۳۸/۲۳۱
Span
۷۱/۲
۳۸/۱
Uniformity
۸۳/۰
۴۳/۰
۲-۶-۲- پروتئین های شیر
پروتئین های شیر به دلیل دارا بودن کیفیت تغذیه ای مطلوب بخش مهمی از رژیم غذایی امروز ما را تشکیل می دهند. آنها غنی از آمینواسیدهای ضروری و مواد معدنی حیاتی مانند کلسیم و فسفات هستند. علاوه بر نقش تغذیه ای، پروتئین های شیر از ویژگی های مطلوب در تشکیل ژل، تولید کف و پایدار کنندگی امولسیون ها برخوردار هستند (۴۶).
کازئین/ کازئینات
میزان کازئین شیر گاو، بین ۲۹-۲۴ گرم بر لیتر است. فسفو پروتئین کازئین حاوی ۹/۰-۷/۰ % فسفر می باشد که فسفر منحصرا در در شکل استرهای مونوفسفات با گروه های هیدروکسیل سرین و ترئونین در کازئین موجود می باشد (۸۴). همه ی آمینواسیدهای آن به جزء سیستئین برای انسان ضروری هستند. کازئین در شیر به شکل گروه های پیچیده ای از مولکول ها وجود دارد که میسل نامیده می شود. میسل ها از مولکول های کازئین، کلسیم، فسفات غیرآلی و یون های سیترات تشکیل می شوند (۸۴). در اصطلاح شیمی فیزیک میسل های کازئین به صورت یک دیسپرسیون کلوئیدی پایدار وجود دارند. کازئین های موجود در شیر دارای اندازه نسبتا بزرگی هستند تقریبا قطر آنها در حدود ۳۰۰-۳۰ نانومتر می باشد. کازئین بر مبنای بار الکتریکی خود به سه جزء اصلی قابل تقسیم و تفکیک هستند که عبارتست از آلفا (α)، بتا (β) و کاپا (κ). آلفا کازئین خود شامل چند جزء می باشد که در مجموع ۵۵-۵۰ در صد تمام کازئین ها را تشکیل می دهد در میان این اجزاء مقدار sα بیشترین مقدار است که وزن مولکولی آن ۲۳۰۰۰ می باشد. گروه فسفات در این جزء به کلسیم متصل است که از این نظر آمادگی راسب شدن توسط کلسیم را دارد و از این نظر در پنیر سازی حائز اهمیت می باشد. بتا کازئین حدود ۳۵ درصد از کازئین ها را تشکیل می دهد و از یک زنجیره پروتئینی با وزن مولکولی ۲۴۰۰۰ تشکیل شده است. نکته در خور توجه در مورد این زنجیره پروتئینی که دارای ۲۰۹ اسید آمینه می باشد این است که در قسمت انتهایی گروه آمین (از اسید آمینه ۱ تا ۴۳) ویژگی آبدوستی وجود دارد و در قسمت انتهایی کربوکسیل (از اسید آمینه ۱۳۶ تا ۲۰۹) به میزان زیادی خصوصیت آبگریزی برقرار است که چنین حالتی باعث می شود بتا کازئین دارای ویژگی فعال سطحی (امولسیون کنندگی) خوب و بیشتر از sα-کازئین باشد. بتا کازئین توانایی قرارگیری و محافظت از قطرات روغن را در برابر الحاق و انبوهش را با دو سازوکار ایجاد دافعه فضایی و الکترواستاتیکی بر عهده دارد. بتا کازئین جذب شده بر میان سطح آب و روغن و آب و