بخشی از مقاله
چکیده:
فیلمهاي بیوپلیمري خوراکی در سالهاي اخیر به دلیل اثر بر کیفیت و سلامت مواد غذایی و همچنی ن قابلیت زیست تخریب پذیري و بازسازي مجدد آنها در بسته بندي مواد غذایی مورد تو جه قرار گرفتهاند. فیلمهاي خوراکی و پوششها مانع ورود رطوبت، اکسیژن و روغن میشوند و از مهاجرت ترکیبات آروما بین ترکیبات ماده غذایی و محیط جلوگیري میکنند. فیلمهاي خوراکی و پوش شها میتوانند حامل افزودنیهاي غذایی از جمله ترکیبات ضد میکروبی، طعم دهندهها و آنتی اکسیدانها باشند. ترکیباتی که در تهیه فیلمهاي خوراکی کاربرد دارند شامل پروتئینها، پلی ساکاریدها و لیپیدها میباشند.
پروتئین هاي آب پنیر در سالهاي اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته اند که با افزودن ترکیبات روان کننده و دناتوراسیون پروتئینهاي آب پنیر در اثر گرما فیلمهاي شفاف، بدون طعم و انعطاف پذیر تولید شدهاند که در رطوبتهاي نسبی پایین به عنوان مانع اکسیژن، آروما و روغن عمل میکنند. این فیلمها به دلیل حضور باندهاي ديسولفیدي در آب انحلال ناپذیر میباشند و ویژگیهاي مکانیکی آنها افزایش می یابد. ماهیت هیدروفیلیکی فیلمهاي آب پنیر سبب شده تا کمتر به عنوان مانع در برابر رطوبت عمل کنند که این ویژگی با ورود ترکیبات لیپید ي به میزان زیادي بهبود یافته است. در این مطالعه ارتباط بین ویژگیها ي پروتئینهاي آب پنیر، تولید و ویژگیهاي فیلمها و پوششهاي بر پایه پروتئینهاي آب پنیر و کاربرد آنها در بسته بندي مواد غذایی مورد بررسی قرار میگیرد.
واژه هاي کلیدي: مهاجرت، زیست تخریب پذیري، فیلمهاي بیوپلیمري، پروتئینهاي آب پنیر
مقدمه:
فیل مهاي بیوپلیمري خوراکی در سالهاي اخیر به دلیل اثر بر کیفیت و سلامت مواد غذایی، افزای ش زمان ماندگاري و همچنین قابلیت زیست تخریب پذیري و بازسازي مجدد آنها در بسته بندي مواد غذایی مورد توجه قرار گرفتهاند. ترکیباتی که در تهیه فیلمهاي خوراکی کاربرد دارند شامل پروتئینها، پلی ساکاریدها و لیپیدها میباشند. قابلیت و کارایی فیلمهاي خوراکی بستگی به خواص مکانیکی، شکلپذیري و ترکیبات آنها دارد. آب پنیر، محصول جانبی در صنایع پنیرسازي میباشد که مهمترین جزء آن پروتئینهاي آب پنیر میباشند.
آب پنیر، پروتئینهاي محلول در سرم شیر میباشند که بعد از رسوب کازئین در حضور اسید - pH = 4/6 - و یا رنین، در سرم شیر باقی میماند. پروتئینهاي آب پنیر حدوداً %17 ک ل ازت شیر را تشکیل میدهند. از نظر ارزش بیولوژیکی و تغذیهاي کاملترین و بهترین پروتئینهاي طبیعت محسوب میگردد، به طوريکه ارزش بیولوژیکی آنها از پروتئین تخممرغ بالاتر است. پروتئینهاي آب پنیر تا زمانیکه به وسیله حرارت تغییر ماهیت پیدا نکند، در نقطه ایزوالکتریک خود به دلیل هیدروفیل بودن رسوب نمیکنند. براي جداکردن پروتئینهاي اب پنیر از حرارت و pH توامًا استفاده میگردد. پروتئینهاي اصلی در آب پنیر پروتئینهاي اصلی در آب پنیر، -αلاکتالبومین، -β لاکتوگلوبولین، سرم آلبومین، ایمونوگلوبولینها و پروتئوز پپتونها میباشد.
-αلاکتالبومین
-αلاکتالبومین حدوداً %22 پروتئین محلول را تشکیل می دهد و یکی از دو پروتئین تشکیل دهندهي آنزیم مولد لاکتوز - سنتتاز - میباشد. -α لاکتالبومین در شیر تمام گونههایی که عم دهترین قند آنها لاکتوز میباشد، مشاهده شده است. مقدار -αلاکتالبومین، به میزان لاکتوز بستگی دارد. شیر انسان که از نظر لاکتوز غنی است حاوي مقدار بالاي -αلاکتالبومین است. این پروتئین داراي یک اتم کلسیم است، پس متالوپروتئین میباشد و از نظر تریپتوفان غنی است. این پروتئین دقیقًا در شیر گاو و انسان مشابه هم هستند.
