دانشگاه صنعتي اصفهان
دانشکده کشاورزي
افزايش راندمان جداسازي پروتئين آرد گندم از نشاسته با روش فيزيکي و با کمک آنزيم ها

پايان‌نامه کارشناسي ارشد مهندسي کشاورزي- علوم و صنايع غذايي

امير اميري
استاد راهنما
دکتر محمد شاهدي
1393
دانشگاه صنعتي اصفهان
دانشکده کشاورزي
پايان نامه‌ي کارشناسي ارشد رشته علوم و صنايع غذايي آقاي امير اميري
تحت عنوان
افزايش راندمان جداسازي پروتئين آرد گندم از نشاسته با روش فيزيکي و با کمک آنزيم ها
در تاريخ 16/10/1393 توسط کميته تخصصي زير مورد بررسي و تصويب نهايي قرار گرفت.
1- استاد راهنماي پايان‌نامه دکترمحمد شاهدي
2- استاد مشاور پاياننامه دکتر مهدي کديور
3- استاد مشاور پاياننامه دکتر صبيحه سليمانيان‌زاد
4- استاد داور دکتر نفسيه سلطاني زاده
5- استاد داور دکتر امير حسين مهدوي
سرپرست تحصيلات تکميلي دانشکده دکتر محمد مهدي مجيدي
تشکر و قدرداني
اکنون که در سايه لطف و عنايت پروردگار اين مرحله از تحصيلاتم را به اتمام رساندم، به رسم ادب وسنت حسنه سپاس لازم مي‌دانم از کليه کساني که مرا در تدوين اين پايان نامه ياري کردند سپاس گزاري نمايم.
از مادر عزيزم که بستر مناسبي را جهت پيشرفت تحصيلي من فراهم نمودند، براي خالصانه‌ترين محبت‌ها، سبزترين فداکاري‌ها، دلسوزانه‌ترين راهنمائي‌ها و شورانگيزترين تشويق‌ها کمال تشکر و قدرداني را دارم.
از استاد بزرگوار جناب آقاي دکتر شاهدي که بدون راهنمائي و مساعدت‌هاي ايشان انجام اين پايان نامه ممکن نبود و در مراحل مختلف بنده را همراهي نموده اند، سپاسگزارم. از جناب آقاي دکتر کديور و خانم دکتر سليمانيان زاد که زحمت مشاوره اين پايان نامه را داشتند، تشکر مي‌کنم. از سرکار خانم دکتر سلطاني زاده و جناب آقاي دکتر مهدوي که زحمت داوري اين پايان نامه را متقبل شدند، نهايت تشکر و قدرداني را دارم.
امير اميري
دي ماه 93
کليه حقوق مادي مترتب بر نتايج مطالعات،
ابتکارات و نوآوري‌هاي ناشي از تحقيق موضوع
اين پايان‌نامه متعلق به دانشگاه صنعتي اصفهان است.
تقديم به همه انسان‌ها…
آن‌ها که مي‌انديشند…
آن‌ها که نمي‌توانند عاشق نباشند…
آن‌ها که خسته نمي‌شوند…
آن‌ها که مي‌خواهند بيشتر از برشي از مکان-زمان باشند…
تقديم به…
روح پاک پدرم
دستان مهربان مادرم
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و بررسي منابع2
1-1- مقدمه2
1-1-1- گندم2
1-1-2-ترکيبات گندم3
1-2-گلوتن5
1-2-1- ساختمان گلوتن6
1-2-2- انواع پيوندهاي شيميايي مؤثر در تشکيل گلوتن و خمير7
1-2-3-انواع گلوتن9
1-3-جداسازي گلوتن مرطوب9
1-3-1-روش مارتين10
1-3-2-روش خميرابه10
1-3-3- فار – مارکو10
1-3-4-روش پيلزبري11
1-3-5-فرآيند هيدروسيلکون11
1-3-6-روش قليايي11
1-4- فاکتورهاي مؤثر در جداسازي نشاسته و گلوتن12
1-4-1-آرد12
1-4-2-آب13
1-4-3-زمان و سرعت هم زدن14
1-4-4-فاکتورهاي پيش رونده واکنش14
1-5- خشک کردن گلوتن مرطوب18
1-5-1- خشک کردن از طريق اسپري نمودن18
1-5-2-خشک کردن تصعيدي18
1-5-3- خشک کردن سريع18
1-6-کاربرد و مصارف گلوتن19
1-6-1- صنايع آرد و نانوايي19
1-6-2-صنايع گوشت19
1-6-3-پيتزا و فرآوردههاي مشابه پنير19
1-6-4- فرآورده اکسترود شده غلات صبحانه اي و تنقلات19
1-6-5- پوشش دهنده19
1-2-6- فيلم و پوشش19
1-7- شستشو و جدا شدن شيرابه نشاسته از گلوتن20
فصل دوم: مواد و روش‌ها22
2-1- دستگاهها و مواد مورد استفاده22
2-1-1- دستگاههاي مورد استفاده22
2-1-2-مواد مصرفي22
2-2- آناليز شيميايي23
2-2-1- اندازه گيري رطوبت آرد23
2-2-2- اندازه گيري ميزان پروتئين23
2-4- اندازه گيري گلوتن مرطوب حاصل از تيمارهاي مختلف25
2-5- اندازه گيري خصوصيات رئولوژيکي گلوتن25
2-6-شاخص گلوتن26
2-7- اندازه گيري مقدار گروههاي سولفيدريل26
2-8 – الکتروفورز پروتئين27
فصل سوم: نتايج و بحث32
3-1- نتايج آناليز شيميايي نمونه آرد32
3-1-1- ميزان رطوبت و پروتئين32
3-1-2-توزيع اندازه ذرات آرد32
3-2 تأثير پارامترهاي فرآيند بر بازدهي گلوتن33
3-3-تأثير تيمارهاي آنزيمي و شيميايي بر بازدهي گلوتن34
3-3-1-آنزيم گلوکز اکسيداز34
3-3-2- آنزيم ترانس گلوتاميناز36
3-3-3- آنزيم زايلاناز37
3-3-4- اسيدآسکوربيک38
3-3-5- ترکيب آنزيم و اسيدآسکوربيک39
3-4-تاثير تيمارهاي آنزيمي و شيميايي بر خصوصيات رئولوژيکي خمير40
