تخمین کیفیت آرد حاصل براساس کیفیت گندم ورودی بوسیله تعیین ویژگیهای کاربردی پروتئین و نشاسته

تخمین کیفیت آرد حاصل براساس کیفیت گندم

تخمین کیفیت آرد حاصل براساس کیفیت گندم ورودی بوسیله تعیین ویژگیهای کاربردی پروتئین و نشاسته

ارائه دهنده مقاله: منیره اسماعیلی1

                             حافظ ابراهیم پور2

چکیده

در این تحقیق به منظور برقراری ارتباط بین کیفیت گندم و آرد حاصل از آسیاب های مدرن، چندین پارامتر وابسته به خصوصیات کاربردی پروتئین ها و نشاسته آنالیز شده است. پارامترهایی که معرف ویژگی های کاربردی پروتئین ها هستند شامل گلوتن مرطوب، گلوتن ایندکس، میزان توسعه پذیری یا کشش خمیر، قابلیت ارتجاعی خمیر، قابلیت جذب آب، زمان گسترش خمیر و پایداری خمیر در برابر کشش می باشد. در خصوص فرایند پخت نشاسته، پارامترهایی که امکان ایجاد همبستگی های معنی دار بین گندم و آرد را فراهم میکنند شامل فالینگ نامبر، فعالیت آمیلازی، ژلاتیناسیون نشاسته و محدوده پایداری در برابر پخت می باشد. آنالیز تغییر واریاسیون کیفیت ارائه شده توسط میکسولب ( Mixolab ) و آلوئوگراف ( Alveograph ) برای گندم و آرد مشخص کننده امکان پیش بینی کیفیت آرد براساس کیفیت گندم می باشد.

مقدمه

آسیاب کردن گندم یک فرایند تبدیلی مکانیکی به صورت تدریجی است که طی آن آندوسپرم از مغز و جوانه جداسازی می گردد. عملیات آسیاب کردن گندم شامل سه فرایند می باشد؛ شکستن، مغزگیری و نرم کردن؛ که البته سیستم مغزگیری در بسیاری از آسیاب های صنعتی توسط سیستم الک (مش بندی) جایگزین می شود (Webb, Owens, 2003 ). فرایند های خرد کردن و نرم کردن شامل مراحل آسیاب و الک بوده و در هر مرحله جریان های آرد آسیاب شده متفاوتی تولید می شود. کیفیت و کمیت آردهای آسیاب شده حاصل از مراحل خرد کردن و نرم کردن، متفاوت هستند. ترکیب آردهای آسیاب شده متفاوت، انواع مختلفی از آرد را برای محصولات با مصارف متنوع ارائه می دهد (Banu, et al, 2010).

کیفیت آرد به کیفیت گندم، نحوه عملیات بوجاری، ذخیره سازی، مشروط کردن و به دیاگرام آسیابانی و جایگاه تجهیزات فراوری آرد بستگی دارد(Prabhasankar, Sudha, Haridas Rao, 2000). فاکتورهای موثر روی کیفیت گندم شامل واریته گندم، ویژگیهای آب و هوایی ( شامل دما، بارندگی، تشعشع خورشیدی ) و شرایط رشد هستند(Webb, Owens, 2003). به عبارت دیگر عملیات تمیز کردن ( بوجاری گندم )، ذخیره سازی و شرایط مشروط کردن بسیار اهمیت دارند.

به منظور حصول اطمینان از انجام مناسب فرایند آسیابانی، ویژگیهای آرد آسیاب شده از طریق تنظیم آسیاب های غلطکی و انتخاب مش های با سایز بندی متفاوت برای الک ها می تواند کنترل شود. علاوه بر این آخرین استراتژی برای کنترل کیفیت آرد انتخابی برای محصولات نهایی مشخص، استفاده از ترکیب آردهاست که براساس خصوصیات ویژه محصول و به دقت انتخاب می شود(Banu, et al, 2010). انواع آردها درجه استخراج متفاوتی دارند که به عنوان نسبت ( سهم ) استخراج آرد با در نظر گرفتن وزن گندم ورودی تعریف می شود(Dewettinck et al, 2008). همچنین درجه استخراج آرد تاثیر اساسی روی کیفیت آرد بدست آمده دارد. معمولا آرد گندم با درجه استخراج کمتر از 75 درصد به دست می آید. در صورتی که افزایش درجه استخراج تا 80 درصد سبب باقی ماندن اجزاء نرم و ریز مغز شده و وقتی درجه استخراج به 100 درصد نزدیک می شود، آرد گندم کامل حاصل می گردد(Webb, Owens, 2003 ; Banu, et al, 2010).

