خصوصیات و کاربردهای هیدروکلوئیدها ی میکروبی در مواد غذایی
مقدمه
صمغها هیدروکلوئیدهایی هستند که از مولکولهای بلند زنجیره پلیساکاریدی یا پروتئینی تشکیل شدهاند و به وفور در سیستمهای غذایی و غیرغذایی مورد استفاده قرار میگیرند. خاصیت اصلی صمغها که در همه آنها مشترک است غلظتدهندگی یا شرکت در ویسکوزیته میباشد که کلیدی برای رفتار و ویژگیهای کاربردی همه هیدروکلوئیدها تلقی میگردد. هیدروکلوئیدها قادرند در غلظتهای نسبتاً کم و پائین، با برهمکنش مناسب با تعداد زیادی از مولکولهای آب، خواص رئولوژیکی و بافتی سیستمهای محتوی خود را تحت تاثیر قرار دهند.
2
Ref. 1, 3
هیدروکلوئیدها را فقط به دلیل هیدروکلوئید بودن و بدون داشتن مجوزهای لازم نمیتوان در مواد غذایی استفاده نمود. این بدان معنی است که استفاده از هیدروکلوئیدها میبایست تحت نظارت و کنترل صورت گرفته و ثبت گردد. هیدروکلوئیدهای غذایی به عنوان افزودنی غذایی یا اجزای غذایی دستهبندی میگردند. از میان هیدروکلوئیدها تنها ژلاتین و نشاسته از اجزای غذایی هستند و بقیه هیدروکلوئیدها تحت عنوان افزودنیهای غذایی دستهبندی میشوند که برای استفاده نیاز به مجوز دارند.
3
Ref. 1
برخی از مهمترین کاربرد صمغها در مواد غذایی
4
Ref. 1, 3
با توجه به آثار قابل توجه هیدروکلوئیدها بر خواص سیستمهای غذایی و در بسیاری موارد صرفه اقتصادی آنها، توجه ویژهای به استفاده از آنها در اصلاح خواص مواد غذایی موجود و فرموله کردن مواد غذایی جدید میشود.
یکی از راههای دستهبندی هیدروکلوئیدها، طبقهبندی بر اساس منبع تولید آنها میباشد:
5
Ref. 2
هیدروکلوئیدهای میکروبی
پلیساکاریدهای میکروبی به دلیل ساختار منحصر به فرد و ویژگیهای فیزیکی خود جایگاه ویژهای در صنایع غذایی یافتند و از لحاظ تجاری به تدریج قابل رقابت با صمغهای گیاهی و جلبکی شدند.
در حال حاضر تعداد اندکی از این بیوپلیمرها به صورت تجاری در مقیاس وسیع تولید میگردند که از مهمترین آنها میتوان به ژلان، زانتان، کوردلان و دکستران اشاره نمود که به ترتیب به بررسی آنها میپردازیم.
6
Ref. 1
صمغ ژلان
پلیساکاریدی خارج سلولی است که در سال 1987با طیف وسیعی از ویژگیهای کاربردی توسط میکروارگانیسم Sphingomonas elodea کشف شد.
FDA در سال 1992 کاربرد این صمغ را به عنوان افزودنی مجاز در مواد غذایی به تصویب رسانید.
7
Ref. 4
در حال حاضر شرکت C. P kelco ژاپن، صمغ ژلان را به طور گسترده تولید میکنند که به طور کلی چهار نام تجاری مختلف برای این صمغ منظور میشود.
Kelcogel عمدتاً در صنایع غذایی به عنوان بافت دهنده و عامل تشکیل ژل مطرح میباشد، این در حالی است Gelrite، Phytagel و Gel-Gro به عنوان جایگزینی برای آگار در محیط کشت به کار میروند.
Sphingomonas گروهی از باکتریهای گرم منفی، میلهای شکل و هوازی هستند که در دیواره سلولی خود دارای گلیکواسفنگولیپید میباشند و معمولاً کلنیهای زردرنگی تولید میکنند.
8
Ref. 1, 3, 5
Ref. 1, 4
ساختار شیمیایی صمغ ژلان
9
واحدهای تکرارشونده پلیساکارید ژلان از β-D-گلوکز، L-رامنوز و D-گلوکورونیک اسید تشکیل شده است.
این ترکیب در واقع متشکل 60% گلوکز، 20% رامنوز و 20% گلوکورونیک اسید میباشد.
ویژگیهای فیزیکوشیمیایی صمغ ژلان
تشکیل ژل توسط صمغ ژلان به فاکتورهای تجمع پلیمرها، درجه حرارت و کاتیونهای تک ظرفیتی و دوظرفیتی موجود در محلول بستگی دارد.
در درجه حرارتهای پائین، ژلان تبدیل به مارپیچ دورشتهای خواهد شد، این در حالی است که فرم تک رشتهای آن در درجه حرارتهای بالا موجب کاهش چشمگیر ویسکوزیته محلول میگردد. دمای این تغییر فاز 35 درجه سانتیگراد میباشد اما محدوده آن میتواند بین 50-30 درجه سانتیگراد تغییر نماید.
10
Ref. 4
مکانیسم ایجاد ژل صمغ ژلان
مکانیسم ایجاد ژل شامل تشکیل مناطق اتصال در مارپیچ دورشتهای و به دنبال آن تجمع به صورت شبکه سه بعدی با کمپلکس کاتیونها میباشد.
