شکل 4-12. میزان رهایش گلوکز از نمونه های ژل نشاسته ها در شرایط هضم معده و روده شبیه سازی شده (غلظت 12 درصد، حجم 15 میلی لیتر)… 99
شکل4-13. منحنی جریان نمونه های نشاسته پس از هضم در شرایط معده شبیه سازی شده… 105
شکل 4-14. منحنی جریان نمونه های نشاسته پس از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده… 108
شکل 4-15. نمودار جریان نمونه های نشاسته (غلظت 8 درصد و دمای 37 درجه سانتیگراد) در شرایط (a) عدم حضور بزاق و (b) حضور بزاق… 111
شکل 4-16. نمودار جریان نمونه های نشاسته (غلظت 12 درصد و دمای 37 درجه سانتیگراد) در شرایط (a) عدم حضور بزاق و (b) حضور بزاق… 112
شکل 4-17. نمودار جریان نشاسته ها (غلظت 8 درصد، دمای 37 درجه سانتیگراد و تنش برشی 50 معکوس ثانیه) (a) بدون حضور و (b) در حضور بزاق 123
شکل 4-18. نمودار جریان نشاسته ها (غلظت 12 درصد، دمای 37 درجه سانتیگراد و تنش برشی 50 معکوس ثانیه) (a) بدون حضور و (b) در حضور بزاق 124
شکل 4-19. آزمون کرنش متغیر ژل 8 و 12 درصد نشاسته طبیعی (فرکانس 1 هرتز، دمای 25 درجه سانتیگراد)… 135
شکل 4-20. آزمون کرنش متغیر ژل 8 و 12 درصد نشاسته فسفریله (فرکانس 1 هرتز، دمای 25 درجه سانتیگراد)… 136
شکل4-21. آزمون کرنش متغیر ژل 8 و 12 درصد نشاسته هیدروکسی پروپیله (فرکانس 1 هرتز، دمای 25 درجه سانتیگراد)… 136
شکل 4-22. آزمون فرکانس متغیر ژل 8 درصد ژل نشاسته ها (کرنش 5/0 درصد، دمای 25 درجه سانتیگراد)… 140
شکل 4-23. آزمون فرکانس متغیر ژل 12 درصد ژل نشاسته ها (کرنش 5/0 درصد، دمای 25 درجه سانتیگراد)… 141
شکل 4-24. اثر فرکانس بر ویسکوزیته کمپلکس نمونه های ژل نشاسته (غلظت 8 درصد، دما 25 درجه سانتیگراد)… 144
شکل 4-25. اثر فرکانس بر ویسکوزیته کمپلکس نمونه های ژل نشاسته (غلظت 12 درصد، دما 25 درجه سانتیگراد)… 144
شکل 4-26. پایگاه قوانین فازی تشکیل شده جهت مدلسازی… 147
شکل 4-27. بخش ناظر قوانین جهت تخمین میزان خروجی داده های تست. 148
فهرست جدول ها
جدول4-1. تابعیت دمایی (انرژی فعالسازی) قدرت تورم انواع نشاسته های گندم بر اساس مدل آرینیوس-ایرینگ.. 86
جدول4-2. پارامتر های بدست آمده از معادله آرینیوس-ایرینگ جهت بررسی تغییرات حلالیت انواع نشاسته ها.. 90
جدول 4-3. طبقه بندی نشاسته های مختلف بر اساس قابلیت هضم اندازه گیری شده بر اساس روش انگلیست و همکاران (1992).. 93
جدول 4-4. پارامتر های معادله 3-7 و مقادیر GI و HI بدست آمده برای نمونه ژل نشاسته های مختلف.. 97
جدول 4-5. معادله بهترین برازش بدست آمده از مدل خطی بر داده های رهایش گلوکز بدست آمده از هضم نشاسته های مختلف در شرایط معده شبیه سازی شده (SGC) 101
جدول 4-6. معادله بهترین برازش بدست آمده از مدل خطی بر داده های رهایش گلوکز بدست آمده از هضم نشاسته های مختلف در شرایط روده شبیه سازی شده (SIC) 103
جدول 4-7. پارامتر های رئولوژیکی نمونه های نشاسته هضم شده در شرایط معده شبیه سازی شده و بدون هضم با بهره گرفتن از مدل قانون توان.. 107
جدول 4-8. پارامتر های رئولوژیکی نمونه های نشاسته هضم شده در شرایط روده شبیه سازی شده با بهره گرفتن از مدل قانون توان.. 109