به منظور پیش بینی کیفیت آرد، صنعت آسیابانی نیاز به گندم با ویژگیهای استاندارد دارد. چندین مطالعه ارتباط بین کیفیت گندم و آرد حاصل را گزارش کرده است(Hruskova et al, 2000). ما در این تحقیق ارتباط بین کیفیت گندم و آرد حاصل را توسط آسیاب کردن در آسیاب صنعتی آنالیز کردیم. هدف ما شناسایی هر گونه تغییر در پارامترهای کیفی گندم و آرد بود.

مواد و روش ها

25 نمونه گندم وارداتی رومانی واریته گلوسا (Glossa) آسیاب شده با آسیاب غلطکی صنعتی بولر (Buhler) با درجه استخراج 5/76 درصد مورد مطالعه قرار گرفت. آسیاب صنعتی غلتکی عبارت بود از چهار عدد غلطک خرد کننده، نه عدد غلطک نرم کننده( صاف) ، یک عدد دیوایدر (divider) میانی، سه عدد مغزگیر و یک عدد توربواستار (turbostar) (Banu, et al,2010).

جریان های حاصل از آسیاب شامل 4 جریان از آسیاب های غلطکی خرد کننده، 13 جریان از بخش نرم کننده، یک جریان از دیوایدر (divider) و یک جریان از مغزگیر است. انواع گندم سفید با خاکستر 2/0+52/0 درصد توسط مخلوط کردن بخش های خرد کننده ،دیوایدر (divider) و پاساژهای نرم کننده (صاف) حاصل می شود.نمونه برداری آرد توسط روش استاندارد غلات و فراورده های آن_نمونه برداری انجام گردید(استاندارد ملی شماره 15395، 1389).

به منظور ارزیابی خصوصیات فیزیکی-شیمیایی و رئولوژیکی گندم، نمونه ها توسط آسیاب آزمایشگاهی سینوس  (sinus) خرد شدند. خصوصیات فیزیکوشیمیایی گندم و آرد بر طبق: محتوی خاکستر (استاندارد ملی شماره 103، 1381) ، گلوتن ایندکس(پیغمبر دوست، 1396) ، محتوی گلوتن مرطوب (استاندارد ملی ایران شماره 1-9639، 1386) و فالینگ نامبر (پیغمبر دوست، 1396) مورد ارزیابی قرار گرفت.

خصوصیات رئولوژیکی نیز توسط آلوئوگراف شوپن(chopin Alveograph ) و میکسولب شوپن(chopin Mixolab) مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای مورد استفاده میکسولب ( mixolab ) در طی آزمایشات بصورت سرعت میکس rpm80، وزن خمیر 75 گرم، دمای تانک30 درجه و دمای محیط 30 درجه تعیین شده بود. سه آزمایش مستقل انجام گرفت و تمام تجزیه و تحلیل ها بصورت سه گانه انجام شد. مقادیر میانگین، میانه، انحراف معیار، ضریب تغییرات، سطح اطمینان (٪95) و ضریب همبستگی معنی دار (0.05p<) بود. محاسبات با استفاده از نرم افزار اکسل (Microsoft Excel ) انجام گرفت.

تجزیه و تحلیل داده ها

کیفیت و عملکرد محصولات نهایی به طور خاص تحت تاثیر خواص عملکردی نشاسته و پروتئین ها قرار می گیرد (Weipert, 1995) که اجزاء اصلی گندم و فراورده های حاصل از آسیاب گندم هستند. در این تحقیق به منظور ایجاد ارتباط بین کیفیت گندم و آرد سفيد به دست آمده از طريق آسیاب صنعتی گندم چندین پارامتر مورد ارزیابی قرار گرفته است.