افزودن کاتیونهای تک ظرفیتی و دو ظرفیتی در طول سردکردن به صورت قابل توجهی موجب افزایش پلهای نمکی در مناطق اتصال و در نتیجه بهبود ویژگیهای ژل ایجاد شده میگردد.
تحقیقات بسیاری در خصوص تاثیر فاکتورهای مختلف بر مقاومت ساختار ژل تشکیل شده توسط صمغ ژلان به انجام رسیده است:
11
Ref. 1, 5
فاکتورهای موثر بر ساختار ژل صمغ ژلان
میزان گروه استیل
صمغ ژلان با محتوای استیل متفاوت، ژلهایی با ساختارهای مختلف تشکیل میدهد. ژلهای ایجاد شده توسط صمغ ژلان، نرم، الاستیک و ضعیف هستند چرا که گروههای استیل و گلیسرول مانع از تجمع زیاد زنجیرهای پلیمری ژلان میشوند. این در حالی است که ژلهای بدون استیل به دلیل عدم وجود این گروهها دارای ساختاری سخت و شکننده هستند.
نوع و میزان یونها
ژلان در حضور آب دیونیزه تشکیل ژل نخواهد داد اما افزودن نمکهای کلسیم، پتاسیم، سدیم و منیزیم میتواند موجب افزایش این ویژگی گردد.
کاتیونهای دوظرفیتی حتی در مقادیر بسیار کم هم دارای تاثیر بیشتری در ایجاد ژل میباشند. ژل تشکیل شده در حضور KCl و یا NaCl پایداری و استحکام کمی دارد.
12
Ref. 4, 5
pH ژل
مقاومت و استحکام ژل در محدوده pH 8-3/5 افزایش مییابد که این دقیقاً مرتبط با pH طبیعی اکثر مواد غذایی است. البته تغییر در pH باعث تغییر در Setting point ژل نخواهد شد اما در برخی موارد بر روی درجه حرارت ذوب شدن تاثیر میگذارد.
ژلهای تهیه شده با مقادیر بسیار پائین یونهای تک ظرفیتی در دمای 70 درجه سانتیگراد و pH خنثی ذوب میشوند اما در pH 3/5، درجه حرارت ذوب شدن افزایش کمی دارد.
البته این روند در مورد یونهای دوظرفیتی صدق نمیکند.
13
Ref. 1, 2
14
نمودار مقایسه ساختار ژل تشکیل شده توسط صمغ ژلان با دیگر صمغهای معمول
Ref. 1
برخی از مهمترین کاربردهای صمغ ژلان
15
Ref. 3, 5
رسوب پروتئینهای مطلوب در صنایع لبنی
صمغ ژلان میتواند با پروتئینهای موجود در شیر واکنش داده و موجب رسوب آنها گردد. بر این اساس در محصولاتی نظیر پنیر، واکنش بین ژلان، کازئین و لاکتوگلوبولین باعث افزایش راندمان حاصل خواهد شد. میزان آب باقیمانده در طول پروسه تولید پنیر نیز پس از افزودن ژلان به شیر افزایش مییابد.
کاهش جذب روغن در طول سرخ کردن
قابلیت صمغ ژلان در کاهش میزان جذب روغن به دلیل ویژگیهای هیدروفیلیک آن میباشد. اضافه کردن تنها 0/25 درصد صمغ ژلان به آرد لوبیای چشم بلبلی موجب کاهش 24/6 درصدی روغن در فرآورده نهایی شد.
16
Ref. 1, 5
جایگزین پکتین در تولید مربا و ژله
صمغ ژلان به دلیل صرفه اقتصادی خود به طور موفقیتآمیزی توانست جایگزین مناسبی برای پکتین موجود در مرباها و ژله باشد. استفاده از 0/4 درصد از این صمغ در مقایسه با 0/8 درصد پکتین در مقیاس وسیع قابل توجه است. در این محصولات پدیده سینرزیس به طور چشمگیری کاهش یافته و ویژگیهای حسی و ارگانولپتیکی بهتری حاصل میگردد.
کاهش زمان تشکیل ژل در صنایع قنادی
عملکرد اصلی صمغ ژلان در صنایع قنادی ایجاد بافتی مناسب برای کاهش زمان مورد نیاز برای تشکیل ژل در ژلهای نشاستهای میباشد. در حالت عادی زمانی برابر با 48-24 ساعت برای این منظور در نظر گرفته میشود، اما صمغ ژلان این مدت را به 12-10 ساعت کاهش میدهد.
ژلان میتواند مانع از تغییر رطوبت در روکشهای شکلاتی و شیرینیجات گردد. میزان صمغ ژلان مورد نیاز در این محصولات تنها یک پنجم مقدار معمول آگار میباشد.
17
Ref. 4
صمغ زانتان
صمغ زانتان یک پلیساکارید طبیعی و یک بیوپلیمر صنعتی مهم است. این صمغ در دهه 1950 در بخش توسعه و تحقیقات کاربردی وزارت کشاورزی آمریکای شمالی کشف شد و اولین و مهمترین هتروپلی ساکاید باکتریایی است که به طور گسترده در صنایع گوناگون مصرف میشود.
این صمغ یک پلی ساکارید خارج سلولی است که توسط انواعی از زانتوموناس بالاخص زانتوموناس کمپستریس تولید میشود.