-β لاکتوگلوبولین
-β لاکتوگلوبولین حدوًدا %57 پروتئین آ ب پنیر را تشکیل م یدهد. ساختار اولیه آن داراي 162 آمینواسید با وزن مولکولی 18300 دالتو ن میباشد. این پروتئین جزء آلبومینها میباشد در حرارت زیاد با کاپا کازئین کمپلکس میدهد و عامل اصلی طعم پخته در شیر جوشیده میباشد. سرم آلبومین این پروتئین شبیه سرم آلبومین خون اس ت. میزان آن در در شیر گاو حدود %1 پروتئینهاي محلول میباشد، در حالیکه در شیر انسان حدود %6 میباشد.
ایمونوگلوبولینها
ایمونوگلوبولینها - Ig - ، گیکوپروتئینهاي با وزن مولکولی بسیار بالا میباشند که حدود %12 پروتئینهاي محلول را شامل میشوند و داراي یک بخش گلوسیدي هستند. آنتیباديها در این گروه هستند. ایمونوگلوبولینها نسبت به حرارت حساستر از بقیهي پروتئینهاي آب پنیر میباشند، در دماهاي پائین دناتوره شده و میزان آنها در شیر حدود 0/6 گرم در لیتر است. در آغوز میزان آنها بسیار زیاد است، به طوريکه در اولین ساعت بعد از زایمان به 80 گرم در لیتر میرسد، ساعت به ساعت از این میزان کم شده تا بالاخره در روز ششم به حد ثابت خود میرسد. بنابراین باید به مصر ف نوزاد موجود شیرده برسد تا بتواند او را در برابر بیمار يها مصونیت بدهد. شیر حاوي ایمونوگلوبولینهاي IgG - شامل زیرگونههاي - IgG2 ,IgG1، IgA، IgM میباشد.
پروتئوزپپتون پروتئوزپپتون حاصل هیدرولیز بتاکازئین میباشد. در حرارتهاي پائین بتاکازئین میسل را ترك کرده و وارد سرم شیر میشود و توسط آنزیم پلاسموژن شیر هیدرلیز و به گاما کازئین و پروتئوزپپتون تبدیل میشود.این ترکیب مقاومترین پروتئین محلول شیر نسبت به حرارت بوده و در دماي 90-100 درج ه سانتیگراد، همراه کاهش تا p H= 4/7 رسوب نمینماید. این مواد در مجاورت محلول %12 اسید تري کلرواستیک ته نشین میشوند.
تشکیل فیلمها بر پایه آب پنیر واکنشهاي پروتئین- پروتئین بر ویژگیهاي فیلم، بر پایه پروتئین اثر میگذارد. توانایی تشکیل فیلم تحت تاثیر ترکیب آمینواسیدها، توزی ع و قطبیت آنها، شرایط تاثیر گذار بر تشکیل اتصالات عرضی بین گروههاي آمینو و کربوکسیل، وجود باندهاي هیدروژنی و پیوندها ي دي سولفیدي بی ن و درون مولکولی میباشد. پروتئینهاي آب پنیر طبیعی، پروتئینهاي کروي، داراي گروههاي هیدروفوبیک و سولفیدریل که در قسمت داخلی مولکول قرار گرفته اند میباشند.
تشکیل فیلمها بر پایه آب پنیر عمدتاً شامل دناتوراسیون توس ط حرارت در محل ولهاي آبی میباشد. گرما ساختار سه بعدي پروتئین را تغییر میدهد و گروههاي سولفیدریل و هیدروفوبیک در معرض قرار میگیرند که باندهاي دي سولفیدي بین مولکولی و واکنشهاي هیدروفوبیک را طی خشک کردن بهبود میبخشد.
شرایط بهینه جهت تهیه فیلمها حرارت محلول %10 - w/w - ایزوله پروتئین آ ب پنیر در 90 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه میباشد که در این شرایط پروتئینهاي آ ب پنیر به شکل غیر قابل برگشتی دناتوره میشوند. فیلمهاي پروتئینهاي آب پنیر طبیعی و دناتوره شده توسط گرما شفاف هستند، زمانی که در محلول پروتئینی در pH خنثی تشکیل میشوند داراي نفوذپذیري بخار آب مشابه هستند، داراي ویژگیهاي حلالیت و مکانیکی
متفاوتی هستند. ساختار دناتوره پروتئینهاي آب پنیر توسط گرما و باندهاي ديسولفیدي کوالانسی در طی خشک کردن منجر به عدم حلالیت در آب و تولید فیلمهاي میگردد که محکم هستند و مقاومت آنها در برابر تغییر شکل افزایش مییابد . - Pérez-Gago a nd Krochta, 1999 - فیل مهاي ایزوله پروتئی ن آب پنیر انعطاف پذیر را در اثر حرارت محلول %8- 12 پر وتئینهاي آب پنیر در دماي 100 و 7 5 درجه ساتیگراد تولید کرده اند. حرارت محلول WPC در 75 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه بعد از تنظیم pH به 6.6 با استفاده از محلول 2 مو لار سود، فیلم یکن واختی را تولید میکند. افزودن پلاستیسایزر د ر تولید فیلمهاي بر پایه پروتئینهاي آب پنیر جهت کا هش شفافیت و افزایش انعطافپذیري لازم است.