جدول 4-9. پارامتر های مدل قانون توان بدست آمده برای نمونه های نشاسته در شرایط حضور و عدم حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد).. 115
جدول 4-10. میانگین مجذورات برای پارامتر های مدل های هرشل-بالکلی و سیسکو با بهره گرفتن از داده های ویسکوزیته برشی و تنش برشی مربوط به انواع نشاسته ها 117
جدول 4-11. پارامتر های مدل هرشل- بالکلی بدست آمده برای نمونه های نشاسته در شرایط حضور و عدم حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد).. 118
جدول 4-12. پارامتر های مدل سیسکو بدست آمده برای نمونه های نشاسته در شرایط حضور و عدم حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد).. 119
جدول 4-13. پارامتر های مدل بینگهام بدست آمده برای نمونه های نشاسته در شرایط حضور و عدم حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد).. 120
جدول 4-14. اثر زمان اعمال تنش برشی (50 معکوس ثانیه) بر روی ویسکوزیته ظاهری نمونه های نشاسته در حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد) 126
جدول 4-15. میانگین مجذورات برای پارامتر های مدل های کنتیک ساختار درجه دو، کاهش تنش درجه یک و ولتمن با بهره گرفتن از داده های ویسکوزیته برشی و تنش برشی مربوط به انواع نشاسته ها.. 128
جدول 4-16. پارامتر های مدل کنتیک ساختار درجه دو بدست آمده برای نمونه های نشاسته در شرایط حضور و عدم حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد و تنش برشی 50 معکوس ثانیه).. 129
جدول 4-17. پارامتر های مدل شکست تنش درجه یک بدست آمده برای نمونه های نشاسته در شرایط حضور و عدم حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد و تنش برشی 50 معکوس ثانیه).. 131
جدول 4-18. پارامتر های مدل ولتمن بدست آمده برای نمونه های نشاسته در شرایط حضور و عدم حضور بزاق (دمای 37 درجه سانتیگراد و تنش برشی 50
معکوس ثانیه).. 133
جدول 4-19. قدرت ساختار (G′LVE)، حد مقدار کرنش (γL)، مقدار تانژانت افت در محدوده خطی ویسکوالاستیک (Tan δLVE)، تنش تسلیم در محدوده LVE (τy)، تنش نقطه جریان (τf) مربوط به مدول Gf (G′=G″:Gf) (غلظت 8 و 12 درصد، دمای 25 درجه سانتیگراد و فرکانس 1 هرتز).. 139
جدول 4-20. مدول ذخیره (G′)، مدول افت (G″)، و ویسکوزیته کمپلکس (*η) نمونه های ژل نشاسته ها در دو غلظت 8 و 12 درصد (دمای 25 درجه سانتیگراد، فرکانس 1 هرتز).. 142
جدول4-21. پارامترهای معادله توانی برای مدول های ذخیره و افت نمونه های ژل نشاسته در غلظت های مختلف (دمای 25 درجه سانتیگراد و کرنش 5/0 درصد) 146
جدول 4-22. کارایی مدلسازی صورت گرفته بر اساس جدول جستجوی فازی جهت تخمین میزان گلوکز رهایش یافته در شرایط روده شبیه سازی شده.. 149
فهرست علامتها و اختصارها
| معادل فارسی |
معادل انگلیسی |
علامت |
| درجه جایگزینی |
Degree of substitution |
DS |
| گرماسنجی افتراقی |
Differential scanning chromatography |
DSC |
| انرژی فعالسازی |
Activation energy |
Ea |
| طیف سنجی مادون قرمز |
Fourier transform infrared spectroscopy |
FT-IR |
| مدول ذخیره |
Storage modulus |
G′ |
| مدول افت |
Loss modulus |
G″ |
| اندیس قند خون |
Glycemic index |
GI |
| اندیس هیدرولیز |
Hydrolysis index |
HI |
| ضریب قوام |
