بررسی فرایند هضم نشاسته های طبیعی و اصلاح شده گندم درسیستم مدل و مدلسازی رهایش گلوکز با بهره گرفتن از منطق فازی
استاد راهنما
پروفسور سید محمد علی رضوی
اساتید مشاور
دکتر محبت محبی
دکتر عبدالرضا نوروزی
پروفسور محمدرضا اکبرزاده توتونچی
دی 1393
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
دراین تحقیق نشاسته های فسفریله و هیدروکسی پروپیله با درصد های جایگزینی به ترتیب 096/0 و 106/2 درصد از نشاسته طبیعی گندم تولید شدند. تغییرات شیمیایی ایجاد شده در نتیجه هیدروکسی پروپیله و فسفریله کردن نشاسته گندم به وسیله طیف سنجی FT-IR تایید شد. نتایج افتراق سنجی اشعه ایکس نمونه ها نشان داد که نشاسته طبیعی و فسفریله گندم با 34/17 و 14/16 درصد بیشترین و کمترین میزان کریستاله بودن را دارا بودند. نتایج بررسی تغییرات قدرت تورم در آب نشاسته ها با دما نشان داد که نشاسته طبیعی گندم دارای بیشترین (111/46Ea=) و نشاسته هیدروکسی پروپیله آن دارای کمترین (603/26Ea=) حساسیت دمایی بود. در بررسی مشابه مربوط به شاخص حلالیت، نشاسته های طبیعی و فسفریله گندم به ترتیب بیشترین (674/77Ea=) و کمترین (478/44Ea=) حساسیت دمایی را نشان دادند. نتایج بررسی تغییرات شفافیت خمیر نشاسته ها نشان داد که هیدروکسی پروپیله و فسفریله کردن نشاسته گندم سبب افزایش 65/2 و کاهش 58/17 برابری این مشخصه در مقایسه با نشاسته طبیعی گردید (05/0p<). خصوصیات رئولوژی دینامیک نمونه های ژل نشان داد که نشاسته هیدروکسی پروپیله در هر دو غلظت (8 و 12 درصد) دارای تنش تسلیم بیشتری بود ( Pa4/166- 3/48f = τ). بر خلاف ژل نشاسته های طبیعی و فسفریله که رفتاری حدواسط بین ژل ضعیف و الاستیک داشتند (64/0-14/0tan δ =)، نشاسته هیدروکسی پروپیله تقریباً رفتار ژل الاستیک را نشان داد (11/0-10/0tan δ =). در شرایط دهان شبیه سازی شده میزان کاهش ویسکوزیته برای نمونه های ژل هیدروکسی پروپیله (33/83 درصد) بیشتر از سایر نمونه ها بود. در شرایط عدم حضور بزاق، مدل های هرشل-بالکلی و سیسکو بهترین مدل ها برای بیان رفتار جریان تمام ژل های نشاسته بودند. بیشترین مقدار تیکسوتروپی برای نمونه های ژل نشاسته هیدروکسی پروپیله بدست آمد (26/9-98/1)، در حالی که از این نظر تفاوت معنی داری بین نمونه های نشاسته طبیعی و فسفریله مشاهده نشد (05/0p>). مدل تنزل تنش درجه یک، نزدیک ترین داده ها را در شرایط دهان شبیه سازی شده پیش بینی کرد (981/0-914/0R2 =). نتایج هیدرولیز آنزیمی در سیستم درون شیشه ای نشان داد که نشاسته هیدروکسی پروپیله دارای بالاترین مقدار نشاسته مقاوم (15/13RS=) و کمترین مقدار اندیس قند خون بود (04/89GI=). حدود 87-82، 81-76 و 84-77 درصد از میزان گلوکز رهایش یافته نهایی، در 15 دقیقه ابتدایی هضم در شرایط روده شبیه سازی شده به ترتیب برای نشاسته های طبیعی، فسفریله و هیدروکسی پروپیله رهایش یافت. میزان گلوکز رهایش یافته برای نشاسته فسفریله 11-6 درصد و برای نشاسته هیدروکسی پروپیله 19-16 درصد کمتر از نشاسته طبیعی پس از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده بود. پس از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده، ضریب قوام (k) شدیداً کاهش یافت (27/90-02/73 درصد)، در حالیکه شاخص رفتار جریان (n) افزایش پیدا کرد (46/363-56/155 درصد). نتایج مدلسازی با بهره گرفتن از جدول جستجوی منطق فازی نشان داد که این روش توانایی بالایی (991/0-951/0R2 =) در تخمین میزان گلوکز رهایش یافته در شرایط روده شبیه سازی شده، حتی بهتر از مدل ریاضی نمایی دو ترمه (995/0-992/0R2 =) دارد.