18
Ref. 6
ساختار شیمیایی صمغ زانتان
19
زنجیره اصلی: بتا دی گلوکز 1،4 بتا دی گلوکز
زنجیره فرعی: دی مانوز 1_4 اسید دی گلوکورنیک 1_2 دی مانوز
Ref. 1
تقریباً 50 درصد مانوزهای انتهایی به اسید پیروویک متصل هستند و مانوزهای اولیه نیز در کربن 6 گروه استیل حمل میکنند.
زنجیره فرعی توسط پیوندهای غیرکوالانسی (معمولاً هیدروژنی) به زنجیره اصلی متصل میشود، در نتیجه آن را در برابر حملات آنزیمی و شیمیایی حفظ میکند و باعث حفظ ویسکوزیته و پایداری محلولهای آن میشود.
20
Ref. 3, 6
ویژگیهای فیزیکوشیمیایی صمغ زانتان
زانتان در آب سرد محلول بوده و محلولهای ایجاد شده به شدت سودوپلاستیک هستند. ویسکوزیته محلولها پایداری مناسبی در مقابل pH و دما داشته و این پلیساکارید مقاوم به تجزیه آنزیمی است.
زانتان واکنشهای سینرژیستی با صمغ گوار و صمغ لوبیای لوکاست دارد؛ به صورتی که ویسکوزیته آن در غلظتهای کم این صمغها افزایش مییابد. در غلظتهای بالا ژلهای نرم، الاستیک و برگشت پذیر حرارتی در حضور صمغ لوبیای لوکاست تشکیل میدهد.
ویژگیهای محلولهای زانتان بستگی به روش صحیح آمادهسازی دارد. لذا لازم است تا نحوه صحیح آمادهسازی محلول زانتان بررسی شود. جهت حصول به ویژگیهای مناسب محلول، محلول زانتان بایستی به خوبی هیدراته شود.
21
Ref. 1, 3
22
جهت هیدراته کردن مناسب بایستی ذرات به طور مناسب در فاز مایع پراکنده شوند. پراکندگی ضعیف موجب ایجاد کلوخه میشود که در نتیجه هیدراته شدن کاهش مییابد.
Ref. 3
23
روش ایده آل پراکنده کردن از طریق افزودن صمغ بوسیله یک قیف در حالیکه مایع با سرعت بالا در حالت مخلوط شدن است به مرور و همزمان با افزودن صمغ، آب نیز به محفظه اضافه شود.
روش دیگر مخلوط کردن زانتان با سایر اجزای فرمول از قبیل شکر، نمک، نشاسته و غیره است. نسبت مناسب صمغ و سایر اجزاء به ترتیب 1 به 10 میباشد.
به علاوه میتوان زانتان را در روغن دیسپرس کرده و سپس به فاز آبی اضافه نمود.
Ref. 1
رئولوژی محلولهای زانتان
محلولهای زانتان سودوپلاستیک بوده، به این معنی که با افزایش shear stress، ویسکوزیته کاهش یافته و با حذف آن، ویسکوزیته اولیه دوباره ایجاد میشود.
محلولهای زانتان در غلظتهای 1درصد و بیشتر، حالت ژل مانند داشته که البته توسط عمل همزدن ویسکوزیته آنها به شدت کاهش مییابد.
در shear rate های پائین، محلولهای زانتان تقریباً ویسکوزیتهای در حدود 15 برابر صمغ گوار و بیشتر از کربوکسی متیل سلولز در غلظت مشابه دارند.
اثر نمک بر ویسکوزته زانتان بستگی به غلظت صمغ دارد. غلظتهای 0/25 و یا کمتر، همچنین نمکهای تک ظرفیتی موجب کاهش ناچیز ویسکوزیته میشوند. در غلظتهای بالاتر صمغ، ویسکوزیته با افزودن نمک افزایش مییابد.
24
Ref. 1, 7
pH اثرات کمی بر ویسکوزیته محلولهای زانتان در دامنه pH مورد استفاده در صنعت غذا دارد. به طوری که در دامنه 12-2، ویسکوزیته و پایداری مناسب است.
صمغ زانتان در بسیاری از محلولهای اسیدی هیدراته میشود. در دماهای بالا و شرایط اسیدی، هیدرولیز پلیساکاریدها تشدید شده لذا ویسکوزیته کاهش مییابد.
25
Ref. 6, 7
برخی از مهمترین کاربردهای صمغ زانتان
فرآوردههای پخت
صمغ زانتان در فرآوردههای پخت با هدف افزایش اتصال با مولکولهای آب در طول فرآیند پختن و ذخیرهسازی و در نتیجه افزایش shelf life به کار میرود. در برخی محصولات، زانتان حتی میتواند جایگزینی مناسب برای تخم مرغ در نظر گرفته شود، بدون آن که بر روی ظاهر و یا طعم و مزه فرآورده نهایی تاثیر نامطلوبی گذارد. زانتان از پدیده سینرزیس ممانعت به عمل میآورد و حتی موجب افزایش رطوبت باقیمانده در محصول و جلوگیری از رتروگراداسیون خواهد شد.
نوشیدنیها
زانتان در نوشیدنیها به عنوان بافت دهنده به کار میرود. مخصوصاً هنگامی که این نوشیدنیها شامل ذرات پالپ میوه باشند، افزودن صمغ زانتان به حفظ حالت سوسپانسیون محصول کمک شایانی میکند. این صمغ موجب بهبود احساس دهانی مطلوب نیزمیگردد.