Consistency coeffficient |
k |
| ناحیه خطی ویسکوالاستیسیته |
Linear viscoelastic region |
LVR |
| شاخص رفتار جریان |
Flow behavior index |
n |
| نشاسته با قابلیت هضم سریع |
Rapidly digestible starch |
RDS |
| نشاسته مقاوم |
Resistant strach |
RS |
| نشاسته با قابلیت هضم آهسته |
Slowly digestible starch |
SDS |
| قدرت تورم |
Swelling power |
SP |
| سدیم تری متافسفات |
Sodium trimetaphosphate |
STMP |
| سدیم تری پلی فسفات |
Sodium tripolyphosphate |
STPP |
| تانژانت افت |
Loss tangent |
Tan δ |
| افتراق اشعه ایکس |
X-ray diffractometry |
XRD |
| آلفا |
Alpha |
α |
| بتا |
Beta |
β |
| گاما |
Gama |
γ |
| ویسکوزیته ظاهری |
Apparent viscosity |
η |
| ویسکوزیته کمپلکس |
Complex viscosity |
η* |
این مطلب را هم بخوانید :
فصل اول: مقـدمـه
هیچ کس واقعاً نمی داند که از چه مدت قبل انسان به بافت غذا اهمیت می داده است، اگر چه به نظر می رسد برای اولین بار پرداختن به بافت غذا از اواسط قرن گذشته آغاز شده باشد. البته پر واضح است که تحقیقات صورت گرفته در آن زمان نسبت به تحقیقات امروزی دارای نتایج ضعیف تری بوده است. از جمله آزمایشات مربوط به بافت غذا در قرن گذشته شامل آزمایشات اثر خواص فیزیکی غذا نظیر دانسیته، ویسکوزیته و کشش سطحی بر احساسات درک شده در دهان بوده است. پس از آن تحقیقات زیادی توسط دانشمندان انجام شد که موضوع بافت غذا در آن ها مورد بحث واقع شده بود.
پرداختن به نحوه تغییر غذا در حین گوارش از جنبه های مختلف حائز اهمیت است. برای نمونه یکی از مواردی که در سال های اخیر علاقه بسیاری از محققان را به خود معطوف ساخته و در عین حال اهمیت موضوع را بیشتر مشخص می کند، بحث تجزیه و آزاد سازی ترکیبات مختلف زیستی در محل مورد نظر می باشد، که برای این منظور دانش فیزیولوژی و نحوه عمل دستگاه گوارش بر روی این ترکیبات ضروری به نظر می رسد. در نتیجه با شناخت اجزای درگیر در گوارش و شبیه سازی مناسب آن ها می توان به صورت تجربی و درون شیشه ای (شرایط آزمایشگاهی)[1] آزادسازی ترکیبات در محل مناسب را بررسی کرده و حتی نحوه آزادسازی به صورت یکباره و یا تدریجی را تحت کنترل در آورد. هر مقدار که مدل شبیه سازی شده به خصوصیات اجزای دستگاه گوارش شبیه تر باشد، شبیه سازی صورت گرفته موفق تر بوده و نتایج بدست آمده دارای دقت بالاتری می باشد.
استفاده از سیستم های درون سلولی (شرایط واقعی)[2] که خوراندن غذا مستقیماً به انسان و حیوان مد نظر آن است، معمولاً دارای نتایج بهتری است، ولی اغلب این روش ها وقت گیر و هزینه بر هستند. با توجه به این مسائل باید گفت اگرچه طراحی سیستم های آزمایشگاهی و تجربی با مشکلاتی نیز همراه است، ولی به دلیل سریع بودن و کم هزینه بودن، اغلب این روش ها را می توان به عنوان روشی جایگزین برای سیستم های واقعی درون سلولی استفاده کرد. در صورتی که یک مدل آزمایشگاهی به درستی طراحی شود، اطلاعات صحیح و مناسب زیادی را در طی مدت کوتاه در اختیار می گذارد. از اینرو می توان به عنوان روشی سریع در بررسی نحوه فرایند غذا و بررسی سیستم های انتقال دهنده آن حین گوارش (که دارای ساختار و ساختمان های متفاوتی هستند) استفاده کرد.