کلمات کلیدی: نشاسته هیدروکسی پروپیله؛ نشاسته فسفریله؛ نشاسته مقاوم؛ شاخص قند خون؛ ویسکوالاستیسیته؛ منطق فازی
من لم یشکر المخلوق، لم یشکر الخالق
نخستین سپاس و ستایش از آن خداوندی است که بنده کوچکش را در دریای بیکران اندیشه، قطره ای ساخت تا وسعت آن را از دریچه اندیشه های ناب آموزگارانی بزرگ به تماشا نشیند. لذا اکنون که در سایه سار بنده نوازی هایش پایان نامه حاضر به انجام رسیده است، بر خود لازم می دانم تا مراتب سپاس را از بزرگوارانی به جا آورم که اگر دست یاریگرشان نبود، هرگز این پایان نامه به انجام نمی رسید:
از جناب آقای پروفسور محمدعلی رضوی ، استاد راهنما، که در طول نگارش این مجموعه با راهنمایی های عالمانه و بجایشان، سکاندار شایسته ای در هدایت این رساله بوده اند کمال سپاس را دارم.
از سرکار خانم دکتر محبت محبی و جناب آقایان دکتر عبدالرضا نوروزی و پروفسور محمدرضا اکبرزاده توتونچی، اساتید مشاور، که با سعه صدر مشاوره این رساله را پذیرفتند و در طول نگارش این رساله همواره از نظرات کارشناسانه شان، بهره جستم صمیمانه تشکر می کنم.
از اساتید گرامی جناب آقایان دکتر آرش کوچکی، دکتر مسعود تقی زاده و دکتر مهدی کریمی که زحمت داوری این رساله را کشیدند و با نظراتشان بر غنای علمی این رساله افزودند سپاسگزارم.
از نماینده محترم تحصیلات تکمیلی جناب آقای دکتر مسعود تقی زاده که هماهنگی های لازم را به عمل آوردند قدردانی می کنم.
به پاس تعبیر عظیم و انسانی شان از کلمه ایثار و از خودگذشتن، به پاس عاطفه سرشار و گرمای امیدبخش وجودشان که در این سردترین روزگاران بهترین پشتیبان است، به پاس قلب های بزرگشان که فریاد رس است و سرگردانی و ترس در پناهشان به شجاعت می گراید و به پاس محبت های بی دریغشان که هرگز فروکش نمی کند ،این مجموعه را به مادر،همسر و دختر کوچولوی عزیزم فاطمه تقدیم می کنم.
