بخشی از مقاله
خلاصه:
کوردلان سومین اگزوپلی ساکارید میکروبی است که مصرف آن در مواد غذایی توسط FDA مجاز شناخته شده است و طی تخمیر هوازی توسط میکروارگانیسم آگروباکتریوم رادیوباکتر1 در محیط های قندی تولید می گردد. میکروارگانیسم آگروباکتریوم رادیوباکتر در دو محیط تخمیر مایع، حاوی قند ساکارز و شیره خرما - بریکس - 10 در داخل ارلن کشت داده شد. تخمیر در شیکر بن ماری با سرعت 230 rpm و دمای 28 ˚C انجام گرفت و در زمان های62، 74، 86، 98، 110، 122، 134 و 144 ساعت، از محیط های تخمیر نمونه برداری صورت پذیرفت. میزان تولید کوردلان در محیط تخمیر حاوی شیره خرما در زمان های مختلف، 2-4 برابر بیشتر از محیط تخمیر حاوی قند ساکارز بود.
رفتار رئولوژیکی صمغ کوردلان حاصل از محیط تخمیر حاوی شیره خرما، در چهار غلظت 0/5 ، 1/0، 1/5 و - w/w - % 2/0 و سه دمای 5، 25 و 40 ˚C در pH، 7 انجام گرفت و با استفاده از معادله قانون توان مورد بررسی واقع شد. صمغ کوردلان در غلظت های مورد نظر رفتار رقیق شونده با برش - سودوپلاستیک - از خود نشان داد و با افزایش سرعت برشی، میزان ویسکوزیته آن کم گردید. افزایش غلظت محلول های کوردلان موجب افزایش ویسکوزیته و افزایش دما موجب کاهش ویسکوزیته نمونه ها گردید.
کلمات کلیدی: اگزوپلی ساکارید، آگروباکتریوم رادیوباکتر ، شیره خرما، رفتار رئولوژیکی، ویسکوزیته، معادله قانون توان.
مقدمه:
کوردلان یک پلی ساکارید خارج سلولی نامحلول در آب است که توسط میکروارگانیسم ها تولید می گردد. تنها گونه های کمی از باکتری های وابسته به خانواده Alcaligenes faecalis - جدیداً خانواده - Agrobacterium و گونه های Agrobacterium گزارش شده اند که قادر به تولید این پلی ساکارید خطی می باشند. همچنین تولید کوردلان می تواند توسط برخی از گونه های Rhizobium و Cellulomonas نیز تولید گردد . - 13 - صمغ کوردلان در آب ، الکل و بیشتر حلال های آلی نامحلول است ولی با این حال در محلول های قلیایی از قبیل هیدروکسید سدیم و تری سدیم فسفات محلول می باشد. اگر چه کوردلان نامحلول در آب است، اما یک محلول آبی از این صمغ بسته به درجه حرارت بکار برده شده می تواند تشکیل ژل بدهد.
این صمغ از واحد های 1 - β،3 گلوکان تشکیل شده است و پلیمر ساده ای از گلوکز و بدون زنجیره جانبی می باشد. دارای خاصیت ضد توموری قوی می باشد. بسته به درجه حرارتی که بر روی آن اعمال می شود دو نوع ژل کند بند و تند بند ایجاد می کند. ژل کند بند آن حالت برگشت پذیری حرارتی دارد و رفتاری مشابه به آگار و ژلاتین از خود نشان می دهد. اما ژل تند بند آن حالت برگشت ناپذیری حرارتی دارد و در دماهای پایین از قبیل دمای انجماد و همچنین دماهای بالای اتوکلاو کردن پایدار می باشد. ژل کند بند زمانی بدست می آید که دیسپرسیون آبی این صمغ در دمای بین 50 و 60 ˚C حرارت داده شده و سپس تا دمای زیر40 ˚C خنک گردد.
ژل تند بند زمانی بدست می آید که دیسپرسیون آبی این صمغ تا بالای دمای 80 ˚C حرارت داده شود . - 8 - مکانیزم مولکولی ژل تند بند و کند بند با یکدیگر متفاوت می باشد. در ژل تند بند، پیوند های عرضی بین میسل های کوردلان که باعث بوجود آمدن ساختار های چند هلیکسی و سه رشته ای می شود از برهمکنش های هیدروفوبیک تشکیل شده است، در صورتی که پیوند های عرضی بین میسل ها در ژل های کند بند از نوع باند های هیدروژنی است که باعث بوجود آمدن ساختار مولکولی تک هلیکسی در ژل کند بند می گردد. این صمغ در قلیا محلول می باشد و زمانی که محلول قلیایی با استفاده از اسید خنثی گردد، دوباره تشکیل ژل می دهد.
مکانیزم این حالت به این دلیل می باشد که باند های هیدروژنی بین مولکولی و خارج مولکولی توسط قلیا شکسته شده و ساختار هلیکسی ژل باز می شود و بصورت محلول در قلیا در می آید. زمانی که محلول خنثی می گردد، یکسری پیوند های هیدروژنی جدید تشکیل می شود و منجر به تشکیل ژل می گردد. این نوع ژل ها که از طریق محلول های قلیایی تولید می گردند از نوع کند بند بوده و حالت برگشت پذیر حرارتی دارند. تحولات دمایی صمغ کوردلان از حالت برگشت پذیر به حالت برگشت ناپذیر حرارتی، بستگی به غلظت آن دارد.افزایش غلظت کوردلان باعث می شود که در دماهای 80 درجه بیشتر در ژل حالت برگشت ناپذیر حرارتی ایجاد شود و باعث کاهش مقدار ژل برگشت پذیر حرارتی گردد.
