بخشی از مقاله
چکیده:
هدف از این تحقیق اصلاح آرد برنج و نشاسته برنج به منظور بهبود خواص عملکردی آن ها و بررسی تغییرات به وجود آمده و امکان کاربرد آرد برنج و نشاسته برنج و نمونه های تیمار شده با حرارت مرطوب با زمان های مختلف حرارت دهی در تهیه فیلم های خوراکی بود. برای این منظور آرد و نشاسته برنج با میزان محتوای رطوبتی %20 در دمای 120 œC درآون الکتریکی به مدت 3 ساعت و 5 ساعت تیمار شدند.
نتایج آزمایشات نشان داد تیمار کردن با حرارت مربوط بر شکل گرانول ها تاثیر چندانی نداشت، اما به میزان زیادی موجب تجمع و به هم پیوستگی گرانول ها در نمونه ها به ویژه آرد شد. قابلیت جذب آب و مقدار حلالیت به میزان قابل توجهی در نمونه ها کاهش یافت. تیمار با حرارت مرطوب، خصوصیات بافتی ژل آرد و نشاسته برنج را بهبود بخشید. در نهایت از آرد و نشاسته برنج و نمونه های تیمار شده در زمان های مختلف حرارت دهی در غلظت %5 - براساس وزن خشک - با غلظت %50 گلیسرول - براساس وزن خشک نشاسته - به روش قالب ریزی فیلم تهیه گردید.
فیلم های تهیه شده از نمونه های طبیعی دارای یکپارچگی ساختمانی و حلالیت بالاتری در آب برخوردار بودند. همچنین فیلم های تهیه شده از نمونه های نشاسته شبکه یکنواخت و انعطاف پذیرتری را در مقایسه با فیلم های تهیه شده از آرد از خود نشان دادند. فیلم های تهیه شده از آرد نفوذپذیری کمتری به بخار آب در مقایسه با فیلم های حاصل از نشاسته داشتند. تیمار با حرارت مرطوب موجب افزایش نفوذپذیری به بخار آب در فیلم های آرد و نشاسته شد.
نتایج ارزیابی خواص مکانیکی در رطوبت نسبی %65 در دمای œC 25 نشان داد، که تیمار با حرارت مرطوب موجب کاهش انعطاف پذیری و تضعیف خصوصیات مکانیکی فیلم ها شد. به طور کلی اختلاف در زمان حرارت دهی در طی فرایند تیمار با حرارت مرطوب اختلاف معنی داری را بین خواص نشان نداد.
مقدمه:
برنج گیاهی است یکساله از خانواده غلات یا گرامینه و از جنس Orayza Sativa L. است که دارای گونه های گوناگونی است، تعداد گونه های برنج در کشورهای مختلف دنیا متجاوز از 5000 استب.رنج و مشتقات ان روزانه % 20 کالری مصرفی مردم دنیا را تامین می کند . از دانه برنج و آرد برنج محصولات متفاوتی از جمله غلات صبحانه ای، اسنک ها، بیسکوئیت ها و کیک ها، نودل ها، دسر ها، غذای کودک و نشاسته برنج به دست می آید. نشاسته برنج محصولی بسیار مهم در تولید دیگر محصولات غذایی و دارویی است. نشاسته ترکیب اصلی دانه برنج و حدود % 80 وزن خشک دانه را تشکیل می دهد.
نشاسته برنج در مقایسه با نشاسته سایر غلات به دلیل ویژگی هایی مانند عدم حساسیت زایی، قابلیت هضم آسان، رایحه ی ترکیبی، گرانولهای کوچک - 3-10ʽm - و مقاومت بیشتر در برابر اسید افزایش یافته است. نشاسته برنج از دو همو پلیمر آلفا-دی گلوکز1 با نام های آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است . - Ashogbon & Akintayo, 2010 - آمیلوز برنج، پلیمر خطی که از 430-276 واحد گلوکز تشکیل شده است در حالی که آمیلو پکتین مولکولی بسیار بزرگ با ساختار پر شاخه که طول زنجیر ها در آمیلو پکتین بین 568-128 واحد گلوکز است.
