۴) تعیین ویژگی های تکنولوژیکی ( مثل پخش پذیری و قاشق برداری) مواد غذایی
از روی شیب نمودار G’ و G'’ بعد از اینکه از محدوده ی LVE انحراف می یابند، می توان به ویژگی های تکنولوژیکی مواد پی برد. به عنوان مثال وقتی نمودار G’ و G'’بعد از حد نهایی محدوده ی خطی به طور ناگهانی افت پیدا کند و مقادیر G’ به سرعت کاهش پیدا کند ماده رفتار ترد (Brittle) از خود نشان می دهد. یعنی به آسانی بریده نمی شود و به صورت هموژن پخش می شود. اما هنگامی که نمودارهای G’ و G'’ به طور ثابت و ملایم افت کنند، تغییر شکل و پخش پذیری تضمین می شود. در این صورت ماده می تواند آسانتر به قطعات کوچکتر تقسیم شود و بنابراین قابلیت قاشق برداری بهتری خواهد داشت (۲۲).

آزمون روبش فرکانس
آزمون روبش فرکانس رایج ترین آزمون نوسانی است که در آن دامنه ی نوسان تنش یا کرنش ورودی ثابت نگه داشته می شود، در حال که فرکانس افزایش داده می شود. منحنی ها بر حسب فرکانس (با واحد هرتز) یا فرکانس زاویه ای (با واحد رادیان بر ثانیه) رسم می شوند. این نمودار معمولا با عنوان ” طیف مکانیکی (Mechanical spectra) شناخته می شود. الگوهای متداول نمودارهای G’ و G'’بدست آمده از آزمایشات روبش فرکانس را می توان به ۳ دسته تقسیم بندی کرد (۲۲).
۱-در یک محلول رقیق از ماکرومولکول ها در تمامی فرکانس ها، مدول افت از مدول ذخیره بالاتر است. اگرچه با افزایش فرکانس، G’ و G'’ به هم نزدیک تر می شوند. بنابراین در محلول های رقیق توابع ویسکوالاستیک به شدت وابسته به فرکانس هستند و با افزایش فرکانس مقادیر آنها افزایش می یابد.
۲-با افزایش غلظت، بر هم کنش بین مولکول ها شدیدتر می شود که در این صورت یک شبکه در هم تنیده یا محلول نیمه رقیق نامیده می شوند. در یک شبکه در هم تنیده در اواسط محدوده ی فرکانس منحنی G’ و G'’ یکدیگر را قطع می کنند (G’ = ( G’. نقطه ی تقاطع متمایز کننده خصوصیات می باشد. یعنی ماده در فرکانس های زیر تقطه ی تقاطع شبه مایع است (G'’> G’) اما در فرکانس های بالاتر از نقطه ی تقاطع شبه جامد می باشد (G’> G'’). بنابراین فرکانس در نقطه ی تقاطع به فرکانس رهایش (Frequency relaxation) اشاره دارد.
۳- هنگام تشکیل ژل G’ بر G'’غلبه می یابد و هر دو نسبتا مستقل از فرکانس می شوند که اگر اتصالات عرضی به مقدار کافی بین مولکول های ایجاد شود و یک شبکه سه بعدی تشکیل دهد مدول ها بطور کامل مستقل از فرکانس خواهند شد. می توان درجه ی وابستگی مدول ها به فرکانس را به وسیله ی مدل پاورلا نشان داد (۲, ۸۸).
(۱۰) G’
G’ مدول ذخیره، ω فرکانس نوسان و a ) قدرت ساختار) ثابت می باشد. ثابت b شیب نمودار لگاریتمی G’ در برابر فرکانس است. بنابراین اگر b نزدیک صفر باشد نشان دهنده ی این است که G’ با افزایش فرکانس تغییر نمی کند. اگر b تقریبا برابر یک باشد سیستم به صورت یک ژل ویسکوز عمل می کند. مقدار b کم مشخصه ی ژل های الاستیک است. به طور کلی b نشان دهنده ی نوع ساختار ژل می باشد و ضریبa معیاری از قدرت ساختار بوده و می تواند جهت مقایسه ی ژل های مختلف بکار رود.