امروزه سیستم های آزمایشگاهی به واسطه دقت نظر و پیچیدگی هایی که در طراحی آن ها به کار برده می شوند به سمتی حرکت کرده اند که به سیستم های درون سلولی و واقعی نزدیک شده و از این رو صحت اندازه گیری آن ها به میزان زیادی بالا رفته است. البته باید در نظر داشت که همیشه باید یک رابطه سازش آمیز بین صحت و کاربرد آسان برای روش های آزمایشگاهی اتخاذ کرد. در سال های اخیر تعداد زیادی از دانشمندان حوزه غذا و دام از سیستم های آزمایشگاهی شبیه سازی شده برای بررسی تغییرات شیمیایی و ساختمانی که در طی فرایند انواع غذاها در شرایط دستگاه گوارش روی می دهد استفاده کرده اند، اما همه آنها دارای صحت لازم نبوده اند.
نشاسته به دلیل ویژگی های خاصی که دارد همواره مورد توجه بسیاری از صنایع از جمله صنعت غذا به عنوان یک بیوپلیمر کربوهیدراتی بوده است که در بسیاری از محصولات غذایی کاربرد دارد. از جمله این کاربرد ها می توان به کاربرد به عنوان قوام دهنده، تثبیت کننده سیستم کلوئیدی، عامل تشکیل دهنده ژل، عامل حجم دهنده و عامل نگهدارنده آب اشاره کرد. محدودیت هایی که درمورد نشاسته طبیعی وجود داشت از جمله مقاومت کم نسبت به حرارت، شرایط اسیدی و افزایش احتمال پسروی (رتروگراداسیون)[3] در محصولات حاوی آن سبب شده است که محققین در صدد ایجاد تغییرات (اصلاح) شیمیایی و فیزیکی در نشاسته طبیعی باشند. از جمله این تغییرات می توان به ایجاد پیوند های اتری و استری و همچنین ایجاد اتصالات عرضی بین رشته های نشاسته اشاره کرد. هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته با ایجاد پیوند اتری یکی از روش های اصلاح نشاسته می باشد. این عمل در حضور قلیا و به وسیله اکسید پروپیلن[4] صورت می گیرد که واکنش شیمیایی مربوط به آن در شکل 1-1 نشان داده شده است.
شکل1-1. واکنش شیمیایی منجر به تولید نشاسته هیدروکسی پروپیله.
حلالیت نشاسته هیدروکسی پروپیله شده در آب با افزایش درجه جایگزینی این گروه در نشاسته افزایش می یابد. همچنین میزان افزایش حجم و ویسکوزیته این نشاسته در مقایسه با نشاسته طبیعی بیشتر است. دمای ژلاتینه شدن و خمیری شدن[5] این نوع نشاسته کمتر از نشاسته طبیعی است.
فسفاته کردن نشاسته توسط فسفر اکسی کلراید (POCl3) یا ترکیبی از سدیم تری متافسفات (STMP) و سدیم تری پلی فسفات (STPP) صورت می گیرد و یکی دیگر از روش های تولید نشاسته اصلاح شده با اتصلات عرضی می باشد که واکنش شیمیایی آن در شکل 2-2 نشان داده شده است.
شکل 2-2. تولید نشاسته با اتصلات عرضی فسفاته با بهره گرفتن از POCl3.
این نوع نشاسته دارای دمای ژلاتینه شدن بالاتر، ویسکوزیته بالاتر و مقاومت بیشتر نسبت به افت ویسکوزیته بوده و همچنین نسبت به شرایط اسیدی و برش بالا مقاوم می باشد.
