بخشی از مقاله
چکیده:
دمای انتقال شیشه ای - - Tg، دمایی است که یک ماده پلیمری از حالت شیشه ای وسخت به حالت انعطاف پذیر در می آید، در این شرایط تغییرات خاصی همانند: تغیییرحجم ناگهانی، افزایش تحرک مولکولی - - mobility، تغییر ناگهانی گرمای ویژه در ماده حاصل می شود که هر کدام از این تغییرات اساس روشهای سنجش Tg را تشکیل می دهند. از جمله این روشها می توان به Differential scanning calorimetry - DSC - ، Electron spin resonance - ESR - و Phase transition analyzer - PTA - اشاره نمود. پلیمرهای غذایی دارای نقاط Tg متفاوت می باشند.
لذا ترکیباتی که از اختلات چندین پلیمر ساخته می شوند دارای چندین نقطه Tg می باشند. از کاربردهای آن در صنایع غذایی می توان به تعیین خواص فیزیکی و شیمیایی - کلاپس ، استیکینس، کریسپینس - واکنش میلارد ، سرعت واکنشهای شیمیایی، واکنش پروتئینها با یکدیگر، کشف تقلبات در صنایع غذایی، تعیین دمای بهینه برای نگهداری مواد غذایی و تعیین خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی اشاره نمود.
مقدمه:
از کاربرد های Glass transition در صنایع غذایی می توان به تعیین خواص فیزیکی و شیمیایی - کلاپس، استیکینس، کریسپینس - واکنش میلارد، سرعت واکنشهای شیمیایی، واکنش پروتئینها با یکدیگر، کشف تقلبات در صنایع غذایی، تعیین دمای بهینه برای نگهداری مواد غذایی و تعیین خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی اشاره نمود.
می دانیم با افزایش میزان آب در ماده غذایی به علت نقش آن به عنوان یک پلاستی سایزر سبب کاهش دمای گلس ترانزیشن در مواد غذایی می شویم به طوری که با افزایش 7 تا 16 در صد افزایش در محتوای آب وی پروتئین سبب کاهش دمای Tg آن از 119 به 75 درجه می شویم که این اساسا به علت افزایش موبیلیتی مولکول پروتئینی است که به تبع آن سبب واکنش پروتئینها با یکدیگر شده و در نهایت سبب هیدرولیز آن می شویم.
سیستم های گلس سیستمهای پایداری اند اما پایداری آنها در بالای نقطه Tg به علت ورود به منطقه رابر به شدت کاهش میابد ودر زیر دمای Tg ما کاهش مولکولار دیفیوژن و کاهش رشد میکروبی، تغییرات فیزیکی وشیمیایی را داریم زیرا در زمانی که سیستم به حالت گلس می باشد موبیلیتی بسیار کم بوده و فقط به چرخش مولکولی محدود می شود.
کشف تقلبات در صنایع لبنی
تعیین آب افزوده به شیر از طریق دمای Tg و به کمک : DSC افزودن آب به شیر از 77/4 به 96/38 در هر 100 کیلوگرم شیر یک رابطه خطی - ضریب همبستگی - ./997 بین میزان آب و دمای Tg را نشان می دهد. با توجه به اینکه در حالت گلس موبیلیتی بسیار پایین می باشد و یکی از شرط های انجام واکنشهای میکروبی و شیمیایی توانایی انتقال مواد در حین این فرایندهاست، می توان از طریق نگهداری مود منجمد در دمای زیر Tg و نه صرفا-20 از سرعت این واکنشها کاست بی آنکه از دماهای بسیار پایین استفاده کنیم و با افزودن یک سری بیو پلیمر ها مانند صمغ عربی و کاراگینان می توان دمای Tg را نیز بالا برد.