26
Ref. 3, 6
محصولات لبنی
زانتان به همراه ترکیبی از گوار و صمغ لوبیای لوکاست میتواند به عنوان پایدار کنندهای مطلوب و موثر در بستنیها و نوشیدنیهای شیری مورد استفاده قرار گیرد. در پنیرهای کاتیج، صمغ زانتان موجب بهبود ویژگیهای بافتی میشود و همچنین میتواند پیکره و بافت لازم را در خامه فراهم آورد.
سسها
صمغ زانتان پایداری امولسیونها را برای مدت بیشتر از یک سال مهیا میکند. تسهیل پمپاز در پروسه تولید انواع سسها به دلیل ویژگیهای رئولوژیکی این صمغ موجب میشود عملیات پرکنی در بطریهای مربوطه به راحتی انجام پذیرد. احساس دهانی مطلوب به علت ویژگی سودوپلاستیکی زانتان از دیگر مزایای کاربرد این صمغ تلقی میگردد.
27
Ref. 1, 3
واکنشهای سینرژیستی صمغ زانتان
برهمکنشهای سینرژیستی بین زانتان و گالاکتومانانها از قبیل گوار، صمغ لوبیای لوکاست و همچنین گلوکومانانها نظیر صمغ کونجاک اتفاق میافتد. این برهمکنشها موجب افزایش ویسکوزیته و یا تشدید ژلهای شدن میشود.
گالاتومانانها هیدروکلوئیدهایی هستند که در آنها واحد اصلی مانوز با گالاکتوز جایگزین شده است. تعداد و نحوه جایگزینی در بین گالاکتومانانها متقارن بوده و در نتیجه شدت برهمکنشهای آنها نیز با زانتان متفاوت است. گالاکتومانانها با تعداد ناچیز زنجیره جانبی گالاکتوز و نواحی بیشتر جایگزین نشده، بیشتر واکنش میدهد.
28
Ref. 3, 7
صمغ لوبیای لوکاست که نسبت مانوز به گالاکتوز آن در حدود 3/5 به 1 است با شدت بیشتری با زانتان واکنش میدهد، در مقایسه با گوار که نسبت مانوز به گالاکتوز آن 2 به 1 میباشد
مخلوطهای زانتان و صمغ لوبیای لوکاست جهت هیدراته شدن و حداکثر سینرژیستی باید تا 95-90 درجه سانتیگراد حرارت ببینند. اپتیمم برهمکنشهای بین زانتان و گوار به pH و قدرت یونی بستگی دارد. برای مثال اپتیمم نسبت بین گوار و زانتان به ترتیب 80 به 20 و همچنین نسبت صمغ لوبیای لوکاست به زانتان 50 به 50 می باشد.
29
Ref. 6
صمغ کوردلان
کوردلان یک پلیساکارید خارج سلولی نامحلول در آب میباشد که توسط میکروارگانیسمها تولید میگردد.
ﺗﻨﻬﺎ ﮔﻮﻧﻪﻫﺎی ﮐﻤﯽ از ﺑﺎﮐﺘﺮیﻫﺎی واﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﺧﺎﻧﻮاده آلکالیجنز و ﮔﻮﻧﻪ ﻫﺎی اگروباکتریوم ﮔﺰارشﺷﺪهاﻧﺪ ﮐﻪ ﻗﺎدر ﺑﻪ ﺗﻮﻟﯿﺪ اﯾﻦ ﭘﻠﯽ ﺳﺎﮐﺎرﯾﺪ ﺧﻄﯽ ﻣﯽﺑﺎﺷﻨﺪ.
ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﮐﻮردﻻن ﻣﯽﺗﻮاﻧﺪ ﺗﻮﺳﻂ ﺑﺮﺧﯽ از ﮔﻮﻧﻪﻫﺎی ریزوبیوم و سلولوموناس ﻧﯿﺰ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﮔﺮدد.
ﮐﻮردﻻن ﺳﻮﻣﯿﻦ اﮔﺰوﭘﻠﯽ ﺳﺎﮐﺎرﯾﺪ ﻣﯿﮑﺮوﺑﯽ اﺳﺖ ﮐﻪ ﻣﺼﺮف آن درﻣﻮاد ﻏـﺬاﯾﯽ ﺗﻮﺳـﻂ FDA ﻣﺠـﺎز ﺷـﻨﺎﺧﺘﻪ ﺷـﺪه اﺳـﺖ.
30
Ref. 2, 9
ساختار شیمیایی صمغ کوردلان
31
اﯾﻦ ﺻﻤﻎ از واﺣﺪﻫﺎی بتا-1و3 ﮔﻠﻮﮐﺎن ﺗﺸﮑﯿﻞ ﺷﺪه اﺳﺖ.
ﭘﻠﯿﻤﺮ ﺳﺎدهای از ﮔﻠﻮﮐﺰ و ﺑﺪون زﻧﺠﯿﺮه ﺟﺎﻧﺒﯽ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ.