عملکرد پروتئین

خواص عملکردی پروتئین عمدتا از طریق بخش گلوتنین و گلیادین بدلیل توانایی آنها در ایجاد شبکه گلوتنی منسجم خمیر می باشد. بخصوص زمانی که خمیر در معرض هیدراتاسیون و مخلوط کردن قرار می گیرد (Cornell,2013). شبکه گلوتنی توانایی نگهداری گازها در طول تخمیر در خمیر، صاف کردن و پختن خمیر و حین انتقال از آرد به نان را بر عهده دارد.

محتوی گلوتن مرطوب تعیین کننده اصلی کیفیت پخت می باشد. متوسط گلوتن مرطوب (WG) در نمونه های گندم و آرد مورد بررسی حدود 5/28٪ و 1/29٪ و ضریب تغییرات به ترتیب 13٪ و 9/11٪ بود (جدول 1).

ضریب همبستگی بین محتوای گلوتن مرطوب گندم و آرد92/0در مطالعه حاضر به دست آمد که در مقایسه با مقدار گزارش شده توسط Hruskova و همکاران(2000) 44/0بالاتر بود.

گلوتن ایندکس اطلاعاتی در خصوص کیفیت گلوتن بویژه قدرت آن ارائه می دهد. گلوتن ایندکس بالا نشاندهنده گلوتن قوی تر است. گلوتن ایندکس نمونه های گندم مورد بررسی از 67 تا 99 درصد متغیر بود. در حالی که این تغییرات در مورد نمونه های آرد از 88 تا 99 درصد بود. همچنین ضریب تغییرات در مورد آرد در مقایسه با گندم کمتر بود (جدول 1).

جدول 1- آمار توصیفی پارامترهای مرتبط با عملکرد پروتئین برای گندم و آرد

ویژگیهامیانگینمیانهحداکثرحداقلانحراف معیارضریب تغییرات
گندم
گلوتن مرطوب  [%]28.530.332.622.33.713.0
گلوتن ایندکس [%]72.767.099.046.018.425.3
قابلیت کشش [mm]28.028.033.023.01.86.6
الاستیسیته [mm]125.2125.0137.0110.06.75.4
P/L4.54.55.13.80.37.2
انرژی x [J]132.6135.0150.0110.010.47.8
قابلیت جذب آب [%]62.6462.9063.7061.500.671.06
زمان گسترش خمیر [min]5.995.638.874.801.2120.28
پایداری خمیر [min]8.257.9810.306.681.1914.38
حداقل گشتاور [Nm]0.440.430.940.410.035.83
تضعیف مکانیکی [Nm]0.660.670.730.590.045.67
آرد
گلوتن مرطوب  [%]29.130.033.222.13.511.9
گلوتن ایندکس [%]85.088.099.055.012.214.4
قابلیت کشش [mm]101.0100.0122.088.08.87.9
الاستیسیته [mm]69.269.079.062.04.87.0
P/L0.70.70.90.50.113.4
انرژی x [J]219.2222.0248.0187.017.47.9
قابلیت جذب آب [%]53.2757.2058.4056.200.530.93
زمان گسترش خمیر [min]3.183.724.781.271.1736.88
پایداری خمیر [min]7.687.688.556.630.577.46
حداقل گشتاور [Nm]0.350.350.380.310.026.28
تضعیف مکانیکی [Nm]0.750.750.790.710.022.74

مابین گلوتن ایندکس آرد و گندم همبستگی مثبت معنی داری(63/0) وجود دارد(Hruskova et al, 2000). همبستگی کمی کمتر از 44/0 بین گلوتن ایندکس گندم و آرد حاصل از آسیاب های صنعتی گزارش شده است که این تفاوت می تواند به اثرات عوامل محیطی و کیفیت پروتئین ارقام مختلف گندم نسبت داده شود که توسط گلوتن ایندکس اندازه گیری می شود(Bonfil, Posner, 2012). همجنین ارتباط بین گلوتن ایندکس آرد و گندم تحت تاثیر شرایط آسیابانی نیز می تواند قرار بگیرد. BONFIL  و POSNER (2012) گزارش دادند که در آرد حاصل از آسیاب آزمایشگاهی، آزمون گلوتن ایندکس به طور دقیق نمی تواند شاخصی از کیفیت گلوتن باشد.

