بررسی پایان نامه های انجام شده درباره مدل ... - منابع مورد نیاز برای پایان نامه : دانلود پژوهش های پیشین |
شکل ۱-۳٫ مقایسه منحنیهای SFC محصول اینتراستریفیه و شورتنینگ نانوائی نوع تجاری………………………………۱۳
شکل ۱-۴٫ ارتباط خطی بین دو متغیر………………………………………………………………………………………………………………………۱۷
شکل ۴-۱٫ نمودار SMP به صورت تابعی از محتوای FHPO………………………………………………………………………………..45
شکل ۴-۲٫ منحنی SFC مخلوطها، قبل و بعد از اینتراستریفیکاسیون آنزیمی………………………………………………………۴۶
شکل ۴-۳٫ نمودارهای حاصل از آزمون روبش-فرکانس مخلوطهای اولیه و اینتراستریفیه……………………………………..۵۰
شکل ۴-۴٫ منحنیهای همجامد مخلوطها، قبل و بعد از اینتراستریفیکاسیون آنزیمی……………………………………………۵۳
شکل ۴-۵٫ تأثیر دما بر روی SFC مخلوطهای FHPO و SBO، اینتراستریفیه شده به روش آنزیمی……………….۵۶
………………………………………………61
شکل ۴-۷٫ تأثیر محتوای اسید چرب اشباع بر روی SFC مخلوطهای FHPO و SBO…………………………………….63
و دما….۶۶
شکل ۴-۹٫ نمودار سه بعدی SFC آزمایشی (نمودار پراکنش) و پیش بینی شده مخلوطهای دوتایی FHPO و SBO ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۶۷
، مخلوطهای اینتراستریفیه شده آنزیمی…………………………………………۷۰
، مخلوطهای اینتراستریفیه شده شیمیایی………………………………………۷۱
شکل ۴-۱۲٫ تأثیر SFA بر روی نقطه ذوب مخلوطهای دوتایی اینتراستریفیه شده آنزیمی FHPO:SBO………74
مخلوطهای حاوی پالم اولئین…………………………………………………………..۷۶
مخلوطهای حاوی سویای کاملاً هیدروژنه………………………………………..۷۷
فصل اول
مقدمه و کلیات
۱-۱٫ مقدمه
محتوای چربی جامد (SFC[1]) و نقطه ذوب، پارامترهای مناسبی در ارتباط با خصوصیات فیزیکی چربیها میباشند (زینال، ۱۹۹۹). SFC به صورت درصد اجزاء جامد چربیها در دماهای مشخص تعریف می شود و تعیین کننده رفتار ذوبی و پلاستیسیته آنها میباشد. این خصوصیت تأثیر بسزایی بر کاربرد ویژهی محصول از جمله ظاهر عمومی، بسته بندی آسان، مالش پذیری، تراوش روغن و خصوصیات ارگانولپتیکی دارد (نورلیدا و همکاران، ۲۰۰۲).
به طور کلی محتوای چربی جامد از دمایی که در آن نگهداشته می شود، نوع چربی یا روغن (شامل اسید چرب، تری آسیل گلیسرول (TAG)) و ساختار کریستالی تأثیر میپذیرد (تلس دوس سنتوس و همکاران، ۲۰۱۳). تغییرات SFC در نتیجه انجام واکنشهای فیزیکی (هیدروژناسیون[۲] و جزء به جزء کردن[۳]) و شیمیایی روغنها (اینتراستریفیکاسیون[۴]) حاصل می شود که منجر به تغییر نقطه ذوب چربیها میگردد (کارابولوت و همکاران، ۲۰۰۴).
اینتراستریفیکاسیون، مهمترین روش اصلاح خصوصیات فیزیکوشیمیایی[۵] چربیها است که موجب تغییر ساختار تری آسیل گلیسرول، محتوای چربی جامد، نقطه ذوب و رفتار کریستالیزاسیون یا تبلور محصول میگردد. نظارت بر روند واکنش جهت حصول محصولات مختلف چربی، اغلب بوسیله آنالیزهای TAG، اندازه گیری نقطه ذوب و SFC صورت میگیرد ( ژانگ و همکاران، ۲۰۰۴؛ روسو و مارانگنی، ۲۰۰۸ و ریبیرو و همکاران، a2009). بر این اساس مقادیر SFC و نقطه ذوب، میتوانند با ارزشترین داده ها در تعیین خصوصیات چربیها باشند.
