تغيير رفتار رئولوژيکي عسل نشده و تمامي ترکيبات رفتار نيوتني داشته اند. با استفاده از داده هاي به دست آمده ، مقادير ويسکوزيته (شيب نمودارها) براي نمونه هاي بررسي شده در اين قسمت ، در جدول ٣ آمده است .
جدول ٣ : ويسکوزيته ترکيب عسل ها با شربت اشباع فروکتوز در ترکيب درصدهاي مختلف بر حسب Pa.S
نتايج نشان مي دهند که افزايش شربت ، سبب کاهش ويسکوزيته عسل اوليه گرديده که اين موضوع از نظر مقدار کاهش از قانون کلي پيروي نميکند؛ ولي با بررسي داده هاي بدست آمده به کمک نرم افزار SPSS اين کاهش ويسکوزيته در مورد ترکيب عسل ها با شربت اشباع فروکتوز براي هر سه درصد وزني مورد بررسي معنيدار ميباشد، يعني اين کاهش ويسکوزيته به طوري خواهد بود که از ويسکوزيته از رنج معمول براي عسل ها [١١] کمتر ميشود. اين بدين معني است که هر چند اگر نتوان با بررسي رفتار رئولوژيکي يک عسل به وجود شربت اشباع فروکتوز پيبرد ولي با توجه به تحليل هاي اين نرم افزار ميتوان با بررسي ويسکوزيته متوجه وجود شربت قند شد. لازم به ذکر است نتيجه اي که اين نرم افزار ارائه ميدهد و رفتاري که پيش بيني ميکند داراي اعتبار ٩٥٪ ميباشد. همچنين در اين نرم افزار مقدار ويسکوزيته در درصدوزنيهاي مختلف براي هر عسل مورد تحليل قرار گرفت که نتيجه معنيداري بدست نيامد يعني با اين آزمايشات نميتوان مقدار شربت موجود را بيان کرد. داده هاي خروجي اين نرم افزار در جدول ٤ آورده شده است .
در مرحله بعد رفتار عسل در حالت ترکيب با شربت اشباع گلوکز تحليل ميگردد. نمودار نتايج به دست آمده براي عسل -
ها در شکل هاي ٤ – الف تا ٤ – د به ترتيب براي عسل هاي خوي ، دامنه سبلان ، مشکين و اليکا نشان داده شده است .
در مورد تاثير شربت اشباع گلوکز رفتاري مشابه با رفتار شربت اشباع فروکتوز مشاهده شد. در اين مورد نيز با توجه به داده هاي آزمايشگاهي بدست آمده نمودار تغييرات SS بر حسب SR با ٠٩٩-٠٩٨=R٢ بصورت خط با شيب ثابت درآمد که بيانگر نيوتني بودن رفتار سيال مورد نظر ميباشد. براي داده هاي بدست آمده در اين مرحله از تحقيق هم روند کلي براي کاهش ويسکوزيته بدست نيامد؛ سپس داده ها توسط نرم افزار SPSS مورد تحليل قرار گرفت که نتيجه بطور مشابه براي تمامي ترکيبات با درصد وزنيهاي بررسي شده معني دار بودن کاهش ويسکوزيته را بيان ميکند. ويسکوزيته ترکيبات مورد بررسي در اين قسمت در جدول ٥ ارائه شده اند.
