بخشی از مقاله
مروری بر تولید ، ویژگیها و کاربردهای نشاسته های اصلاح شده در صنعت لبنیات
چکیده:
امروزه در صنعت لبنیات برای رسیدن به ویژگیهای مناسب با فتی از مواد افزودنی مختلف همچون استا بلیزر و امولسیفایر استفاده می شود . این مسئله علی رغم وجود روشهای نوین فرایندی نظیر : 1HPP, 2HPH, 3TG, 4USP از جایگاه ویژه ای بر خوردار است [7] ، که سهولت استفاده از آن و هزینه سرمایه گذاری ومصرف ا نرژی کمتر از جمله این موارد می باشد .در این بررسی سعی شده است ضمن معرفی نشاسته های اصلاح شده، مختصری درباره روشهای تولید ، ویزگیها وانواع آن توضیح داده شود ، سپس به بیان کاربردها و روشهای استفاده از آن در صنعت غذا و لبنیات پرداخته شود .
- 1 مقدمه :
یکی از پلیمرهای پلی ساکاریدی که واحد ساختمانی آن گلوکز می باشد ، نشاسته است .نشاسته چه در شکل معمول آن وچه بصورت اصلاح شده در صنعت غذا به عنوان یک منبع هیدرات کربن ، بسط دهنده ، کمک کننده فرایند ،غلظت دهنده ، قوام دهنده واصلاح کننده بافت استفاده می شود [13]. نشاسته های مختلف گرفته شده از منابع گیاهی دارای ویژگیهای مخصوص به خود بوده و از آنها می توان جهت بهبود بافت وایجاد خواص فیزیکو شیمیایی و رئولژیکی مدنظر استفاده نمود .
با توجه به آنکه نشاسته در دامنه محدودی از فرایندها می تواند استفاده شود ، اعمال فرایندهای خارج از آن منجر به از دست رفتن بعضی از خواص مطلوب آن در غذاها می گردد ، همچن ین به منظور بهبود خواص عملکردی آن، امروزه به روشهای گوناگون (شیمیایی ، فیزیکی ، آنزیمی ، ژنتیکی ویا ترکیبی ) ساختار آن را تغییر داده واز نشاسته تغییر یافته که به آن نشاسته اصلاح شده2 می گویند استفاده می شود . بر این اساس با توجه به ویزگیهای مواد اولیه ، مح صول ، فرایند تولید و نیز هدفی که در استفاده از نشاسته دنبال می کنیم می توا نیم نشاسته اصلاح شده مناسب را انتخاب نمائیم .
- 2 انواع نشاسته های اصلاح شده و روش تولید آنها:
-1-2 نشاسته وخصوصیات عملکردی آن
نشاسته مهمترین پلیمر ذخیره انرژی گیاهان محسوب می شود .محل ا نباشت نشاسته در اجسامی تقریبا کروی بنام گرانول در آمیلوپلاست گیاهان می باشد . شکل واندازه گرانول بر اساس نوع گیاه از یک تا حدود صد میکرون متفاوت بوده ، دارای اشکال کروی ، عدسی ، بیضی ، چند وجهی و بدون شکل می باشد .نشاسته ازدو نوع مولکول پلیمری دیگر بنام آمیلوز و آمیلو پکتین تشکیل شده است و این دو نوع مولکول متشکل از مونومرهای گلوکز می باشند . اگر چه ساختار کلی نشاسته حاصل از منابع مختلف یکسان می باشد ، تفاوتهای موجود ازلحاظ طول زنجیره آمیلوز وآمیلوپکتین ، وزن مولکولی آنها و وجود سایر ترکیبات
نظیر چر بی و پروتئین باعث ایجاد تفاوتهای مهمی در عملکرد وخواص نشاسته های حاصل از منابع آنها می گردد . به عنوان
مثال نشاسته سیب زمینی ژلی شفاف می دهد در حالیکه نشاسته ذرت ژل کدری ایجاد می کند .
آمیلوز یک پلیمر خطی ساخته شده از اتصالات (1-4) گلوکز با وزن مولکولی کم تر از 0.5 میلیون دالتون می باشد . آمیلو پکتین نیز عمدتا دارای همان ساختار است ، اگرچه وجود تعداد زیادی اتصالات شاخه ای (1-6) ساختار آنرا بسیار شاخه ای می کند و وزن مولکولی آن بین 50 تا 500 میلیون می باشد . آمیلوز ژل قوی تشکیل داده ودارای قدرت ایجاد فیلم بالایی میباشد در حالیکه آمیلوپکتین اینچنین نمی باشد . آمیلوز در حضور ید رنگ آبی وآمیلوپکتین رنگ قهوه ای می دهد . قسمت عمده نشاسته را آمیلوپکتین (حدود (%75تشکیل میدهد. [1]
خصوصیات عملکردی نشاسته :
-1-1-2 ژلاتینه شدن: 3 پدیده ای است که در اثر حرارت ح دود 60 الی 80 درجه سانتیگراد گرانولهای حاوی نشاسته از محیط آبی ، آب جذب نموده ومتورم می شود ،که با خشک کردن به حالت اولیه بر نمی گردد ، سپس در ادامه ، ساختار
کریستالی داخل گرانولها به تدریج ذوب شده ، مولکولهای کوچک نشاسته (عمدتآ آمیلوز ) از گرانولها بیرون آمده ، باعث
افزایش ویسکوزیته محلول می گردند .