3-4-1-آنزيم گلوکزاکسيداز40
3-4-2- آنزيم ترانس گلوتاميناز41
3-4-3- آنزيم زايلاناز42
3-4-4- اسيد اسکوربيک43
3-4-5- ترکيب آنزيم و اسيدآسکوربيک44
3-5- تأثير تيمارهاي آنزيمي بر شاخص گلوتن45
3-5-1-آنزيم گلوکز اکسيداز45
3-5-2- ترانس گلوتاميناز45
3-5-3- آنزيم زايلاناز46
3-5-4- اسيد آسکوربيک50
3-5-5- ترکيب آنزيم و اسيد آسکوربيک50
3-6-تاًثير تيمارهاي آنزيمي و شيميايي بر درصد جذب آب گلوتن مرطوب جدا شده51
3-6-1-آنزيم گلوکز اکسيداز51
3-6-2-آنزيم ترانس گلوتاميناز51
3-6-3-آنزيم زايلاناز52
3-6-4-اسيد آسکوربيک53
3-6-5- ترکيب آنزيم و اسيد آسکوربيک53
3-7-تاًثير تيمارهاي آنزيمي و شيميايي بر گروههاي سولفيدريل54
3-7-1-آنزيم گلوکز اکسيداز54
3-7-2-آنزيم ترانس گلوتاميناز55
3-7-3-آنزيم زايلاناز56
3-7-4-اسيد آسکوربيک57
3-7-5-ترکيب آنزيم و اسيد آسکوربيک57
3-8- بررسي الگوهاي الکتروفورزي58
3-8-1-گلوکز اکسيداز59
3-8-2-ترانس گلوتاميناز60
3-8-3-زايلاناز60
3-8-4- اسيد آسکوربيک60
3-8-5-اثر ترکيب آنزيم61
فصل چهارم: نتيجه‌گيري و پيشنهادات64
4-1- نتيجه گيري64
4-2- پيشنهادات66
منابع66
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 3-10- مقايسه ميانگين تاثير آنزيم زايلاناز بر خواص رئولوژيکي گلوتن42
جدول 3-11- مقايسه ميانگين تاثير اسيد آسکوربيک بر خواص رئولوژيکي گلوتن43
جدول 3-12- مقايسه ميانگين تاثير ترکيب آنزيم و اسيدآسکوربيک بر خواص رئولوژيکي گلوتن44
جدول3-3-تجزيه واريانس اثر آنزيم گلوکز اکسيداز بر گلوتن مرطوب، شاخص گلوتن، مقاومت به کشش، کشش پذيري، ضريب مقاومت و گروه سولفيدريل47
جدول3-4-تجزيه واريانس اثر آنزيم ترانس گلوتاميناز بر گلوتن مرطوب، شاخص گلوتن، مقاومت به کشش، کشش پذيري، ضريب مقاومت و گروه سولفيدريل47
جدول3-5-تجزيه واريانس اثر آنزيم زايلاناز بر گلوتن مرطوب، شاخص گلوتن، مقاومت به کشش، کشش پذيري، ضريب مقاومت و گروه سولفيدريل47
جدول3-6-تجزيه واريانس اثر اسيد آسکوربيک بر گلوتن مرطوب، شاخص گلوتن، مقاومت به کشش، کشش پذيري، ضريب مقاومت و گروه سولفيدريل48
جدول3-7-تجزيه واريانس اثر ترکيب اسيد آسکوربيک و آنزيم بر گلوتن مرطوب، شاخص گلوتن، مقاومت به کشش، کشش پذيري، ضريب مقاومت و گروه سولفيدريل48
جدول 3-13-مقايسه ميانگين اثر آنزيم گلوکز اکسيداز بر گروه هاي سولفيدريل54
جدول 3-14-مقايسه ميانگين اثر آنزيم ترانس گلوتاميناز بر گروه هاي سولفيدريل55
جدول 3-15-مقايسه ميانگين اثر آنزيم زايلاناز بر گروه هاي سولفيدريل56
جدول 3-16-مقايسه ميانگين اثر اسيد آسکوربيک بر گروه هاي سولفيدريل57
جدول 3-17-مقايسه ميانگين اثر ترکيب آنزيم و اسيد آسکوربيک بر گروه هاي سولفيدريل58
جدول3-18-دسته بندي و تعيين خصوصيات گلوتن59
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل1- 1- اکسيد شدن گلوکز و آزاد شدن هيدروژن پراکسيد توسط گلوکزاکسيداز16
شکل1- 2- نحوه تاثير آنزيم ترانس گلوتاميناز17
شکل3-1-الگو الکتروفورز آنزيم و اسيد آسکوربيک….62
شکل3-2-الگو الکتروفورز آنزيم و اسيد آسکوربيک63
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 3-1-توزيع اندازه ذرات آرد33
نمودار3-2-مقايسه ميانگين اثر پارامتر هاي فرآيند بر بازدهي جداسازي34
نمودار3-3-مقايسه ميانگين اثر آنزيم گلوکزاکسيداز بر بازدهي جداسازي گلوتن35
نمودار3-4-مقايسه ميانگين اثر آنزيم ترانس گلوتاميناز بر بازدهي جداسازي گلوتن36
نمودار3-5-مقايسه ميانگين اثر آنزيم زايلاناز بر بازدهي جداسازي گلوتن37
نمودار3-6-مقايسه ميانگين اثر اسيد آسکوربيک بر بازدهي جداسازي گلوتن38
نمودار3-7-مقايسه ميانگين اثر ترکيب آنزيم و اسيد آسکوربيک بر بازدهي جداسازي گلوتن39
نمودار3-13-مقايسه ميانگين اثر آنزيم گلوکزاکسيداز بر شاخص گلوتن45
نمودار3-14-مقايسه ميانگين اثر آنزيم ترانس گلوتاميناز بر شاخص گلوتن46
نمودار3-15-مقايسه ميانگين اثر آنزيم زايلاناز بر شاخص گلوتن46
نمودار3-16-مقايسه ميانگين اثر اسيد آسکوربيک بر شاخص گلوتن49
نمودار3-17-مقايسه ميانگين اثر ترکيب آنزيم به همراه اسيد آسکوربيک بر شاخص گلوتن50
نمودار3-18-مقايسه ميانگين اثر آنزيم گلوکزاکسيداز بر درصد جذب آب گلوتن مرطوب جدا شده51
