دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشکده کشاورزی
پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی کشاورزی- علوم و صنایع غذایی
عنوان:
افزایش راندمان جداسازی پروتئین آرد گندم از نشاسته با روش فیزیکی و با کمک آنزیم ها
استاد راهنما:
دکتر محمد شاهدی
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه و بررسی منابع………………………………………….. 2
1-1- مقدمه………………………………………………………………….. 2
1-1-1- گندم…………………………………………………………………..2
1-1-2-ترکیبات گندم……………………………………………………….. 3
1-2-گلوتن……………………………………………………………………. 5
1-2-1- ساختمان گلوتن……………………………………………………. 6
1-2-2- انواع پیوندهای شیمیایی مؤثر در تشکیل گلوتن و خمیر……….. 7
1-2-3-انواع گلوتن……………………………………………………………. 9
1-3-جداسازی گلوتن مرطوب………………………………………………. 9
1-3-1-روش مارتین…………………………………………………………..10
1-3-2-روش خمیرابه…………………………………………………………10
1-3-3- فار – مارکو……………………………………………………………10
1-3-4-روش پیلزبری………………………………………………………….11
1-3-5-فرآیند هیدروسیلکون…………………………………………………11
1-3-6-روش قلیایی…………………………………………………………..11
1-4- فاکتورهای مؤثر در جداسازی نشاسته و گلوتن…………………… 12
1-4-1-آرد…………………………………………………………………….. 12
1-4-2-آب……………………………………………………………………. 13
1-4-3-زمان و سرعت هم زدن……………………………………………..14
1-4-4-فاکتورهای پیش رونده واکنش…………………………………….. 14
1-5- خشک کردن گلوتن مرطوب…………………………………………. 18
1-5-1- خشک کردن از طریق اسپری نمودن……………………………. 18
1-5-2-خشک کردن تصعیدی……………………………………………… 18
1-5-3- خشک کردن سریع ………………………………………………..18
1-6-کاربرد و مصارف گلوتن………………………………………………. 19
1-6-1- صنایع آرد و نانوایی………………………………………………. 19
1-6-2-صنایع گوشت……………………………………………………….19
1-6-3-پیتزا و فرآوردههای مشابه پنیر…………………………………….19
1-6-4- فرآورده اکسترود شده غلات صبحانه ای و تنقلات…………….. 19
1-6-5- پوشش دهنده……………………………………………………..19
1-2-6- فیلم و پوشش…………………………………………………….19
1-7- شستشو و جدا شدن شیرابه نشاسته از گلوتن……………… 20
فصل دوم: مواد و روش‌ها……………………………………………….. 22
2-1- دستگاهها و مواد مورد استفاده…………………………………. 22
2-1-1- دستگاههای مورد استفاده……………………………………. 22
2-1-2-مواد مصرفی………………………………………………………. 22
2-2- آنالیز شیمیایی……………………………………………………… 23
2-2-1- اندازه گیری رطوبت آرد……………………………………………. 23
2-2-2- اندازه گیری میزان پروتئین……………………………………….. 23
2-4- اندازه گیری گلوتن مرطوب حاصل از تیمارهای مختلف…………. 25
2-5- اندازه گیری خصوصیات رئولوژیکی گلوتن………………………… 25
2-6-شاخص گلوتن……………………………………………………….. 26
2-7- اندازه گیری مقدار گروههای سولفیدریل…………………………. 26
2-8 – الکتروفورز پروتئین………………………………………………….. 27
فصل سوم: نتایج و بحث………………………………………………….. 32
3-1- نتایج آنالیز شیمیایی نمونه آرد……………………………………. 32
3-1-1- میزان رطوبت و پروتئین…………………………………………… 32
3-1-2-توزیع اندازه ذرات آرد……………………………………………….. 32