-2-1-2 خمیری شدن : پدیده ای است که در اثر اعمال حرارت بالاتر از دمای ژلاتیناسیون در نشاسته موجود در محیط آبی ایجاد می شود .ویسکوزیته در ابتدا به حداکثر مقدار خود و در ادامه کاهش می یابد که به علت شکسته شدن گرا نولهای نشاسته در اثر افزایش جذب آب می باشد .
-3-1-2 ژله ای شدن : 4 پدیده ای است که در اثر سرد کردن نشاسته موجود در محیط آبی ایجاد می شود ، که در طی آن ویسکوزیته بعلت کاهش تحرک رشته های نشاسته ، ازدیاد اتصالات بین رشته ها و حبس آب در این ساختار افزایش می یابد . -4-1-2 بیاتی: 5 پدیده ای است که در اثر گذشت زمان با تغییر ساختار در ژل استحصالی از نشاسته ایجاد می شود .ادامه فرایند بیاتی منجر به تولید ژلی با ساختار کریستالی متفاوت از کریستال اولیه نشاسته می باشد . سرعت بیاتی آمیلوز به مراتب بیشتر از آمیلوپکتین می باشد و از اولین دقایق سرد شدن محلول نشاسته آغاز می شود در حالیکه بیاتی آمیلوپکتین چندین ساعت پس از آن است .
-5-1-2 برهمکنش6 نشاسته با سایر ترکیبات : خواص مختلف نشاسته همچون افزایش قوام وایجاد ژل در تقابل با سای ر اجزاء غذایی مانند چربیها ، قندها،پروتئینها، پلی ساکاریدها و ... می باشد بنابراین باید در هنگام استفاده از آن در صنعت غذا از یک طرف اطلاعات کاملی در خصوص ساختار ونیز خواص رئولوژیکی نوع معینی از نشاسته داشته باشیم و از طرف دیگر تاثیر سایر ترکیبات بر روی آنرا بشناسیم . به همین خاطر گاه در صنعت غذا برای رسیدن به یک خاصیت رئولوژیکی معین از ترکیب نشاسته با برخی هیدروکلوئیدها نظیر ژلاتین یا پکتین استفاده می شود [1].
* برهمکنش بین نشاسته و پروتئینهای شیر :
برهمکنش بین پروتئینها وپلی ساکاریدها نقش خیلی مهمی در ف رمولاسیون داردو همین مسئله یک نقش کلیدی در این زمینه بازی می کند. پلی ساکاریدها در صنایع لبنی عمومآبرای بهبود بافت وقوام محصول استفاده می شوند . یک مسئله مهمتر در طول فرایند در مورد چنین بیوپلیمر هایی در مخلو طهای لبنی که بررسی شده است پیشگویی عملکردشان به عنوان اجزاء
اساسی و بهینه کردن کیفیت بافت ، ساختار ، احساس دهانی ، زمان ماندگاری و عملکرد گوارشی می باشد . در واقع شواهد
فزاینده ای از چگونگی اثر ساختار ماتریکسهای لبنی در مواد غذایی دریافتی در دسترس می باشد . برای مثال یک کمپلکس می تواند بصورت انکپسوله و مولکولهای ناقل برای بهبود مزه یا بهبود عملکرد بیولوژیکی استعمال شود . [6] به نظر می رسد سیستمهای لبنی شامل مدلهای مختلف ساختار شیر ، پروتئینهای اختصاصی شیر واجزاء پروتئین شیر و غذاهای پایه لبنی مانند شیرهای بدون چربی اسیدی شده و پنیرهای پروسس باشد . در مدلهای تئوری رئولوژی پروتئین - نشاسته در شیر شناسایی شده است .فهم چگونگی رفتار نشاسته ها در مدل و سیستمهای کاربردی برای کارخانجات بزرگ لبنی فرصتی را برای پائین تر آوردن هزینه ها وتولید محصولات مختلف و جدید فراهم خواهد آورد . اما با وجود افزایش چشمگیردر تعداد تحقیقات منتشره در این حوزه ، مطالعات بیشتری در این ناحیه برای بهره برداری از پتانسیل واقعی بر همکنش بین پروتئین و نشاسته در شیر احتیاج است.