Ref. 1
ویژگیهای فیزیکوشیمیایی صمغ کوردلان
ﺻﻤﻎ ﮐﻮردﻻن در آب، اﻟﮑﻞ و ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺣﻼلﻫﺎی آﻟﯽ ﻧﺎﻣﺤﻠﻮل اﺳﺖ وﻟﯽ ﺑﺎ اﯾﻦ ﺣﺎل در ﻣﺤﻠﻮلهای ﻗﻠﯿﺎﯾﯽ از ﻗﺒﯿﻞ ﻫﯿﺪروﮐﺴﯿﺪ ﺳﺪﯾﻢ و ﺗﺮی ﺳﺪﯾﻢ ﻓﺴﻔﺎت ﻣﺤﻠﻮل میﺑﺎﺷﺪ.
اﮔﺮﭼﻪ ﮐﻮردﻻن ﻧﺎﻣﺤﻠﻮل در آب اﺳﺖ، اﻣﺎ ﯾﮏ ﻣﺤﻠﻮل آﺑﯽ از اﯾﻦ ﺻﻤﻎ ﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ درﺟﻪ ﺣﺮارت ﺑه کار ﺑﺮده ﺷﺪه ﻣﯽﺗﻮاﻧﺪ ﺗﺸﮑﯿﻞ دو ﻧﻮع ژل ”ﮐﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ و ”ﺗﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ ﺑﺪﻫﺪ.
ژل ”ﮐﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺮﮔﺸﺖ ﭘﺬﯾﺮ ﺣﺮارﺗﯽ دارد و رﻓﺘﺎری ﻣﺸﺎﺑﻪ با صمغ آﮔﺎر و ژﻻﺗﯿﻦ از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن میدهد اما ژل ”ﺗﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺮﮔﺸﺖ ﻧﺎﭘﺬﯾﺮ ﺣﺮارﺗﯽ داشته و در دﻣﺎﻫﺎی ﭘﺎﯾﯿﻦ از ﻗﺒﯿﻞ دﻣﺎی اﻧﺠﻤﺎد و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ دﻣﺎﻫﺎی ﺑﺎﻻی اﺗﻮﮐﻼو ﮐﺮدن ﭘﺎﯾﺪار ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ.
32
Ref. 2
مکانیسم ایجاد ژل صمغ کوردلان
ژل ”ﮐﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ زﻣﺎﻧﯽ ﺑه دﺳﺖ ﻣﯽآﯾﺪ ﮐﻪ دﯾﺴﭙﺮﺳﯿﻮن آﺑﯽ اﯾﻦ صمغ در دﻣﺎی ﺑﯿﻦ 50 و 60 درجه سانتیگراد ﺣﺮارت داده ﺷﺪه و ﺳﭙﺲ ﺗﺎ دﻣﺎی زﯾﺮ 40 درجه سانتیگراد ﺧﻨﮏ ﮔﺮدد.
ژل ”ﺗﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ در صورتی ﺑه دﺳﺖ میآید ﮐﻪ دﯾﺴﭙﺮﺳﯿﻮن آﺑﯽ ﺻﻤﻎ کوردلان ﺗﺎ دﻣﺎی بیشتر از 80 درجه سانتیگراد مورد ﺣﺮارتدهی قرار گیرد.
در ژل ”ﺗﻨﺪ ﺑﻨﺪ“، ﭘﯿﻮﻧﺪﻫﺎی ﻋﺮﺿﯽ ﺑﯿﻦ ﻣﯿﺴﻞهای ﮐﻮردﻻن ﮐﻪ ﺑﺎﻋﺚ ﺑﻮﺟﻮد آﻣﺪن ﺳﺎﺧﺘﺎرﻫﺎی ﭼﻨﺪ ﻫﻠﯿﮑﺴﯽ و ﺳﻪ رﺷﺘﻪای میشود، از ﺑﺮﻫﻤﮑﻨﺶﻫﺎی ﻫﯿﺪروﻓﻮﺑﯿﮏ ﺗﺸﮑﯿﻞ ﺷﺪه اﺳﺖ.
ﭘﯿﻮﻧﺪﻫﺎی ﻋﺮﺿﯽ ﺑﯿﻦ ﻣﯿﺴﻞﻫﺎ درژلﻫﺎی ”ﮐﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ از ﻧﻮع باندهای ﻫﯿﺪروژﻧﯽ میباشد ﮐﻪ ﺑﺎﻋﺚ ﺑه وﺟﻮد آﻣﺪن ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻣﻮﻟﮑﻮﻟﯽ ﺗﮏ ﻫﻠﯿﮑﺴﯽ در ژل ”ﮐﻨﺪ ﺑﻨﺪ“ ﻣﯽﮔﺮدد.
33
Ref. 2, 8
ﻣﯿﺎﻧﮕﯿﻦ وزن ﻣﻮﻟﮑﻮﻟﯽ اﯾﻦ ﺻﻤﻎ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﻧﺎﻣﺤﻠﻮل ﺑﻮدﻧﺶ ﻫﻨﻮز ﺑﻄﻮر دﻗﯿﻖ ﺗﻌﯿﯿﻦ ﻧﺸﺪه اﺳﺖ.
ﻣﯿﺎﻧﮕﯿﻦ درﺟﻪ ﭘﻠﯿﻤﺮﯾﺰاﺳﯿﻮن اﯾﻦ ﺻﻤﻎ در ﺣﺪود 450 ﻣﯽباشد ﮐﻪ اﯾﻦ ﻣﺎﮐﺮوﻣﻮﻟﮑﻮل میتواند ﻣـﺎﮐﺰﯾﻤﻢ ﺗـﺎ ﺣـﺪود 12000 واﺣـﺪ داﺷﺘه باشد.