SFC توسط دستگاه رزونانس مغناطیسی هسته ای متناوب (pNMR[6]) اندازه گیری می شود که به دلیل قابل دسترس نبودن چنین دستگاههای پیشرفتهای در همه آزمایشگاههای آنالیز مواد غذایی محدودیتهایی در اندازه گیری آن ایجاد شده است (فرمانی، ۱۳۹۳). همچنین اندازه گیری نقطه ذوب چربیها با روشهای آزمایشگاهی AOCS، همواره زمانبر است. بنابراین توصیف مدلهایی که بتواند مقادیر SFC و نقطه ذوب را جهت تولید محصولات عملگر و مطلوب قبل از انجام هر گونه آزمایش و آنالیزهای دستگاهی پیش بینی کند، منطقی به نظر میرسد.
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
تحقیق حاضر با بهره گرفتن از داده های بدست آمده از اینتراستریفیکاسیون آنزیمی مخلوط دوتایی پالم اولئین کاملاً هیدروژنه (FHPO[7]) و روغن سویا (SBO[8]) علاوه بر بررسی خصوصیات فیزیکوشیمیایی محصولات اینتراستریفیه شده به مطالعه روابط ریاضی بین SFC و خصوصیات مستقلی چون ساختار اسید چرب و دماهایی که SFC در آن اندازه گیری می شود، پرداخته است. همچنین در این پژوهش روابط بین نقطه ذوب لغزشی (SMP [۹]) محصولات اینتراستریفیه شده و ساختار اسید چرب بررسی شده است. به طور کلی بهره گیری از چنین مدلهایی، استفاده از مواد واکنش دهنده، زمان و هزینه انجام واکنش را کاهش داده و در توسعه فرمولاسیون جدید چربیها مفید واقع شوند.
۱-۲٫ کلیات تحقیق
۱-۲-۱٫ کلیات تحقیقات تجربی
روغنها و چربیهای طبیعی، دارای الگوی توزیع اسید چرب خاصی در مولکولهای تری آسیل گلیسرول خود هستند. این الگوی توزیع اسید چرب موجب محدودیت دامنه کاربرد آنها شده است (نُرآینی، ۱۹۹۴). به منظور گسترش استفاده از آنها، فرآیندهای فیزیکی نظیر جزء به جزء کردن و فرآیندهای شیمیایی نظیر هیدروژناسیون و اینتراستریفیکاسیون و یا ترکیبی از آنها به کار گرفته می شود (رِی و باتاکاریا، ۱۹۹۶). طی فرایند هیدروژناسیون، با اضافه شدن هیدروژن به پیوندهای دوگانه اسیدهای چرب غیر اشباع، نسبتهای مختلفی از اسیدهای چرب با درجه غیر اشباع پایینتر و یا اسیدهای چرب اشباع شده و ایزومرهای هندسی[۱۰] (ترانس) [۱۱]به وجود میآیند (فرمانی، ۱۳۸۴).
نگرانیهای موجود در خصوص اثرات نامطلوب اسیدهای چرب ترانس باعث افزایش توجه محققان و صاحبان صنعت به شیوه های جایگزین هیدروژناسیون نسبی نظیر ۱- اصلاح تکنولوژی هیدروژناسیون ۲- کاربرد اینتراستریفیکاسیون ۳- کاربرد فراکسیونهایی با مواد جامد بالا از روغنهای طبیعی ۴- استفاده از روغنهای اصلاح نژاد شده[۱۲]، گردیده است (خاتون و ردی، ۲۰۰۵). کاربردیترین و مؤثرترین روش جایگزین هیدروژناسیون، اینتر استریفیکاسیون یا استری کردن داخلی تری آسیل گلیسرولها میباشد (فرمانی، ۱۳۸۴).