هوا دارای رفتار ویسکوالاستیک می باشد اگرچه امولسیون های پایدارشده با کازئین در حضور نمک های کلسیم ناپایدار می شوند (۶, ۳۷) که ناپایداری به این صورت می باشد که نمک های کلسیم به گروه های فسفو سرین با بار منفی ایجاد باند کرده و میزان بار منفی خالص و ضخامت لایه جذب شده ی کازئین را اطراف قطرات روغن کاهش می دهند. پروتئین هایی با ساختار انعطاف پذیر با نسبت زیادی از گروه های غیرقطبی مانند کازئین در کاهش دادن کشش میان سطحی از پروتئین های Rigid( مانند پروتئین های کروی) با گروه های عاملی کمتر، موثرتر می باشند که علت احتمالی، ارتباط فعالیت سطحی و هیدروفوب بودن سطحی می باشد. کاپا کازئین در حدود ۱۵ درصد مجموعه کازئین ها را تشکیل می دهد. اگرچه وزن مولکولی آن به صورت مونومر ۱۹۰۰۰ است اما این مونومرها با پیوند دی سولفید به یکدیگر متصل شده اند. و پلیمرهایی ایجاد کردند که وزن مولکولی آنها به چند صد هزار برسد. در میان کازئین ها، کاپا کازئین به دلیل خصوصیات ساختمانی خاص خود دارای کمترین حساسیت به کلسیم می باشد و از این رو دارای نقش حفاظتی بر روی آلفا کازئین می باشد. سدیم کازئینات بر خلاف کازئین به راحتی در آب حل می شود و در محلول آبی به دلیل به هم پیوستن مولکول هایش که ناشی از نسبت بالای زنجیره های جانبی اسید آمینه هیدروفوب می باشد، تجمعات کوچک یا ساب میسل هایی را تشکیل می دهد.
۲-۷- روش های مورد استفاده در پیش بینی خصوصیات و پایداری امولسیون های روغن در آب
در چند دهه اخیر به دلیل اهمیت چشمگیر سیستم های امولسیونی از لحاظ ویژگی های فیزیکوشیمیایی در محصولات غذایی، دارویی، کشاورزی و شیمایی از یک سو و ناپایداری ترمودینامیکی آنها از سوی دیگر، محققان علاوه بر انجام آزمون های متعدد در جهت یافتن امولسیفایر و پایدار کننده های مناسب و غلظت کم جهت پایدار نگه داشتن و افزایش طول ماندگاری محصولات امولسیونی، به دنبال یافتن روش های آزمایشگاهی سریع و در عین حال به صرفه از لحاظ اقتصادی جهت پایش، ارزیابی و پیش بینی مدت زمان نسبتا دقیق پایداری فیزیکی امولسیون ها هستند. بدین منظور از روش ها و ابزار ها و تکنیک های متعددی استفاده شده است (جدول ۲-۱ و ۲-۲) که از آن جمله می توان به ابزارهای متداول اندازه گیری کشش سطحی و بین سطحی، سنجش و پایش اندازه ذرات با تکنیکLight scattering ، DLS ( Dynamic light scattering)، رئولوژی، رئولوژی بین سطحی، اندازه گیری پتانسیل زتا، انواع روش های میکروسکوپی نوری و الکترونی و الکتروفورز اشاره نمود.
