بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی رفتار صمغ عربی به عنوان پایدار کننده در امولسیونهای روغن در آب
چکیده: صمغ عربی یک پایدارکننده باارزش است که علاوه برآنکه دارای خواص عملکردی مؤثری است از خواص سلامتیبخش مهمی نیز برخوردار است. هدف از انجام این مطالعه، مطالعه رفتار رئولوژیک امولسیونهای پایدار شده با صمغ عربی است. امولسیونهای روغن در آب حاوی صمغ عربی در غلظتهای 0/1، 5، 10 و 20 تهیه گردیدند و ویسکوزیته آنها اندازه گیری شد. همچنین پایداری امولسیونهای پایدار شده با صمغ عربی نیز سنجش گردید. ویسکوزیته امولسیون های حاوی صمغ عربی با افزایش غلظت صمغ افزایش پیدا کرد. صمغ عربی رفتاری نیوتنی در محیطهای مورد بررسی از خود نشان داد، اما این رفتار با افزایش غلظت صمغ به 20 در امولسیون به رقیقشونده برشی تغییر یافت . طبق مدل استوالد-دی-وال، ثابت قوام همه نمونههای امولسیونی با افزایش غلظت صمغ افزایش یافت . افزودن صمغ عربی پایداری امولسیون های روغن در آب را بهخوبی افزایش داد که این پایداری با افزایش غلظت صمغ افزایش یافت. از صمغ عربی نه تنها میتوان به عنوان یک پایدارکننده مطلوب استفاده کرد، بلکه از آن می توان بهعنوان یک امولسیفایر بسیار کارا حتی در غلظت های کم بهره جست.
واژههای کلیدی: رئولوژی، صمغ عربی، امولسیون، پایداری
مقدمه:
امولسیونهای روغن در آب، سامانه هایی بسیار پرکاربرد در صنعت مواد غذایی هستند. یکی از مشکلات بزرگ این سامانه ها پایداری کم آنهاست، چراکه امولسیونها سامانههایی ناپایدار از لحاظ ترمودینامیک هستند .(Derkach, 2009) با استفاده از امولسیفایرها و پایدارکنندهها، پایداری این سامانه ها را میتوان افزایش داد. مکانیزم عمل پایدارکنندهها برای پایدارسازی امولسیونها افزایش ویسکوزیته محیط است (Krstonosic et al., . 2009) یکی از ترکیباتی که می توان از آن بهعنوان پایدارکننده استفاده کرد ص مغ عربی است که از درخت آکاسیا (Acacia ) گرفته میشود. صمغ عربی یک پلیساکارید خوراکی، طبیعی، خشک با ساختاری منشعب (نمودار (1 است که ساختار شیمیایی آن پیچیده و بسته به منبع، شرایط آب و هوا، فصل، سن درخت و غیره کمی فرق میکند . ترکیبات ساختاری آن گالاکتوز، آرابینوز، رامنوز، گلوکورونیک اسید و نیتروژن است . بدنه اصلی آن از واحدهای 3 ،- - 1 گالاکتوپیرانوزیل تشکیل شده است. زنجیره های جانبی از دو تا پنج 1و -3 -گالاکتوپیرانوزیل تشکیل شدهاند که به زنجیره اصلی با اتصال 1و6 متصل شده است .(Phillips & Williams, 2000) صمغ عربی به راحتی در آب حل می شود و محلولی شفاف را ایجاد میکند. معمولا به شکل نمک کلسیمی، منیزیمی و یا پتاسیمی از یک پلی ساکاریدیک اسید (عربیک اسید) به فروش می رسد . صمغ عربی در سطح وسیعی در صنعت بهعنوان پایدارکننده، تغلیظکننده و امولسیفایر استفاده میشود .( Badreldin et al., 2009) هدف اصلی از این تحقیق بررسی رفتار رئولوژیک صمغ عربی در محیط آبی و مقایسه این رفتار با رفتار صمغ در یک امولسیون فرموله شده روغن در آب است.
شکل :1 شمایی از ساختار صمغ عربی .(Phillips & Williams, 2000)
مواد و روش ها: - مواد لازم
صمغ عربی از شرکت سیگما تهیه گردید. روغن آفتابگردان از یک فروشگاه محلی تهیه شد. لسیتین از نوع تجاری بود و از شرکت بهپاک خریداری شد.
- آمادهسازی محلول صمغ عربی: برای تهیه محلولهای 0/1، 0/5، 10 و 20 آبی صمغ عربی، مقادیر مناسبی از صمغ عربی در آب مقطر در دمای محیط حل گردید، در حالیکه سوسپانسیون توسط یک هم زن مغناطیسی هم زده می شد. برای جلوگیری از اتصال و کلوخه شدن ذرات صمغ، پودر صمغ عربی به تدریج به آبی که در حال هم خوردن بود اضافه شد . این در حالی بود که به ذرات اضافه شده فرصت داده می شد تا حل شوند. به محلولها اجازه داده شد که برای یک شب در دمای محیط، در حالیکه هم میخوردند، هیدراته شوند.