ﺳﻪ ﻧﻮع ﺳﺎﺧﺘﺎرﮐﻨﻔﻮرﻣﺎﺳﯿﻮﻧﯽ ﺑﺮای ﮐﻮردﻻن درﻣﺤﻠﻮلﻫﺎی ﻗﻠﯿﺎﯾﯽ ﺑﯿﺎن ﺷﺪه اﺳﺖ:
ﺗﺤﺖ ﺷﺮاﯾﻂ ﻗﻠﯿﺎﯾﯽ ( ﺑﯿﺸﺘﺮ از 0/2 ﻣﻮﻻر)، اﯾﻦ ﺻﻤﻎ ﺑه طﻮر ﮐﺎﻣﻞ ﻣﺤﻠﻮل میشود و ﺑـﻪ ﺣﺎﻟـﺖ Random coil درﻣﯽ آﯾﺪ.
34
Ref. 1, 9
تولید صنعتی صمغ کوردلان
ﮐﻮردﻻن به صورت ﺻﻨﻌﺘﯽ در ﻣﻘﯿﺎس ﺑﺎﻻ از ﻣﻨﺎﺑﻊ ارزان ﻗﯿﻤﺖ ﮐﺮﺑﻦ، ﻣﺜـﻞ ﻣﺤـﺼﻮﻻت ﺟـﺎﻧﺒﯽ ﮐﺎرﺧﺎﻧﺠـﺎت ﻗﻨـﺪ (ﻣـﻼس) و ﺿﺎﯾﻌﺎت ﻣﺤﺼﻮﻻت ﮐﺸﺎورزی ﺣﺎوی ﻗﻨﺪ ﺑﺎﻻ (ﻣﺜﻞ ﺧﺮﻣﺎ) ﻣﯽ ﺗﻮاﻧﺪ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﮔﺮدد.
ﻣﯿﺰان ﺗﻮﻟﯿﺪ ﮐﻮردﻻن در ﻣﺤﯿﻂ ﺣﺎوی ﺷﯿﺮه ﺧﺮﻣﺎ ﺑﻪ ﻣﺮاﺗﺐ ﺧﯿﻠﯽ ﺑﯿﺸﺘﺮ از ﻣﺤﯿﻂ ﺗﺨﻤﯿﺮ ﺣﺎوی ﺳﺎﮐﺎرز ﺑﻮد. اﯾﻦ ﻣﯿﺰان در زﻣﺎنﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺗﺨﻤﯿﺮ، در ﻣﺤﯿﻂ ﺗﺨﻤﯿﺮ ﺣﺎوی ﺷﯿﺮه ﺧﺮﻣﺎ درﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﺑﺎ ﺳﺎﮐﺎرز 4-2 ﺑﺮاﺑﺮ ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺑﻮد.
35
Ref. 8, 9
ﺑﺮرﺳﯽ رﻓﺘﺎر رﺋﻮﻟﻮژﯾﮑﯽ صمغ کوردلان
در ﺑﺮرﺳﯽ ﻣﯿﺰان ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ در ﺳﺮﻋﺖﻫﺎی ﺑﺮﺷﯽ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻣﺸﺎﻫﺪه شد ﮐﻪ ﺑﺎ ﺑﺎﻻ رﻓﺘﻦ ﻏﻠﻈﺖ کوردلان، ﻣﯿﺰان ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ اﻓﺰاﯾﺶ ﺑﯿﺸﺘﺮی از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن ﻣﯽدﻫﺪ. ﺑﺎﻻﺗﺮﯾﻦ ﻣﻘﺪار ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ در ﺑﯿﻦ ﻏﻠﻈﺖﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻏﻠﻈﺖ 2/00 درصد و ﭘﺎﯾﯿﻦ ﺗﺮﯾﻦ ﻣﻘﺪار ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ درﻏﻠﻈﺖ 0/50 درصد مشاهده ﮔﺮدﯾﺪ.
36
Ref. 8
37
ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ وﯾﺴﮑﻮزﯾﺘﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎ در ﻏﻠﻈﺖﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ صمغ کوردلان ﻧﺸﺎن ﻣﯽدﻫﺪ ﮐﻪ اﻓﺰاﯾﺶ ﺳﺮﻋﺖﻫﺎی ﺑﺮﺷﯽ موجب ﮐﺎﻫﺶ وﯾﺴﮑﻮزﯾﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ. اﯾﻦ ﻧﺘﺎﯾﺞ درﮐﻠﯿﻪ دﻣﺎﻫﺎ ﯾﮑﺴﺎن ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. درﺑﯿﻦ ﻏﻠﻈﺖﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﯿﺸﺘﺮﯾﻦ وﯾﺴﮑﻮزﯾﺘﻪ ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻏﻠﻈﺖ 2/00 درصد از ﺻﻤﻎ ﺑﻮده و همچنین ﮐﻤﺘﺮﯾﻦ وﯾﺴﮑﻮزﯾﺘﻪ متعلق ﺑﻪ ﻏﻠﻈﺖ 0/50 درصد از آن ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ.