3-2 تأثیر پارامترهای فرآیند بر بازدهی گلوتن……………………………. 33
3-3-تأثیر تیمارهای آنزیمی و شیمیایی بر بازدهی گلوتن……………… 34
3-3-1-آنزیم گلوکز اکسیداز ………………………………………………..34
3-3-2- آنزیم ترانس گلوتامیناز……………………………………………. 36
3-3-3- آنزیم زایلاناز………………………………………………………… 37
3-3-4- اسیدآسکوربیک……………………………………………………38
3-3-5- ترکیب آنزیم و اسیدآسکوربیک……………………………………39
3-4-تاثیر تیمارهای آنزیمی و شیمیایی بر خصوصیات رئولوژیکی خمیر….40
3-4-1-آنزیم گلوکزاکسیداز ………………………………………………40
3-4-2- آنزیم ترانس گلوتامیناز…………………………………………..41
3-4-3- آنزیم زایلاناز………………………………………………………42
3-4-4- اسید اسکوربیک ……………………………………………….43
3-4-5- ترکیب آنزیم و اسیدآسکوربیک ………………………………. 44
3-5- تأثیر تیمارهای آنزیمی بر شاخص گلوتن……………………….. 45
3-5-1-آنزیم گلوکز اکسیداز………………………………………………45
3-5-2- ترانس گلوتامیناز………………………………………………..45
3-5-3- آنزیم زایلاناز …………………………………………………….46
3-5-4- اسید آسکوربیک……………………………………………… 50
3-5-5- ترکیب آنزیم و اسید آسکوربیک……………………………….50
3-6-تاًثیر تیمارهای آنزیمی و شیمیایی بر درصد جذب آب گلوتن مرطوب جدا شده….51
3-6-1-آنزیم گلوکز اکسیداز……………………………………………. 51
3-6-2-آنزیم ترانس گلوتامیناز…………………………………………..51
3-6-3-آنزیم زایلاناز……………………………………………………….52
3-6-4-اسید آسکوربیک………………………………………………… 53
3-6-5- ترکیب آنزیم و اسید آسکوربیک……………………………….. 53
3-7-تاًثیر تیمارهای آنزیمی و شیمیایی بر گروههای سولفیدریل……54
3-7-1-آنزیم گلوکز اکسیداز……………………………………………… 54
3-7-2-آنزیم ترانس گلوتامیناز…………………………………………….55
3-7-3-آنزیم زایلاناز………………………………………………………..56
3-7-4-اسید آسکوربیک………………………………………………….57
3-7-5-ترکیب آنزیم و اسید آسکوربیک ……………………………….. 57
3-8- بررسی الگوهای الکتروفورزی……………………………………. 58
3-8-1-گلوکز اکسیداز……………………………………………………. 59
3-8-2-ترانس گلوتامیناز………………………………………………….60
3-8-3-زایلاناز……………………………………………………………..60
3-8-4- اسید آسکوربیک………………………………………………. 60
3-8-5-اثر ترکیب آنزیم …………………………………………………..61
فصل چهارم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات……………………………….. 64
4-1- نتیجه گیری…………………………………………………………. 64
4-2- پیشنهادات………………………………………………………….. 66
منابع……………………………………………………………………… 66
چکیده:
جداسازی گلوتن و نشاسته از آرد گندم از فرایند های مهم در صنعت غذاست. گلوتن حاصل از این فرایند در صنایع گوشت، نانوایی و فرآوردههای لبنی کاربرد دارد. آرد گندم حدود 12 درصد پروتئین دارد که به دو بخش غیر گلوتنی محلول در آب شامل آلبومین و گلوبولین و گلوتنی نامحلول در آب تقسیم می شود. پروتئینهای گلوتنی پروتئین ذخیره ای اصلی در گندم میباشد که با اختلاط آب و آرد و ایجاد پیوندهای کووالانسی و غیر کووالانسی تشکیل شبکه ویسکوالاستیک گلوتن را میدهند. امروزه از محلول رقیق نمک جهت جداسازی نشاسته و گلوتن استفاده می شود که اثرات سوئی بر ایجاد خوردگی در تجهیزات و آلودگی فاضلاب کارخانجات