فهرست مطالب
فصل اول: مقـدمـه.. 1
نوآوری های رساله.. 6
فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین.. 7
2-1. خصوصیات فیزیکو شیمیایی و مورفولوژیکی نشاسته های طبیعی و اصلاح شده.. 7
2-2. خصوصیات رئولوژیکی نشاسته های طبیعی و اصلاح شده.. 24
2-3. شبیه سازی تغییرات مواد غذایی در دستگاه گوارش.. 32
2-4. هضم نشاسته های طبیعی و اصلاح شده در سیستم مدل.. 46
فصل سوم: مواد و روش ها.. 51
3-1. مواد مورد استفاده.. 51
3-2. تولید نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم.. 51
3-3. تولید نشاسته فسفریله گندم.. 52
3-4. تعیین درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل در نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم.. 52
3-5. تعیین درجه جایگزینی فسفر در نشاسته فسفریله شده.. 54
3-6. مقدار رطوبت انواع نشاسته ها.. 55
3-7. طیف سنجی FT-IR.. 55
3-8. روش افتراق سنجی اشعه ایکس (XRD).. 56
3-9. اندازه گیری قدرت تورم.. 56
3-10. اندازه گیری میزان حلالیت.. 57
3-11. اندازه گیری شفافیت خمیر.. 57
3-12. تعیین اجزای نشاسته ها بر اساس قابلیت هضم.. 58
3-13. تخمین اندیس قند خون (GI).. 59
3-14. جمع آوری بزاق.. 60
3-15. مدل های هضم دهانی و معدوی-رودوی درون شیشه ای.. 60
3-16. تعیین میزان گلوکز رهایش یافته.. 62
3-17. تعیین میزان قند به روش 3،5- دی نیتروسالسیلیک اسید.. 62
3-18. تعیین خصوصیات جریان.. 64
3-18-1. تعیین خصوصیات جریان نمونه های نشاسته قبل از مراحل هضم 64
3-18-2. تعیین خصوصیات جریان نمونه های نشاسته در شرایط حضور بزاق 64
3-18-2-1. خصوصیات جریان مستقل از زمان.. 64
3-18-2-2. خصوصیات جریان وابسته به زمان.. 64
3-18-3. بررسی اثر pH اسیدی بر خصوصیات جریان.. 65
3-18-4. بررسی اثر آنزیم های رودوی بر خصوصیات جریان.. 65
3-19. مدلسازی رئولوژیکی.. 65
3-19-1. مدل های رئولوژیکی مستقل از زمان.. 65
3-19-2. مدل های رئولوژیکی وابسته به زمان.. 67
3-20. آزمون های رئولوژی دینامیک.. 68
3-20-1.آزمون روبش کرنش.. 69
3-20-2. آزمون روبش فرکانس.. 69
3-21. مدلسازی رهایش گلوکز در شرایط روده شبیه سازی شده با استفاده جدول جستجوی فازی.. 70
3-22. آنالیز آماری.. 74
فصل چهارم: نتایج و بحث. 77
4-1. درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل و فسفر در نشاسته هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم.. 77
4-2. مقدار رطوبت انواع نشاسته ها.. 78
4-3. طیف سنجی FT-IR.. 79
4-4. افتراق سنجی اشعه ایکس (XRD).. 81
4-5. قدرت تورم.. 83
4-6. میزان حلالیت.. 87
4-7. شفافیت خمیر.. 90
4-8. اجزای نشاسته ها بر اساس قابلیت هضم.. 91
4-9. اندیس قند خون (GI).. 95
4-10. میزان رهایش گلوکز در شرایط معده و روده شبیه سازی شده.. 97
4-11. رفتار جریان برشی پایا پس از هضم در شرایط معده شبیه سازی شده 105
4-12. رفتار جریان برشی پایا پس از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده 107
4-13. تعیین خصوصیات جریان برشی پایای نمونه های نشاسته در حضور و عدم حضور بزاق.. 110
4-13-1. خصوصیات جریان مستقل از زمان.. 110
4-13-2. خصوصیات جریان وابسته به زمان (تیکسوتروپی).. 123
4-14. خواص رئولوژیکی دینامیک.. 134
4-15. مدلسازی رهایش گلوکز در شرایط روده شبیه سازی شده با استفاده جدول جستجوی فازی.. 146
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات. 151
5-1. نتیجه گیری.. 151
5-2. پیشنهادات.. 154
منابع.. 156
فهرست شکل ها