از خواص آمیلوز موجود در برنج، تشکیل ژل و تشکیل فیلم می باشد و آمیلو پکتین میتواند بافت چسبنده و صمغی شکلی را به وجود آورد. میزان طول زنجیره، میزان شاخه های جانبی و توزیع آن ها بر روی خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته برنج موثر است.
خواص منحصر به فرد بسیاری از غذاهای حاوی نشاسته، نتیجه تغییرات خاصی است که در گرانول های نشاسته و نظم داخلی آنها طی فرایندهای حرارتی در آب ایجاد می شود. از جمله مهمترین خواص کاربردی نشاسته شامل:زلاتینه شدن نشاسته، ویژگی های حرارتی، خمیری شدن، قدرت جذب و حلالیت، بیاتی نشاسته، ساختار کریستالی و ژله ای شدن نشاسته می باشد. نشاسته به طور طبیعی معمولا تامین کننده ی نیاز ها و خواص مورد نظر ما جهت استفاده در غذا نیست. برای مثال، رتروگرید شدن2 سریع بعضی نشاسته ها، از دست دادن ویسکوزیته طی فرآیند حرارت دهی و کاهش قدرت بافت دهندگی، تغییر ساختار در محیط اسیدی و دمای انجماد، عملکرد نشاسته را تحت تاثیر قرار می دهند. بنابراین به منظور بهبود کیفیت نشاسته و افزایش کارایی آن در غذاها، می توان تغییرات به خصوصی را در ساختار آن به وجود آورد، که چنین نشاسته ای را نشاسته اصلاح شده می نامند
یکی از روش های اصلاح نشاسته، اصلاح فیزیکی می باشد که از آن جمله می توان به تیمار با حرارت مرطوب، حرارت دهی، اعمال نیروهای برشی و پرتودهی اشاره کرد. مزیت اصلی اصلاح فیزیکی این است که نشاسته اصلاح شده به عنوان یک ماده ی طبیعی و ترکیب بسیار ایمن بوده و بنابراین حضور آن در غذا در صنایع از نظر قانونی محدود نمی شود. در روش تیمار با حرارت مرطوب که در این روش به آن پرداخته شده است؛ خواص فیزیکو شیمیایی نشاسته بدون تخریب گرانول ها تغییر و بهبود می یابد. از عوامل تاثیرگذار و کنترل کننده در این فرآیند میزان رطوبت، دمای فرآیند و زمان حرارت دهی می باشد
صرف نظر از نوع نشاسته معمولا تیمار با حرارت مرطوب موجب افزایش دمای ژلاتینه شدن، افزایش محدوده دمای ژلاتینه شدن، کاهش تورم گرانول ها، کاهش خروج پلیمرهای آمیلوز، افزایش مقاومت در برابر حرارت و همچنین موجب کاهش بیاتی و ویسکوزیته برگشت3 می گردد. یکی از موارد کاربرد نشاسته های طبیعی و اصلاح شده، به ویژه نشاسته های اصلاح شده با حرارت مرطوب در تهیه ی فیلم های خوراکی است. در حدود 150 میلیون تن پلاستیک سالیانه در سراسر جهان تولید می شود که اغلب این پلاستیک ها بر پایه ی استفاده از نفت خام تولید می شوند و افزایش در تولید آن ها، باعث آلودگی محیطی و همچنین مشکلات ناشی از آلودگی زدایی می شود، بنابراین فرآیند تولید این گونه مواد با محدودیت مواجه شده است.
