بخشی از مقاله
چکیده:
هدف- هدف از این تحقیق اصلاح فیزیکی نشاسته گندم از طریق تیمار حرارتی-رطوبتی و تعیین برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن در دو مرحله زیر بود. الف- تولید وبررسی خصوصیات فیزیکی وشیمیایی نشاسته گندم اصلاح شده به روش4 HMT ؛ ب- مقایسه خصوصیات نشاسته های گندمHMT ونشاسته گندم طبیعی. مواد و روش ها-نشاسته گندم درجه یک، هگزان، اسید کلریدریک، هیدروکسید سدیم، سولفات مس، سلنیم، اسید سولفوریک غلیظ، اسید بوریک، متیل رد، کلرید سدیم ,اتانول. بحث و نتیجه گیری- جهت بهبود کیفیت نشاسته و افزایش کارایی آن با توجه به نیاز می توان تغییرات خاصی در ساختار فیزیکی و مولکولی آن بوجود آورده که می تواند تاثیرات مفیدی بر خواص کاربردی و عملکردی نشاسته داشته باشند.
دراین تحقیق بر روی نشاسته های گندم عملیات اصلاح کردن فیزیکی به روش تیمار حرارتی- رطوبتی انجام شد و بررسی تغییرات بوجود آمده در نشاسته ها مورد ارزیابی قرار گرفت. بطور کلی نتایج حاصل از این تحقیق بطورخلاصه عبارتند از: اصلاح فیزیکی نشاسته گندم با موفقیت و بهبود قابل توجه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نشاسته ها به میزان قابل توجه. بررسی تصاویر میکروسکپ الکترونی نشان داد که در اثر اصلاح تغییراتی در سطح گرانول های نشاسته گندم بوجود آورد، اما در شکل و سایز گرانول ها تغییر چندانی نشان ندادوساختار اصلی گرانولهایA وB حفظ می شود.
در نوع الگوی پراش اشعه ایکس در اثر تیمار حرارتی- رطوبتی تغییری مشاهده نشد، اما درصد کریستالیزاسیون به مقدار کمی افزایش یافت. درصد جذب آب نشاسته HMT در مقایسه با نشاسته طبیعی اختلاف معنی داری در سطح 0/05 درصد نشان نمی دهد، به عبارت دیگر تغییرات اتفاق افتاده در ساخت مولکولی نشاسته های اصلاح شده تأثیری بر برهم کنش نشاسته با آب نداشته است ولی حلالیت نشاسته اصلاح شده نسبت به نشاسته طبیعی افزایش یافت البته با افزایش مدت زمان حرارت دهی از، حلالیت نشاسته اصلاح شده درمقایسه با هم کاهش یافت.
واژه های کلیدی: نشاسته گندم، اصلاح فیزیکی، تیمار حرارتی- رطوبتی، خواص شیمیایی، روش HMT
مقدمه
به منظور بهبود خواص عملکردی نشاسته می توان ساختار آن را به طرق مختلف تغییر داد. چنین نشاسته ای را نشاسته اصلاح شده می نامند. در برخی منابع علمی فارسی نشاسته اصلاح شده تحت عنوان نشاسته تعدیل شده یا نشاسته تغییر یافته ترجمه شده اند ایجاد تغییر در ساختار نشاسته یا به عبارتی تولید نشاسته اصلاح شده با کمک روش های شیمیایی ، فیزیکی ، آنزیمی ، ژنتیکی و یا ترکیبی از این روش ها امکان پذیر است. اصلاح کردن نشاسته می تواند باعث افزایش کاربرد آن در صنایع غذا، کاغذ و نساجی شود، اصلاح نشاسته به کمک روش های فیزیکی می تواند از این نظر که از هیچ گونه مواد شیمیایی استفاده نمی شود
برتری داشته باشد وامروزه به آن توجه بیشتری می شود. یک اصلاح فیزیکی نشاسته ها - تیمار حرارتی - رطوبتی - HMT است نشاسته های HMT به راحتی می توانند در محصولات غذایی گوناگون استفاده شوند. در این فرآیند که به آن فرایند حرارتی - رطوبتی نیز گفته می شود ، نشاسته در دمایی بالاتر ازدمای ژلاتینه شدن 130 oC - - 70 حرارت داده می شود. اما به علت استفاده از رطوبت کم - 35 - 15 از ژلاتینه شدن نشاسته جلوگیری می شود. هوور و همکارانش درسال 2010 بر روی نشاسته های HMT ذرت و سیب زمینی مطالعاتی داشتند. زاوارس و همکارانش در سال2011 بر روی برنج تیمار حرارتی - رطوبتی انجام دادند. سینق و همکارانش در سال2011 بر روی تأثیر تیمار حرارتی - رطوبتی در نشاسته سورگوم مطالعاتی داشت. لی و همکارانش در سال2011 بر روی بر روی تأثیر تیمار حرارتی - رطوبتی در نشاسته لوبیای mung مطالعاتی داشتند.