پلاستیسایزر از طریق واکنش با زنجیره پلیمري عمل میکنند، بنابراین نیروهاي بین مولکولی را در آنها کاهش میدهند . پلاستیسایزرها عمدتاً از طریق باندهاي هیدروژنی بین زنجیرههاي پلیمر ي مجاور عمل میکنند و بنابراین تحرك زنجیرهها را افزایش میدهد. گلیسرول، سوربیتول و پلی اتیلن گلیکول عمدتاً به عنوان پلا ستیسایزر درتولید فیلمهاي آب پنیر به کار میرود.افزای ش انعطاف پذیري فیلم همراه با افزایش نفوذپذیري فیلم میباشد که به نوع پلاستی سایزر بستگی دارد. فیلمهاي پروتیئنهاي آب پنیر پلاستی سایز شد ه شفاف، شیرین و انعطاف پذیر میباشد و سدي در برابر انتقال اکسیژن، آروما و روغن می باشند. این فیلمها به دلیل خاصیت هیدروفیلیک در برابر رط وبت داراي خاصیت ممانعتکنندگی ضعیفی میباشند. ح ضور مواد لیپیدي خاصیت ممانعت کنندگی در برابر رطوبت را با افزایش هی دروفوبیکی بهبود میدهد. لیپیدهاي که به فیلمهاي پروتئین آب پنیر اضافه میشود شامل مونو گلیسرید هاي استیله شده، واکسها، الکلهاي چرب و اس یدهاي چرب میباشند.
از ویژگیهاي ممانعتکنندگی که معمولاً جهت تعیین توانایی فیلمهاي خوراک ی براي حفاظت مواد غذایی از محیط و ترکیبات مطالعه شدهاند شامل نفوذپذیري فیلم در برابر بخارآب واکسیژن میباشد. نفوذپذیري به ترکیبات آروما و روغن اهیت مشابهاي را دارا می باشند اما به میزان کمتري مورد توجه میباشند. یانگ مدولس، قدرت کش ش و طویل شدن براي ارزیابی ویژگیهاي مکانیکی فیلمهاي خوراکی و پوشش هاي که براي حفاظت غذا به کار میروند، کاربرد دارد. ویژگیهاي مکانیکی و ممانعت کنندگی تحت تأثیر ترکیب فیلم، شرایط تست، دماي ویژه و رطوب ت نسبی میباشند.
فاکتورهاي تاثیرگذار بر ویژگیهاي فیلم
پلا ستیسایزر و رطوبت نسبی پلا ستیسایزر و رطوبت نسبی اثرات معن یداري بر ویژگیهاي نفوذپذیري و مکانیکی فیلمهاي ایزوله پروتئین آب پنیر دارد. پاستیسایزرها باندهاي هیدروژنی داخلی در فیلم را کاهش میدهند، بنابراین انعطافپذیري و نفوذپذیري فیلم را افزایش میدهد. نوع پلاستیسایزر و میزان آن، بر عملکرد ممانعت کنندگی و انعط اف پذیري فیلم اثر میگذارند.
تاثیر دما
ویژگیهاي نفوذپذیري فیلمهاي خوراکی وابسته به دما میبا شد و از معادله آرین وس پیروي میکند Maté and Krochta - 1996 - تاثیر دما روي نفوذپذیري روغن براي برا ي ایزوله پروتئین آب پنیر و فیلمهاي -β لاکتوگلوبولین به صورت لگاریتمی میباشد. مدل آرینوس براي نفوذپذ یري روغن در فیل مهاي خوراکی بر پایه پروتئین و سنتز ي کاربرد دارد.
تاثیر خشک کردن
کنترل رفتار خشک کردن جهت کاربرد پوششهاي خوراکی بر غذا اهمیت دارد. تاثیر شرایط خشک کردن بر نفوذپذیري به بخارآب و ویژگیهاي مکانیکی فیلمهاي ایزوله پروتئین آب پنی ر توسط Alcantara و همکاران در سال 1998بررسی شد. سرعت خشک کردن بالاتر به طور معنیداري بر ضخامت فیلم، ویژگیهاي کششی و نفوذپ ذیري به بخارآب اثر میگذارد. خشک ک ردن با سرعت بیشتر منجر به فیلمهاي میشود که سنگی ن و انعطاف
