بخشی از مقاله
چکیده: هدف از این تحقیق اصلاح نشاسته گندم به منظور بهبود خواص عملکردی آن وبررسی تغییرات فیزیکوشیمیایی بوجود آمده بود. تولید نشاسته پیشژلاتینه با استفاده از خشک کن دو غلطکی انجام شد. بر روی نشاسته پیشژلاتینه بدست آمده آزمایشات اندازهگیری قدرت جذب آب، میزان حلالیت، قدرت ژل، ویسکوزیته ذاتی، تعیین الگوی پراش اشعه ایکس و درصد کریستاله بودن انجام شد و تصاویر میکروسکوپ الکترونی نیز از نمونهها بدست آمد. نشاسته پیشژلاتینه بدست آمده دارای ویسکوزیته ذاتی کمتری نسبت به نشاسته طبیعی بود و دارای بافتی کاملاً متخلخل بود و ساختار کریستالی در آن تقریباً بطور کامل از بین رفته بود که این مساله باعث افزایش قدرت جذب آب، افزایش حلالیت و در نتیجه افزایش قدرت ژل آن شد.
مقدمه
یکی از انواع کاربردی نشاسته اصلاح شده نشاسته فوری می باشد که به دلیل عدم استفاده از مواد شیمیایی در تولید آن امروزه بسیار قابل توجه قرار گرفته است. برای تولید نشاسته پیشژلاتینه ابتدا نشاسته را ژلاتینه میکنند و سپس سریع آن را خشک و سپس پودر میکنند. این عمل بطور معمول با استفاده از سه روش خشککن غلطکی، خشککن پاششی و اکسترودر تولید میگردد. در طی این فرایند معمولاً ساختار گرانول از بین میرود. این نشاستهها تحت عنوان نشاسته فوری2 نیز شناخته میشوند. نشاستههای پیشژلاتینه میتوانند در آب سرد نیز وسیکوزیته را افزایش داده و بافت ایجاد کنند. در تولید نشاستههای پیشژلاتینه از روشهای استفاده از خشک کن غلطکی3برای تولید نشاسته پیشژلاتینه: این روش یکی از متداول ترین روشها میباشد.
دو نوع خشک کن غلطکی استفاده میشوند که شامل خشککن تک غلطکی4 و خشک کن دو غلطکی5 میباشد. در این روشها مخلوط -40 %30 نشاسته و آب روی غلطک ریخته شده و سپس بعد از حرارت دیدن توسط غلطک و ژلاتینه شدن و خشک شدن، توسط یک کاردک از سطح غلطک جدا میشوند. ممکن است از نشاسته های اصلاح شده با روشهای شیمیایی برای تولید نشاسته فوری استفاده شود. اندازه ذرات نشاسته بدست آمده بعد از خشک کردن و در فرایند پودر کردن می تواند تاثیر زیادی روی بافت و خصوصیات نهایی محصول داشته باشد . - 7 -
مواد و روشها
مواد و وسایل مورد استفاده: نشاسته گندم، آب، خشککن دوغلطکی، آسیاب، الک، دستگاه پراش سنج اشعه ایکس ساخت شرکت بروکر6 آلمان، مدل D8 Advance، با کاتد مس و با شرایط کاری40 کیلو ولت، 40 میلی آمپر
تهیه نشاسته پیش ژلاتینه:
به منظور تهیه نشاسته پیش ژلاتینه، مخلوط 10% نشاسته در آب مقطر - بهترین نتیجه بدست آمده از آزمایشات مقدماتی و همچنین بهترین نتیجه بدست آمده از تحقیقات کالوجیانی7 و همکاران - - 2002 - تهیه گردید و سپس با استفاده از خشک کن دو غلطکی با سرعت چرخش 5 دور در دقیقه و فشار بخار 5 اتمسفر بصورت ورقههای نازک نشاسته پیش ژلاتینه در آمد. نشاسته پیش ژلاتینه بدست آمده جهت انجام آزمایشات بعدی با استفاده از یک آسیاب دیسکی آسیاب گردید و به ترتیب از الک های با قطر 250 و 150 میکرون، عبور داده شدند تا اندازه ذرات آن در محدوده 150-250 میکرون باشد. اندازه گیری میزان حلالیت و میزان جذب آب برای اندازه گیری میزان حلالیت و جذب آب از روش لیچ8 و همکاران - 1959 - با اندکی تغییر استفاده شد. میزان حلالیت بر حسب درصد مواد محلول نشاسته خشک بیان گردید. میزان جذب آب بر حسب گرم آب جذب شده به ازای هر گرم نشاسته خشک گزارش شد - گرم/گرم - .
اندازه گیری قدرت ژل
برای اندازه گیری قدرت ژل از مخلوط 8% نشاسته در آب استفاده شد و پس از حرارتدهی به مدت 30 دقیقه در دمای 95oC و ژلاتینه کردن و پس از نگهداری در طول شب در دمای اتاق، قدرت ژل توسط دستگاه بافت سنج9 ارزیابی شد. به این منظور حداکثر نیروی لازم برای فرورفتن پروب10 - با مقطع دایرهای شکل - دستگاه به عمق 5 میلیمتر و با سرعت 0/5 میلیمتر در ثانیه بدست آمد. نیروی اندازهگیری شده توسط این دستگاه بر حسب گرم نیرو تعیین شد.