در هیدروژناسیون کامل با افزایش درجه هیدروژناسیون، با وجود کاهش محتوای اسیدهای چرب ترانس، کاهش مالش پذیری محصول و یا کاهش ذوب پذیری چربی در دهان دیده می شود. علاوه بر این، خطرات ناشی از افزایش میزان اسیدهای چرب اشباع به دلیل افزایش میزان کلسترول تام، هم وجود دارد (خاتون و ردی، ۲۰۰۵). همچنین در هیدروژناسیون نسبی، علیرغم حصول خصوصیات مالش پذیری مطلوب در محصول، محتوای اسیدهای چرب ترانس افزایش مییابد.
جزء به جزء کردن، فرآیندی جهت تفکیک جزء جامد روغن از جزء مایع میباشد. این روش کمتر به صورت یک فرایند مستقل به کار میرود و بیشتر به صورت قسمتی از فرآیندهای پیچیده عمل می کند. با وجود کاربرد بالای جزء به جزء کردن، این روش، برخلاف اینتراستریفیکاسیون، نمیتواند خصوصیات فیزیکی روغن یا چربی را تغییر دهد (ابراهیمی و فرمانی، ۱۳۹۱).
روغنهای اصلاح نژاد شده به طور کلی شامل سه گروه ۱- روغن با محتوای بالای اسید اولئیک ۲- روغن با محتوای متوسط اسید لینولئیک ۳- روغن با محتوای کم لینولنیک اسید میباشند. این روش اصلاحی به دلیل گران بودن و همچنین تولید روغنهایی با محتوای بالای اسید اولئیک که در دمای اتاق مایع اند، کاربرد کمتری نسبت به سایر روشها دارد (هایومن، ۱۹۹۴).
در سالهای اخیر، کشورهای پیشرفته صنعتی، با توجه به آثار نامطلوب اسیدهای چرب ترانس حاصل از هیدروژناسیون نسبی که باعث بروز بیماریهای قلبی عروقی، اختلال در رشد و تکامل جنین، افزایش کلسترول [۱۳]LDL،کاهش کلسترول HDL[14]و کاهش تشکیل پروستاگلاندینها[۱۵] میشوند، اقدام به تولید چربیهای تجاری بدون ترانس که عمدتاً از طریق فرایند استری کردن انجام می شود، کرده اند (اروموغان و همکاران، ۲۰۰۸). با بهره گرفتن از اینتراستریفیکاسیون علاوه بر تولید فرآورده های بدون اسیدهای چرب ترانس، امکان استفاده از منابع روغنی که بنا به دلایلی، محدودیت در استفاده از آنها در صنایع غذایی وجود داشته (اغلب به دلیل نداشتن خواص کاری مناسب یا بالا بودن درصد اسیدهای چرب اشباع) نظیر استئارین[۱۶] پالم، استئارین هسته پالم[۱۷] و پیه گاو[۱۸]، فراهم می شود (فرمانی، ۱۳۸۴). اینتراستریفیکاسیون خصوصیات فیزیکوشیمیایی مطلوب نظیر پروفیل ذوبی مناسب، بهبود خصوصیات کریستالی و محتوای چربی جامد و ترکیب خواص مطلوب تمامی روغنهای به کار رفته در یک مخلوط را موجب می شود (لی و همکاران، ۲۰۱۰).
۱-۲-۱-۱٫ اینتراستریفیکاسیون
اینتراستریفیکاسیون به فرآیندی گفته می شود که در طی آن موقعیت اسیدهای چرب در ساختمان تری آسیل گلیسرول، در حضور کاتالیستهای شیمیایی نظیر متوکسید سدیم[۱۹] و یا بیوکاتالیستها نظیر لیپازها[۲۰] تغییر یافته که در نتیجه آن، خصوصیات فیزیکوشیمیایی روغنها تغییر می کند (آسیف، ۲۰۱۱). به طور کلی اینتراستریفیکاسیون برای توصیف واکنش بین یک استر (استر اسید چرب مانند تری آسیل گلیسرول) با یک اسید چرب (اسیدولیز)[۲۱]، یا یک الکل (الکولیز)[۲۲] و یا با یک استر اسید چرب دیگر (تبادل استر-استر یا ترانس استریفیکاسیون[۲۳]) به کار میرود. اینتراستریفیکاسیون در واقع یک راه مؤثر برای تغییر و کنترل خصوصیات ذوبی و کریستالی روغنها و چربیها بدون تغییر دادن درجه غیراشباعیت یا حالت ایزومری اسیدهای چرب میباشد (فرمانی، ۱۳۸۴).