این که مواد در چه حالتی هستند - در زیر Tg یا بالای آن - بر خصوصیات آنها بویژه سرعت واکنشهای شیمیایی، رشد میکروبی، مولکولار دیفیوژن، کریستالیزاسیون، موبیلیتی مولکولی، چسبندگی مولکولی، کیکینگ، کلاپس و بسیاری از موارد که در ماندگاری و کیفیت مواد غذایی موثر می باشد. باید توجه شود که در نواحی زیر Tg به علت کاهش شدید موبیلیتی اکثر واکنشها کند یا تا حد زیادی انجام نمی شوند و بعلاوه در این نواحی به علت ساختار فیزیکی خاص و مطلوب برخی موادغذایی مانند چیپس، نگهداری این مواد در شرایطی که ماده حالت گلس داشته باشد ضروری است تا حالت تردی خاص حاصل شود که در این مورد آب به عنوان پلاستی سایزر که سبب کاهش Tg به زیر دمای نگهداری می شود، نقش مهمی بر عهده دارد.
توجه شود که این ویژگی مخصوص مواد آمورف می باشد و اصولا این کاربرد در مورد این مواد بیان می شود. دو عامل مهم در این پدیده میزان آب و دما می باشد که نقش آب به عنوان پلاستی سایزر بوده و سبب کاهش نقطه Tg میگردد، اما aw به Tg وابسته نیست. تمام مواردی که بر موبیلیتی یک پلیمر اثر گذارند برنقطه Tg موثرند از جمله وزن مولکولی، شاخه جانبی پلیمر، پیوند کووالانسی یا غیر کووالانسی، درصد آمورف یا کریستالی پلیمر و حضور پلاستی سایزر که این مواد سبب کاهش Tg به میزان زیادی می شوند. Tg شیر خالص بدون هیچ گونه افزودنی در حدود -114 تا -118 می باشد - شکل - 1 که با میزان آبی در حدود89/2 کیلوگرم در 100 کیلوگرم شیر می باشد. دقت روش در حدی است که افزودن ./5 درصد آب و5 درصد محلول آب قند را می توان فهمید.
شکل:1 اندازه گیری دمای گلس ترانزیشن شیر
افزودن آب به شیر از 77/4 به 96/38 در هر 100 کیلوگرم شیر یک رابطه خطی - ضریب همبستگی - /997 بین میزان آب و دمای Tg دارد. ازای افزایش هر یک درصد آب به دمای گلس ترانزیشن 4/477 درجه افزوده می شود که این تغییرات وسیع در رنج دما نشان دهنده حساس بودن روش است که در جدول 1 مشاهده می گردد.
مزیت این روش بر روشهای متداول:
در یک روش آب افزوده به شیر را با متد چگلالی سنجی - specific gravity - اندازه می گیرند روش دیگر نقطه انجماد است که این روش را می توان با افزودن موادی همچون قندها، آمونیوم سولفات به اشتباه انداخت و تقلب را پوشاند از سوی دیگر افزودن قندها نیز سبب کاهش Tg می شود اما این میزان به اندازه آب نیست. با توجه به اینکه Tg گلوکز 31/5 و Tg سوکرز58/5 می باشد اما افزودن ساکارز بیشتر Tg را کاهش می دهد.شکل 2 شاهدی بر این واقعیت می باشد.
تعیین دمای بهینه برای نگهداری مواد غذایی
با توجه به اینکه در حالت گلس موبیلیتی بسیار پایین می باشد ویکی از شرط های انجام واکنشهای میکروبی و شیمیایی توانایی انتقال مواد در حین این فرایندهاست، می توان از طریق نگهداری مود منجمد در دمای زیر Tg ونه صرفا -20 از سرعت این واکنشها کاست بی آنکه از دماهای بسیار پایین استفاده کنیم در یک آزمایش که از گوشت استفاده شده است دیده می شود که دمای Tg آن در حدود-10 درجه سانتی گراد است:
به همین دلیل با انجام تستهای سه دمای -9 و-13 و-18 با یکدیگر مقایسه شد که از طریق اندازه گیری دو اندیس تیوباربیتوریک اسید TBA وTVB بود نتایج نشان داد که از لحاظ آماری در سطح احتمال /02 p اختلاف معنی داری بین دو دمای -13 و -18 نبود. البته با افزودن یک سری بیو پلیمرها مانند صمغ عربی و کاراگینان می توان دمای Tg را نیز بالا برد تا دمای نگهداری باز هم افزایش یابد و بتوان مواد را با کیفیت بهتر و پایداری یبشتر نگهداری نمود.