شکل1-1. واکنش شیمیایی منجر به تولید نشاسته هیدروکسی پروپیله. 3
شکل 2-2. تولید نشاسته با اتصلات عرضی فسفاته با بهره گرفتن از POCl3. 4
شکل 3-1. منحنی استاندارد غلظت گلوکز در برابر جذب خوانده شده در طول موج 540 نانومتر.. 63
شکل 3-2. ساختار عمومی سیستم استنتاج فازی… 70
شکل 3-3. توابع عضویت مربوط به ورودی های (الف) حجم، (ب) غلظت، (ج) زمان هضم و خروجی رهایش گلوکز (د).. 72
شکل 3-4. سیستم استنتاج ممدانی استفاده شده جهت تخمین میزان گلوکز رهایش یافته در شرایط روده شبیه سازی شده… 73
شکل4-1. محتوای رطوبت نمونه های نشاسته برحسب مرطوب… 79
شکل4-2. طیف سنجی FT-IR نمونه های A) نشاسته طبیعی گندم B) نشاسته فسفریله گندم با درجه جایگزینی 096/0 درصد… 80
شکل4-3. طیف سنجی FT-IR نمونه های A) نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم با درجه جایگزینی 106/2 درصد B) نشاسته طبیعی گندم… 81
شکل 4-4. الگوی XRD بدست آمده برای A) نشاسته طبیعی، B) نشاسته هیدروکسی پروپیله و C) نشاسته فسفریله گندم… 83
شکل 4-5. قدرت تورم نشاسته های طبیعی و اصلاح شده در دماهای مختلف (غلظت 2 درصد)… 85
شکل 4-6. میزان حلالیت نشاسته های طبیعی و اصلاح شده در دماهای مختلف (غلظت 2 درصد)… 87
شکل 4-7. میزان شفافیت ژل نشاسته های طبیعی و اصلاح شده گندم (غلظت 1 درصد)… 90
شکل 4-8. الگوی هیدرولیز آنزیمی درون شیشه ای ژل نشاسته ها (20 دقیقه حرارت دهی در دمای 100 درجه سانتیگراد) در دمای 37 درجه سانتیگراد برای 3 ساعت بر اساس روش انگلیست و همکاران (1992)… 92
شکل 4-9. میزان رهایش گلوکز از نمونه های ژل نشاسته ها در شرایط هضم معده و روده شبیه سازی شده (غلظت 8 درصد، حجم 5/7 میلی لیتر)… 98
شکل 4-10. میزان رهایش گلوکز از نمونه های ژل نشاسته ها در شرایط هضم معده و روده شبیه سازی شده (غلظت 8 درصد، حجم 15 میلی لیتر)… 98
شکل 4-11. میزان رهایش گلوکز از نمونه های ژل نشاسته ها در شرایط هضم معده و روده شبیه سازی شده (غلظت 12 درصد، حجم 5/7 میلی لیتر). 99
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*
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.
فارست (1992) با بهره گرفتن از تکنیک FT-IR محل استخلاف هیدروکسی پروپیل و غلظت آن را تعیین کرد. او دریافت که پیک مشاهده شده در طول موج 2974 معکوس ثانیه مربوط به ارتعاش پیوند های موجود در گروه هیدروکسی پروپیل می باشد، که سطح زیر نمودار طیف دریافتی در این طول موج محتوای این گروه را نشان می دهد.
پریرا و همکاران (1997) نشان دادند که اصلاح شیمیایی نشاسته سبب تغییر خصوصیات حرارتی بدست آمده از گرماسنجی افتراقی (DSC) آن نظیر میزان آنتالپی، دمای شروع ژلاتینه شدن و دمای پیک ژلاتینه شدن گردید. به این ترتیب آن ها دریافتند که با هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته سیب زمینی میزان آنتالپی کل، دمای شروع ژلاتینه شدن و پیک ژلاتینه شدن کاهش یافت.
لی و یه (2001) گزارش دادند که اندازه گرانول ها بر میزان قدرت تورم اثرگذار است. نتایج آنها نشان داد که این افزایش تا دمای 75 درجه سانتیگراد برقرار است، به طوری که گرانول های ریز جو دارای بیشترین اثر افزایشی بر میزان قدرت تورم بودند.
فورتونا و همکاران (2001) دریافتند که در بین گرانول های نشاسته ذرت، آن هایی که کوچکتر بودند بیشتر فسفریله شدند، در حالی که در مورد نشاسته های گندم وقتی با سدیم تری متا فسفات واکنش دادند، گرانول های بزرگتر مقدار فسفریله شدن بیشتری را نشان دادند.