نمودار3-19-مقايسه ميانگين اثر آنزيم ترانس گلوتاميناز بر درصد جذب آب گلوتن مرطوب جدا شده51
نمودار3-20-مقايسه ميانگين اثر آنزيم زايلاناز بر درصد جذب آب گلوتن مرطوب جدا شده52
نمودار3-21-مقايسه ميانگين اثر اسيد آسکوربيک بر درصد جذب آب گلوتن مرطوب جدا شده52
نمودار3-22-مقايسه ميانگين اثر ترکيب آنزيم به همراه اسيد آسکوربيک بر درصد جذب آب گلوتن مرطوب جدا شده53
چکيده
جداسازي گلوتن و نشاسته از آرد گندم از فرايند هاي مهم در صنعت غذاست. گلوتن حاصل از اين فرايند در صنايع گوشت، نانوايي و فرآوردههاي لبني کاربرد دارد. آرد گندم حدود 12 درصد پروتئين دارد که به دو بخش غير گلوتني محلول در آب شامل آلبومين و گلوبولين و گلوتني نامحلول در آب تقسيم مي شود. پروتئينهاي گلوتني پروتئين ذخيره اي اصلي در گندم ميباشد که با اختلاط آب و آرد و ايجاد پيوندهاي کووالانسي و غير کووالانسي تشکيل شبکه ويسکوالاستيک گلوتن را ميدهند. امروزه از محلول رقيق نمک جهت جداسازي نشاسته و گلوتن استفاده مي شود که اثرات سوئي بر ايجاد خوردگي در تجهيزات و آلودگي فاضلاب کارخانجات دارد و استفاده از جايگزين مناسب نمک جهت جداسازي مطلوب، مهم به نظر ميرسد. در اين مطالعه پس از تعيين خصوصيات فيزيکي مناسب جهت جداسازي و تعيين تيمار بهينه، آنزيمهاي گلوکزاکسيداز، ترانس گلوتاميناز و زايلاناز به همراه اسيد آسکوربيک جهت جداسازي گلوتن و نشاسته از آرد گندم و افزايش راندمان آن مورد استفاده قرار گرفتند. پس از اندازه گيري وزني گلوتن مرطوب، خصوصيات رئولوژيکي گلوتن جدا شده و شاخص گلوتن بررسي شد. در ادامه گلوتن مرطوب خشک شده و درصد پروتئين ، گروههاي سولفيدريل و درصد جذب آب آن اندازه‌گيري شده و مورد ارزيابي قرار گرفت. در نهايت پروفيل الکتروفورز گلوتنهاي جدا شده در تيمارهاي مختلف بررسي شد. نتايج نشان داد استفاده از محلول اسيد آسکوربيک به عنوان محلول اکسيد کننده سبب تشکيل پيوندهاي دي سولفيد و کاهش گروههاي تيول شده و با تجمع بهتر گلوتن سبب افزايش شاخص گلوتن و وزن مرطوب آن گرديد. اسيد آسکوربيک با تشکيل ساختاري قوي سبب افزايش مقاومت به کشش و کاهش کشش پذيري گلوتن شد. در غلظتهاي متفاوت آنزيم ترانس گلوتاميناز و گلوکزاکسيداز نتايج متفاوتي در خصوصيات گلوتن مشاهده شد. آنزيم زايلاناز نيز از طريق تجزيه آرابينوگزايلان سبب افزايش جداسازي گلوتن از نشاسته، کشش پذيري، مقادير گروههاي تيول، شاخص گلوتن و کاهش جذب آب گلوتن مرطوب شد.
کلمات کليدي: گلوتن، گلوکزاکسيداز، ترانس گلوتاميناز ، زايلاناز ، خصوصيات رئولوژيکي، پروفيل الکتروفورز

فصل اول
مقدمه و بررسي منابع

1-1- مقدمه
غلات در ميان تمامي انواع مواد غذايي بشر بعنوان قوت غالب1 مطرح ميباشند. در کشورهاي صنعتي بالغ بر 50 درصد کربوهيدرات، 3/1 درصد پروتئين و 50 تا 60 درصد ويتامينهاي گروه B از طريق مصرف نان تأمين ميشوند. هر چند در کشورهاي در حال توسعه اين نسبت ها بيشتر مي باشد و در بعضي موارد 85-75 درصد کالري و پروتئين مردم در اين کشورها را نان تأمين مي نمايد]1و2[.
غلات ميوههاي علفي زراعي از خانواده تک لپه اي گرامينه2 هستند. غلات عمده شامل گندم، جو، يولاف، چاودار، برنج، ذرت، سورگوم و ارزن مي باشند. بطورکلي به رنگ هاي قهوهاي، طلايي کهربايي و سفيد مشاهده ميگردند]4[.
1-1-1- گندم
نام علمي گندم، تريتيکوم است که بزرگترين محصول غلهاي جهان ميباشد و جزء اصلي وعده غذايي بسياري از مردم در مناطق مختلف جهان به شمار ميرود ]4[. ميزان توليد آن در جهان در سال 2001، 600 ميليون تن رسيده است]10[. بطورکلي 67 درصد گندم توليدي جهان جهت تغذيه انسان، 20 درصد آن جهت تغذيه دام و طيور، 7 درصد آن بعنوان بذر و تنها 6 درصد آن براي توليد محصولات صنعتي استفاده ميشود]27[.
1-1-2-ترکيبات گندم
1-1-2-1-کربوهيدرات
بيشترين ترکيب در گندم را نشاسته شامل ميشود که اکثراً در قسمت آندوسپرم قرار دارد. نشاسته گندم شامل پليمرهاي گلوکز، آميلوز و آميلوپکتين ميباشد. آميلوز پليمر خطي است و از واحدهاي گلوکز که توسط پيوند (4-1) ? به هم متصل شدهاند، تشکيل شده است. در مقابل آميلوپکتين منشعب تر است و علاوه بر پيوند (4-1) ? در ناحيه شاخه پيوند (6-1) ? نيز داراست. آميلوز و آميلوپکتين به ترتيب 28 تا 25 درصد و 75 تا 72 درصد نشاسته گندم را شامل ميشوند]2و3[.
