مواد غذایی، گیاه شناسی، رطوبت نسبی، بازدارندگی

دسامبر 29, 2018 0 By 92

ست ( مارایا و همکاران، 2009).
پلی ساکارید SSPS از خانواده پکتین مانند از بیوپلیمر اسیدی استخراج شده از محصول فرعی کربوهیدرات باقی مانده از تولید پروتئین سویا جدا شده، تولید میشود ( شوری36 و همکاران، 1985). SSPS میتواند فیلمهای زیست تجزیه پذیر با ظاهر خوب و خواص مکانیکی رضایت بخش تولید کنند ( سالار باش37 و همکاران، 2013). پلی ساکارید سویا، نرم و سفید رنگ بوده و دارای نشاسته یا قند نمیباشد. پلی ساکارید سویا، دارای %٧٥ فیبر رژیمی است و در آن، ترکیبات مهم مانند سلولز، همی سلولز، پکتین، صمغ و موسیلاژ وجود دارند (آرسکار و همکاران38، ٢۰١٢).
تلفیق نانو ذرات فلزی دی اکسید تیتانیوم در فیلم ترکیبی نشاسته کاساوا/SSPS، موجب ایجاد نوعی بسته بندی فعال میگردد. بسته بندی فعال نوعی بسته بندی است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگی اصلی بسته بندی های معمول (مانند خواص بازدارندگی در برابر گازها، بخارآب و تنش های مکانیکی)، با تغییر شرایط بسته بندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگیهای حسی ماده غذایی را بهبود میبخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی را حفظ میکند.

1-5- اهداف تحقیق
هدف اصلی از این پژوهش تهیه فیلمهای ترکیبی نشاسته کاساوا/ SSPS، غنی شده با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم می باشد. همچنین با توجه به نقصان در جذب عنصر روی مواد غذایی توسط بدن و عوارض ناشی از کمبود آن، این فیلمها میتواند تا حدی در جبران این مشکل مؤثر باشند. زیست تخریب پذیر بودن و شکل پذیری خوب نشاسته کاساوا و خواص مکانیکی خوب فیلمهای SSPS، موجب اهمیت کاربرد آن در تهیه فیلمهای خوراکی جهت بسته بندی مواد غذایی و داروها میباشد.

1-6- محدودیتهای تحقیق
در این پژوهش حداکثر غلظت ترکیب نانو به عنوان یک محدود کننده مطرح میگردد. بیشتر از 5% ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم میشد.

1-7- نمودار تحقیق
شکل 1-1 نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان میدهد.