در حال حاضر پارامترهای رئولوژیکی خمیر برای پیش بینی کیفیت پخت نان برای گندم و آرد استفاده می شود. آلوئوگراف (Alveograph) نشان دهنده گسترش دو قطبی خمیر است که تحت تاثیر فشار هوا تبدیل به حباب می شود که سبب گسترش گلوتن و بهبود کیفیت خمیر می شود که این عمل در اثر تورم حباب و استقامت آن ایجاد می گردد ( Gil, 2003). به عنوان یک معیار اندازه گیری کشش خمیر، حداکثر فشار بیش از حد (P)، برای گندم و آرد از 23 تا 138 میلی متر و از 62 تا 79 میلی متر متفاوت است. کشش خمیر (L) از 23 تا 33 میلی متر و از 88 تا 122 برای گندم و آرد به ترتیب متفاوت است. در آزمایش های انجام شده توسط Bordes و همکاران (2008)، مقادیر P برای گندم استاندارد از 60 تا 80 میلی متر و L بالاتر از 100 میلیمتر بود. مقادیر نسبت پیکربندی منحنی (قابلیت کشش خمیر بیش از توسعه پذیری) از 8/3 تا 1/5 در مورد گندم و از 5/0 تا 9/0 در مورد آرد متغیر است. به منظور کسب محصولات نهایی با کیفیت بالا، صنعت پخت نیاز به آرد با P / L از   8/0-5/0 دارد (Bordei, 2001).  انرژی تغییر شکل خمیر (W) تمام پارامترهای لازم برای پیش بینی کیفیت آرد گندم بدست آمده توسط کارخانجات آسیاب صنعتی گندم را خلاصه می کند. منحنی های آلوئوگراف (Alveograph) برای ارزیابی کیفیت آرد به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به تحقیقات Bordei و همکاران(2001)، W از آردهای با کیفیت خوب پخت باید بیش ازJ4-10×250 باشد. نتایج ما نشان داد که میانگین انرژی تغییر شکل (W) از J4-10×6/132 در مورد گندم و  J4-10×2/219 در مورد آرد متفاوت بود.

جدول 1 مقادیر متوسط و میانی آلوئوگراف (Alveograph) را نشان می دهد. در این جدول خصوصیات نمونه های آرد و گندم مشابه هستند که نشان دهنده توزیع آماری متقارن این پارامترهاست. علاوه بر این، ضرایب تنوع P، L و W کمتر از 8٪ بود. بالاترین همبستگی مثبت (92/0) بین گندم و آرد برای مقادیر W بدست آمد.

علاوه بر تست های آلوئوگراف (Alveograph)، میکسولب (Mixolab) نیز برای تعیین خواص رئولوژیکی نمونه گندم و آرد استفاده می شود. میکسولب (Mixolab) دستگاهی است که در زمان واقعی، گشتاور خمیر را در حال هم زدن و در معرض تیمار حرارتی قرار دادن اندازه گیری می کند. بنابراین میکسولب (Mixolab) برای مطالعه مخلوط کردن و ویژگیهای چسبیدن خمیر در حین هم زدن مورد استفاده قرار می گیرد (  2007Collar, et al,). نقش کاربردی اندازه گیری شده برای پروتئین ها توسط پارامترهای میکسولب (Mixolab): درصد آب مورد نیاز خمیر برای توسعه گشتاور خمیر 1/1 ± 07/0 نانومتر (جذب آب، WA)، زمان رسیدن به حداکثر گشتاور در دمای 30 درجه سانتیگراد (زمان توسعه خمیر)، زمان سپری شده که در آن گشتاور نگهداری می شود، در حدود 1/1 نانومتر (ثبات، S) یا حداقل گشتاور (C2) خمیر در حالی که تحت تاثیر محدودیت های مکانیکی و حرارتی قرار گرفته و تفاوت گشتاور بین حداکثر گشتاور در دمای 30 درجه سانتیگراد و گشتاور در انتهای زمان نگهداری در دمای 30 درجه سانتی گراد (تضعیف مکانیکی C2-C1 )می باشد(2010 Huang, et al,).

