مقاله تهیه دانه های برنج اصلاح شده با استفاده از تکنولوژی اکستروژن

بخشی از مقاله

چکیده:

برنج به عنوان یکی از غذاهاي ضروري در بسیاري از نقاط جهان استفاده می شود. یکی از مسائل نگران کننده، شکستن دانه برنج در فرایندهاي آسیاب است که این مغزهاي شکسته معمولا به وسیله مصرف کنندگان مورد پذیرش واقع نمی شوند . به منظور بهبود کیفیت این دانه هاي شکسته می توان آنها را به برخی افزودنی هاي مطلوب اضافه کرد. مطالعات مختلفی براي تهیه دانه هاي برنج اصلاح شده در چند دهه اخیر صورت گرفته است و اخیرا تلاش هایی براي غنی سازي این دانه ها با پروتئین، ویتامین هاي خاص و مواد معدنی انجام شده است . ویژگی هاي اصلی مانند رنگ، شکل، اندازه، ساختار ، مشخصات پخت و زمان پخت این دانه هاي برنج اصلاح شده می توانند براي کاربردهاي خاص توسط اصلاح پارامترهاي اکستروژن، بهینه سازي شود. این مقاله نتایج تحقیق روش هاي تشکیل دانه هاي برنج اصلاح شده توسط فناوري هاي مبتنی بر اکستروژن را مرور ومورد بررسی قرار می دهد.

مقدمه:

برنج یکی از محصولات غذایی مهم می باشد و مورد استفاده دو سوم جمعیت جهان می باشد و %20 رژیم غذایی جهان را تشکیل می دهد - چیو و همکاران . - 2010 با وجود مطرح بودن به عنوان یک غذاي اولیه، برنج داراي پروتئین کم و نشاسته زیاد است . سطوح پایین پروتئین در برنج باعث از دست رفتن پروتئین و برخی اسید آمینه هاي ضروري در بین افرادي می شود که از برنج به عنوان غذاي اولیه استفاده می کنند .

براي مثال لسیتین که مسئول رشد مناسب بدن انسان است، آمینو اسیدي است که که به کمترین مقدار در برنج یافت می شود - کاتو . - 2006 یک راه براي غلبه بر این مشکلات، تهیه دانه هاي برنج اصلاح شده توسط اکستروژن است، که در آن ویتامین قرار داده شده است و در نتیجه از دانه هاي برنج جدا نمی شود - استیگر . - 2010 در این روش از برنج شکسته استفاده می شودکه براي تهیه آرد برنج و فروش به قیمت هاي بالاتر استفاده می گردد. استحکام دانه برنج اصلاح شده به مصرف کنندگان اجازه مصرف بدون ایجاد تغییرات بزرگ در عادات غذایی آنها را خواهد داد - کونز . - 2009 این مقاله نتایج تحقیق روش هاي زیادي براي تشکیل دانه هاي برنج اصلاح شده وقابل استحکام را توسط فناوري هاي مبتنی بر اکستروژن مرور می کند.

اکستروژن غذا شرایطی است که در آن ماده غذایی تحت یک یا چند فرآیند شامل اختلاط، گرمایش و برش به درون قالبی فشرده می شود که براي تشکیل و پف کردن ترکیبات خشک طراحی شده است - ریاز . - 2000 اکستروژن را می توان به دو دسته تقسیم کرد : اکستروژن سرد و اکستروژن گرم . هر دو فرایند مواد اصلی - بیشتر آرد برنج - ، افزودنی، و آب را از یک یا چند اکسترودر پیچی دوقلو عبور می دهند . اکستروژن گرم داراي دماهاي بالا - بیشتر از 70 درجه سانتیگراد - هستند که به وسیله اماده سازي اولیه ویا انتقال حرارت گرم شوند و با بخار آب به دست می آید . و منجر به مغزهاي برنج کامل یا نیمه پخته می شود . در سطح تجاري، این روش هم اکنون به وسیله اتحادیه ملی غلات، روغن ها و خواربار چین استفاده می شود .

از سوي دیگر، اکستروژن سرد، یک فرایند مشابه با چیزي که براي درست کردن ماکارونی استفاده می شود، از هیچ منبع گرمایی اضافه اي استفاده نمی کن ند به غیر از گرماي تولید شده در حین خود فرایند و اصولا در دماي کمی - زیر 70 درجه - کار می کنند، نتیجه فرایند نیز دانه هایی خام، غیر شفاف است که از لحاظ شکل با دانه هاي برنج فرق می کند .در این فرایند از یک اکسترودر ساده شکل دهنده استفاده می کنند - علوي و همکاران . - 2008

مواد استفاده شده درتهیه دانه هاي برنج اصلاح شده:

مواد افزودنی - در مقادیر کم - می توانند در مخلوط آب و برنج - یا دیگر مواد اصلی به کار رونده - استفاده شوند. افزودنی ها می توانند در دسته هاي عوامل معطر، روان کننده‌ها، قوام دهنده ها و آنتی اکسیدان ها تقسیم بندي شوند . لازم به ذکر است که مواد قالب - عموما برنج - و آب براي تهیه دانه هاي برنج اصلاح شده ضروري هستند ولی مواد افزودنی دیگر می توانند به صورت اختیاري در ترکیبات مختلف استفاده شوند. اگر ماده شروع کننده در شروع خرد شده باشد، اضافه کردن عوامل قوام دهنده به ترکیباتی که خمیر را تشکیل می دهند، آسان است . بنابراین، محصول از لحاظ مواد غذایی مطلوب غنی خواهد بود.