Ref. 8
برخی از مهمترین کاربردهای صمغ کوردلان
ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ رﻓﺘﺎر رﺋﻮﻟﻮژﯾﮑﯽ صمغ ﮐﻮردﻻن، اﯾﻦ ﺻﻤﻎ ﻣﯽﺗﻮاﻧﺪ ﺟﺎﯾﮕﺎه وﯾﮋهای در ﺻﻨﺎﯾﻊ ﻏﺬاﯾﯽ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ:
38
Ref. 9
قابلیت صمغ کوردلان در تولید فیلمهای خوراکی
فیلمهای خوراکی لایههای نازکی از مواد هستند که سدی در مقابل انتقال رطوبت، اکسیژن و همینطور مواد حل شده در غذا ایجاد میکنند و میتوانند توسط مصرف کننده خورده شوند.
فیلمهای حاصل از کوردلان نامحلول در آب و محلول در قلیا میباشند. دارای قدرتی سه برابر فیلمهای آمیلوز و یک سوم فیلمهای سلولزی هستند. اشکال عمده، قیمت بالای آنهاست و اینکه برخی قوانین مانند قوانین اتحادیه اروپا کاربرد این نوع فیلمها را مجاز نمیدانند.
39
Ref. 1, 8
صمغ دکستران
دکستران ﻳﻚ ﭘﻠﻴﻤﺮ ﭘﻠﻲ ﺳﺎﻛﺎرﻳﺪی است که ﺗﻮﺳﻂ ﺑﺮﺧﻲ ﺳﻮﻳﻪﻫﺎی لوکونوستوک مزنتروئیدیس، استرپتوکوکوس، استوباکتر، ریزوپوس و لاکتوباسیلوس ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﻲﺷﻮد اما ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺻﻨﻌﺘﻲ این صمغ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺑﺎزده ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺗﻮﺳﻂ لوکونوستوک مزنتروئیدیس صورت میگیرد.
اﻳﻦ ﭘﻠﻴﻤﺮ زﻳﺴﺘﻲ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ داﺷﺘﻦ ﺧﻮاص ﻏﻴﺮﻳﻮﻧﻲ و همچنین ﭘﺎﻳﺪاری در ﺷﺮاﻳﻂ ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ، ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎی ﮔﺴﺘﺮدهای در ﺻﻨﺎﻳﻊ ﻏﺬاﻳﻲ، دارویی و بیوشیمیایی پیدا کرده است.
40
Ref. 2
ساختار شیمیایی صمغ دکستران
پلیمر دﻛﺴﺘﺮان ﺷﺎﻣﻞ ﻣﻮﻧﻮﻣﺮﻫﺎی ﮔﻠﻮﻛﺰ میباشد ﻛﻪ ﻋﻤﺪﺗﺎً (95درصد) ﺑﺎ ﭘﻴﻮﻧﺪ (6و1) αﺑﻪ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﻣﺘﺼﻞ ﺷﺪهاﻧﺪ.
در ﺳﺎﺧﺘﺎر اﻳﻦ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺗﻌﺪاد ﻛﻤﻲ (3و1) α و یا (4و1) α و یا (2و1) α در زﻧﺠﻴﺮهﻫﺎی ﺟﺎﻧﺒﻲ دﻳﺪه ﻣﻲﺷﻮد.
41
Ref. 1
ویژگیهای فیزیکوشیمیایی صمغ دکستران
صمغ دکستران نسبت به ﺷﺮاﻳﻂ عملیاتی مختلف نظیر حرارت، اسید و قلیا وهمچنین افزایش ویسکوزیته پایدارمیباشد. ﺣﻼﻟﻴﺖ در آب و روﻏﻦ، اﻣﻜﺎن ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻓﻴﻠﻢ و همچنین ﺧﺎﺻﻴﺖ ﻧﮕﻬﺪاری آب، موجب کاربرد گسترده این صمغ در صنایع غذایی شده است.
دکستران محلول در آب میباشد. به طور کلی ویژگی محلول بودن یا نبودن این صمغ درآب به میکروارگانیسم تولید کننده دکستران بستگی دارد. به عنوان مثال لوکونوستوک مزنتروئیدیس B-512 و 683 پلیمرهای محلول در آب تولید میکنند درحالیکه لوکونوستوک دکسترانیوم قابلیت تولید پلیمرها نامحلول در آب را دارا میباشد.
42
Ref. 1, 11
تولید تجاری صمغ دکستران
تولید تجاری دکستران توسط رشد باکتریهای بیهوازی لوکونوستوک مزنتروئیدیس در محیط کشت حاوی ساکارز، منبع آلی نیتروژن نظیر پپتون، مواد معدنی و فسفات انجام میگیرد.
فاکتورهای موثر در تولید این صمغ شامل این وارد میباشند:
43
48-24 ساعت
Ref. 10, 11
ﺑﺮرﺳﯽ رﻓﺘﺎر رﺋﻮﻟﻮژﯾﮑﯽ صمغ دکستران
44
بررسی محلولهای دکستران در غلظتهای مختلف بیانگر رفتار سودوپلاستیک این صمغ میباشد. تنها مقدار بسیار اندکی از این صمغ قادر است محلولهایی بسیار ویسکوز تولید نماید. محلولهای دکستران ویژگیهای جریان نیوتنی از خود نشان میدهند چرا که سرعت جریان به تنش برشی وابسته نیست.