میانگین وزن مولکولی این صمغ به علت نامحلول بودنش هنوز بطور دقیق تعیین نشده است. سه نوع ساختار کنفورماسیونی برای کوردلان در محلول های قلیایی بیان شده است که شامل Single helixe و Triple helixe و Random coil می باشد 4 - و. - 5میانگین درجه پلیمریزاسیون این صمغ در حدود 450 می باشد که این ماکرومولکول می تواند ماکزیمم تا حدود 12000 واحد داشته باشد - . - 6 تحت شرایط قلیایی - بیشتر از 0/2 مولار - ، این صمغ بطور کامل محلول می شود و به حالت Random coil در می آید. در این حالت وزن مولکولی آن در حدود 5/3 × 104 – 2/0 × 106 دالتون - Da - گزارش شده است . - 12 - کوردلان سومین اگزوپلی ساکارید میکروبی است که در ایالات متحده استفاده آن در صنایع غذایی و دارویی توسط FDA تایید شده است . - 13 -
سالانه بیش از 100 تن کوردلان تولید می گردد و این صمغ یکی از گرانترین صمغ هایی است که در صنایع غذایی بکار برده می شود. شرکتهای مطرح در صنایع غذایی به تحقیق و توسعه در این زمینه پرداختهاند و انتظار میرود اولین موج محصولات در آینده نزدیک به بازار وارد شود. این صمغ در تولید محصولات گوشتی کم چرب جایگاه ویژه ای دارد . - 3 - گزارش شده است که این صمغ قادر است رشد باکتری های بیفیدوباکتریوم را در روده را بهبود داده و اثر پریبیوتیک داشته باشد. - 15 - کوردلان بصورت صنعتی در مقیاس بالا از منابع ارزان قیمت کربن، مثل محصولات جانبی کارخانجات قند - ملاس - وضایعات محصولات کشاورزی حاوی قند بالا - مثل خرما - می تواند تولید گردد.
بنا به تعریف ، رئولوژی دانش تغییر شکل و جریان مواد می باشد . - 16 - رفتار های رئولوژیکی به خصوصیات ماکروسکوپی مواد بستگی دارد که معرف بالا رفتن نظم ساختار یا بی نظمی شبکه پلیمری دراثر واکنش های متفابل بین ترکیبات سیستم است . - 1 - بطور کلی آگاهی از واکنش های متقابل ذرات ماتریکس در سیستم های غذایی ، امکان درک بهتر از خصوصیات رئولوژیکی و بافتی ساختار ماده غذایی را فراهم می نماید . - 9 - دانش رئولوژی در بسیاری از صنایع از قبیل استخراج معدن ، زمین شناسی، لوازم آرایشی و پلیمر ها مورد استفاده قرار می گیرد.
اطلاعات رئولوژیکی در زمینه های مختلفی در صنعت غذایی اهمیت دارد. طراحی تجهیزات فرایند از قبیل مبدل های حرارتی ، خطوط لوله ها ، مخلوط کن ها ، اکسترودر ها و پمپ ها بر پایه اطلاعات رئولوژیکی می باشد. خصوصیات رئولوژیکی محصولات غذایی بر اساس بکار بردن تنش یا کرنش بر روی یک ماده در یک دامنه مشخص و مشاهده نتایج پاسخ مواد بنا نهاده شده است . - 2 - لذا در این تحقیق از شیره خرما و باکتری آگروباکتریوم رادیوباکتر برای تولید صمغ کوردلان استفاده گردید و بازده تولید آن نسبت به کوردلان تولیدی در حضور ساکارز مقایسه گردید و خواص رئولوژیک صمغ حاصله از آن مورد بررسی واقع شد.
مواد و روش ها
تولید کوردلان
تولید کوردلان در دو مرحله انجام گرفت. در مرحله اول سلول های میکروارگانیسم در داخل محیط اولیه کشت گردید و سپس در مرحله دوم این محیط اولیه به داخل محیط های تخمیر حاوی قند ساکارز و شیره خرما انتقال داده شد. میکروارگانیسم مورد استفاده در این تحقیق Rhizobium radiobacter - Agrobacterium radiobacter, PTCC 1654 - بود که از پژوهشکده بیوتکنولوژی سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران تهیه گردید. میکروارگانیسم ابتدا در محیط مغذی2 در دمای 28 ˚C برای مدت 24 ساعت گرمخانه گذاری، فعال گردید و بعد در داخل محیط کشت جامد 3 - TPA - در دمای 28 ˚C تکثیر داده شد.میکروارگانیسم سپس به داخل ارلن مایر 500 میلی لیتری حاوی 100 میلی لیتر از محیط کشت اولیه استریل با ترکیب 20 - g/l - ساکارز، 5 - g/l - عصاره مخمر و 5 - g/l - پپتون انتقال داده شد. پ هاش این محیط 7 بود. ارلن حاوی محیط کشت تلقیح شده در در داخل شیکر بن ماری - Brunswick ، مدل G76، ساخت - USA در 230 rpm و دمای 28 ˚C برای مدت 24 ساعت قرار داده