گرانولهاي نشاسته گندم به دو دسته بزرگ با ميانگين قطر 20 ميکرومتر و کوچک با ميانگين قطر 5 ميکرومتر تقسيم ميشوند. علاوه بر نشاسته، گندم شامل پلي ساکاريدهاي ديگري نيز هست که بعنوان پلي ساکاريدهاي غيرنشاسته اي 3 شناخته مي شوند و در ديواره سلولهاي آندوسپرم و پوسته قرار دارند که شامل ترکيباتي از قبيل آرابينوگزايلان4 و سلولز ميباشند. آرابينوگزايلان حدود 5/1 تا 5/2 درصد آرد را تشکيل ميدهد که درصد جذب آب بالايي دارند. آرابينوگزايلان به دو دسته قابل استخراج با آب (5/0 درصد آرد) و غيرقابل استخراج با آب (5/1 درصد آرد) تقسيم ميشوند که با افزايش درصد استخراج آرد از گندم مقدار آرابينوگزايلان وپنتوزان5 بيشتري وارد آرد ميشود]4[.
1-1-2-2- پروتئين
از نظر ساختماني پروتئينها، پليمرهاي طبيعي هستند که در تمام موجودات زنده يافت ميشوند و از اسيدهاي آمينه که با پيوندهاي پپتيدي به يکديگر متصل شده اند، بوجود ميآيند. تمامي اسيدهاي آمينه داراي گروههاي اسيدي و آميني هستند که تفاوتشان در گروه جانبي ميباشد. ساختمان تمامي پروتئينها از جهتي به يکديگر شبيه است. نخستين عامل تفاوت بين پروتئينها نحوه قرار گرفتن اسيدهاي آمينه يا ساختمان اول آنها ميباشد. براي مشخص شدن تفاوتهاي بيشتر بايد به ساختمان هاي دوم و سوم پروتئين مراجعه نمود. اسکلت يک پروتئين تا حدودي قابل انعطاف است و ميتواند به صورت پيچ خورده در آيد. گروههاي سولفيدريل در اسيد آمينه سيستئين6 از جمله گروههاي فعال ميباشند و ميتوانند با ديگر گروههاي سولفيدي موجود بر روي اسيد آمينه سيستئين واکنش داده و تشکيل باند دي سولفيدي دهند. در ارتباط با ساختمان چهارم پروتئينها انواع پيوندها را ميتوان مشاهده کرد که برخي ضعيف و برخي قوي ميباشند. از جمله اين پيوندها، پيوند يوني و پيوند هيدروژني را ميتوان نام برد. از ديگر انواع پيوند، پيوند هيدروفوبيک را بايد نام برد که با اين پيوند دوزنجيره جانبي هيدروفوب بواسطه نيروي واندروالس به يکديگر متصل ميشوند]2،9و13[.
پروتئين غلات به چهار دسته تقسيم مي شوند:
آلبومين7: که در آب محلول هستند و تحت تأثير حرارت منعقد ميشوند. سفيده تخم مرغ يک نمونه بارز آن است.
گلوبولين8: در آب خالص نامحلول اما در محلول رقيق نمکي محلول ميباشد. در صورتي که غلظت نمک در محلول بسيار زياد باشد، گلوبولين در محلول نمکي نامحلول خواهد بود.
پرولامين9: در الکل اتيليک 70 درصد محلول ميباشد.
گلوتنين10: اين دسته در اسيد و باز دقيق محلولاند.
اکثر پروتئينهايي که از نظر فيزيولوژيک فعال محسوب ميشوند از دسته آلبومينها و گلوبولينها به شمار ميآيند. در غلات اين دو دسته از نظر تغذيه اي توازن مناسبتري از نظر اسيدهاي آمينه دارا‌هستند. آنها حاوي ميزان بالايي ليزين11، تريپتوفان12 و متيونين13 ميباشند که در غلات نسبتاً کم مقدار هستند. پرولامين 14 و گلوتلين پروتئينهاي ذخيرهاي غلات هستند که در هنگام جوانه زني مورد استفاده قرار ميگيرند.
در صورتي که مقدار پروتئين گندم کم باشد، آلبومين و گلوبولين درصد قابل توجهي از کل پروتئين را تشکيل ميدهند و اگر مقدار پروتئين گندم درصد بالايي باشد، اين دو جزء درصد کمي از کل پروتئين را به خود اختصاص خواهند داد. در واقع گندم کم پروتئين در مقايسه با انواع با پروتئين بالا، داراي گليادين و گلوتنين کمتري هستند. مقدار پروتئين گندم متغير است و تحت تأثير عواملي هم چون عوامل ژنتيکي، عوامل محيطي از قبيل ازت موجود در خاک، خشکسالي يا سرمازدگي قرار ميگيرد.
در ميان انواع آرد حاصل از غلات تنها آرد گندم است که توانايي تشکيل خمير چسبنده و قوي که گاز را در خود نگه مي دارد و توليد محصولات سبک و متخلخل مي نمايد را داراست. خاصيت نانوائي آرد گندم بدليل پروتئين آن و بصورت دقيق‌تر گلوتن15 آن مي باشد. اين پروتئينها از دسته پروتئينهاي ذخيرهاي بوده و بدليل عدم حلاليت در آب براحتي مي توان آن را از ساير اجزا جدا نمود. گلوتن از دو گروه عمده گليادين16 و گلوتنين (که به ترتيب از نوع پرولامين و گلوتلين هستند) تشکيل شده است. اين دو گروه را مي توان براحتي با حل نمودن گلوتن در اسيد رقيق و افزودن الکل اتيليک به منظور تهيه محلول 70 درصد الکل و درنهايت خنثي سازي اسيد با باز از يکديگر جدا نمود. بعد از گذشت مدت زمان مناسب در دماي 4 درجه سانتيگراد گلوتنين رسوب نموده و گليادين در محلول باقي ميماند. گليادين داراي وزن ملکولي بالائي بوده و عامل قوام و چسبندگي خمير است که به هنگام مرطوب شدن شديداً سفت و چسبناک مي شود. اين در حالي است که گلوتنين از دسته پروتئينهاي هتروژن است، از نظر خصوصيات فيزيکي چسبنده نبوده ولي داراي خاصيت ارتجاعي ميباشد و به خمير خاصيت مقاومت در مقابل کشش و انبساط را ميدهد. گلوتن حاوي 35 درصد گلوتاميک اسيد به فرم آميدي يعني گلوتامين و 14 درصد پرولين مي باشد] 4،2و39[.