دارد و استفاده از جایگزین مناسب نمک جهت جداسازی مطلوب، مهم به نظر میرسد. در این مطالعه پس از تعیین خصوصیات فیزیکی مناسب جهت جداسازی و تعیین تیمار بهینه، آنزیمهای گلوکزاکسیداز، ترانس گلوتامیناز و زایلاناز به همراه اسید آسکوربیک جهت جداسازی گلوتن و نشاسته از آرد گندم و افزایش راندمان آن مورد استفاده قرار گرفتند. پس از اندازه گیری وزنی گلوتن مرطوب، خصوصیات رئولوژیکی گلوتن جدا شده و شاخص گلوتن بررسی شد. در ادامه گلوتن مرطوب خشک شده و درصد پروتئین ، گروههای سولفیدریل و درصد جذب آب آن اندازه‌گیری شده و مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت پروفیل الکتروفورز گلوتنهای جدا شده در تیمارهای مختلف بررسی شد. نتایج نشان داد استفاده از محلول اسید آسکوربیک به عنوان محلول اکسید کننده سبب تشکیل پیوندهای دی سولفید و کاهش گروههای تیول شده و با تجمع بهتر گلوتن سبب افزایش شاخص گلوتن و وزن مرطوب آن گردید. اسید آسکوربیک با تشکیل ساختاری قوی سبب افزایش مقاومت به کشش و کاهش کشش پذیری گلوتن شد. در غلظتهای متفاوت آنزیم ترانس گلوتامیناز و گلوکزاکسیداز نتایج متفاوتی در خصوصیات گلوتن مشاهده شد. آنزیم زایلاناز نیز از طریق تجزیه آرابینوگزایلان سبب افزایش جداسازی گلوتن از نشاسته، کشش پذیری، مقادیر گروههای تیول، شاخص گلوتن و کاهش جذب آب گلوتن مرطوب شد.
فصل اول: مقدمه و بررسی منابع
1-1- مقدمه
غلات در میان تمامی انواع مواد غذایی بشر بعنوان قوت غالب[1] مطرح میباشند. در کشورهای صنعتی بالغ بر 50 درصد کربوهیدرات، 3/1 درصد پروتئین و 50 تا 60 درصد ویتامینهای گروه B از طریق مصرف نان تأمین میشوند. هر چند در کشورهای در حال توسعه این نسبت ها بیشتر می باشد و در بعضی موارد 85-75 درصد کالری و پروتئین مردم در این کشورها را نان تأمین می نماید]1و2[.
غلات میوههای علفی زراعی از خانواده تک لپه ای گرامینه[2] هستند. غلات عمده شامل گندم، جو، یولاف، چاودار، برنج، ذرت، سورگوم و ارزن می باشند. بطورکلی به رنگ های قهوهای، طلایی کهربایی و سفید مشاهده میگردند]4[.
1-1-1- گندم
نام علمی گندم، تریتیکوم است که بزرگترین محصول غلهای جهان میباشد و جزء اصلی وعده غذایی بسیاری از مردم در مناطق مختلف جهان به شمار میرود ]4[. میزان تولید آن در جهان در سال 2001، 600 میلیون تن رسیده است]10[. بطورکلی 67 درصد گندم تولیدی جهان جهت تغذیه انسان، 20 درصد آن جهت تغذیه دام و طیور، 7 درصد آن بعنوان بذر و تنها 6 درصد آن برای تولید محصولات صنعتی استفاده میشود]27[.
2-1-1- ترکیبات گندم
1-1-2-1-کربوهیدرات
بیشترین ترکیب در گندم را نشاسته شامل میشود که اکثراً در قسمت آندوسپرم قرار دارد. نشاسته گندم شامل پلیمرهای گلوکز، آمیلوز و آمیلوپکتین میباشد. آمیلوز پلیمر خطی است و از واحدهای گلوکز که توسط پیوند (4-1) α به هم متصل شدهاند، تشکیل شده است. در مقابل آمیلوپکتین منشعب تر است و علاوه بر پیوند (4-1) α در ناحیه شاخه پیوند (6-1) α نیز داراست. آمیلوز و آمیلوپکتین به ترتیب 28 تا 25 درصد و 75 تا 72 درصد نشاسته گندم را شامل میشوند]2و3[.