مقایسه ویسکوزیته نمونهها در غلظتهای ﻣﺨﺘﻠﻒ صمغ دکستران نشان داد ﮐﻪ بیشترین ویسکوزیته متعلق به کمترین سرعت برشی است و بالعکس. اﯾﻦ ﻧﺘﺎﯾﺞ درﮐﻠﯿﻪ دﻣﺎﻫﺎ ﯾﮑﺴﺎن ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ.
Ref. 11
رفتار رئولوژیکی صمغ دکستران به طور قابل توجهی تحت تاثیر سرعت برشی و غلظت دکستران قرارمیگیرد. همانطور که درشکل زیر مشاهده میشود ویسکوزیته محلولهای دکستران در سرعتهای برشی مختلف، با افزایش غلظت این صمغ افزایش مییابد.
45
Ref. 11
برخی از مهمترین کاربردهای صمغ دکستران
فرآوردههای پخت
صمغ دکستران درفرآوردههای پخت میتواند موجب بهبود نرمی بافت و حجم محصول نهایی گردد. افزودن تنها 2 درصد از آن به خمیر میتواند میزان جذب آن را تا 12 درصد افزایش دهد.
شیرینیجات
دکستران به عنوان پایدارکننده، جلوگیری ازکریستاله شدن شکر، افزایش ویسکوزیته، حفظ رطوبت و همچنین نگهداری عطر و طعم درمحصول نهایی کاربرد گستردهای در شیرینیجات دارد.
محصولات منجمد و خشک شده
در این نوع محصولات، این صمغ به عنوان نگهدارنده طعم و مزه و همینطور عطر و بو به کار میرود. پوششهای دکستران نیز از کاهش رطوبت، اکسیداسیون و سایر تغییرات شیمیایی در بسیاری از غذاها مانند میگو، گوشتها، میوههای خشک، پنیر، کره و غذاهای منجمد جلوگیری می کند.
46
Ref. 10
نتیجهگیری
افزایش میزان تولید مواد غذایی فرآیند شده و همچنین کشش بالای بازار نسبت به عرضه و مصرف محصولات غذایی متنوع باعث شده است که این کارخانجات به صورت مستمر به فکر تولید و عرضه فرآوردههایی با خصوصیات فیزیکی و حسی مورد پسند مصرف کنندگان باشند. از هیدروکلوئیدها تنها به علت بهبود خواص رئولوژیکی و بافتی محصولات غذایی استفاده نمیشود، بلکه عملکرد مناسب و همچنین اثبات خواص مفید تغذیهای آنها نیز باعث شده که در سالهای اخیر تحقیقات گستردهای در زمینه خواص و کاربردهای تغذیهای و پزشکی بسیاری از آنها صورت گیرد. انتخاب نوع هیدروکلوئید مسئله مهمی است که همه روزه بسیاری از کارشناسان صنایع غذایی با آن روبرو هستند. در این میان عامل قیمت هیدروکلوئید و میزان اطمینان از بازار تامین و عرضه آن را نیز نباید نادیده گرفت.
47
Ref. 1, 3
منابع
Sworn, G. (2000). “Handbook of hydrocolloids”, Edited by Phillips, G. O. and Williams, P. A., Woodhead publishing Ltd, Cambridge, 117-135.
T.R. Andrew, Extracellular Microbial Polysaccharides, Eds. P.A. Sandford and A. Laskin, ACS, Washington, DC, pp. 231, 1977.
K.S. Kang and D.J. Pettitt, Industrial Gums-Polysaccharides and their derivatives, Third edition, Eds. R.L. Whistler and J.B. Miller, Academic press, Inc. NY, chap. 13, 1993.
Duxbury, D.D. 1993. Multi-functional gum gets final FDA approval: gellan gum offers formulators low use levels and high versatility. Food Processing. Issue February 1993.
Donner, L.W. and D.D. Douds. 1995. Purification of commercial gellan to monovalent cation salts results in acute modification of solution and gel-forming properties.” Carbohydrate Research (1995) 225-233.
HARDING, N. E., IELPI, L. and CLEARY, J. M. (1995) ‘Genetics and biochemistry xanthan gum production by Xanthomonas campestris’ in Food Biotechnology Microorganisms, eds Y. H. Hui and G. C. Khachatourians. VCH Publishers, New York, pp. 495–514.
JEANES, A., PITTSLEY, J. E. and SENTI, F. R. (1961) ‘Polysaccharide B-1459: a new hydrocolloid polyelectrolyte produced from glucose from bacterial fermentation’ J. App. Polym. Sci., 5, 519–26.
Jin,Y., Zhang, H., Yin, Y. and Nishinari, K. 2006. Comparison of curdlan and its carboxymethylated derivative by means of Rheology, DSC, and AFM. Carbohydrate Research. 341:90–99.
Funami, T., and Nishinari, K. 2007. Gelling characteristics of curdlan in aqueous dispersions in the presence of salts. Food Hydrocolloids, 21, 59-65.
Alsop, R. M. 1983. Industrial Production of Dextrans. Progress in Industrial Microbioloigy., 1-42. ed. M. E. Bushell. New York; Elseiver.
Purama R. K. and A. Goyal. 2008. Identification,effective purification and functional characterization of dextran sucrase from Leuconostoc mesenteroides NRRL B-640.Bioresource Technol.99;3635-3642.
48
49
با تشکر از توجه شما