1-1-2-3- ليپيد
ليپيدآرد گندم به دو دستهي ليپيد آزاد و ليپيد باند شده تقسيم مي شود که هر دو دسته شامل ترکيبات قطبي و غيرقطبي مي باشند. ترکيبات قطبي شامل گليکوليپيد و فسفوليپيد هستند و تري گليسريدها ترکيبات اصلي ليپيدهاي غيرقطبي را شامل مي شود]11و34[.
1-2-گلوتن
گلوتن دسته بزرگي از پروتئينهاي ذخيرهاي گندم را تشکيل مي دهد که از لحاظ توليد و مصرف در جهان پس از پروتئين سويا، دومين پروتئين گياهي مهم به شمار ميرود. جهت کيفيت مناسب نان بايد بين ويسکوزيته و الاستيسيته گلوتن تعادل مناسب برقرار باشد. گلوتني که به ميزان مناسب الاستيک نيست، موجب کم شدن حجم قرص نان ميشود. از طرفي وقتي الاستيسيته زياد باشد از انبساط سلول هاي گازي خمير جلوگيري کرده و حجم قرص پايين خواهد بود. خواص الاستيسيته خمير به پليمرهاي گلوتنين نسبت داده شده است در صورتي که گليادين عامل ويسکوز کردن خمير مي باشد]31و 51[.
بدليل خصوصيات منحصر به فرد گلوتن در آرد گندم، از خمير آرد گندم در تهيه محصولات غذايي به خصوص محصولات نانوايي استفاده فراوان ميشود. گلوتن گندم خاصيت تشکيل يک توده ويسکوالاستيک را دارد که تعادلي بين قابليت کشش پذيري17 و ارتجاع پذيري18 ميباشد.
در حين مخلوط کردن آب و آرد، گلوتن تشکيل يک شبکه ويسکوالاستيک و چسبنده را ميدهد که توانايي نگه داري گاز توليد شده در حين تخمير را داراست و ساختار حجيم نان بعد از پخت را باعث ميشود. بنابراين کيفيت محصول توليد شده تحت تأثير مقدار و کيفيت پروتئين آرد ميباشد به طوري که خمير با خصوصيت الاستيک بالا براي تهيه نان و خمير با خصوصيات ارتجاع پذيري بالا براي تهيه کيک و شيريني بکار ميرود ]45 و51[.
1-2-1- ساختمان گلوتن
محققين معتقدند که گلوتن از اجزاي زيادي تشکيل شده است. بين گلوتن و جذب آب آرد رابطه مستقيمي برقرار است به صورتي که هر چه ميزان گلوتن بالاتر باشد جذب آب آرد نيز بالاتر خواهد بود. گلوتن 2 تا 3 برابر وزن خود آب جذب مي کند و نقش مهمي در جذب آب آرد ايفا مي کند]10[.
محققين معتقدند که گلوتن از اجزاي زيادي تشکيل شده است بصورتي که طيف وزن ملکولي آن بين 000/30 تا 10 ميليون دالتون مي باشد. گلوتن حاوي گلوتامين و پرولين فراوان است و در ساختار خود 2% سيستئين دارد که نقش مهمي در تشکيل شبکه و خصوصيات عملکردي ايفا ميکند] 44و58[.
1-2-1-1-گليادين
گليادين پروتئين تک زنجير، داراي بار مثبت، pH حدود 5/6، محلول در الکل 60% و حاوي مقدار زيادي اسيد گلوتاميک، پرولين و آسپارژين ميباشد]3و58[. گليادين در واقع حلال گلوتنين است و گلوتنين در گليادين پراکنده ميباشد. گليادين براساس تحرک اجزاء در ژل الکتروفورز19 و در pH اسيدي به 4 دسته ? ، ?، ? و ? تقسيم مي شود که ? بيشترين تحرک و ? کمترين تحرک را بين اجزاء داراست. هم چنين توسط RP-HPLC گليادين به بيش از صد جزء تقسيم بندي مي شود. اجزاي گليادين براساس وزن ملکولي و آمينواسيد به 4 دسته ?/? ، ? ، ?102 و?5 تقسيم بندي مي شوند که تفاوت اين گروه ها در نوع آمينواسيد مي باشد. ?گليادين داراي مقدار بالاي گلوتامين، پرولين و فنيل آلانين است و فاقد سيستئين ميباشد. زير واحد‌هاي ?/? و ? گليادين از نظر وزني ملکولي تقريباً يکسان هستند و مقدار گلوتامين و پرولين آنها خيلي کمتر از ?گليادين مي‌باشد. در قسمت انتهايي کربوکسيل ساختار ?/? گليادين شش آمينواسيد سيستئين وجود دارد که ميتوانند سه پيوند دي سولفيد تشکيل دهند و در قسمت انتهايي کربوکسيل ? گليادين هشت اسيد‌آمينه سيستئين وجود دارد که توانايي تشکيل چهار پيوند دي سولفيد را دارند. هم چنين با توجه به کم بودن آمينواسيد تيروزين20 در ساختارگليادين، اين پروتئين به تنهايي تأثيري در قوام خمير ندارد و در صورت تنش، کش مي آيد. در برخي از زيرواحدهاي گليادين تعداد آمينواسيدهاي گوگردي فرد است. علت اين امر جهش نقطه اي ميباشد. اين آمينو اسيدها با يکديگر و يا با آمينواسيد سيستئين گلوتنين اتصال مي يابند]18و 58[.