برتولینی و همکاران (2003) از سه سطح پروپیلن اکسید جهت هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته گندم استفاده کردند. آن ها به این نتیجه رسیدند که در هیچ یک از سه سطح استفاده شده تفاوتی بین میزان مول جانشین شده هیدروکسی پروپیل و میزان واکنش پذیری نشاسته های هیدروکسی پروپیله به دست آمده از گرانول های نوع A و B وجود نداشت.
چوی و کر (2003) اثر فسفریله کردن و هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته گندم را بر میزان تحرک مولکولی آن با بهره گرفتن از 1H NMR بررسی کردند. نتایج آنها نشان داد که میزان تحرک مولکولی آب در اثر هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته گندم در یک فعالیت آبی (aw) خاص افزایش یافت، به طوری که بین این افزایش و درجه جانشینی گروه هیدروکسی پروپیل رابطه ای مستقیم برقرار بود. همچنین آنان دریافتند که نحوه ریلکس شدن پروتون (H) در نشاسته گندم تحت تاثیر فسفریله کردن قرار نگرفت.
واتاناچانت و همکاران (2003) یک اصلاح شیمیایی دوگانه و ترکیبی از هیدروکسی پروپیله و فسفریله کردن را بر روی نشاسته درخت ساگو انجام دادند. آن ها از 6 تا 12 درصد پروپیلن اکسید جهت هیدروکسی پروپیله کردن این نشاسته استفاده کرده و سپس عمل فسفریله کردن را بر روی این نشاسته انجام دادند. نتایج آن ها نشان داد که با افزایش میزان هیدروکسی پروپیله شدن، میزان فسفریله شدن (محتوای فسفر) نیز افزایش پیدا کرد. همچنین فسفریله کردن این نشاسته سبب کاهش شفافیت خمیر، قدرت تورم و میزان حلالیت در مقایسه با نشاسته طبیعی گردید.
کائور و همکاران (2004) گزارش کردند که واکنش بین گرانول های نشاسته سیب زمینی و پروپیلن اکسید (10 درصد) سبب تغییر در شکل ظاهری گرانول ها گردید. آن ها بیان کردند که این تغییر در گرانول های کمتر تغییر یافته، شامل ایجاد شکاف های کوچک و دندانه دار شدن شکل گرانول بوده، در حالی که در گرانول ها ی تحت تغییر بیشتر، یک شیار عمیق در مرکز آن ها دیده شد. آن ها همچنین قدرت تورم و حلالیت نشاسته های طبیعی و هیدروکسی پروپیله سیب زمینی را مورد مطالعه قرار دادند. آن ها دریافتند که میزان حلالیت و قدرت تورم در آب این نشاسته در اثر افزایش جانشینی گروه هیدروکسی پروپیل در نشاسته طبیعی افزایش پیدا کرد. آن ها بیان کردند که کاهش نیروها‌ی تجمع دهنده در گرانول های نشاسته در اثر هیدروکسی پروپیله کردن آن ها و در نتیجه نفوذ آب بیشتر در حین حرارت دهی، از مهمترین دلایل این افزایش می باشند.
هونگ و موریتا (2005) از دو گرانول نوع A و نوع B نشاسته گندم برای تولید نشاسته های هیدروکسی پروپیله و فسفریله استفاده کردند. نتایج نشان داد که گرانول های نوع A دارای محتوای آمیلوز بالاتری بودند و نسبت به گرانول های نوع B دارای دمای ژلاتینه شدن بیشتر و آنتالپی انتقالی[6] کمتری بودند. میزان پذیرش استخلاف هیدروکسی پروپیل در گرانول های نوع A بیشتر از نوع دیگر بود. بر اساس نتایج گزارش شده توسط آن ها هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته گندم سبب افزایش شفافیت ژل، قدرت تورم و ویسکوزیته خمیر شد، در حالی که عکس این نتایج در اثر فسفریله کردن نشاسته ها مشاهده شد.
[1] In vitro
[2] In vivo
[3] Retrogradation
[4] Propylene oxide
[5] Pasting temperature
[6] Transient enthalpy
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 و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