۲-۷-۱- رئولوژی
رئولوژی علم تغییر شکل مواد می باشد که در علم با اعمال نیرو بر جسم و با تعیین نوع و محاسبه میران کرنش (Strain) جسم، خصوصیات آن توصیف می گردد (۲۲). داده های رئولوژیک برای محاسبات هر فرآیندی که با جریان سروکار دارد مورد استفاده می باشد; مثل اندازه پمپ، استخراج، فیلتراسیون، خالص سازی، اکسترودرها و غیره همچنین نقش مهمی در آنالیزهای شرایط فرایند مواد غذایی مثل پاستوریزاسیون، تبخیر و فرآیندهای آسپتیک دارد (۲۲). آگاهی در مورد خصوصیات رئولوژیک امولسیون ها به دلایل زیادی برای متخصصین مواد غذایی اهمیت دارد: ۱) بسیاری از خواص حسی امولسیون ها به ویژگی های رئولوژیک (حالت خامه ای، قابلیت جریان یافتن، قابلیت ریزش، قابلیت گسترش پذیری و غیره) آنها مرتبط می باشد. ۲) طول ماندگاری بسیاری از مواد غذایی امولسیونی به ویژگی های رئولوژیک فازهای تشکیل دهنده امولسیون بستگی دارد (برای مثال Creaming قطرات روغن بر ویسکوزیته فاز پیوسته تاثیر دارد) (۲۷). مطالعات رئولوژیکی یک دیدگاه پایه ای در مورد سازمان دهی ساختاری و میانکنش های بین اجزای تشکیل دهنده امولسیون ها فراهم می کنند ( اندازه گیری ویسکوزیته در مقابل نرخ برش اطلاعاتی در مورد قدرت میانکنش های کلوئیدی بین قطرات فراهم می کند). امولسیون های غذایی از لحاظ ساختاری و اجزای شیمیایی مواد پیچیده ای هستند بنابراین محدوده ی وسیع و متفاوت از رفتار رئولوژیک شامل مایعات با ویسکوزیته کم (شیر و نوشیدنی های میوه ای تا جامعات نسبتا سخت، مارگارین های منجمد و کره) مشاهده می شود (۲, ۳۳, ۸۵-۸۶).
آزمون های رئولوژیک برای مواد سیال
ابزار متداول که قادر به اندازه گیری خواص رئولوژیک مواد غذایی مایع و نیمه جامد می باشد به دو دسته کلی تقسیم می شود: انواع لوله ای و چرخشی. ابزارهای چرخشی می توانند خصوصیات پایا (Steady flow) و نا پایا (Unsteady (flow را تعیین کنند. از روش های متداول در صنایع غذایی استفاده از ژئومتری استوانه های متحدالمرکز (Concentric cylinder) برای محلول های رقیق و مخروط و صفحه (Cone and plate) برای مواد غلیظ تر است (۳۳, ۸۷).
آزمون ها پایا
در این آزمون نمونه مورد نظر در فضای بین دو عنصر متحرک مانند استوانه و یا مخروط و صفحه قرار می گیرد. این اجزاء به یک وسیله اندازه گیری که سرعت چرخش با بهره گرفتن از آن قابل کنترل است، متصل می شود، متصل می شود. استوانه داخلی یا خارجی در ژئومتری های ذکر شده با سرعت تحت کنترل با قابلیت چرخش در سرعت های مختلف به چرخش در می آیند. بر اساس نرخ چرخش، نرخ برش اعمال شده به سیال از طرف جسم متحرک قابل محاسبه است. همچنین گشتاور چرخش یا در واقع کارآیی یک نیرو برای به گردش درآوردن جسم در حال چرخش محاسبه می گردد که با داشتن آن می توان تنش برشی را محاسبه نمود (۸۶).
مدل کردن رابطه گرانروی و نرخ برش
در این بخش موضوع مورد مطالعه خصوصیات جریانی بوده و در این راه ساده ترین مدل ارائه شده مدل ویسکوزیته نیوتنی است که توصیف کننده رفتار سیالاتی مثل آب می باشد.
τμ (۶)
τ تنش برشی ( pa)- نرخ برشی (یک بر ثانیه) و μ ویسکوزیته دینامیک (pa.s) (۲۲).
در این راه مدل پاورلا جهت توصیف رفتار سیالاتی که ویسکوزیته آنها به مقدار نرخ برش وابسته است ارائه گردید.
τ=mn (7)
n: اندیس جریان m: ضریب غلظت یا قوام (pa.sn) (22).
برای این دسته از سیالات ویسکوزیته ظاهری مطابق رابطه زیر تعریف می گردد.
(۸) ηa= m
ملاحظه می شود که با توجه به مقدار اندیس جریان (۰-∞) مقدار ویسکوزیته با افزایش نرخ برش می تواند کاهش یابد (سیال شبه پلاستیک) یا افزایش (دایلاتانت) یابد. مشاهده می شود که برای سیالات تا حد معینی از تنش برشی جریان نمی یابند و رفتاری شبیه جامدات دارند ولی پس از این تنش حد شبیه مایعات جریان می یابند (سیالات پلاستیک). که این دسته به دو بخش پلاستیک بینگهام و پلاستیک غیر بینگهام تقسیم می شود که مدل هرشل بالکی برای آنها ارائه شده است (۲, ۲۲, ۳۳).