- آمادهسازی امولسیون: امولسیون O/W روغن دانه آفتابگردان و آب با نسبت وزنی 1:1 تهیه گردید . برای این منظور، لسیتین ابتدا در فاز روغنی حل گردید به گونهای که غلظت نهایی 0/5 را در امولسیون ایجاد کند. سپس مقدار مناسب آب اضافه شد. یک نمونه به این روش بهعنوان نمونه کنترل تهیه گردید. برای نمونههایی که حاوی صمغ بودند محلول صمغ با غلظتهای 0/1، 0/5، 10 و 20 به جای آب اضافه گردید. مخلوطهای تهیه شده با استفاده از یک هموژنایزر Ultra-Turrax T25 basic مجهز به S 25 N-18 G dispersing tool برای مدت 1 دقیقه با سرعت 2400 دور در دقیقه و 30 ثانیه با سرعت 3600 دور در دقیقه در دمای محیط هموژن گردیدند. آزمایش های پایداری و بررسی خصوصیات رئولوژیک بلافاصله بعد از آمادهسازی نمونهها انجام شدند .(Mirhosseini et al., 2008)
- اندازه گیری ویسکوزیته: ویسکوزیته محلولها و امولسیونهای پایدار شده با غلظت های 0/1، 0/5، 10 و 20 صمغ عربی سنجش گردید. برای اندازهگیری ویسکوزیته از یک رئومتر چرخشی بروکفیلد (Brookfield Engineering Laboratories, LV-DVIII Ultra Model, Stoughton, MA, USA) که مجهز به یک UL Adaptor با ژئومتری استوانه هممحور بود. ویسکوزیته امولسیونهای آماده شده بلافاصله بعد از تهیه، اندازهگیری شد.
- اندازهگیری پایداری امولسیون: ضرورت اندازهگیری پایداری امولسیون برای نشان دادن پایداری امولسیون در طول نگهداری است. برای اندازه گیری پایداری، 10 میلیلیتر از هر یک از امولسیونهای تهیه شده در 5000 rpm دقیقه سانتریفیوژ شدند. بعد از سانتریفیوژ کردن، حجم فازهای جدا شده آب و یا روغن اندازهگیری گردید. پایداری امولسیون به صورت نسبت حجمی فازهای جدا شده به کل حجم مایع گزارش گردید .(Buffo et al ., 2001)
نتایج و بحث:
- رفتار جریانی محلولها و امولسیونهای O/W پایدار شده با صمغ عربی:
شکل 2 ویسکوزیته امولسیونهای پایدار شده با غلظتهای مختلف صمغ عربی 0/1)، 5، 10 و ( 20 را در مقابل سرعت برشی نشان میدهد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ویسکوزیته امولسیون های حاوی صمغ (یعنی مقاومت به نیروهای برشی) با افزایش غلظت صمغ عربی
افزایش یافت. ویسکوزیته امولسیون های حاوی صمغ در تمام موارد بجز غلظت 0/1 صمغ عربی، بیشتر از نمونه کنترل بود. اضافه کردن صمغ در غلظت 0/1 هیچ تاثیری بر ویسکوزیته امولسیون نداشت. امولسیونهای حاوی صمغ عربی تا غلظت 10 ، ویسکوزیته ثابتی را با افزایش سرعت برشینشان دادند . این بدان معناست که ویسکوزیته امولسیون حاوی صمغ هیچ وابستگیی به سرعت برشی ندارد که این به معنای نیوتنی بودن رفتار امولسیون صمغی است. به این ترتیب یک رفتار نیوتنی از صمغ عربی در محیط امولسیونی دیده میشود، در حالی که با افزایش غلظت تا 20 ، رفتار متفاوتی را صمغ در امولسیون نشان میدهد و با افزایش سرعت برشی، ویسکوزیته کاهش می یابد (Shear thinning behavior) که این امر به شکسته شدن میکروساختارها در امولسیون حاوی صمغ مربوط می شود .(Li et al., 2011) این نتیجه برخلاف نتایج بهدست آمده توسط Mothe" و Rao ( 1999 ) است که رفتار غیرنیوتنی و رقیقشونده برشی برای صمغ عربی در غلظتهای 4 ، 10 و 20 تعریف کردند و علت آن را تشکیل تجمعات کوچک در دیسپرسیون صمغ عربی دانستند. (2002) Ibanoglu اظهار داشت که با افزایش غلظت صمغ عربی سودوپلاستیسیتی امولسیون کاهش پیدا می کند. این محقق اظهار داشت که رفتار رئولوژیک امولسیونی که با صمغ عربی پایدار شده است، با افزایش غلظت صمغ به رفتار نیوتنی نزدیک می شود . این در حالی است که گفته می شود صمغ عربی در غلظت های کمتر از 40 رفتاری نیوتنی از خود نشان میدهد ( Phillips & Williams, ( 2000 که این موضوع با نتایج به دست آمده در این بررسی کاملا تطابق دارد. Yaseen و همکاران (2005) نیز گزارش کردند که صمغ عربی در غلظتهای 0/05، 0/1 و 0/5 رفتاری نیوتنی دارد.
شکل :2 تاثیر سرعت برشی بر ویسکوزیته ظاهری امولسیونهای حاوی غلظت های مختلف صمغ عربی
بنابراین، در امولسیون روغن در آب حاوی غلظت 20 صمغ عربی، در سرعتهای برشی بیشتر ویسکوزیته با توجه به وابستگی قانو ن توان به سرعت برشی کاهش مییابد.
تنش برشی (pa)، سرعت برشی (1/s)، =k ضریب قوام (pa.sn) و =n شاخص رفتار جریان (بدون واحد) است. مقادیر n در مقابل غلظت صمغ عربی در شکل 3 ارائه شده است. شیب این منحنی ( n ) بستگی به غلظت پلیمر دارد . گزارش شده است که مقادیر پایینتر عدد n، حضور تعاملات بین زنجیره ای را در محلول های غلیظ و یا نیمه غلیظ نشان