به طور کلی فاکتورهای زیر بر رئولوژی امولسیون ها تاثیر گذارند:
۱-جزء حجمی : با افزایش میزان جزء حجمی امولسیون گرانروی فاز پیوسته افزایش می یابد اما با افزایش هر چه بیشتر جزء حجمی قطرات به صورت کاملا فشرده در کنار هم قرار می گیرند و امولسیون ویژگی شبه ژل نشان می دهد.
۲- رئولوژی فازهای تشکیل دهنده ی امولسیون : ویسکوزیته امولسیون ها بطور مستقیم تحت تاثیر ویسکوزیته ی فاز پیوسته قرار می گیرد. حضور ترکیبات سفت کننده (Thickening agent) در فاز پیوسته امولسیون های روغن در آب و حضور شبکه های کریستال چربی در فاز روغنی امولسیون های آب در روغن به طور گسترده بر ویژگی های کلی امولسیون تاثیر می گذارد.
۳-میانکنش های کلوئیدی، ۴- بار ذرات و ۵- توزیع اندازه ذرات (۱).تکنیک های تفرق نور به عنوان روشی برای اندازه گیری ذرات ریز اطلاعات زیادی در مورد سیستم ذرات و مولکول ها فراهم می کند. سازوکار اندازه گیری بدین صورت است اگر اشعه نوری بر نمونه تابیده شود، در همه جهات پراکنده خواهد شد. شدت نور پراکنش شده و زاویه تفرق به وسیله محاسبات پیچیده و تئوری های خاصی (فرانهوفر) قابل اندازه گیری است و به اندازه ذرات بستگی دارد. از آنجا که اشعه نور بر تعداد زیاد ذرات در عین واحد تابیده می شود، دستگاه توزیعی از اندازه ذرات را می دهد که به آن (PSD) گفته می شود. و تعداد دقیق ذرات را مشخص نمی کند.
۲-۸- جمع بندی
در بسیاری از سامانه های غذایی پروتئین ها و پلی ساکارید ها به صورت توام وجود دارند و میان کنش این دو دسته بیو پلیمر در مواد غذایی یکی از مهمترین عوامل تاثیر گذار بر خصوصیاتی مثل پایداری ساختار، خواص ویسکوالاستیک، بافت و احساس دهانی به شمار می رود. امروزه مشخص شده است که بسیاری از خصوصیات عملکردی پروتئین ها مثل جذب آب، ویژگی های ساختاری و خصوصیات سطحی را می توان توسط پلی ساکاریدها به طور کلی بهبود بخشید. میانکنش بین پروتئین و پلی ساکارید ها متاثر از عوامل درونی سیستم (pH ، قدرت یونی، نسبت پروتئین به پلی ساکارید و موارد دیگر) و نیز عوامل فرایند ( حرارت، زمان، فشار، نرخ برش و غیره ) می باشد. به طور کلی کمپلکس های پروتئین و پلی ساکارید در pH بینpka پلی ساکارید و pH ایزوالکتریک پروتئین تشکیل می شود.
بسیاری از ترکیبات زیست فعال از جمله ویتامین ها، آنتی اکسیدان ها، ترکیبات ضد میکروبی، نگه دارنده ها و نیز عوامل تشکیل دهنده عطر و طعم که به منظور غنی سازی و یا بهبود ویژگی محصول بکار می روند ماهیت هیدروفوب داشته و محلول در چربی هستند. پایدارسازی این مواد در نوشیدنی های با بنیان آبی موضوع مطالعاتی متعدد قرار گرفته است. از سوی دیگر، تحقیقات متعددی در راستای ارزیابی و مقایسه قابلیت روش های آزمایشگاهی برای پایش و پیش بینی پایداری امولسیون ها در حال انجام است. همچنین پیشنهاد گردیده است که برای یافتن سازوکارهای پایدارسازی امولسیون ها بهتر است یک رویکرد چند-روشی استفاده شود.