برای هر دو نمونه گندم و آرد، مقادیر کم ضرایب تغییرات برای پارامترهایWA برای میکسولب Mixolab)، C2) و (C1-C2)، و مقادیر بالاتر برای زمان توسعه حاصل شد. در مورد پایداری خمیر، مقادیر ضریب تغییرات فقط در مورد گندم بالا بود(جدول 1). مقادیر متوسط ​​و میانه ​​C2 و (C1-C2) برای نمونه های گندم و آرد خیلی نزدیک بود که نشان دهنده آمار متقارن توزیع این پارامترها است. با توجه به تحقیقات Boinot, Dubat و(Chopin Technology, Garenne, France, 2012)، گندم دارای بهترین کیفیت نان سازی با زمان گسترش خمیر مشخص می شود که از 3 تا 8 دقیقه، پایداری بین 8 تا 10 دقیقه و C2 کمتر از 5/0 نانومتر متغیر است. C2 آرد همبستگی مثبت با C2 گندم دارد(0.55).

عملکرد نشاسته      

نشاسته بر عملکرد پخت آرد موثر می باشد که عمدتا به دلیل سهمش به عنوان بستر کربوهیدراتی برای رشد مخمر است که از طریق فعالیت آنزیم های آمیولیتیک و بدلیل فعالیت ژلاتینه شدن و رتروگراداسیون عمل می کند(Eliasson, 2003). پارامترهای نشان دهنده رفتار نشاسته در جدول 2 خلاصه شده است. با توجه به آزمایش میکسولب (Mixolab)، نقش و عملکرد نشاسته توسط پارامترهای ژلاتینه شدن(C3)، تضعیف حرارتی(C3-C2)، فعالیت آمیلاز(C4)، محدوده پایداری پخت(C3-C4)، ژله ای شدن نشاسته(C5) و بستن ژل در اثر خنک شدن (C5-C4)شرح داده شده است.

مقدار FN برای هر دو نمونه گندم و آرد بالا بود (جدول 2)؛ میانگین مقدار بیش از 400 ثانيه نشان دهنده فعاليت حداقل آميلاز است. نتایج نشان داد که ضرایبFN و C4 آرد با (FN  (87/0و  (C4(84/0 گندم رابطه مثبت داشت. همچنین تغییرات ژلاتیناسیون نشاسته پایین بود، که طبق محاسبات کمتر از 5/2 ٪ برای گندم و کمتر از 9٪ برای آرد حاصل شد (جدول 2).

جدول 2- آمار توصیفی پارامترهای مرتبط با رفتار  نشاسته گندم و نمونه های آرد

 
ویژگیهامیانگینمیانهحداکثرحداقلانحراف معیارضریب تغییرات
گندم
عدد فالینگ [s]437.5462.0545.0269.077.917.8
ژلاتیناسیون نشاسته [Nm]1.971.962.081.890.052.49
ضعیف شدن در اثر حرارت(حداکثر گشتاور) [Nm]1.531.521.621.450.042.46
فعالیت آمیلازی (حداکثر گشتاور)[Nm]1.661.741.931.150.2112.54
محدوده پایداری پخت [Nm]0.310.240.790.090.2165.28
ژله ای شدن نشاسته [Nm]2.592.653.041.850.2911.13
بستن ژل با خنک شدن(ژله ای شدن) [Nm]0.940.961.120.700.1010.56
آرد
عدد فالینگ [s]427.7433.0509.0304.059.013.08
ژلاتیناسیون نشاسته [Nm]1.501.461.751.330.138.55
ضعیف شدن در اثر حرارت(حداکثر گشتاور) [Nm]1.161.081.431.000.1412.29
فعالیت آمیلازی (حداکثر گشتاور)[Nm]1.701.781.851.360.148.41
محدوده پایداری پخت [Nm]0.190.310.320.400.24125.49
ژله ای شدن نشاسته [Nm]2.552.652.822.010.2610.09
بستن ژل با خنک شدن(ژله ای شدن) [Nm]0.850.891.010.650.1214.54

همبستگی معنی داری برای پایداری پخت و پز بین گندم و آرد در محدوده (0.89) و ژلاتیناسیون نشاسته (0.81)حاصل شد. این همبستگی بسیار مهم است چونکه نشان دهنده مشخصات ویسکوزیته نشاسته مرتبط با عمر نان می باشد. به گفته Collar et al (2007) ، کمبود پایداری پخت و پز نشان دهنده یک محدودیت بزرگ در نگهداری نان خواهد بود.