1-2-1-2-گلوتنين
اين جزء از گلوتن داراي وزن ملکولي 000/500 تا 10 ميليون دالتون و مقادير بالاي اسيد آمينه آرژنين، پرولين و اسيد گلوتاميک است. نوع غالب در اين جز گلوتنين با وزن ملکولي پايين21 مي باشد که از نظر وزني و ترکيب آمينواسيد به زيرواحدهاي ?/? و ? گليادين شبيه است. اين جزء شامل دو قسمت مختلف است. قسمت انتهايي آمين که غني از اسيد آمينههاي گلوتامين و پرولين است و قسمت انتهايي کربوکسيل که داراي هشت اسيد آمينه سيستئين مي باشد و توانايي ايجاد پيوند ديسولفيد با اسيد آمينه هاي گوگردي ?/? و ? گليادين را داراست و در تشکيل پيوند ترکيب حاصل گليادين با وزن ملکولي بالا 22 نام گذاري ميشود. زير واحد گلوتنين با وزن ملکولي بالا به دو دسته کلي نوع X و نوع Y تقسيم بندي ميشود. اين دسته حاوي اسيد آمينههاي گوگردي فراوان که عمده ي آن در قسمت هاي انتهايي کربوکسيل و آميد قرار دارد. در صورت احيا شدن پيوندهاي ديسولفيد گلوتنين، اين جزء هم چون گليادين در الکل محلول ميشود]12و30[. ساختار پروتئين به گونه اي است که درصدي از اسيد آمينه هاي هيدروفيل در سطح گلوتن ميباشد و سبب هيدراته شدن گلوتن ميشود و قسمت عمده در عمق شبکه قرار دارند و با توجه به حضور تعداد زياد اسيد آ مينههاي هيدروفوب در سطح گلوتن ساختار گلوتن نامحلول بوده و تمايل به تجمع يافتن در محيط آبي دارند. جهت تشکيل ساختار گلوتن ذرات گلوتن به دو شکل تجمع مييابند، ابتدا ذرات تحت تأثير نيروي کلوئيدي به طرف يکديگر حرکت مي کنند. در اين وضعيت فاصلهي بين ذرات 10 تا 100 نانومتر است. زماني که فاصلهي ذرات کمتر از 10 نانومتر شد واکنشي از نوع هيدروفيل و کووالانس بين ذرات رخ ميدهد. در واقع نيروي کلوئيدي سبب ميشود که ذرات به هم نزديک شده و اين امکان فراهم شود که اتصالات و پيوندهاي ديگر برقرار شود. بايد توجه شود که اين دو مرحله بصورت همزمان رخ ميدهد و تفکيکي بين مراحل وجود ندارد]4و34[.

1-2-2- انواع پيوندهاي شيميايي مؤثر در تشکيل گلوتن و خمير
1-2-2-1-پيوند کووالانس23:
جهت شکستن اين پيوند انرژي زيادي مورد نياز است. پيوند موجود در سيستئين از نوع پيوند ديسولفيدي است که موجب اتصال بخشي از زنجيرههاي پلي پپتيدي همسان و غيرهمسان شده و در نتيجه قوام خمير افزايش مييابد]29[. پيوند ديسولفيد تحت تاثير حضور آمينو اسيدهايي از قبيل سيستئين و ميتونين ميباشد. اما نوع ديگري از پيوند کووالانس وجود داردکه پيوند بين دو اسيد آمينه تيروزين از دو رشته پلي پپتيد و يا دو اسيد آمينه تيروزين از يک رشته پلي پپتيد تشکيل ميشود. هم چنين اتصال کووالانس بين اسيد آمينه تيروزين و گروه فروليک اسيد پنتوزانها دستهاي ديگر از اتصالات کووالانسي است]49[. انجام واکنشهاي هيدروفوب اولين قدم جهت تشکيل پيوند ديسولفيد ميباشد به اين ترتيب که بخشهاي هيدروفوب گلوتنين و گليادين واکنش داده سبب نزديک شدن اجزاء به هم ميشود و امکان تشکيل پيوند ديسولفيد مهيا ميشود. انرژي لازم براي تجزيه اين دسته پيوندها بسيار بالاست که جهت اين عمل و تضعيف خميرهاي بسيار قوي مي توان از ترکيبات احيا کننده يا هم زدن شديد خمير همراه با حرارت دهي استفاده کرد]4و31[.
1-2-2-2-پيوند يوني24 : با افزودن مقدار مناسب نمک سديم کلريد (محلول 02/0) قوام خمير افزايش و کشش آن کاهش مييابد]50[. در اطراف هر ذره يک لايه الکتروني وجود دارد که از نزديک شدن ذرات به هم ممانعت ميکند و نقش نمک قرارگيري بين ذرات هم نام و کاهش نيروي دافعه ي الکترواستاتيک با کوچک کردن لايه الکتروني ميباشد که نتيجه آن افزايش در تجمع گلوتن است. همچنين با کاهش اندازه ذرات آرد نيروي دافعه الکترو استاتيک بيشتر ميشود و تجمع گلوتن کاهش مييابد.
نمک بر گلوتن آرد حاوي پروتئين کم مؤثرتر ميباشد و سبب تشکيل پيوندهاي غيرکووالانسي در شبکه و ساختار ورقهي? 25 ميشود. البته استفاده از نمک سبب خوردگي در تجهيزات استيل کارخانجات خواهد شد]14و50[.
1-2-2-3-پيوند هيدروژني : پيوند هيدروژني بين اتم هيدروژن يک ملکول با اتم ازت يا اکسيژن ملکول ديگر ايجاد ميگردد و نقش مهمي را در خواص گلوتن به عهده دارد، در واقع پيوندي هيدروژني بدليل نزديک شدن هيدروژن گروه هاي کربوکسيل، آميد و هيدروکسيل بوجود ميآيند. افزودن آب سنگين به خمير سبب افزايش پيوند هيدروژني در شبکه گلوتن شده و قوام خمير را افزايش ميدهد. از طرف ديگر هم زدن بيش از حد خمير و يا افزودن اوره به آن در جهت تضعيف شبکه عمل کرده و سبب شکسته شدن پيوند هيدروژني و کاهش قوام خمير ميشود. ليزين اسيد آمينه محدود کننده در گندم است که حضورش در ساختار گلوتن تأثير منفي بر ايجاد پيوند هيدروژني و در نتيجه تشکيل شبکه خواهد شد]3و 59[.