شکل 1-1: نمودار فرآیند پژوهشی

فصل دوم: مروری بر پژوهشهای پیشین

2-1- معرفی نشاسته و نشاسته کاساوا
نشاسته نوعي پليساكاريد است كه در شرايط عادي در آب نامحلول است اما در آب داغ دانه هاي تشكيلدهنده آن تا 15 برابر وزن خود آب جذب كرده، متورم شده و سرانجام پاره يا متلاشي ميشود. در اين فرآيند تودهاي با ويسكوزيته بالا توليد ميشود كه آن را خمير نشاسته و اين پديده را ژلاتينهشدن نشاسته مي‌نامند. نشاسته از تركيب گلوكز با خارج شدن مولكول آب حاصل ميگردد و درواقع نوعی ماكرومولكول است كه طي مراحل رشد گياه گندم بصورت ذرات ريز يا گرانول در دانه ذخيره ميشود و ممكن است تا حدود 65 درصد وزن آن را تشكيل دهد.گرانولها از لحاظ شكل ممكن است به صورت هاي كروي يا بيضي باشند كه با ميكروسكوپ قابل بررسي هستند. گرانولهاي نشاسته از دو قسمت آميلوز كه خطي است، 23 تا 27 درصد وزن نشاسته را تشكيل ميدهد و مركب از حدود 5000 واحد گلوكز است و آميلو پكتين كه بصورت زنجير انشعابي به ميزان حدود 73 تا 77 درصد وزن نشاسته را تشكيل ميدهد و مركب از حدود يك ميليون واحد گلوكز است تشكيل شده، آميلوز به صورت خالص به مقدار كم در آب داغ حل ميشود و اگر محلول را در جاي آرام قرار دهيم دوباره رسوب ميكند، برعكس آميلوپكتين در آب داغ به آساني حل ميشود و اگر محلول را در جاي آرام قرار دهيم به صورت ژل درنيامده و رسوب نمي‌كند (پايان، 1380).
در گروه مواد تجدید شدنی بر پایه ی مواد پلیمری زیست تخریب پذیر، نشاسته یکی از قابل توجه ترین مواد بود به دلیل این که به آسانی در دسترس است و میتواند محصولات نهایی موثری ایجاد کند. نشاسته فرم اصلی کربوهیدرات در گیاهان است. نشاسته یک پلیمر نیمه بلورین تشکیل شده از یک مخلوطی از آمیلوز یک پلی ساکارید خطی وآمیلوپکتین یک پلی ساکارید منشعب میباشد. نسبت مقدار آمیلوز و آمیلوپکتین به منبع گیاهی بستگی دارد. در کاربرد های بسته بندی، مواد برپایه نشاسته ، به دلیل زیست تخریب پذیری، به طور گسترده در دسترس بودن و هزینه ی کم مورد توجه زیاد واقع شده اند( زپا39 و همکاران، 2008).
نشاسته در بین بیو پلیمرها مقاوم ترین فیلم را تولید میکند و خواص مکانیکی آن در مقایسه با سایر فیلمهای پلی ساکاریدی و هم چنین فیلمهای پروتئینی نسبتا بهتر میباشد. خواص مکانیکی فیلمهای نشاسته ای تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد به عنوان مثال نسبت آمیلوز به آمیلو پکتین در نشاسته نقش تعیین کنندهای در خواص مکانیکی فیلم دارد یکی از عوامل موثر در خواص مکانیکی فیلمهای نشاستهای سایر ترکیباتی است که در فرمولاسیون محلول تشکیل دهنده فیلم مورد استفاده قرار میگیرند و مهمترین عامل از این نظر میزان نرم کننده میباشد که استفاده بیش از حد از آن میتواند باعث تضعیف بیشتر خواص مکانیکی فیلم شده و کاربردهای فیلم نهایی را محدود سازد (امینی، 1391).
نشاسته فیلمهای شفاف، نیمه شفاف، بی طعم و بی مزه و بیرنگ تولید میکند ( میلارینن40،2002). نشاسته به دلیل فراوانی در طبیعت ( دومین بایو پلیمر فراوان در طبیعت است)، ارزان بودن و قابلیت ترمو پلاستیک شدن به عنوان ماده بسته بندی مورد توجه زیادی قرار دارد. هرچند نشاسته به تنهایی، دارای معایبی مانند آبدوستی بالا و ویژگی مکانیکی ضعیف (شکنندگی) میباشد ( قنبرزاده،2007؛ لی و همکاران41، 2009)
عموما پلاستی سایزرها برای فیلم های خوراکی بر پایه نشاسته برای غلبه بر شکنندگی فیلم مورد استفاده قرار میگیرند. معمولا پلاستی
سایزر هایی که برای فیلم های نشاسته ای استفاده میشود سوربیتول و گلیسرول است .یکی از معایب عمده فیلمهای نشاسته مقاومت پائین آنها به رطوبت است (مالی، 2005).
فیلم هایی که بر پایه نشاسته تهیه میگردند نسبت به رطوبت نسبی محیط پیرامون حساس میباشند؛ به همین دلیل رطوبت نسبی محیط باعث تغییر ویژگی های مکانیکی و مقاومت نسبت به نفوذ گاز ها میگردد ( شی42، 2007)
نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی دارد. به علاوه به دلیل قیمت مناسب و در دسترس بودن توجه زیادی به آن میشود ( بمیلر، 2009). یکی از معایب فیلمهای نشاسته، مقاومت پایین آنها به رطوبت است ( آهویناینن43، 2003). برای حل این مشکل میتوان از چربی ها یا پلیمر های زیست تخریب پذیر مقاوم به رطوبت استفاده کرد (کاتر44، 2006).

2-1-1- نشاسته کاساوا
کاساوا مانیهوت اسکولنتا Manihot esculenta، یوکا یا مانیوت هم نامیده میشود گیاهی است چوبی از تیره فرفیون (خانواده فرفیون) بومی آمریکای جنوبی است که به طور گسترده به عنوان یک محصول هر ساله در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری برای  ریشه غده ای نشاسته ای آن کشت شده است که عمده ترین منبع کربوهیدرات هستند. آرد تولید شده از ریشه تاپیوکا نامیده میشود. کاساوا سومین منبع بزرگ کربوهیدرتها برای غذای انسان در جهان است. و محصولی کم هزینه برای جمعیت ساکن در مناطق مرطوب استوایی میباشد. شواهد مستقیم نشان میدهد که 1400 سال پیش کشت  کاساوا در السالوادور صورت گرفته است. نشاسته کاساوا نشات گرفته از منبع متفاوتی نسبت به نشاستههای رایج مانند غلات (برنج، ذرت)، غده ای (سیب زمینی )، ریشهای (تاپیوکا ) و (نخود و لوبیا) است نام گذاری این گیاه تا حدی زیادی بستگی به منطقه ای که در آن رشد میکند دارد مانند ( آمریکای مرکزی (yucca anioca M یاMadioca در برزیل و Tapioca در هند و مالزی و در آفریقا و آسیای جنوبی Cassada یا Cassava) (محمدی و همکاران، 2011 ؛ ماریا و همکاران، 2009).