بنابراین بازیافت زیست پلیمر ها به عنوان جایگزینی برای فرآیند های بازیافت قدیمی در نظر گرفته شده است. زیست پلیمر های خوراکی، از نقطه نظر حسی و کاری، دارای سازگاری بیشتر با غذا هستند. این پوشش ها باید به نحوی طراحی که طی نکهداری، فرآیند هایی نظیر پختن و جویدن از بین بروند. فیلم های خوراکی از موادی با توانایی تشکیل فیلم مانند هیدروکلوئید ها - همچون پروتئین ها، پلی ساکارید ها یا لیپید ها مانند اسید های چرب، ترکیبات مومی و سایر مواد مرکب تشکیل می شوند. مزایای نشاسته در تولید فیلم، ارزان بودن و قابل تجدید بودن آن است، با این حال معایبی همچون حلالیت در آب، شکننده بودن و مطلوب نبودن خواص مکانیکی سبب شده اند که استفاده از آن به طور مستقیم در ساخت فیلم امکان پذیر نباشد
در این تحقیق اصلاح فیزیکی، به روش تیمار با حرارت مرطوب جهت اصلاح خواص نشاسته در ارتباط با پوشش های خوراکی صورت گرفته است تا از این طریق خواص مکانیکی و ممانعتی آن به رطوبت بهبود یابد. در این پزوهش با توجه به قیمت پایین برنج های پر محصول و نا مرغوب و قیمت بسیار کم خرده های غیر قابل مصرف آن ها و همچنین عدم تحقیقات گسترده در مقایسه با گندم و ذرت، لذا این غله برای مطالعه در این تحقیق انتخاب شد و استفاده از آرد و نشاسته برنج به منظور تهیه فیلم های خوراکی و بررسی خصوصیات کاربردی فیلم های حاصل مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و وسایل
مواد مورد استفاده: خرده برنج طارم، هیدروکسید سدیم، هیدروکسید کلسیم، کلرید سدیم، کلرید کلسیم، اسید استیک، اتانول، گلیسرول، نمک نیترات نقره
وسایل مورد استفاده: دستگاه بافت سنج TA-X2I، دستگاه Masterstarch2 RVA، دستگاه سانتریفیوژ International Universal، اسپکتروفوتومتر
روش ها تهیه آرد برنج و استخراج نشاسته:پس از تمیز کردن برنج، به صورت کامل شست و شو شد و در دمای محیط خشک شد و سپس با استفاده از آسیاب
به صورت آرد در آمد و از الک سایز 70 عبور داده شد. برای استخراج نشاسته از روش پروتئین زدایی قلیایی تغییر استفاده گردید - . - Lim et al., 1999 200 گرم آرد با 500 میلی لیتر سود % 0/1 مخلوط و به مدت 3 ساعت هم زده شد و تمام شب در دمای 4œC نگه داری گردید. پس از آن مایع فوقانی خارج و عملیات فوق تکرار شد. پس از آن فاز جامد با استفاده از فیلتر جدا و با آب مقطر شست و شو گردید و در نهایت فاز جامد با آب مقطر آن قدر سانتریفیوژ - 1500g - شد تا pH فاز جامد به 6-6/5 رسید. پس از آن فاز جامد در آون با دمای 40œC خشک شد و سپس آسیاب و از الک عبور داده شد.
تعیین خصوصیات نشاسته: جهت اندازه گیری رطوبت از روش استاندارد - AACC - 44-15A در کوره الکتریکی با دمای 130 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت استفاده شد. اندازه گیری چربی با حلال هگزان طبق روش استاندارد - AACC - 35-20 و اندازه گیری خاکستر طبق روش - AACC - 08-01 انجام شد. تعیین میزان پروتئین به روش میکروکلدال صورت گرفت.
تولید آرد و نشاسته تیمار شده با حرارت مرطوب: پس از رساندن رطوبت آرد و نشاسته برنج به % 20 به مدت 48 ساعت در دمای 4 درجه سانتیگراد نگه داری شد. پس از آن 50 گرم نمونه - بر اساس وزن خشک - در ظرف های شیشه ای مقاوم به حرارت - بدون هیچ گونه نفوذپذیری - در آون با دمای 120œC به مدت 3 ساعت و 5 ساعت تحت حرارت قرار گرفت. سپس نمونه ها پس از خروج در آون با دمای 40 درجه سانتیگراد خشک گردیدند و از الک 70 عبور داده شدند.