1-2-2-4- پيوند هيدروفوب26: اين پيوند سبب جذب شاخههاي غيرقطبي در آمينواسيدهايي مثل لوسين و فنيل آلانين به يکديگر شده و ميتواند در فرم پذيري، پلاستيسيته و نيز مقاومت به کشش خمير نقش مهمي ايفا کند. در واقع اين پيوند يک پديده ترموديناميکي است و ناشي از جذب پروتون نمي باشد. هم چنين افزايش دما (تا حدي که موجب شکستن پيوندهاي ديگر نشود) سبب افزايش قوام خمير شده که علت آن تقويت پيوندهاي هيدروفوب است]2و 10[.
1-2-3-انواع گلوتن
بسته به عوامل هم چون نوع گندم، نحوه آسياب آن و درجه استخراج آرد از گندم، گلوتن ميتواند به رنگهاي زرد، زرد متمايل به قهوهاي، خاکستري تيره و تيره وجود داشته باشد که از روي رنگ آن نميتوان به خواص آن پي برد.
گلوتن را مي توان به صورت زير تقسيم بندي کرد:
1-2-3-1-گلوتن خيلي سخت: نيروي بين زنجيرهي پروتئين در اين گلوتن بسيار زياد است. هم چنين اين گلوتن قدرت جذب آب بسيار بالايي نيز داراست که عوامل ذکر شده سبب ميشود اين گلوتن کشش کم داشته باشد و خيلي زود پاره شود.
1-2-3-2-گلوتن سخت: گلوتني است که نيروي بين زنجيره ي پروتئين آن نسبتاً زياد و قدرت جذب آب بالايي داراست.
1-2-3-3-گلوتن طبيعي: اين دسته گلوتن مطلوب جهت نانوايي ميباشد که کشش آن به اندازه کافي و نيروي بين گليادين و گلوتنين آن مناسب است. در اين دسته جذب آب پايدار بوده و خمير مطلوبي تشکيل ميشود.
1-2-3-4-گلوتن سيال : اين گلوتن بيشتر در آرد گندم فاسد حضور دارد، کشش آن بسيار کم است يا بصورت مايع در ميآيد.
1-2-3-5- گلوتن ضعيف : کشش در اين دسته پايدار نيست و قدرت جذب آب در سطح پاييني قرار دارد]2و 7و 34[.
1-3-جداسازي گلوتن مرطوب
در دوران باستان روشهايي جهت جداسازي نشاسته وجود داشته است که طي آن گندم را با دو برابر حجمش آب، به مدت 10 روز مرطوب ميکردند. گندم مرطوب را له کرده در پارچه اي مي ريختند و آنرا ميفشارند. طي اين فرآيند شيرابه نشاسته خارج ميشود و باقي مانده که شامل گلوتن نيز ميباشد جهت تغذيه دام استفاده ميشده است]20[. امروزه جهت توليد صنعتي گلوتن چندين روش وجود دارد که شامل: مارتين27، باتر28 (خميرابه)، فارمارکو29، پيلزبري30، هيدروميلنيگ31، هيدروسيلکون32، فسکلاي اصلاح شده33 و قليايي34 ميباشد. اين روشها در مواردي مانند تجهيزات جهت جداسازي نشاسته و گلوتن، روش تجزيه، قوام خمير و البته نوع مواد خام با يکديگر اختلاف دارندکه از بين روشهاي ذکر شده جهت جداسازي گلوتن طبيعي با قابليت جذب آب و تشکيل شبکهي قابل اشباع و کش سان روش مارتين، باتر و هيدروسيليکون مورد توجه قرار دارد]43[.
1-3-1-روش مارتين
بهترين مثال جهت جداسازي نشاسته از خمير روش مارتين است که در سال 1835 در پاريس توسعه پيدا کرد. اساس روش مارتين به اين صورت است که ابتدا آرد گندم را با آب مخلوط کرده خمير توليد مي شود. سپس اولين مرحله ي شستشو انجام و سوسپاسيون نشاسته – گلوتن به وجود ميآيد. در اين مرحله سبوس خارج، آب گيري و خشک ميشود و بعنوان خوراک دام مصرف ميشود. در دومين مرحله شستشوي سوسپانسيون نشاسته – گلوتن، خط توليد 2 شاخه ميشود. در خط اول يعني پس از دومين مرحله شستشوي سوسپانسيون، نشاسته خارج و اولين جداسازي مايع تغليظ شده صورت ميگيرد. در مرحله بعد نشاسته تصفيه شده و پس از آب گيري خشک ميشود و نشاسته درجه1 حاصل ميشود. پساب اولين جداسازي، تغليظ شده به دومين مرحله جداسازي مايع تغليظ شده رفته، آبگيري و خشک ميشود و نشاسته درجه 2 حاصل ميگردد. در خط دوم و در دومين مرحله شستشوي سوسپانسيون نشاسته-گلوتن، پس از جداسازي نشاسته درجه 1و2، گلوتن خارج ميشود]38و39[.
از محاسن روش مارتين استفاده از آرد ضعيف با درصد پروتئين پايين ميباشد. اما بزرگترين عيب اين روش مصرف زياد آب ميباشد، به گونه اي که حدود 10 برابر آرد مصرفي، آب مورد نياز است که بدنبال آن مشکل فاضلاب و دفن مواد محلول از طريق خارج شدن و سرازير شدن آن به چاه ميباشد که البته بسياري از اين مواد قابل بازيابي ميباشند]2[.
1-3-2-روش خميرابه
فرآيند باتر در سال 1944 اختراع شد. در اين فرآيند به وسيله ي مخلوط کردن به نسبت مساوي آرد و آب، خمير رقيقي تهيه ميشود که بدين ترتيب گلوتن تجمع35 مييابد. لخته هاي گلوتن روي يک صفحه ي دايرهاي بازيافت شده و شيرابه نشاسته خارج ميشود. نشاسته جدا شده و خشک ميگردد]4و10[.