گرانولهای نشاسته گندم به دو دسته بزرگ با میانگین قطر 20 میکرومتر و کوچک با میانگین قطر 5 میکرومتر تقسیم میشوند. علاوه بر نشاسته، گندم شامل پلی ساکاریدهای دیگری نیز هست که بعنوان پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای [1] شناخته می شوند و در دیواره سلولهای آندوسپرم و پوسته قرار دارند که شامل ترکیباتی از قبیل آرابینوگزایلان[2] و سلولز میباشند. آرابینوگزایلان حدود 5/1 تا 5/2 درصد آرد را تشکیل میدهد که درصد جذب آب بالایی دارند. آرابینوگزایلان به دو دسته قابل استخراج با آب (5/0 درصد آرد) و غیرقابل استخراج با آب (5/1 درصد آرد) تقسیم میشوند که با افزایش درصد استخراج آرد از گندم مقدار آرابینوگزایلان وپنتوزان[3] بیشتری وارد آرد میشود]4[.
2-2-1-1- پروتئین
از نظر ساختمانی پروتئینها، پلیمرهای طبیعی هستند که در تمام موجودات زنده یافت میشوند و از اسیدهای آمینه که با پیوندهای پپتیدی به یکدیگر متصل شده اند، بوجود میآیند. تمامی اسیدهای آمینه دارای گروههای اسیدی و آمینی هستند که تفاوتشان در گروه جانبی میباشد. ساختمان تمامی پروتئینها از جهتی به یکدیگر شبیه است. نخستین عامل تفاوت بین پروتئینها نحوه قرار گرفتن اسیدهای آمینه یا ساختمان اول آنها میباشد. برای مشخص شدن تفاوتهای بیشتر باید به ساختمان های دوم و سوم پروتئین مراجعه نمود. اسکلت یک پروتئین تا حدودی قابل انعطاف است و میتواند به صورت پیچ خورده در آید. گروههای سولفیدریل در اسید آمینه سیستئین[1] از جمله گروههای فعال میباشند و میتوانند با دیگر گروههای سولفیدی موجود بر روی اسید آمینه سیستئین واکنش داده و تشکیل باند دی سولفیدی دهند. در ارتباط با ساختمان چهارم پروتئینها انواع پیوندها را میتوان مشاهده کرد که برخی ضعیف و برخی قوی میباشند. از جمله این پیوندها، پیوند یونی و پیوند هیدروژنی را میتوان نام برد. از دیگر انواع پیوند، پیوند هیدروفوبیک را باید نام برد که با این پیوند دوزنجیره جانبی هیدروفوب بواسطه نیروی واندروالس به یکدیگر متصل میشوند]2،9و13[.
پروتئین غلات به چهار دسته تقسیم می شوند:
آلبومین[2]: که در آب محلول هستند و تحت تأثیر حرارت منعقد میشوند. سفیده تخم مرغ یک نمونه بارز آن است.
گلوبولین[3]: در آب خالص نامحلول اما در محلول رقیق نمکی محلول میباشد. در صورتی که غلظت نمک در محلول بسیار زیاد باشد، گلوبولین در محلول نمکی نامحلول خواهد بود.
پرولامین[4]: در الکل اتیلیک 70 درصد محلول میباشد.
گلوتنین[5]: این دسته در اسید و باز دقیق محلولاند.
اکثر پروتئینهایی که از نظر فیزیولوژیک فعال محسوب میشوند از دسته آلبومینها و گلوبولینها به شمار میآیند. در غلات این دو دسته از نظر تغذیه ای توازن مناسبتری از نظر اسیدهای آمینه دارا‌هستند. آنها حاوی میزان بالایی لیزین[6]، تریپتوفان[7] و متیونین[8] میباشند که در غلات نسبتاً کم مقدار هستند. پرولامین [9] و گلوتلین پروتئینهای ذخیرهای غلات هستند که در هنگام جوانه زنی مورد استفاده قرار میگیرند.
در صورتی که مقدار پروتئین گندم کم باشد، آلبومین و گلوبولین درصد قابل توجهی از کل پروتئین را تشکیل میدهند و اگر مقدار پروتئین گندم درصد بالایی باشد، این دو جزء درصد کمی از کل پروتئین را به خود اختصاص خواهند داد. در واقع گندم کم پروتئین در مقایسه با انواع با پروتئین بالا، دارای گلیادین و گلوتنین کمتری هستند. مقدار پروتئین گندم متغیر است و تحت تأثیر عواملی هم چون عوامل ژنتیکی، عوامل محیطی از قبیل ازت موجود در خاک، خشکسالی یا سرمازدگی قرار میگیرد.