بنابراین به طور کلی می توان گفت پایدارسازی امولسیون های روغن در آب با مقاصد مختلف انجام شده است. در این راه از تکنیک ها و سیستم های متفاوتی استفاده شده است. استفاده از پروتئین ها و پلی ساکارید ها به صورت تکی و توام در پایدارسازی امولسیون ها موضوع مطالعات متعدد بوده است. بررسی ویژگی اندازه ذرات تولید شده و نیز ویژگی های فیزیکی و فیزیکوشیمیایی امولسیون تولید شده در ارتباط با پایداری از اهمیت خاصی برخوردار بوده است. با این وجود تحقیقات در خصوص پایدار سازی امولسیون ها در نوشیدنی های اسیدی با بنیان آبی بسیار اندک و محدود بوده است، هدف اول این مطالعه ، انجام یک پژوهش تجربی جهت بررسی پایدارسازی امولسیون روغن در آب با بهره گرفتن از صمغ کتیرای بدست آمده از دو گونه گون ایرانیA.gossypinus , (نسبت جزء محلول به نامحلول:۵۱/۰)، A.floccosus(نسبت جزء محلول به نامحلول :۵۱/۳) و دو جزء تشکیل دهنده صمغ کتیرا می باشد. هم چنین به منظور تعیین سازوکار های پایدارسازی و دو فاز شدن، بررسی ویژگی های رئولوژیک، شاخص های توصیف کننده اندازه ذرات ، اندازه گیری کشش بین سطحی تعیین گردید. همچنین با توجه به مطالعات پیشین تاثیر افزودن توام سدیم کازئینات-کتیرا و pH بر برخواص فیزیکوشیمیایی و پایداری امولسیون های روغن در آب نیز به عنوان هدف دوم این مطالعه مورد بررسی قرار گرفت.
فصل سوم
مواد و روش ها
۳- مواد و روش ها
۳-۱- روش کلی پژوهش و محل انجام آن
پژوهش حاضر به روش تجربی و بر مبنای مشاهده انجام گرفته است. آزمایش ها در آزمایشگاه تحصیلات تکمیلی گروه علوم و صنایع غذایی، واقع در ساختمان شماره ۲ دانشکده تغذیه و علوم صنایع غذایی شهید بهشتی و نیز آزمایشگاه شیمی مواد غذایی گروه تحقیقات صنایع غذایی انستیتو تحقیقات تغذیه و صنایع غذایی کشور انجام شد. همچنین اندازه گیری کشش سطحی و بین سطحی از نمونه ها در دانشگاه تهران، مرکز تحقیقات بیوفیزیک و بیوشیمی، انجام گرفت.
۳-۲- مواد
نمونه های کتیرا، تراویده از گون گونه های آستراگالوس فلوکوسوس و آستراگالوس گوسیپینوس به کمک کارشناسان اداره کل منابع طبیعی به ترتیب از استان های سمنان و اصفهان جمع آوری شدند. پودر سدیم کازیئنات (فرانسه، Sigma Aldrich) مورد استفاده قرار گرفت. سدیم آزید از شرکت مرک (آلمان، Merck) به دلیل خاصیت ضد میکروبی و نگهدارندگی آن به نمونه های دیسپرسیون اضافه گردید. از مواد شیمیایی دیگر اسید کلریدریک، سدیم هیدرواکسید از شرکت مرک (آلمان، Merck) تهیه شدند. روغن آفتاب گردان به صورت تجاری از یک بهر و از سوپر مارکت خریداری شد.
۳-۳- مراحل انجام پژوهش و روش های آزمون
۳-۳- ۱- تهیه پودر کل صمغ کتیرا ( تراگاکانت)
دو گونه صمغ کتیرای ایرانی از شش گونه مختلف با کمک کارشناسان منابع طبیعی از استان های مختلف در ماه های تیر و مرداد سال ۹۰ تهیه گردید. شناسایی تاکسونومیک این گونه ها توسط کارشناس سازمان جنگل ها و مراتع ایران انجام گرفت. نمونه ها با بهره گرفتن از آسیاب خانگی (فرانسه،(Molinex-optiblened2000,AW5 پودر شدند و سپس با به کارگیری الک های با مش های مختلف، پودرهای بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ میکرون به دست آمد و در ظرف درپوش دار نگهداری شد.