مواد و وسایل مورد استفاده
نشاسته گندم درجه یک از کارخانه نشاسته گلوکوزان اصفهان خریداری شد. هگزان، اسید کلریدریک، هیدروکسید سدیم، سولفات مس، سلنیم، اسید سولفوریک غلیظ، اسید بوریک، متیل رد، کلرید سدیم ,اتانول - آون معمولی - ترازوی دقیق با دقت 0/001 گرم-الک های با قطره 250 و 150 میکرون - دستگاه بافت سنج -دستگاه سانتریفیوژ با سرعت بالا -یخچال با دمای 4 درجه سانتی گراد-دستگاه پراش سنج اشعه ایکس -نرم افزار - EVA9. 0 میکروسکوپ الکترونی -دستگاه حرارت سنج افتراقی روش تیمار حرارتی رطوبتی نشاسته برای اعمال تیمار حرارتی-رطوبتی نشاسته از روش Singh وهمکاران - - 2011 استفاده شد به این منظور ابتدا رطوبت نشاسته به %25 رسانده شدبعد از این مرحله نشاسته به درون شیشه های دربسته - درب با واشر پلاستیکی - انتقال داده و به منظور تثبیت رطوبت در دمای محیط آزمایشگاهی 20 - تا 25 درجه سانتیگراد - به مدت یک شب نگهداری شد.
در مرحله بعدی شیشه های حاوی نشاسته با رطوبت %25 به درون انکوباتور با درجه حرارت 105oC انتقال داده و در سه مدت زمان 14، 16، و 18 ساعت حرارت داده شد، سپس درب شیشه ها را باز کرده و به دسیکاتور انتقال داده و بعد از سرد شدن در درون یک آون با دمای 55 oC 50 به مدت 24 ساعت خشک گردیدند تا رطوبت آن به %12 - - %10برسد سپس نشاسته HMT بدست آمده آسیاب گردیده والک کرده تا اندازه ذرات آن در محدوده 250 150 میکرون باشد و در نهایت سه نوع نشاسته با شماره حرارتی رطوبتی 14 - HMT1 ساعت - و 16 - NMT2 ساعت - و 18 - HMT3 ساعت - بدست آمده جهت آزمایشات بعدی مورد استفاده قرار گرفت.
آنالیز آماری داده ها
تجزیه و تحلیل آماری داده ها در قسمت اندازه گیری و مقایسه خصوصیات نشاسته آرد و نان با استفاده از طرح کاملاً تصادفی انجام گرفت - با حداقل سه تکرار برای هر آزمایش وپنج تکرار برای آنالیز بافت - و مقایسه میانگین ها در هر سه قسمت پس از آنالیز واریانس توسط آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح احتمال - P<0/05 - انجام گرفت در تمام مراحل ، تجزیه و تحلیل آماری به منظور آنالیز داده ها از نرم افزار 6366ʼ16 استفاده گردید.
بررسی خصوصیات فیزیکوشیمیایی نشاسته طبیعی ونشاسته HMT -1خصوصیات مرفولوژی نشاسته
با استفاده از میکروسکوپ الکترونی - - SEM و مطابق با شکل-1 - الف - می توان اشکال گرانول های طبیعی نشاسته گندم را دید در این شکل گرانول های نوع - A گرانول های بزرگ - و نوع - B گرانول های کوچک - به خوبی قابل مشاهده می شوند. شکل های ب ، ج ، د به ترتیب گرانول های نشاسته مربوط به HMT1 و HMT2 و HMT3را نشان می دهند. چنانکه مشاهده می شود فرو رفتگی هایی بر سطح گرانول های نشاسته خصوصاً گرانول های نوع A مشاهده می شود که این امر می تواند به دلیل انجام فرایند فیزیکی حرارتی-رطوبتی و خشک کردن بر روی نشاسته ها باشد. با افزایش زمان فرآیند تغییرات مذکور بیشتر شده است که این امر با مقایسه اشکال» ب« و» د « قابل استناد می باشد. در مجموع در اثر فرایند حرارتی - رطوبتی ساختار اصلی گرانول های A و B حفظ می شود ولی تغییراتی بر سطح گرانول ها ایجاد می شود که با افزایش شدت فرایند این تغییرات افزایش می یابد. گرانول های مربوط به نشاسته طبیعی - الف - - - HMT1 ب - - - HMT2 ج - و - HMT3 د - با بزرگنمایی *. 1000 [ خط نشان داده شده بر روی شکل معادل 20می باشد.