شکل 2-1: ریشه کاساوا

جدول 2- 1: گیاه شناسی گیاه کاساوا
طبقه بندی علمی
رده
دولپه ایها
راسته
مالپیگیالس
خانواده
تیره فرفیون
زیرخانواده
کروتنوییده
نژاد
مانیهوته
گونه
اسکولنتا
نام علمی
مانیهوت اسکولنتاکرانتز

2-1-1-1- مرفولوژی گیاه کاساوا
بوته کاساوا چوبی و چند ساله است که تا ارتفاع 2 تا 4 متر رشد می کند برگ ها به صورت توده ای در تاج درخت شبیه به برگ نخل گسترده و روی دمبرگ بلند و باریکی شامل 5 تا 9 پهنه به وجود میآیند آنها فقط به سوی انتهای شاخه رشد میکنند. وقتی گیاه درحال رشد است. ساقه اصلی به سه شاخه تقسیم شده وبعد به همین ترتیب شاخهها ی دیگری بر روی آن ها تشکیل میشود ریشه یا غده ها نیز در زیرسطح زمین توسعه مییابند. گل نر و ماده به صورت مجزا مرتب شده و به روی همان بوته تشکیل میشوند. شکل میوه سه گوش و حاوی سه دانه است که قابل دوام بوده و برای انتشار گیاه مورد استفاده قرار میگیرد. تعداد ریشه های غدهای و ابعاد آنها و تا حد زیادی در میان گونههای مختلف متفاوت است. ریشه ی کاساوا مخروطی وطویل است و با گوشت سفت همگن در پوسته ای قابل تفکیک که حدود یک میلی متر ضخامت دارد و با رنگ قهوه ای و درقسمت خارجی زبر میباشد گوشت غده میتواند سفید گچی یا زرد باشد. ممکن است اندازه ی طول ریشه از 30 تا 120 سانتی متر و قطر آن 4 تا 15 سانتی متر و وزن 1 تا 8 کیلوگرم یا بیشتر برسد. ترکیب شیمیایی ریشههای کاساوا متفاوت است مطالعهی 30 گونه در مکزیک نتایجی به شرح ذیل در بر داشته است ریشه های آن بسیار غنی از نشاسته است و حاوی مقادیر قابل توجهی از کلسیم، فسفر و ویتامین ‏c‏ می باشد. ولی فقیر از پروتئین است. دربرگ این نوع گیاهان، منبع خوبی از پروتئین لیزین، اما کمبود اسید آمینه احتمالا متیونین و تریپتوفان است ( بچ و همکاران، 2012 ؛ چیو و همکاران، 2010).

جدول 2- 2: آنالیز ریشه کاساوا (ماریا و همکاران، 2009).
درصد
کاساوا
رطوبت
7/25
مواد نشاستهای
21/45
قندها
5/13
پروتئین
1/12
چربیها
0/41
فیبر
1/11
خاکستر
0/54

2-1-1-2- فرآوری و تبدیل کاساوا
عمر مفید کاساوا چند روز است و خواص ویژه خود را از دست میدهد اگر برگ های کاساوا دو هفته قبل از برداشت حذف شوند عمر مفید آن دو هفته طولانی تر میشود. قرار دادن ریشه در پارافین یا موم یا ذخیره کردن آن در کیسه پلاستیکی خطرات آن را کاهش داده و عمر مفید آن را به 3 تا 4 هفته افزایش میدهد ریشه پوست گیری شده را میتوان منجمد کرد.روش سنتی عبارتست از بسته بتدی ریشه در مالچ مرطوب برای تمدید عمر مفید آن میباشد .ریشه های خشک را میتوان کوبید و به آرد تبدیل کرد در خلال فرآیند کوبیدن ریشه، ذرت را میتوان اضافه کرد تا پروتئین آرد افزوده شود. آرد کاساوا دارای ظرفیت نگهداری آب زیادی میباشد و از آن در تهیه پخت نان، کیک، کراکر و پودینگ استفاده میشود. بعضا آرد کاساوا با مشتقات جزیی ممکن است به عنوان جانشین آرد گندم در تهیه نان استفاده شود. نانی که بطور کامل از آرد کاساوا تهیه شده در امریکا به بازار عرضه شده و نیاز افراد دارای آلرژی به آرد گندم را برآورده کرده است. ریشه های تازه را میتوان به صورت قطعه های نازک کاملا سرخ کرده و محصولی مشابه چیپس سیب زمینی تهیه کرد.ریشه ها را میتوان پوست گیری رنده کرده و با آب شستشو داده و نشاسته را استخراج نمود و همچنین پروتئین برگ را میتوان به خوراک دام اضافه کرد. در افریقا فرآوری ریشه به چند روش مختلف صورت میگیرد. آن ه
ا ممکن است برای اولین بار در آب تخمیر شده سپس آن ها را بوسیله آفتاب خشک کرده برای ذخیره سازی یا رنده نمودن آن سپس خمیر تهیه می نمایند و می پزند. نوشیدنی های الکلی را نیز میتوان از ریشه کاساوا تهیه نمود. برگهای جوان حساس می تواند به عنوان سبزیهای معطر خوراکی مورد استفاده قرار گیرد که حاوی سطوح بالایی از پروتئین می باشد. استفاده های صنعتی از کاساوا و فرآیند تبدیل آن در کارخانجات و تولید محصولاتی شامل کاغذسازی، پارچه، چسب، شربت فروکتوز، سوخت زیستی، خوراک دام و کیسه های زیست تخریب پذیر میباشد ( ماریا و همکاران، 2009 ؛ بچ و همکاران، 2012).