نام گونه و محل جمع آوری دو گونه به شرح زیر است:
اصفهان (چادگان) (AG) Astragalus gossypinus
سمنان (شاهرود) (AF) Astragalus fluccosus
۳-۳-۲- جداسازی جزء محلول و نا محلول صمغ کتیرا (تراگاکانتین و باسورین)
با بهره گرفتن از حل کردن ۱ گرم پودر کل صمغ در ۹۹ گرم آب دیونیزه با به کارگیری همزن مگنت دار با حسگر دمایی (آلمان IKA RH) به مدت ۲ ساعت، در دمای ۳۵ درجه سانتی گراد پراکنش ۱ درصد وزنی/وزنی تهیه شد; سپس جهت آبگیری کامل پلیمر، در دمای یخچالی به مدت ۱۸ ساعت نگهداری شد. به منظور جداسازی دو جزء، پراکنش حاصل در g 10000 به مدت ۱ ساعت، در دمای ۴ درجه سانتی گراد سانتریفوژ شد، فاز رویی و زیری هرکدام به صورت جداگانه منجمد و سپس با بهره گرفتن از دستگاه خشک کن انجمادی (آلمانChrist-GAMMA ) خشک شدند. سرانجام نمونه های حاصل در دسیکاتور برای آزمون های بعدی نگهداری شد. در این مطالعه جزء محلول و نامحلول بدست آمده از صمغ کتیرا گونه اصفهان به ترتیب AGT و AGB نامیده شده اند.
۳-۳-۳- آماده سازی محلول اولیه ی سدیم کازیئنات، تراگاکانت، تراگاکانتین و باسورین
محلول های مورد استفاده از حل کردن مقادیر مشخصی پودر سدیم کازیئنات، تراگاکانت ( تراویده از گون گونه آستراگالوس گوسیپینوس و فلوکوسوس)، تراگاکانتین و باسورین (حاصل از صمغ کتیرا گونه آستراگالوس گوسیپینوس) در آب دیونیزه تحت همزدن آرام در دمای محیط به مدت ۲ ساعت، تهیه شد. سپس برای اطمینان از آبگیری کامل پلیمرها، به مدت ۱۸ ساعت در یخچال نگهداری شدند. شایان ذکر است جهت جلوگیری از رشد میکروبی به میزان ۰۲/۰ درصد وزنی/وزنی سدیم آزید به نمونه ها اضافه گردید. سپس غلظت های مختلف پراکنش ها در نتیجه رقیق سازی از نمونه ی دیسپرسیون اولیه ۵/۰ % بدست خواهد آمد .
۳-۳-۴- آماده سازی امولسیون های روغن در آب
امولسیون روغن در آب ۱۰%وزنی/وزنی، به صورت ۱۰ گرم فاز روغنی در ۹۰ گرم پراکنش کتیرا با همگن ساز آزمایشگاهی اولتراتورکس IKA T25 Digital, Hamburg)) ساخت کشور آلمان با دور ۱۳۵۰۰(دور بر دقیقه) به مدت ۱۵ دقیقه مخلوط ودر طی آماده سازی به منظور جلوگیری از افزایش دما، ظرف تهیه امولسیون با یخ پوشانده شد. برای تنظیم pH از رقت های مختلفی از Hcl و NaOH استفاده شد. در این مطالعه نسبت های مختلف از پروتئین به پلی ساکارید (۱/۱،۱/۲،۱/۳ و ۱/۵) با غلظت کل دو بیو پلیمر ۹/۰% وزنی استفاده شد. بدین منظور ابتدا از پراکنش سدیم کازئینات (pH 7) با روغن امولسیون اولیه (توراکس دور ۱۳۵۰۰ به مدت ۱۰ دقیقه) تشکیل شد سپس دیسپرسیون کتیرا (pH 7) به آن اضافه و با اولتراتوراکس دور ۱۳۵۰۰ به مدت ۵ دقیقه مخلوط شده و امولسیون نهایی تشکیل شد. در نهایت pH امولسیون با رقت های مختلفی از Hcl و NaOH تنظیم گردید.