1-3-3- فار – مارکو
در اين روش از گندم کامل به جاي آرد گندم استفاده ميشود. ابتدا رطوبت دانه به حدود 22-14 درصد رسانده و دانه را آسياب ميشود. در مرحله ي بعد به آرد، آب اضافه کرده تا خمير نسبتاً سفتي توليد ميگردد. خمير بر روي صفحهي دوار مالش داده شده و گلوتن آن جدا ميشود. نشاسته را نيز ميتوان جدا و خشک کرد]2و60[.
1-3-4-روش پيلزبري
در اين روش ابتدا گندم را در اسيد کلريدريک رقيق ميخيسانند و هواي موجود در شکاف گندم را بوسيلهي خلاء يا دي اکسيد کربن که محل رشد ميکروارگانيسم است، خارج ميکنند. به اين طريق سبوس به راحتي از اندوسپرم جدا ميشود. پس از فرآيند خنثي سازي، نشاسته را از گلوتن جدا ميکنند. در اين روش گلوتن جدا شده، گلوتن غيرفعال است و از گندم با پروتئين بالا استفاده ميشود] 46،2و60[.
1-3-5-فرآيند هيدروسيلکون
هدف اصلي اين فرآيند استفاده از آب کمتر است به گونهاي که کارخانههايي که بر اساس روش مارتين يا باتر فعاليت داشتند، جهت کاهش هزينه و تقريباً رفع هدرروي آن مجدداً با هيدروسيليکون راه اندازي شدند. در اين روش نشاسته درجه يک با آب تازه و جريان معکوس به بيرون شسته شده و لختههاي گلوتن روي يک صفحهي دايرهاي شسته و جداسازي ميشود. اين فرآيند توسط شرکت هلندي جهت جداسازي نشاسته و گلوتن از آرد گندم ابداع شد]2و37[.
1-3-6-روش قليايي
آرد را در حلال قليائي هيدروکسيد سديم 03/0 نرمال به حالت معلق در ميآورند. پروتئين پراکنده شده و نشاسته توسط سانتريفوژ جدا ميشود. سپس با اسيدي کردن محيط و رساندن pH به 5/5، پروتئين رسوب ميکند. اين پروتئين تغيير ماهيت داده و نقش فعالي ندارد]35،2و46 [.

جهت جداسازي اجزاي آرد گندم چندين روش توسعه يافته است. در اکثر فرآيندها آرد در يک محيط آبي به حالت تعليق درآمده و بوسيله پيوندهاي ديسولفيد، هيدروژني، يوني و ديگر پيوندهاي غيرکوالانسي شبکه گلوتن تشکيل ميگردد و در نهايت گلوتن بصورت تکههاي لخته شده از محيط جدا ميگردد. ]17و30[. در بسياري از تحقيقات در مقياس آزمايشگاهي از الک با مش بندي مختلف جهت جداسازي گلوتن استفاده شده است که هامر و همکاران در سال 1989 ضريب گلوتن را از نسبت گلوتن مرطوب جدا شده توسط الک با اندازه سوراخ 400 ميکرومتر به کل گلوتن مرطوب جدا شده محاسبه نمودند]10[. در طول اختلاط آب و آرد و توليد خمير، پروتئين هاي گلوتن تحت تنش قرار گرفته و پيوندهاي آن شکسته مي شود. در طول زمان استراحت خمير، پيوندهاي جديد در شبکه گلوتن تشکيل شده و در نتيجه شبکه ي گلوتن قويتري بوجود مي آيد]57،10 و59[.
1-4- فاکتورهاي مؤثر در جداسازي نشاسته و گلوتن
توليد و جداسازي مطلوب گلوتن با بازدهي مناسب در صنعت به پيروي از اصول دست آمده در آزمايشگاه مربوط ميشود. ترکيبات آرد، آب، سرعت و زمان مخلوط کردن و عواملي ديگر مانند استفاده از مواد شيميايي مانند اسيد آسکوربيک و آنزيم از جمله عوامل تأثير گذار بر جداسازي نشاسته و گلوتن ميباشد.
1-4-1-آرد
هامر و همکاران درسال 1989 ارتباط مشخص بين کيفيت نانوايي آرد و جداسازي نشاسته و گلوتن مشاهده نکردند. اما رولز و همکاران در سال 1994 گزارش نمودند که بين جداسازي نشاسته و گلوتن و کيفيت نانوايي آرد، زمان مخلوط شدن و جذب آب بهينه ارتباط وجود دارد. هم چنين بين اندازه ذرات آرد که تحت تأثير نحوه آسياب گندم ميباشد و جداسازي نشاسته و گلوتن ارتباط مستقيمي وجود دارد]10[. کلفکنز و همکاران نيز در سال 1991 گزارش کردند که با افزايش نسبت ذرات کوچک، فرآيند تجمع گلوتن آرامتر صورت مي گيرد]27[.
1-4-1-1-پروتئين
جزء مهمي از آرد که در جداسازي بسيار تأثيرگذار ميباشد، مقدار پروتئيني است. محققين زيادي تأثير مستقيم مقدار پروتئين در جداسازي نشاسته و گلوتن را اعلام نمودهاند]27، 38 و 41[.
در سال 1988 وگلز و همکاران تأثير ارقام مختلف گندم را بر تجمع يافتن گلوتن نشان دادند و در همان سال ولز و همکاران اعلام نمودند تجمع يافتن بهتر گلوتن سبب جداسازي مطلوب نشاسته و گلوتن خواهد شد]56[.
1-4-1-2- پلي ساکاريد
مقدار نشاسته در گلوتن به عملکرد شستشوي گلوتن بستگي دارد. سطح گرانولهاي نشاسته هيدروفيل است که بدليل بزرگي ملکول در آب نامحلول بوده و ميتواند با پروتئينهاي ضعيف بدليل آن که داراي خاصيت هيدروفيلي بيشتري نسب به گلوتن هستند، واکنش داده و تشکيل پيوند دهند]42[. يک عامل مهم و تاثيرگذار در تشکيل



قیمت: تومان


پاسخ دهید