2-2- سویا
سویا یکی از بقولات است. نیام و دانه آن غذای میلیون‌ها نفر را فراهم می‌کنند و در تهیه مواد شیمیایی نقش عمده دارند. سویا احتمالاً حاصل اهلی‌سازی گیاهی وحشی در شرق آسیا است. روغن استخراج شده از دانه‌های سویا یکی از مهم‌ترین انواع روغنها است. این روغن حاوی اسید لینولئیک بسیار بالایی است و به همین دلیل از آن نمی‌توان برای تهیه روغن سرخ کردنی استفاده کرد. دانه سویا از لحاظ اسید آمینه میتونین نسبت به کنجد فقیر است اما از لحاظ اسید آمینه لیزین در سطح بالایی قرار دارد. سویا بیش از سایر دانه‌ها به پروتئین حیوانی شباهت دارد. روغن سویا ۴۹ درصد لینولئیک اسید و ۲۵ درصد اسیداولئیک دارد. میزان پروتئین دانه سویا بسیار بیشتر از سایر دانه‌های روغنی است. ارقام زیر نشان دهنده تفاوت عمده سویا با سایر دانه‌های روغنی به لحاظ میزان روغن و پروتئین است. میزان پروتئین سویا (۳۰-۵۰ ) درصد، کلزا (۱8-۲۵) درصد، آفتابگردان ( ۱۵-۲۵) درصد، گلرنگ ( ۱۵-۲۵ ) درصد، کنجد ( ۱۹-۲۵ ) درصد، بادام زمینی ( ۲۵-۳۵ ) درصد می‌باشد. وجود پروتئین زیاد سبب شده است که کنجاله روغن کشیده شده آن برای تغذیه انسان بسیار مناسب باشد.
از دیدگاه گیاه شناسی لوبیا روغنی با نام علمی Glycine max گیاهی است از تیره نخود) لگومینوز) که به صورت بوته‌ای استوار و با شاخ بر گ زیاد رشد می‌کند. ریشه سویا مستقیم و با انشعاب زیاد است اما در شرایط ایران ریشه در عمق ۳۰ سانتی متر خاک پراکنده است. بر روی ریشه سویا نوعی باکتری همزیست Rhizobium japonicum مشاهده می‌شود. باکتری‌های ریزو بیوم، کربوهیدرات‌ها و سایر مواد غذایی را از آوند ابکشی گرفته و انرژی دریافتی را صرف تبدیل نیتروژن هوا به یون آمونیوم و در نهایت اسیدهای آمینه می‌کند. مقداری از نیتروژن تولید شده که مازاد مصرف باکتری است در اختیار گیاه قرار می‌گیرد و مقداری نیتروژن هم از تجزیه بافت گره‌های مرده (قطع در اثر پیری و رشد ثانویه ریشه) آزاد گردیده و در اختیار گیاه قرار می‌گیرد. سویا دارای دو فرم رشد محدود و نامحدود است. در گیاهان با فرم محدود گل‌ها در ابتدای گره‌های فوقانی به ظهور رسیده و به طرف پایین ادامه می‌یابد. در ارقام رشد نامحدود گل دهی در گره‌های پایینی آغاز گردیده و به طرف بالا پیش می‌رود. در سویا اشکال رشد نامحدود بزرگ ترین بر گ‌ها در وسط بوته قرار دارند و در بخش‌های بالایی و پایینی بوته از سطح برگ‌ها و طول دمبرگ کاسته می‌شود. در ارقام رشد محدود برگ‌های قسمت انتهایی بوته دارای سطح برگ کمتر و دمبرگ کوتاهتر می‌باشند، ولی نزدیک شدن به طرف پایین بوته، سطح برگها و طول دمبر گ افزایش می‌یابد ( تاجیک45 و همکاران، 2013).
با افزایش محبوبیت گیاه خواری