بخشی از مقاله
چکیده
اصلاح واپسگرایی تدریجی - انیل کردن - از روش های فیزیکی اصلاح نشاسته است که با افزایش تکامل ساختار کریستالی گرانول ها و تسهیل در ایجاد اتصال بین زنجیر ه های درشت مولکول های نشاسته ای منتهی به ایجاد تغییرات فیزیکوشیمیایی در نشاسته ها می شود. میزان این تغییرات تحت تأثیر ترکیب شیمیایی نشاسته و ن حوه قرارگیری زنجیره های نشاسته در مناطق بی شکل و کریستالی گرانول قرار می گیرد. طی اصلاح واپسگرایی تدریجی نشاسته ها برای یک مدت زمان معین در حضور آب اضافی، حرارت می بینند. دمای مورد استفاده جهت اصلاح واپسگرایی تدریجی نشاسته ها باید کمتر از دمای آغاز ژلاتینه شدن گرانول ها و بیشتر از دمای انتقال حرارت شیشه ای آن ها باشد. در این پژوهش به بررسی تأثیر اصلاح واپسگرایی تدریجی بر ویژگی های فیزیکوشیمیایی نشاسته های مختلف از جمله شکل گرانول ها، ساختار کریستالی گرانول ها، ویژگی های خمیری شدن گرانول ها، قدرت جذب آب و حلا لیت گرانول ها و ویژگی های ژلاتینه شدن گرانول ها پرداخته شد. در نهایت به برخی از کاربرد های نشاسته های نشاسته های اصلاح شده به روش واپسگرایی تدریجی اشاره شد.
کلمات کلیدی: نشاسته، واپسگرایی تدریجی، ویژگی های فیزیکوشیمیایی
1. مقدمه
نشاسته ها درشت مولکول های زیستی با ساختار نیمه کریستالی هستند که در نواحی مختلف گیاهان مانند برگ، ساقه، دانه، غده و ریشه ذخیره می شوند. گرانول نشاسته های حاصل از منابع مختلف می توانند از نظر ترکیب شیمیایی و شکل ظاهری متفاوت باشند. از نظر تغذیه ای نشاسته تامین کننده ی 70-80 درصد از انرژی مورد نیاز روزانه انسان می باشد و به ویژه از لحاظ تامین کالری مورد نیاز در کشور های جهان سوم حائز اهمیت فراوان می باشد - مجذوبی و فرحناکی، . - 1387 نشاسته عمدتا از دو کربوهیدرات به نام های آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است. آمیلوز یک پلیمر خطی از واحد های گلوکز است که با اتصالات α- - 1,4 - به یکدیگر متصل شده اند. حدود 1/6 درصد از واحد های گلوکز توسط اتصالات α - 1,6 - به این ساختار متصل می شوند که این امر ساختار آمیلوز را کمی شاخه ای می کند. آمیلوز که در حدود 20 تا 30 درصد گرانول نشاسته را تشکیل می دهد دارای وزن مولکولی 105-106 دالتون است.
آمیلوپکتین دیگر پلی ساکارید سازنده نشاسته، دارای ساختار بسیار بزرگ و شاخه ای است. ساختار اصلی این مولکول شبیه به آمیلوز است که در آن واحد های گلوکز با اتصالات α- - 1,4 - به یکدیگر متصل شده اند. علاوه بر آن در حدود 4-6 درصد از گلوکز ها با اتصالات α - 1,6 - به ساختار اصلی وصل می شوند که این امر ساختار بسیار شاخه ای را ایجاد می کند. وزن مولکولی آمیلوپکتین 107-109 دالتون است و در حدود 70-80 درصد از گرانول نشاسته را شامل می شود - مجذوبی و فرحناکی، . - 1387
انواع نشاسته طبیعی حاصل از منابع مختلف هر یک دارای خواص منحصر به فردی می باشند و از این رو تولید کنندگان مواد غذایی متناسب با نوع محصول تولیدی، از آن ها استفاده می نمایند. در کنار آن باید توجه نمود که این نوع نشاسته ها را نمی توان در دامنه وسیعی از مواد غذایی استفاده نمود. گسترده تر شدن طیف مواد غذایی تولیدی امروزه در حدی است که باید بتوان نشاسته ای را تولید نمود که توان تحمل دامنه گسترده ای از فرایند ها را داشته باشد. ضمن آنکه نحوه رفتار نشاسته بکار رفته در محصول به هنگام توزیع، انبار داری و سایر مراحلی که نشاسته تا زمان مصرف طی می کند نیز بسیار مهم است - مثلا بیات شدن نان ناشی از رتروگرید شدن نشاسته طی نگهداری - . به همین دلیل موضوع اصلاح و تغییر خواص نشاسته امروزه مورد توجه است. برای اصلاح نشاسته می توان از روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی، آنزیمی یا ژنتیکی استفاده کرد. و نشاسته ای با خواص مورد نظر را به دست آورد . - ; Majzoobi et al., 2012Chiu and Solarek, 2009 - روش های فیزیکی اصلاح نشاسته - توسط اعمال حرارت، رطوبت، نیرو های برشی و یا اشعه دهی - امروزه در بین تولید کنندگان و مصرف کنندگان مقبولیت بیشتری پیدا کرده اند. چرا که در نشاسته های اصلاح شده با روش های فیزیکی اثری از محصولات جانبی ناشی از مصرف واکنشگر های شیمیایی وجود ندارد و نشاسته حاصل یک محصول کاملا طبیعی و ایمن است که می تواند به دور از محدودیت های قانونی در صنعت و بخصوص در تولید مواد غذایی به کار گرفته شود . - Chiu and Solarek, 2009 - از جمله روش های فیزیکی اصلاح نشاسته می توان به فرایند حرارتی-رطوبتی1 و واپسگرایی تدریجی - انیل کردن - 2 اشاره کرد. که در هر دو مورد نشاسته به صورت کنترل شده در معرض رطوبت و حرارت برای یک مدت زمان معین قرار می گیرد. در هر دو روش اصلاح فیزیکی مذکور ساختار گرانولی نشاسته ها دست نخورده باقی می ماند. در ادامه به بررسی تأثیر اصلاح واپسگرایی تدریجی بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نشاسته های مختلف پرداخته می شود و در نهایت به برخی از کاربرد های نشاسته های اصلاح شده به روش واپسگرایی تدریجی اشاره شده است.
2. اصلاح واپسگرایی تدریجی
این فرایند شامل اعمال حرارت در حضور رطوبت اضافی1 - بیشتر از - 60% برای یک مدت زمان معین است. دما های استفاده شده در این روش بالاتر از دمای انتقال حرارت شیشه ای اما پایین تر از دمای ژلاتینه شدن گرانول هاست. در اصلاح نشاسته به روش واپسگرایی تدریجی نیز همانند اصلاح نشاسته به روش فرایند حرارتی-رطوبتی نسبت نشاسته به آب، دمای فرایند و زمان سه عامل تعیین کننده ویژگی های نشاسته نهایی می باشند. برخلاف فرایند حرارتی-رطوبتی اصلاح نشاسته به روش واپسگرایی تدریجی در حضور آب اضافی در محیط صورت می گیرد. اثر عمده این روش نیز تقویت و گسترش ساختار کریستالی درون گرانول و تسهیل ایجاد اتصالات بین زنجیر هاست - . - Chung et al., 2009b در برخی موارد و طی برخی فرایند های صنعتی اصلاح واپسگرایی تدریجی به صورت ناخواسته اتفاق می افتد که از آن جمله می توان به آسیاب مرطوب دانه های ذرت اشاره کرد. در حضور آب اضافی در سیستم طی حرارت دیدن گرانول ها در دما های بالای 2Tg، آب وارد ساختار گرانول می شود. اولین گروه هایی که آبدار می شوند بخش های آمورف هستند که به صورت ساختار های یک در میان بین نواحی کریستاله واقع شده اند. حضور آب در نواحی آمورف منتهی به تبدیل این نواحی از یک حالت سخت و ساکن به حالتی نرم و قابل انعطاف می شود که سبب تسهیل در باز شدن و تحرک مارپیچ های دوگانه آمیلوپکتین می شود و به دنبال آن بازآرایی در ساختار درشت ملکول های درون گرانول اتفاق می افتد. اعمال فرایند واپسگرایی تدریجی دو نتیجه اساسی را به دنبال دارد، بالا رفتن دمای انتقال حرارت شیشه ای و بالا رفتن دمای ژﻻتیناسیون که هر دو مورد می تواند ناشی از افزایش نظم درون گرانول ها باشد ; Tester and Debon , Jayakody and Hoover, 2008 -
. - 2000
اصلاح واپسگرایی تدریجی در اکثر موارد به صورت یک مرحله ای انجام می شود اما در برخی موارد به صورت دو مرحله ای و به ندرت به صورت چند مرحله ای نیز انجام شده است. در روش چند مرحله ای اصلاح اولیه در دما هایی پایین تر از دمای آغاز ژلاتینه شدن نشاسته طبیعی انجام می گیرد که منتهی به افزایش دمای ژلاتینه شدن گرانول ها تا دما های بالاتر می شود. در مرحله ی بعد اصلاح مذکور در دمایی بالاتر از دمای مرحله ی اول و پایین تر از دمای آغاز ژلاتیناسیون نشاسته ی حاصل از مرحله اول صورت می گیرد که در نهایت می توان نشاسته ها را حتی در دما هایی بالاتر از 3T0 نشاسته طبیعی اصلاح کرد . - Jayakody and Hoover, 2008 -
.1-2 تأثیر اصلاح واپسگرایی تدریجی بر شکل ظاهری گرانول ها
شکل ظاهری گرانول ها، توزیع اندازه گرانول ها و ویژگی های سطحی گرانول ها نقش مهمی را در بسیاری از کاربرد های غذایی و غیر غذایی نشاسته ایفا می کند. در زمینه تأثیر اصلاح واپسگرایی تدریجی بر شکل ظاهری گرانول ها اطلاعات چندانی در دسترس نیست - بویژه در رابطه با نشاسته های ریشه ای - . در نشاسته های یولاف، گندم، عدس و جو اصلاح واپسگرایی تدریجی منتهی به ایجاد تغییر خاصی در ویژگی های ظاهری گرانول ها نشد - Gomes et al., Kiseleva . - 2005; Hoover and Vasanthan, 1993; Majzoobi et al., 2012 و همکاران - 2005 - طی بررسی نشاسته گندم طبیعی و واپسگرایی تدریجی شده توسط میکروسکوپ الکترونی مشاهده کردند گرانول های عدسی شکل گندم های آمیلوز بالا و مومی طی اصلاح واپسگرایی تدریجی تغییر شکل می دهند. Gough و - 1971 - Pybus طی بررسی نشاسته گندم طبیعی و واپسگرایی تدریجی شده توسط میکروسکوپ الکترونی مشاهده کردند گرانول های نشاسته گندم پس از اصلاح واپسگرایی تدریجی 5 میکرون افزایش اندازه داشتند