روند تغییرات پارامترهای کیفیت گندم و آرد

به منظور نشان دادن روند تغییرات پارامترهای کیفیت گندم و آرد نمودار کنترل با محدودیت های تعریف شده به طور متوسط با انحراف از استاندارد ± 1.711 مورد استفاده قرار گرفت. برای نمایش بهتر نتایج، تفاوت در عملکرد پروتئین و رفتار نشاسته ای که در نمونه های آرد بدست آمده از طریق آسیاب های صنعتی شناسایی شده اند، شکل 1 (a، b) و شکل 2 در رابطه با نتایج حاصل از نمونه های گندم ارائه شده است.

پارامترهای کیفیت همه نمونه های گندم و آرد مورد بررسی قرار گرفت. روند شاخص گلوتن مرطوب، شاخص گلوتن و جذب آب درون محدودیت ها ارائه شده است. تجزیه و تحلیل نتایج در شکل 1b ارائه شده است. نمونه های (7 و 8) با P <110 میلیمتر و W <110 × 4-10 J در حالت P، و یا در خارج از این محدوده در مورد W در حد بالاتری بودند. نمونه هایی که مقدار C2 بالاتر از 0.49 نانومتر دارند با روند شناخته شده مطابقت نداشته و در خارج از محدوده ویژه قرار دارند.مقدار عدد فالینگ و ژلاتین شدن نشاسته با روند معمول محدودیت های تصویب شده مطابقت دارد (شکل 2). در مورد C4 و C5، نمونه ها  با مقادیر خیلی پایین تر از حد متوسط ​​در خارج از محدوده ویژه قرار دارند.

نمونه های آرد

نمونه های آرد

نمودارa1- روند تغییرات پارامترهای کیفیت معرف عملکرد پروتئین ها از نمونه های گندم و آرد

نمونه های آرد

نمودارb1- روند تغییرات پارامترهای کیفیت معرف عملکرد پروتئین ها از نمونه های گندم و آرد

نمونه های آرد

نمودار2– روند تغییرات پارامترهای کیفیت معرف عملکرد نشاسته از نمونه های گندم و آرد

نتیجه گیری

کیفیت آرد حاصل از آسیاب های صنعتی گندم را براساس پارامترهای کیفی گندم می توان برآورد کرد. همبستگی معنی داری بین پارامترهای تعیین کننده عملکرد پروتئین مثل گلوتن مرطوب، گلوتن ایندکس، انرژی لازم برای تغییر شکل خمیر، حداقل گشتاوری و عملکرد پخت نشاسته مثل عدد فالینگ(FN) ، فعالیت آمیلازی، ژلاتینه شدن نشاسته و محدوده پایداری پخت آرد و گندم برقرار می باشد. بر این اساس و به طور خلاصه روند تغییرات پارامترهای کیفیت حاصل از آلوئوگراف (Alveograph) و میکسولب (Mixolab) ، امکان پیش بینی کیفیت آرد براساس کیفیت گندم را امکان پذیر می سازد.

منابع

استاندارد ملی ایران، شماره13535(1389)، غلات و فراورده های آن-نمونه برداری [جزوه ]

استاندارد ملی ایران، شماره103(1390)، ویژگیها و روشهای آزمون آرد گندم [ جزوه ]

استاندارد ملی ایران، شماره1-9639(1386)، میزان گلوتن- اندازه گیری گلوتن مرطوب به روش دستی [جزوه]

پیغمبر دوست، سید هادی(1396). روش های آزمون رئولوژی گندم، آرد و خمیر. تبریز: انتشارات عمیدی

اشتراک گذاری

کاربر گرامی اگر از محتوا موجود در این صفحه خوشتان آمده است می توانید توسط دکمه های زیر آن را با دوستان خود در شبکه های اجتماعی به اشتراک بگذارید

اشتراک گذاری در facebook
فیسبوک
اشتراک گذاری در twitter
توئیتر
اشتراک گذاری در linkedin
لینکداین
اشتراک گذاری در whatsapp
واتساپ
اشتراک گذاری در telegram
تلگرام

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *