بخشی از مقاله
چکیده
اکستروژن به عنوان یکی از تکنولوژيهاي مطرح صنایع غذایی، از دهه 1930 مورد استفاده قرار گرفت. ترکیبات زیست فعال موجود در فرآوردههاي اکسترود شده تحت تأثیر متغیرهاي این فرآیند قرار میگیرند. پارامترهاي سرعت مارپیچ، سرعت تغذیه مواد، میزان رطوبت و دما از عوامل تأثیرگذار بر فرآوردههاي اکسترود شده میباشند. ترکیبات فنولی تحت تأثیر دکربوکسیلاسیون و پلیمریزاسیون، کاهش مییابند؛ البته در برخی موارد، میزان ترکیبات زیست فعال نظیر اسید فرولیک افزایش مییابد. نسبت توکوترینولها به توکوفرولها پس از اکستروژن بیشتر میشود. افزایش دماي اکستروژن با کاهش -αتوکوفرولها و افزایش رطوبت با کاهش -γتوکوفرولها مرتبط میباشد. افزایش سرعت مارپیچ سبب کاهش ویتامینهاي گروه B - بالاخص ریبوفلاوین - میگردد. آنتوسیانینها نیز با کاهش شدیدي مواجه میشوند.. قابلیت اکسترودرها در تهیه فرآوردههاي جدید میتواند مبناي مناسبی براي توسعه غذاهاي فراسودمند و ارائه آنها به بازار باشد. این مقاله، مروري بر بررسی تأثیر اکستروژن بر روي ترکیبات زیست فعال موجود در فرآوردههاي غلات و همچنین بررسی میزان پارامترهاي مؤثر و پایداري آنها در طول این فرآیند میباشد.
مقدمه
تکنولوژي اکستروژن به عنوان یک فرآیند با کارایی بالا در صنایع غذایی نقش و اهمیت ویژهاي در تولید ترکیباتی نظیر غلات صبحانه و اسنکها دارد. تکنولوژي اکستروژن نقش مهمی براي انتقال و شکل دادن اشکال نیمه جامد مواد نظیر خمیرهاي مختلف دارد، به طوري که این تکنولوژي براي محصولات غلهاي و فرآوري پروتئینهاي غذایی مورد استفادههاي زیادي قرار میگیرد. دستگاههاي اکسترودر در گذشته به شکل وسیلهاي براي حمل و نقل مواد استفاده میشد، ولی امروزه به دستگاههاي بسیار پیچیدهاي تبدیل شدهاند. امروزه عملیات واحد اکستروژن ممکن است شامل فعالیتهاي مختصر و متنوعی نظیر حمل و نقل مواد، مخلوط کردن، اعمال فشار برشی1، جداسازي، حرارت دادن، سرد کردن، شکل دادن، اکستروژن همزمان دو ماده2، خروج مواد معطر و طعمزا، ریزپوشانی کردن3 و استریل کردن باشد. از اکسترودرها ممکن است براي فرآیند کردن مواد دردماهاي نسبتاً پائین - نظیر تولید پاستا و خمیرهاي حد واسط یا نیمه آماده - 4 یا در دماهاي خیلی بالا - نظیر تولید اسنکهاي اکسترود شده یا نانهاي مسطح - استفاده گردد. میزان فشار به کار گرفته شده در اکسترودرها براي شکل دادن مواد و نگهداري آب در یک محیط مایع با دماي خیلی بالا و افزایش نیروهاي برشی در بعضی انواع مارپیچها ممکن است از حدود 15 تا 200 اتمسفر متغیر باشد. ویژگی قابل توجه در فرآیند اکستروژن، پیوسته بودن آن است که در یک حالت پایدار دینامیکی5 عمل مینماید به طوري که میزان مواد ورودي معادل میزان مواد خروجی است . - 1 -
مواد اولیه داراي خواص کاربرديمعمولاًبه تنهایی از خواص ارگانولپتیکی مناسبی براي مصرف مستقیم برخوردار نیستند، حال آنکه با استفاده از اکسترودرها میتوان به غذاهاي جدیدي با خواص کیفی مناسب براي مصرف کنندگان دست یافت. به عنوان مثال مصرف مستقیم دانههاي غلات به علت مشکلاتی همچون بافت نامناسب مورد استقبال مشتریان قرار نگرفته است، اما با استفاده از تکنولوژي اکستروژن میتوان مشکلات مذکور را تا حد زیادي حل و محصولات غذایی داراي خواص کیفی مناسبتري تولید و به بازار عرضه نمود. قاعده کلی مشخصی در مورد نحوه تأثیر اکستروژن بر خواص و کیفیت تغذیهاي مواد غذایی وجود ندارد. بخش قابل توجه تحقیقات پایهاي بر روي ریزمغذيها تحت شرایط اکستروژن در دهه 1990 انجام شده است که از پارامترهاي مؤثر در خواص تغذیهاي مواد اکسترود شده میتوان به نوع قالب و طراحی آن، تزریق بخار آب، دماي بدنه اکسترودر، سرعت مارپیچ و سرعت تغذیه مواد به داخل اکسترودر اشاره نمود. با بالا رفتن سطح آگاهی مصرف کنندگان، بالطبع انتظارات آنها از کیفیت و سلامت غذاهاي اکسترود شده نیز افزایش مییابد. ترکیبات زیست فعال در مواد غذایی با دارا بودن خواص فراسودمندي خود، نقش مهمی در سلامت انسان ایفا میکنند. به عنوان مثال محققان مشاهده کردند که افزودن اسید فرولیک به میزان 1 g/kg، موجب به تعویق انداختن اکسیداسیون فرآوردههاي اکسترود شده حاصل از جوي دو سر شد. اکثر ترکیبات زیست فعال به علت حساسیت بالاي خود نسبت به پارامترهاي به کار گرفته شده در فرآوري مواد غذایی، از بین میروند . - 1 - این مقاله، مروري بر بررسی تأثیر اکستروژن بر روي ترکیبات زیست فعال موجود در فرآوردههاي غلات - نظیر ترکیبات فنولی، ویتامینها و آنتوسیانینها - میباشد و میزان پارامترهاي مؤثر و پایداري آنها نیز در طول این فرآیند بحث میشود.
فرآیند اکستروژن و اسید آمینه ها
فرآیند اکستروژن از طریق دناتوره کردن پروتئینها باعث افزایش قابلیت هضم آنها میشود که علت آن افزایش محلهاي عمل آنزیمها در ساختار پروتئین میباشد. بسیاري از آنزیمها و عوامل ضد آنزیمی به علتدناتوراسیونِتحت اکستروژن فعالیت خود را از دست میدهند. میزان دناتوره شدن پروتئینهامعمولاًبا اندازهگیري حلالیت آنها در آب و یا سایر محلولهاي مشابه ارزیابی میگردد. تغییر حلالیت پروتئینهامعمولاًتحت شرایط اعمال نیروي برشی بالا زیاد میشود و همچنین تحت تأثیر دما و رطوبت نیز قرار میگیرد. براي مثال حلالیت پروتئینهاي گندم حتی در شرایط دمایی پائین - نظیر تولید پاستا - نیز کاهش مییابد. شرایط به کار رفته در اکستروژن فرآوردههاي غلات - درجه حرارت بالا و رطوبت پائین مواد غذایی - ، براي به وقوع پیوستن واکنش میلارد امري اجتناب پذیر است. قندهاي احیا کننده - قندهاي کوچک تشکیل شده در طی اعمال نیروي برشی - و ساکارز - پس از هیدرولیز - میتوانند با لیزین واکنش دهند که همین امر باعث کاهش ارزش تغذیهاي پروتئینهاي موجود در محصولات اکسترود شده میگردد. لیزین اسید آمینهاي است که در غلات به میزان کافی یافت نمیشود و به عنوان عامل محدود کننده مطرح است؛ بنابراین کاهش بیشتر این اسید آمینه در طی اکستروژن مطلوب نمیباشد. محققان در پژوهشهاي خود به بررسی میزان اسید آمینه لیزین باقیمانده در فرآوردههاي حاصل از غلات اکسترود شده پرداختند. در بررسی آنها دماي 170 oC، رطوبت 10-14% و سرعت مارپیچ 60 rpm، موجب از دست رفتن 32-80% از لیزین آرد گندم شد. قندهاي آزاد نیز میتوانند در طول اکستروژن، از هیدرولیز نشاسته تولید شوند و با لیزین و سایر اسیدهاي آمینه واکنش دهند. ساکارز، مالتوز و فروکتوز در مقایسه با گلوکز، داراي واکنشپذیري کمتري تحت شرایط یکسان در اکستروژن میباشند . - 2 - در همین راستا پژوهشگران در تحقیقات خود به این نتیجه رسیدند که گلوکز به ترتیب موجب کاهش 61 و 15 درصدي اسید آمینههاي لیزین و آرژنین میشود. محققان این طور گزارش نمودند که جهت حفظ قابل قبول میزان لیزین، بایستی از درجه حرارتهاي بالاي 180 oC، میزان رطوبت کمتر از 15% و همچنین مقادیر بالاي قندهاي احیاکننده در طول فرآیند اکستروژن اجتناب ورزید . - 3 - پژوهشگران در تحقیقات خود به بررسی تأثیر پارامترهاي مؤثر در فرآیند اکستروژن بر روي واکنش میلارد پرداختند. بدین منظور سیستم مدلی شامل 15% گلوکز - وزنی-وزنی - ، 5% تریپتوفان - وزنی-وزنی - و 80% سلولز میکروکریستاله - وزنی-وزنی - ، تحت شرایط کنترل شده از لحاظ درجه حرارت، سرعت مارپیچ اکسترودر و سرعت خوراك دهی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد پارامترهاي اعمال شده در فرآیند اکستروژن موجب آزاد سازي ترکیبات مولد طعم در واکنش میلارد به میزان 8 برابر حالت معمول خود شد. گزارش شده است که سرعت واکنش میلارد در یک سیستم حاوي نشاسته گندم، گلوکز و لیزین نیز در شرایط اسیدي pH - پائین - افزایش یافته است . - 4 - نتایج تحقیقات نشان داد، افزایش سرعت خوراكدهی در اکستروژن، به طور معنی داري میزان باقی ماندن لیزین موجود در آرد گندم اکسترود شده را افزایش داد . - 1 - در همین راستا دیگر بررسیها نشان داد که سرعت پرههاي اکسترودر، تأثیر چندانی در حفظ اسید آمینه لیزین در فرآوردههاي حاصل از غلات اکسترود شده نداشت . - 5 - اضافه نمودن لاکتوز یا ساکارز به آرد گندم پیش از اعمال فرآیند اکستروژن، موجب افزایش قابلیت انحلال پروتئینها در نمک شد.