-2حلالیت و جذب آب نشاسته
همانطور که در جدول - - 1خصوصیات نشاسته گندم ملاحظه می شود حلالیت نشاسته گندم که بر روی آن تیمار حرارتی - رطوبتی - - HMT انجام شده است نسبت به حلالیت نشاسته طبیعی در دمای 95 C افزایش یافته است. علت افزایش حلالیت احتمالا" به دلیل فرسایشی که بر روی سطح گرانول ها طی تیمار حرارتی - رطوبتی بوجود می آید باشد. افزایش حلالیت ممکن است به دلیل تضعیف ساختار گرانول ها و ایجاد خلل و فرج در سطح گرانول ها باشد که در اثر فرایند حرارتی - رطوبتی ایجاد شده است. ایجاد تغییرات سطحی در مورد گرانول های فرایند شده نشاسته در تصاویر میکروسکوپی الکترونی
* اعداد میانگین سه تکرار و به صورت میانگین انحراف معیار گزارش شده است.
* حروف کوچک متفاوت نشان دهنده اختلاف معنی دار - - P< 0/05 در هر ردیف می باشد.
طبق جدول - - 1 با افزایش مدت زمان حرارت دهی حلالیت نشاسته با تیمار حرارتی - رطوبتی کاهش یافته است بطوریکه حلالیت HMT3<HMT2<HMT1 و با افزایش مدت زمان حرارت دهی تغییرات آرایش داخلی ساختمان گرانول ها که به دلیل واکنش های داخل بین گروههای پایه ای نشاسته بوده و همچنین به دلیل تغییرآرایش وشکل گرفتن تعداد زیادی آمیلوپکتین های مارپیچ دو تایی درکناره زنجیره ها وشکل گیری کمپلکس های آمیلولیپیدکه در درون گرانول ایجاد شده، زیادتر شده و حلالیت کاهش پیدا کرده است.
به عبارتی کاهش حلالیت دراثرافزایش مدت زمان فرایند حرارتی-رطوبتی می تواند مربوط به افزایش برهمکنش ها میان زنجیره های نشاسته، تشکیل کریستالهای جدید و یا کریستالی شدن مجدد و نیز مرتب شدن مناطق کریستالی کوچک در داخل گرانول های نشاسته باشد. به علاوه تشکیل و افزایش مقدار کمپلکس آمیلوز-چربی نیز در طی این فرایند درکاهش حلالیت و قدرت جذب آب گرانولها موثرمی باشد. طبق جدول - 1 - درصد جذب آب نشاسته HMTدر مقایسه با نشاسته طبیعی اختلاف معنی داری در سطح 0/05 درصد نشان نمی دهد. به عبارت دیگر تغییرات اتفاق افتاده در ساخت مولکولی نشاسته های اصلاح شده تأثیری بر برهم کنش نشاسته با آب نداشته است.
-3 اندازه گیری خصوصیات حرارتی نشاسته گندم
تیمار حرارتی - رطوبتی بر روی نشاسته برمیزان و ساخت قسمت های بی شکل و مناطق کریستالی نشاسته موثر می باشد و این تغییرات به میزان درصد رطوبت و تیمار حرارتی - رطوبتی و همچنین منبع اولیه نشاسته بستگی دارد. مطابق با جدول - - 2 فرایند حرارتی رطوبتی باعث افزایش دمای شروع TO - - ، اوج - TP - و نهایی - TC - ژلاتینه شدن نشاسته گردید، محدوده دمای ژلاتینه شدن - - TC-TO در اثر این فرایند افزایش یافت. در حالی که انرژی لازم برای ژلاتینه شدن - - H با انجام فرایند حرارتی - رطوبتی و افزایش زمان آن ، کاهش نشان داد .
افزایش دمای ژلاتینه شدن در نشاسته HMT به دلیل کاهش تحرک پذیری زنجیره های بی شکل در گرانول نشاسته در اثر ایجاد پیوند های داخل مولکولی و همچنین تغییرات ساختمانی در گرانول های نشاسته که شامل واکنش های داخلی آمیلوز - آمیلوز و آمیلوز - لیپید همراه می باشد، است. در فرآیند HMTوقتیکه قسمت های بی شکل متورم می شود می تواند بر روی قسمت های کریستالی و زنجیره های پلیمر فشار وارد کرده و این فشار به زنجیره های پلیمری سطح کریستالی نشاسته منتقل می شود. از طرفی نیز با عملیات HMT واکنش های داخلی آمیلوز - آمیلوز و آمیلوز - لیپید حرکت قسمت های بی شکل را کاهش داده و در نتیجه نشاسته های HMT در درجه حرارت های بالاتر متورم شده و باعث افزایش TP , TC , TO می شوند.