اندازهگیری ویسکوزیته ذاتی11
به این منظور از روش اصلاح شده اناستازیادیس12 و همکارانش - 2002 - استفاده شد. به این ترتیب که ابتدا نمونهها را در هیدروکسید پتاسیم 1 مولار حل کرده و سپس با استفاده از یک ویسکومتر استوالد13 - یک نوع ویسکومتر لوله موئین - ویسکوزیته ذاتی را با توجه به زمان عبور نمونه از لوله موئین به دست میآوریم.
تعیین الگوی پراش اشعه ایکس و محاسبه درصد کریستالیزاسیون
به این منظور، نمونه های آسیاب شده با دانه بندی یکسان، تحت زاویه 4-38 درجه و فاصله زاویهای 0/05 درجه تحت تابش اشعه ایکس قرار گرفت. الگوهای به دست آمده توسط دستگاه، توسط نرم افزار کامپیوتری Eva 6 Bruker 7 Kalogianni 8 Leach 9 Texture analyzer 10 Probe 11 Intrinsic viscosity 12 Anastasiades 13 Ostwald viscometer جهت تعیین درصد کریستالیزاسیون و بررسی تغییرات بوجود آمده در الگو، مورد بررسی قرار گرفت. درصد کرستالیزاسیون با استفاده از فرمول زیر محاسبه گردید : - 9 - - ×100سطح کل زیر منحنی/ سطح زیر پیکها - = درصد کریستالیزاسیون میکروسکوپ الکترونی برای تهیه تصاویر میکروسکوپ الکترونی از روش ژو14 و همکاران - 2006 - و میکروسکوپ الکترونی از نوع SEM استفاده شد.
نتایج و بحث:
نتایج آزمایشات انجام شده بر روی نشاسته پیشژلاتینه در مقایسه با نشاسته طبیعی در جدول شماره 1 آورده شده است. همچنین الگوی پراش اشعه ایکس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشاسته پیشژلاتینه در مقایسه با نشاسته طبیعی در شکل شماره 1 و شکل شماره 2 آورده شده است.
بحث و نتیجهگیری:
در نشاستههای طبیعی، آب در دمای محیط قابلیت نفوذ کامل در گرانولها را ندارد و این امر تنها در زمان ژلاتینه شدن نشاسته اتفاق میافتد که در آن صورت به دلیل تورم گرانولها در اثر نفوذ آب و خروج پلیمرهای کوچک نشاسته - عمدتاً آمیلوز - که قدرت جذب آب دارند ویسکوزیته افزایش مییابد. علاوه بر این، نفوذ آب حین حرارت دهی باعث تخریب ساختار کریستالی نشاسته و ایجاد اتصالات هیدروژنی آب با شاخه های باز شده مولکولهای نشاسته میشود که مجموعه این عوامل باعث کم شدن تحرک آب، یعنی افزایش ویسکوزیته میشود. در مورد نشاسته پیشژلاتینه این امر در حین خشک شدن - توسط خشککن غلطکی - اتفاق افتاده است؛ یعنی نشاسته پیشژلاتینه شامل رشتههای آزاد نشاسته است که فاقد ساختار کریستالی میباشند؛ بنابراین در دمای محیط به محض اضافه شدن به آب، میتوانند با آب ایجاد اتصالات هیدروژنی کرده و ویسکوزیته را افزایش دهند.
ولاکاس15 و همکاران - 2000 - بیان کردند که نحوه جوشیدن نشاسته همزمان با خشک شدن بر روی سطح غلطکها، باعث بوجود آمدن بافت متخلخل و آماده جذب آب میباشد. کاهش ویسکوزیته ذاتی، نشاندهنده شکسته شدن جزئی ساختار مولکولی نشاسته میباشد که در اثر حرارت اتفاق میافتد 2 - و - 6 که این امر در مورد نشاسته پیشژلاتینه نیز صادق است و به شدت فرایند نیز بستگی دارد یعنی هرچه دمای غلطک ها بیشتر باشد شکسته شدن نشاسته و کاهش ویسکوزیته ذاتی نیز بیشتر است.
- 1 - افزایش حلالیت نشاسته پیشژلاتینه میتواند مربوط به شکسته شدن جزئی مولکولها و در نتیجه کوچکتر شدن اندازه آنها، از بین رفتن ساختار کریستالی و باز شدن ساختار فشرده مولکولی و در نتیجه افزایش قابلیت تحرک مولکولها با جذب آب و همچنین ایجاد ساختار فیزیکی متخلخل این نوع نشاسته باشد. همانطور که در قسمت نتایج نیز ذکر گردید نشاسته پیش ژلاتینه دارای قدرت ژلی بیشتر از دو برابر نشاسته طبیعی بود که این موضوع را میتوان با افزایش قابلیت جذب آب و بخصوص با افزایش حلالیت این نوع نشاسته اصلاح شده مرتبط دانست. همچنین این نوع نشاسته به علت ساختار متخلخل فیزیکی و ساختار باز شده مولکولی حتی در آب سرد نیز میتواند آب جذب کرده و ایجاد بافت نماید.