فرایند تهیه دانه هاي برنج اصلاح شده:

فرایندهاي تهیه دانه هاي برنج اصلاح شده، همه مراحل اصلی تشکیل خمیر حاوي مواد اصلی و افزودن يها را دربر می گیرد که شامل ورود خمیر به اکسترودر، اکستروژن خمیر در یک زمان، دما و فشار خاص براي ژلاتینه کردن بخش نشاسته اي آرد برنج و تغییر پروتئین - در اکستروژن گرم - یا عبور ساده خمیر از اکسترودر در دماي کم براي شکل دهی مناسب - در اکتسروژن سرد - ، عمل آوري مشابه تازه برنج اکسترود شده با عوامل ته نشین کننده که می توانند خواص مطلوب آنها را به مدت طولانی حفظ کند و در نهایت خشک کردن این دانه ها تا میزان رطوبت دلخواه. روش هاي مختلفی توسط محققان براي تولید دانه هاي برنج اصلاح شده به کار گرفته شده است که می توانند در ترکیبات مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

تشکیل خمیر و آماده سازي اولیه:

آرد برنج یا آرد دانه هاي دیگر، ابتدا به وسیله سا يیدن دانه ها به دست می آیند . نتایج بهتر با پودر برنجی به دست می آید که داراي ذراتی با اندازه اي باشند که ازالک مش استاندارد شماره 10 عبور کنند ولی قادر به عبور از الک با مش استاندارد شماره 300 نباشند. براي تهیه خمیر همگن، آرد برنج و آب مخلوط و ورز داده می شوند. آب در دماي پایین به مواد درون قالب به میزان کافی اضافه می شود . سپس گرما قطع شده و رنگدانه براي دستیابی به رنگ مطلوب اضافه می شوند - هارو و مارتین 1982، سیلا و همکاران 1986، دیل . - 1988 آرد برنج می تواند با قوام دهنده ها مخلوط شود . ویتامین ها ، آنتی اکسیدان ها و عامل مانع رطوبت به آرد برنج اضافه می شوند.

مواد قالب و امولسی فایر قبل از خیس شدن به خمیر اضافه می شوند، ریز مغذي ها بعد از آماده سازي اولیه به خمیر اضافه می شوند - استیگر . - 2010 هدف آماده سازي اولیه مخلوط کردن یکنواخت مایعات، بخار آب یا دیگر بخارات با مخلوط مواد پیش گرم شده است - ریاز . - 2000 قالب مواد می تواند قبل یا بعد از فرایند، ورز داده شده و در یک خشک کن مناسب تا دماي 80-90 درجه گرم شود. بعد از سرد شدن، مواد پیش عمل آوري شده داخل قالب تا رسیدن آب به میزان %15-40 وزنی آبدهی می شوند . سپس یک امولسیفایر در حین فرایند آبدهی اضافه می شوند - استیگر . - 2010  مخلوط آبدهی شده تحت فشار برشی قرار می گیرد، براي تشکیل یک مخلوط خمیر مانند ورز داده شده و همزمان تحت عملیات حرارتی    70-100 درجه در کمتر در 5 دقیقه قرار می گیرد . گرمایش می تواند با یک منبع حرارت خارجی یا توسط بخار آب در حین فرایند تولی د مخلوط خمیر مانند صورت گیرد - استیگر . - 2010

اکستروژن:

اکستروژن-پخت نه تنها یک روش حرارت دهی است بلکه فرایندي با نیروي برشی و فشار است که منجر به تخریب و تجزیه نشاسته برنج می گردد . در اصل، دو نوع اکسترودر می تواند براي دانه هاي برنج اصلاح شده به کار رود، اکسترودر تک پیچ و دو پیچ . در بیشتر موارد، اکسترودر دو پیچ به کار می رود زیرا قابلیت هاي انتقال بهتري نسبت به اکسترودر تک پیچ فراهم می کنند - هارپر . - 1981 بیشتر اصلاحاتی که در توسعه اکسترودرها صورت گرفته است مربوط به اکسترودرهاي مدرن دو پیچ است - ریاز . - 2000 در بخش پخت اکسترودر، خمیر در معرض دماي موثر براي ژلاتینه  شدن مولکول هاي نشاسته و تغییر پروتئین ها قرار می گیرد - سیلا و همکاران . - 1986

عمل آوري بعد از اکستروژن:

اگر اکستروژن سرد به کار رود، دانه هاي برنج اصلاح شده می توانند بیشتر به وسیله پاشش با یک عامل ته نشین کننده یا اتصال دهنده عرضی فلزي مانند نمک کلسیم ته نشین شود . در برخی فرایندها، دانه هاي برنج اصلاح شده در آب جوش حاوي نمک ته نشین کننده یا عامل اتصال دهنده عرضی به مدت 3 -20 دقیقه قرار می گیرد و دانه ها منبسط شده دوباره شسته می شوند تا عامل اضافی ته نشین کننده جدا شود و دانه هاي برنج خنک شوند. سپس این دانه هاي منبسط شده براي قرار گرفتن محصول در جاي خود منجمد می شوند .