۳-۳-۵- نقشه و طرح
این تحقیق شامل دو بخش مطالعاتی می باشد :
بخش اول : پایدارسازی امولسیون های روغن در آب ۱۰ % وزنی با بهره گرفتن از دو گونه متفاوت صمغ کتیرا (گونه شاهرود و اصفهان). بدین منظور دو گونه صمغ کتیرا در هفت غلظت متفاوت (۵/۰، ۴۵/۰، ۴/۰، ۳۵/۰، ۳/۰، ۲/۰ و ۱/۰ % وزنی) جهت پایدارسازی سیستم مورد بررسی قرار گرفتند. میزان جدایش فازی در امولسیون های مذکور با ۳ تکرار و در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد در طول ۳۵ روز و به مدت زمانی هر هفته پایش شدند. نمودار میله ای تاثیر غلظت و زمان بر اندیس پایداری برای تمامی تیمار ها رسم گردید. برای بررسی معنی داری اثر فاکتورها از آزمون واریانس یکطرفه با بهره گرفتن از Spss₁₆ استفاده شد و از تست دانکن در سطح احتمال ۰۵/۰ برای تجزیه و تحلیل میانگین ها استفاده شد. بعد از یافتن گونه و غلظت های مناسب جهت پایدار سازی، برای بررسی علت و سازوکار پایدارسازی امولسیون ها، تیمارهایی با جزء محلول و نامحلول گونه صمغ مورد نظر تهیه شد و مورد آزمون قرار گرفت.
بخش دوم: پایدارسازی امولسیون های روغن در آب ۱۰% وزنی با بهره گرفتن از سدیم کازئینات و صمغ کتیرا. بدین منظور غلظت کل دو بیو پلیمر ثابت و ۹/۰% وزنی در نظر گرفته شد و نسبت های متفاوت از سدیم کازئینات به کتیرا (۱/۱، ۱/۲، ۱/۳، ۱/۵ و ۱/۹) در۷ pH تهیه شدند. میزان جدایش فازی در امولسیون های مذکور با ۳ تکرار و در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد در طول ۳۵ روز و به مدت زمانی هر هفته پایش شدند. نمودار میله ای تاثیر غلظت و زمان بر اندیس پایداری برای تمامی تیمار ها رسم گردید. برای بررسی معنی داری اثر فاکتور ها از آزمون واریانس یکطرفه با بهره گرفتن از Spss₁₆ صورت گرفت و از تست دانکن در سطح احتمال ۰۵/۰ برای تجزیه و تحلیل میانگین ها استفاده شد. بعد از یافتن نسبت مناسب پروتئین به پلی ساکارید، تاثیر pH (7، ۶، ۵، ۵/۴ و ۸/۳) برای پایداری امولسیون های حاوی پروتئین و پلی ساکارید مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت نسبت سدیم کازئینات و pH بهینه برای پایدارسازی امولسیون ها تعیین گردید.
۳-۳-۶- فاکتورهای مورد اندازه گیری و روش های اندازه گیری
۳-۳-۶-۱- اندازه گیری شاخص پایداری امولسیون (ESI) (Emulsion stability index)
بلافاصله پس از تهیه امولسیون، نمونه هایی به حجم ۱۵ میلی لیتر درون لوله آزمایش درپیچ دار ریخته شد و حساسیت آنها به جدایش گرانشی به وسیله اندازه گیری میزان لایه خامه ای شده یا ته نشین شده در طول ۳۵ روز نگهداری در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد تعیین گردید . اندازه گیری ارتفاع لایه خامه شده () یا ته نشین شده () در روز های ۰، ۷، ۱۴، ۲۱ و۲۸و ۳۵ انجام شد. اندیس پایداری (Stability index) با بهره گرفتن از رابطه زیر محاسبه گردید :
(۱)
ارتفاع لایه سرمی ،
ارتفاع کل امولسیو ،
ارتفاع لایه خامه ای،