۱-۲-۱-۲٫ انواع اینتراستریفیکاسیون
اینتراستریفیکاسیون می تواند در دماهای بالا، ℃۳۰۰ و یا بالاتر و بدون استفاده از کاتالیزور انجام گیرد. اما در چنین شرایطی زمان واکنش بسیار طولانی شده و معمولاً با تشکیل ترکیبات ناشی از تجزیه یا پلیمریزاسیون همراه است. استفاده از کاتالیزور باعث افزایش سرعت و کاهش دمای واکنش میگردد. کاتالیزورهای اینتراستریفیکاسیون به دو گروه مواد شیمیایی و آنزیمها تقسیم میشوند (فرمانی، ۱۳۸۴). بر این اساس دو نوع اینتراستریفیکاسیون شیمیایی و آنزیمی تعریف می شود.
۱-۲-۱-۲-۱٫ اینتراستریفیکاسیون شیمیایی[۲۴] (CIE)
در اینتراستریفیکاسیون شیمیایی چربیها، توزیع مجدد اسیدهای چرب موجود در تری آسیل گلیسرولها کاملأ تصادفی است و در حضور کاتالیستهای شیمیایی نظیر آلکیلاتهای[۲۵] سدیم، سدیم فلزی، آلیاژهای سدیم/پتاسیم و هیدروکسید سدیم/پتاسیم-گلیسرول انجام میپذیرد. عمل این نوع از کاتالیزورها بر جایگاههای مختلف تری آسیل گلیسرولها ویژه نمی باشد. از این رو به این نوع واکنش شیمیایی، تصادفی کردن[۲۶] نیز گفته می شود (فرمانی، ۱۳۸۴).
۱-۲-۱-۲-۲٫ اینتراستریفیکاسیون آنزیمی[۲۷] (EIE)
در اینتراستریفیکاسیون آنزیمی، آنزیم لیپاز که نام سیستماتیک آن “گلیسرول استر هیدرولاز[۲۸]” و شماره سیستماتیک آن “EC 3.1.1.3” میباشد، به عنوان کاتالیست عمل می کند. لیپازهای مورد استفاده را میتوان به دو گروه ویژه[۲۹] (گزینش پذیر[۳۰]) و ناویژه[۳۱] تقسیم بندی کرد. عمل لیپازهای ناویژه تصادفی بوده و محصول بدست آمده از عملکرد این آنزیمها معادل روش شیمیایی است. برخلاف لیپازهای ناویژه و کاتالیزورهای شیمیایی، لیپازهای ۱،۳ –ویژه[۳۲] بر جایگاه ۲ تری آسیل گلیسرولها بی تأثیر بوده یا تأثیر کمتری دارند و بنابراین قادر به جابجا کردن اسید چرب قرار گرفته در آنجا نمیباشند. محصول نوع گزینش پذیر به دلیل تغییر کمتر در جایگاه sn-2 تری آسیل گلیسرول، طبیعی تر است (فرمانی، ۱۳۸۴).
۱-۲-۱-۲-۲-۱٫ مکانیسم اینتراستریفیکاسیون آنزیمی
مکانیسم اینتراستریفیکاسیون آنزیمی شامل دو مرحله ۱- هیدرولیز[۳۳] ۲- سنتز[۳۴] می باشد. لیپازها پیوند استری بین آسیل و گلیسرول را هیدرولیز می کنند و بسته به شدت هیدرولیز، محصولات تولیدی شامل اسید چرب آزاد، منو آسیل گلیسرول[۳۵]، دی آسیل گلیسرول[۳۶] و گلیسرول میباشد (شکل۱-۱).