خشک کردن:

دانه هاي برنج اصلاح شده تا میزان رطوبت %4-15 خشک شدند - هارو و مارتین 1982 ، ونگر و هابر 1988 ، کوکس و کوکس 1993 کاتو 2006 و استیگر . - 2010 خشک کردن می تواند در یک خشک کن مناسب انجام شود، یا به سادگی خشک کردن توسط هوا می تواند انجام شود - کاتو . - 2006 نمونه هایی از خشک کن ها عبارتند ا ز خشک کن بستر سیال - استیگر - 2010 خشک کن سینی دار، خشک کن نوع تسمه نقاله اي، خشک کن غلتان، و خشک کن استوانه اي چرخان - کاتو . - 2006 دیل 1988 اکسترود شده ها را تحت شرایط طبیعی به گونه اي خشک کرد که رطوبت محیط به مدت 24 ساعت تغییر می کرد. محصول نهایی باید در بسته هاي مقاوم در برابر هوا و رطوبت بسته بندي شوند تا از کپک زدن جلوگیري شود .

تحقیقات انجام شده بر روي دانه هاي برنج اصلاح شده:

ژانگ و همکاران 2010 پی بردند که ساختار دانه برنج اصلاح شده آنها در مخزنی در دماهاي 30 و 50 درجه بسیار فشرده تر از مورد به دست آمده در دماي 70 درجه است با این حال چگالی توده اکسترود شده ها به طور قابل ملاحظه اي با تغییر دماهاي 30 و 50 تغییر می کند. همچنین مشاهده شده است که هنگامی که میزان رطوبت خوراك از 28 به %36 افزایش می یابد ساختار اکسترود شده ها فشرده تر می شود.

غنی سازي برنج با آهن با استفاده از تکنولوژي اکستروژن یکي از راه هاي موثر براي جلوگیري از کمبود آهن است   - هوتز و همکاران 2008، لی و همکاران . - 2008 در یک تحقیق روي  دانه هاي برنج غنی شده یک پیش مخلوط حاوي آهن، روي و ویتامین هاي    B، لی و همکاران 2008 عملکردهاي چهار منبع آهن را تحت شرایط ذخیره سریع    40 - درجه سانتیگراد و - %60 RH به مدت 32 هفته آزمایش کردند و پی بردند که فرمولاسیون هاي حاوي فومارات آهن بیش از %50 بیشتر تیامین را از دست داده بودند، در حالی که موا د حاوي ،سدیم،آهن و EDTA حداقل میزان از دست رفتن تیامین را نشان می دهند ولی داراي بیشترین    میزان ترشیدگی بودند. سدیم، آهن ،EDTA و فومارات آهن دانه ها را تیره تر می کنند .

انتخاب ترکیبات آهنی تاثیر کمی روي میزان رطوبت یا pH فرمولاسیون حین انبار کردن ندارد، یا تاثیر دارند. گاربر و همکاران 2004، اثر منابع مختلف آهن را روي طعم    دانه هاي برنج اصلاح شده اندازه گیري کردند. دانه هاي برنج    غنی شده با یک یا دو منبع آهن - آهن خالص و - FeSO4، روي، تیامین و اسید فولیک به برنج طبیعی با نسبت هاي مختلف مخلوط شد . نتایج آنها نشان داد که شدت آب دوست بودن، مزه ترش، خشک شدن، کپک زدگی و طعم با اضافه کردن سولفات آهن افزایش می یابد..

نتیجه گیري:

مطالعات صورت گرفته روي دانه هاي برنج اصلاح شده با استفاده از تکنولوژي اکستروژن و تحقیقات مبتنی بر آن نشان داد براي آماده سازي این دانه ها مواد به دو گروه تقسیم بندي شده‌اند: مواد اصلی و افزودن يها. مواد اصلی شامل آب و برنج است . افزودن يها شامل رنگ ها، عوامل طعم دهنده،عوامل رسوب دهنده، تقویت کننده ها و آنتی اکسیدان ها هستند . فرایند شامل مراحل اولیه تشکیل خمیر، اکستروژن خمیر در دما و فشار مناسب ، عمل آوري اکستروژن به وسیله عوامل رسوب دهنده یا اتصال دهنده و در نهایت خشک کردن این دانه هاي برنج اصلاح شده تا حصول میزان رطوبت مناسب است. مطالعات مختلف نشان داد که دانه هاي برنج اصلاح شده می توانند جهت بهبود خواص تغذ هياي در جوامع مصرف کننده برنج مورد استفاده قرار گیرند.