اندازه گیری میزان تورم گرانول و حلالیت: به این منظور از روش Leach و همکاران - 1959 - استفاده شد. 1 گرم نمونه به درون یک لوله سانتریفیوژ با 30 میلی لیتر آب مقطر ریخته شد. سپس لوله در حمام آب گرم در دمای95 œC به مدت 30 دقیقه هم زده شد. پس از سرد شدن به مدت 15 دقیقه در 700 g سانتریفیوژ شد و مایع رویی در دمای 110 درجه به مدت4 ساعت خشک شد و میزان حلالیت با استفاده ازفرمول زیر محاسبه شد.
برای اندازه گیری جذب اب، لوله های سانتریفیوژ بعد از خارج کردن مایع رویی وزن گردید و میزان جذب اب از فرمول زیر محاسبه شد.
اندازه گیری خصوصیات بافتی ژل: مخلوط 15 گرم نمونه در 100 میلی لیتر آب تهیه گردید و به مدت 30 دقیقه در دمای 95œC تا ژلاتینه شدن نمونه ها هم زده شد و سپس به قالب های دستگاه بافت سنج منتقل شد و به مدت یک شب در دمای4œC نگهداری شد. سپس قدرت ژل از طریق آزمون TPA مورد ارزیابی قرار گرفت.
تعیین خواص خمیری شدن: به این منظور برای نشاسته 3/5 گرم و برای آرد 4 گرم به 25 میلی لیتر آب مقطر اضافه شد و کمی به هم زده شدو در محفظه دستگاه قرار گرفت و در مدت 13 دقیقه با توجه به پروفایل استاندارد نشاسته داده شده به دستگاه اطلاعاتی چون نقطه اوج ویسکوزیته4، افت ویسکوزیته5، ویسکوزیته نهایی6 و ویسکوزیته برگشت7 از نمودار به دست آمد
تعیین ویسکوزیته نسبی: ویسکوزیته نسبی نمونه ها توسط روش ویسکومتری U-TUBE اندازه گیری شد. به این منظور زمان های لازم جهت طیمسافت معینی در U-TUBE توسط نمونه - - T و حلال - T0 - DMSO % 90 محاسبه گردید . - Harding,1976 - نسبت این دو زمان ویسکوزیته نسبی نمونه ها را نشان می دهد:
تهیه فیلم: فیلم ها با استفاده از روش قالب گیری 8 تهیه شد. و گلیسرول در غلظت % 50 بر اساس وزن خشک نشاسته یا آرد، به عنوان نرم کننده استفاده شد. 5 گرم نمونه - بر اساس وزن خشک - با 100 میلی لیتر آب مقطر در دمای اتاق برای 5 دقیقه مخلوط شدند و سپس نرم کننده به آن افزوده شد و سوسپانسیون در حمام آب گرم با دمای 85 œC به مدت 1 ساعت مرتبا هم زده شد، سپس 12 گرم از سوسپانسیون به یک پتری ریش با قطر10 cm، منتقل و در دمای 30œC به مدت 24 ساعت خشک شد
اندازه گیری میزان حلالیت فیلم ها: وزن فیلم ها با سایز مشخص در آون در دمای 40 درجه تا رسیدن به وزن ثابت براساس وزن خشک تعیین شد.سپس نمونه ها در یک فلاسک محتوی 50 میلی لیتر آب مقطر غوطه ور و برای 24 ساعت در 25 درجه سانتیگراد نگه داری شد . در نهاین نمونه ها در آون تحت خلا در 40 درجه سانتیگراد تا رسیدن به وزن ثابت خشک شدند - = M0. - Bertuzzi,2007 وزن اولیه نمونه خشک، = M2 وزن نهایی نمونه