در میان انواع آرد حاصل از غلات تنها آرد گندم است که توانایی تشکیل خمیر چسبنده و قوی که گاز را در خود نگه می دارد و تولید محصولات سبک و متخلخل می نماید را داراست. خاصیت نانوائی آرد گندم بدلیل پروتئین آن و بصورت دقیق‌تر گلوتن[10] آن می باشد. این پروتئینها از دسته پروتئینهای ذخیرهای بوده و بدلیل عدم حلالیت در آب براحتی می توان آن را از سایر اجزا جدا نمود. گلوتن از دو گروه عمده گلیادین[11] و گلوتنین (که به ترتیب از نوع پرولامین و گلوتلین هستند) تشکیل شده است. این دو گروه را می توان براحتی با حل نمودن گلوتن در اسید رقیق و افزودن الکل اتیلیک به منظور تهیه محلول 70 درصد الکل و درنهایت خنثی سازی اسید با باز از یکدیگر جدا نمود. بعد از گذشت مدت زمان مناسب در دمای 4 درجه سانتیگراد گلوتنین رسوب نموده و گلیادین در محلول باقی میماند. گلیادین دارای وزن ملکولی بالائی بوده و عامل قوام و چسبندگی خمیر است که به هنگام مرطوب شدن شدیداً سفت و چسبناک می شود. این در حالی است که گلوتنین از دسته پروتئینهای هتروژن است، از نظر خصوصیات فیزیکی چسبنده نبوده ولی دارای خاصیت ارتجاعی میباشد و به خمیر خاصیت مقاومت در مقابل کشش و انبساط را میدهد. گلوتن حاوی 35 درصد گلوتامیک اسید به فرم آمیدی یعنی گلوتامین و 14 درصد پرولین می باشد] 4،2و39[.
1-1-2-3- لیپید
لیپیدآرد گندم به دو دستهی لیپید آزاد و لیپید باند شده تقسیم می شود که هر دو دسته شامل ترکیبات قطبی و غیرقطبی می باشند. ترکیبات قطبی شامل گلیکولیپید و فسفولیپید هستند و تری گلیسریدها ترکیبات اصلی لیپیدهای غیرقطبی را شامل می شود]11و34[.
2-1- گلوتن
گلوتن دسته بزرگی از پروتئینهای ذخیرهای گندم را تشکیل می دهد که از لحاظ تولید و مصرف در جهان پس از پروتئین سویا، دومین پروتئین گیاهی مهم به شمار میرود. جهت کیفیت مناسب نان باید بین ویسکوزیته و الاستیسیته گلوتن تعادل مناسب برقرار باشد. گلوتنی که به میزان مناسب الاستیک نیست، موجب کم شدن حجم قرص نان میشود. از طرفی وقتی الاستیسیته زیاد باشد از انبساط سلول های گازی خمیر جلوگیری کرده و حجم قرص پایین خواهد بود. خواص الاستیسیته خمیر به پلیمرهای گلوتنین نسبت داده شده است در صورتی که گلیادین عامل ویسکوز کردن خمیر می باشد]31و 51[.
بدلیل خصوصیات منحصر به فرد گلوتن در آرد گندم، از خمیر آرد گندم در تهیه محصولات غذایی به خصوص محصولات نانوایی استفاده فراوان میشود. گلوتن گندم خاصیت تشکیل یک توده ویسکوالاستیک را دارد که تعادلی بین قابلیت کشش پذیری[1] و ارتجاع پذیری[2] میباشد.
در حین مخلوط کردن آب و آرد، گلوتن تشکیل یک شبکه ویسکوالاستیک و چسبنده را میدهد که توانایی نگه داری گاز تولید شده در حین تخمیر را داراست و ساختار حجیم نان بعد از پخت را باعث میشود. بنابراین کیفیت محصول تولید شده تحت تأثیر مقدار و کیفیت پروتئین آرد میباشد به طوری که خمیر با خصوصیت الاستیک بالا برای تهیه نان و خمیر با خصوصیات ارتجاع پذیری بالا برای تهیه کیک و شیرینی بکار میرود ]45 و51[.
تعداد صفحه : 93
قیمت : 14700تومان