شکل ۱-۱: مراحل هیدرولیز آنزیمی روغنها و چربیها
واکنش هیدرولیز تعادلی و برگشت پذیر بوده و بنابراین لیپازها قادر به انجام واکنش برگشت یعنی سنتز میباشند. از این ویژگی لیپاز جهت انجام واکنشهای اینتراستریفیکاسیون استفاده می شود. بنابراین هرگاه آب در محیط به فراوانی وجود داشته باشد، لیپازها واکنش هیدرولیز را کاتالیز می کنند. ولی در شرایط کم آبی، واکنش سنتز کاتالیز میگردد. به طور کلی اساس این واکنشها بر پایه تشکیل کمپلکسهای آسیل – آنزیم میباشند. این واکنشها تا رسیدن به تعادل در سیستم ادامه داشته و منجر به تشکیل واسطهها و تری آسیل گلیسرولهای جدید خواهد شد (واکنشهای ۱-۶، شکل (۱-۲)). با افزایش آب در سیستم میزان اسیدهای چرب آزاد افزایش مییابد (واکنشهای ۱و۲، شکل (۱-۲)). بنابراین بازده تولید تری آسیل گلیسرولهای جدید نیز کاهش خواهد یافت. از سوی دیگر با کاهش آب در سیستم، واکنشها به سمت تشکیل کمتر اسیدهای چرب آزاد و دی آسیل گلیسرولها و همچنین تولید بیشتر تری آسیل گلیسرولها هدایت شده و بازده تولید تری آسیل گلیسرولهای جدید افزایش خواهد یافت. البته باید توجه داشت که کاهش آب تا حد خاصی امکان پذیر است. بدین دلیل که انجام مرحله اول یعنی هیدرولیز، نیازمند وجود آب است. از سوی دیگر وجود آب جهت حفظ ساختمان طبیعی لیپاز نیز لازم است (فرمانی، ۱۳۸۴).
شکل ۱-۲: مکانیسم اینتراستریفیکاسیون آنزیمی
۱-۲-۱-۳٫ مزایای اینتراستریفیکاسیون آنزیمی به اینتراستریفیکاسیون شیمیایی
اینتراستریفیکاسیون آنزیمی به دلایل زیر بر اینتراستریفیکاسیون شیمیایی برتری دارد:
اسیدهای چرب آزاد[۳۷] موجود در روغنهای گیاهی بر فرایند و فعالیت آنزیم تأثیری ندارد، در حالیکه در فرایند شیمیایی درصد اسیدهای چرب آزاد باید کمتر از ۰۵/۰ درصد باشد.
در واکنش آنزیمی نیاز به تیمارهای پس از فرایند نبوده و آلودگی محیط زیست کمتر میباشد. در صورتیکه در واکنشهای شیمیایی به دلیل ایجاد رنگ قرمز- قهوهای در روغن نیاز به مرحله رنگبری[۳۸] میباشد.
فرایند آنزیمی در دماهای پائینتر (حداکثر ℃۷۰) صورت میپذیرد. در حالیکه اینتراستریفیکاسیون شیمیایی در محدوده دمایی ℃۱۵۰-۷۰ (معمولاً بالاتر از ℃۹۰) انجام میگیرد. از این رو انجام فرایند آنزیمی از نظر مصرف انرژی مقرون به صرفه است.
پیوسته سازی[۳۹] فرایند آنزیمی به دلیل استفاده از آنزیم تثبیت شده آسانتر بوده و نیاز به سرمایه گذاری کمتر جهت تهیه تجهیزات فرایند میباشد.
کاتالیزورهای شیمیایی دارای خاصیت تحریک کننده و منفجر شوندهای میباشند. حال آن که آنزیم تثبیت شده[۴۰] گرانوله[۴۱] بوده و گرد و غبار بسیار کمی ایجاد می کند.
از انواع مختلف مواد شیمیایی مانند سود، اسید سیتریک و آب در فرایند شیمیایی استفاده میگردد. در صورتیکه از هیچ کدام از آنها در فرایند آنزیمی استفاده نمی شود.
فرم در حال بارگذاری ...
[شنبه 1401-04-18] [ 12:23:00 ق.ظ ]
|