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.

کلمات کلیدی: گلوتن، گلوکزاکسیداز، ترانس گلوتامیناز ، زایلاناز ، خصوصیات رئولوژیکی، پروفیل الکتروفورز

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[.

1-1-2-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 [3] شناخته می شوند و در دیواره سلول­های آندوسپرم و پوسته قرار دارند که شامل ترکیباتی از قبیل آرابینوگزایلان[4] 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[5] بیشتری وارد آرد می­شود]4[.

1-1-2-2- 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[6] 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[7]: که در آب محلول هستند و تحت تأثیر حرارت منعقد می­شوند. سفیده تخم مرغ یک نمونه بارز آن است.

گلوبولین[8]: 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[9]: در الکل اتیلیک 70 درصد محلول می­باشد.

گلوتنین[10]: 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[11]، تریپتوفان[12] و متیونین[13] می­باشند که در غلات نسبتاً کم مقدار هستند. پرولامین [14] 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[15] 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[16] 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[.

1-2-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[17] و ارتجاع پذیری[18]  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[.

1-2-1- ساختمان گلوتن

محققین معتقدند که گلوتن از اجزای زیادی تشکیل شده است. بین گلوتن و جذب آب آرد رابطه مستقیمی برقرار است به صورتی که هر چه میزان گلوتن بالاتر باشد جذب آب آرد نیز بالاتر خواهد بود. گلوتن 2 تا 3 برابر وزن خود آب جذب می کند و نقش مهمی در جذب آب آرد ایفا می کند]10[.

محققین معتقدند که گلوتن از اجزای زیادی تشکیل شده است بصورتی که طیف وزن ملکولی آن بین 000/30 تا 10 میلیون دالتون می باشد. گلوتن حاوی گلوتامین و پرولین فراوان است و در ساختار خود 2% سیستئین دارد که نقش مهمی در تشکیل شبکه و خصوصیات عملکردی ایفا می­کند] 44و58[.

1-2-1-1-گلیادین

گلیادین پروتئین تک زنجیر، دارای بار مثبت، pH حدود 5/6، محلول در الکل 60% و حاوی مقدار زیادی اسید گلوتامیک، پرولین و آسپارژین می­باشد]3و58[. گلیادین در واقع حلال گلوتنین است