با توجه به خصوصیات متفاوتی که برای نشاسته های طبیعی، فسفریله و هیدروکسی پروپیله ذکر شد، انجام پژوهشی که بتواند به بررسی نقش هر یک از این استخلاف های ایجاد شده (فسفریله و هیدروکسی پروپیله) بر میزان قابلیت هضم نشاسته های اصلاح شده در سیستم درون شیشه ای بپردازد لازم به نظر می رسید. در تحقیقات پیشین بیشتر بحث هضم بر اساس روش انگلیست و همکاران (1992) بوده است که بدلیل در نظر نگرفتن شرایط کامل حاکم بر دستگاه گوارش (نقش بزاق، pH اسیدی معده و اثر مجموعه آنزیم های موجود در روده) نتایج ملموسی منطبق بر آنچه حین هضم نشاسته ها در دستگاه گوارش روی می دهد، از آن گرفته نمی شود.
با توجه به موارد ذکر شده هدف از این تحقیق بررسی و مقایسه خصوصیات فیزیكوشیمیایی و ساختمانی نشاسته طبیعی گندم، نشاسته هیدروکسی پروپیله شده و نشاسته فسفاته در شرایط شبیه سازی شده (آزمایشگاهی) هضم در دهان، معده و روده می باشد. همچنین مقاومت هر یک از نشاسته های مذکور در برابر شرایط هضم در دستگاه گوارش اندازه گیری شده و در نهایت میزان هیدرولیز نشاسته در هر یک از شرایط هضم با تعیین میزان گلوکز رهایش یافته تعیین و به روش منطق فازی مدلسازی می گردد.
برخی از این اهداف به صورت ذیل خلاصه می گردند:
- مطالعه خواص رئولوژیكی نشاسته طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفاته در دهان، معده و روده
- تعیین میزان هیدرولیز نشاسته در هر سه قسمت ذکر شده از دستگاه گوارش از روی فاکتور رهایش گلوکز
- مقایسه مقاومت نشاسته های ذکر شده در شرایط آنزیمی و اسیدی دستگاه گوارش
- مطالعه اثر غلظت و حجم نشاسته بر روی هیدرولیز اسیدی و آنزیمی آن ها
- بررسی اثر زمان هضم بر خصوصیات رئولوژیکی و میزان رهایش گلوکز در هر ناحیه
- مدلسازی فازی رهایش گلوکز حین هضم در روده کوچک
نوآوری های رساله
- بررسی رفتار جریان برشی پایای وابسته و مستقل از زمان ژل نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم حین هضم در شرایط دهان شبیه سازی شده
- بررسی رئولوژی ژل نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم بعد از هضم در شرایط معده شبیه سازی شده (در شرایط وجود و عدم وجود pH اسیدی)
- تعیین میزان رهایش گلوکز از هر نشاسته حین هضم در شرایط معده شبیه سازی شده
- بررسی رئولوژی ژل نشاسته های نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم بعد از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده (در شرایط حضور و عدم حضور آنزیم)
- تعیین میزان رهایش گلوکز از هر نشاسته حین هضم در شرایط روده شبیه سازی شده
- مدلسازی ریاضی میزان رهایش گلوکز از هر نشاسته حین هضم در شرایط روده شبیه سازی شده
- مدلسازی با بهره گرفتن از منطق فازی جهت تخمین میزان گلوکز رهایش یافته از هر نشاسته، حین هضم در شرایط روده شبیه سازی شده با بهره گرفتن از جدول جستجوی منطق فازی
فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین
2-1. خصوصیات فیزیکو شیمیایی و مورفولوژیکی نشاسته های طبیعی و اصلاح شده
تاکاهاشی و سیب (1988) بیان کردند که پیوند بین چربی های موجود در نشاسته گندم و مخصوصاً ایزولستین با آمیلوز، سبب ایجاد یک ساختار کریستالی در دماهای بین 50 تا 60 درجه سانتیگراد گردید که این ساختار مانع از افزایش قدرت تورم شد. آن ها افزودند که افزایش دما تا بالاتر از 80 درجه سانتیگراد، سبب شکسته شدن این ساختار کریستالی و افزایش مجدد قدرت تورم نشاسته گندم گردید.
ایناگاکی و سیب (1992) بیان کردند که قدرت تورم نشاسته مومی جو در اثر افزایش میزان فسفریله شدن کاهش یافت، همچنین میزان حلالیت در آب آن ها با افزایش میزان غلظت مواد ایجاد کننده این استخلاف کاهش پیدا کرد.