آزمون روبش کرنش (Strain sweep)
این آزمون در مقادیر فرکانس معین و پایین ( ۱ یا ۱۰ هرتز) با رسم منحنی G’ و G'’تابعی از افزایش دامنه ی کرنش (یا تنش) انجام می شود. این آزمون کاربردهای زیادی در اندازه گیری خواص ویسکوالاستیک مواد غذایی دارد: ۱) تعیین محدوده ی ویسکوالاستیک خطی (۱۹).
انجام آزمون های ویسکوالاستیک شامل روبش زمان (Time sweep)، روبش فرکانس (Frequency sweep)، روبش دما (Temperature sweep)، زمانی ارزشمند و قابل تفسیر خواهد بود که در محدوه ی ویسکوالاستیک خطی انجام شود. زیرا اندازه گیری ها و محاسبات در ناحیه ی غیر خطی مشکل بوده و ممکن است انجام آزمون در ناحیه ی غیر خطی ارزیابی دقیقی از رفتار رئولوژیک را ارئه ندهد. بنابراین تعیین مقدار کرنش یا تنشی که پایین تر از آن، رفتار ماده خطی است سیار مهم خواهد بود. مقدار کرنشی که در آن نقطه منحنی G’ و G'’ شروع به طی روند نزولی می نماید، به عنوان حد نهایی محدوده ی خطی در نظر گرفته می شود (LVE γ یا Lγ) (۲۰).
۲) تعیین خصوصیات ساختاری مواد
با مقایسه LVE مواد مختلف می توان به خصوصیات ساختاری آنها پی برد. به عنوان مثال در آزمون روبش کرنش ژل های قوی تر بیشتر از ژل های ضعیف تر در ناحیه خطی می مانند یعنی در مورد ژل های قوی در دامنه ی کرنش بالاتر تغییرات مدول آنها خطی است در واقع حد نهایی محدوده ی خطی برای محلول های رقیق کمتر از محلول های نیمه رقیق و آن هم کمتر از ژل هاست. برای محلول های کلوئیدی این حد تا ۰۱/۰=γ است، در حالی که برای محلول های نیمه رقیق در حدود ۱ %= γ می باشد. همچنین در ناحیه ی LVE به وسیله مقایسه مقادیر G’ و’ G’ می توان به خصوصیت ساختاری مواد پی برد. به عنوان مثال اگر ‘G’> G’ باشد، نشان دهنده ی خصوصیت ژلی خواهد بود( خصوصیت جامد) و اگر G'’> G’خصوصیت مایع مشخص می گردد (۲, ۲۰).
۳) قدرت ساختاری
از نمودار روبش کرنش می توان پارامترهای yτ (تنش حد) را بدست آورد که بیانگر مقاومت به نیروی مکانیکی و همچنین معیاری از قدرت ساختار است. مقدار این پارامتر برابربا حد نهایی محدوده ی LVE، برحسب تنش برشی می باشد. هم چنین از روی مقدار G’ در محدوده ی LVE می توان قدرت ساختاری نمونه مورد بررسی را تعیین کرد. در مقایسه قدرت ساختار علاوه بر مقدار G’ باید به نسبت بین G’ و G'’ نیز توجه شود (۲۲).
علاوه بر آن می توان به صورت کمی میزان و قدرت بین واحد های رئولوژیکی را در امولسیون ها از طریق EC (Cohesive energy) محاسبه کرد (۲).
(۹)
G’LVE قدرت ساختار در ناحیه ی LVE
LVEγ مقدار کرنش که باعث تغییرات قابل برگشت در ساختار می شود (۲).
فرم در حال بارگذاری ...