خواص رئولوژیکی دسپرسیونهای نشاسته بستگی به نسبت گرانولهای نشاسته متورم شده دارد . گزارش تآثیر افزایش کازئینات سدیم در رفتا ر نشاسته های گندم ، سیب زمینی و تاپیوکا نشان دهنده کاهش زیاد نسبت اشغال شده به وسیله گرانولهای متورم شده در الصاق و تراکم ماکرومولکولهای نشاسته حل شده در فاز پیوسته می باشد . نتیجه افزایش کازئینات سدیم ، کاهش تورم و شاخصهای حلالیت برای همه نشاسته ها ی سیب زمینی و تاپیوکا بود . همچنین در نشاسته تاپیوکا کاهش در
ویسکوزیته ظاهری وبرای دونشاسته گندم وسیب زمینی افزایش در ویسکوزیته مشاهده گردید . این نویسندگان حدس می زنند یافته هایشان بتواند توضیحاتی برای کاربرد ناسازگاری ترمودینامیکی بدهد [3].
-2-2 انواع نشاسته اصلاح شده :
با توجه به ساختار ساده نشاسته می توان به روشهای مختلف نسبت به ایجاد تغییراتی معین درآن برای رسیدن به خواص عملکردی جدید ویا بهبود وتقویت خواص آن استفاده نمود . چنین نشاسته ای را نشاسته اصلاح شده می نامند بنابراین می توان بسته به شرایط فیزیکوشیمیائی فرایند ویا ماده اولیه و محصول ، ساختار نشاسته را مقاوم و نیز با خواص رئولژیکی مشخص تغییر داده ، طرح ریزی کرد . ایجاد چنین تغییر در نشاسته به روشهای زیر امکان پذیر می باشد :
-1-2-2 روش شیمیائی
-1-1-2-2 نشاسته با اتصالات عرضی 7
-2-1-2-2 نشاسته جایگزین شده
8 -3-1-2-2 نشاسته معکوس
9 -2-2-2 روش آنزیمی
-3-2-2 روش فیزیکی
-1-3-2-2 نشاسته پیش ژلاتینه یا فوری
10 -2-3-2-2 نشاسته با فراوری حرارتی
-4-2-2 نشاسته اصلاح ژنتیکی شده
-5-2-2 نشاسته تولیدی با روشهای ترکیبی
- 3 نشاسته های مخصوص در صنعت لبنیات :
در صنعت لبنیات با عنایت به گستردگی محصولات گوناگون که هر یک ویزگیهای منحصر به فرد خود را دارد استفاده های مختلفی از نشاسته های اصلاح شده صورت می گیرد ، از جمله :افزایش ویسکوزیته و استحکام ژل و کاهش سینرزیس یا آب افتادگی در انواع ماست ، ایجاد بافت Creamy ، درخشان وجلوگیری از دوفاز شدگی در خامه استریل ،جایگزین چربی در محصولات کم چرب و تک فاز نمودن دوغ . به دلیل آنکه تمام هیدروکلوئیدها ( از جمله نشاسته ) بیشتر از یک خاصیت عملی دارند بهترین انتخاب برای کاربرد ویژه در مواد غذائی قطعآ فقط یک هیدروکلوئید نخواهد بود ، مهمترین مسئله نوع محصولی است که هیدروکلوئید در آن استفاده می شود .نوع محصول غذایی خواص کاربردی مورد نیاز هیدرو کلوئید را تعیین می کند
.مثلآ عامل ژله ای کننده در دسرهای ژله ای یا عامل تغلیظ کننده در ماست . در بسیاری از موارد بیش از یک خاصیت مورد نظر است و این مشکل بوجود می آید که آیا از یک هیدروکلوئید که هر دو خاصیت کاری را دارد استفاده کنیم ، که در این صورت معمولآهر دو خاصیت بصورت بهینه وجود ندارد یا ا ینکه از دو هیدروکلوئید که هر کدام از آنها یک خاصیت کاری را بصورت بهینه دارند استفاده کنیم . البته عوامل دیگری نیز همچون در دسترس بودن و قیمت در انتخاب یک هیدرو کلوئید دخیل می باشند [2]. نشاسته های غذایی در گستره وسیعی از تولیدات مختلف با کاربری های گوناگون شامل ویسکوزیته ، بافت ، دهان پرکنی و بهبود قوام در صنعت لبنیات استفاده می شوند . با توجه به طبیعت حساس پروتئینهای حاضر در شیر
