این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.
سابقه و هدف: امولسيون ها جزء مهمي از اغلب سيستم هاي غذايي، دارويي وآرايشي هستند که به علت خصوصیات رئولوژیک و فیزیکوشیمیایی خاص خود، در صنایع مختلف اهمیت فراوانی دارند. اما محدودیت اصلی این سیستم ها ناپایداری ترمودینامیکی آنها می باشد که سبب جدایش فازی طی زمان می شود. در این تحقیق، تاثیر استفاده از صمغ کتیرای ایرانی به عنوان یک هیدروکلوئید طبیعی و سدیم کازئینات به عنوان یک امولسیفایر طبیعی در پایدارسازی امولسیون های روغن در آب (10% وزنی) و برخی ویژگی های فیزیکی و فیزیکوشیمیایی این سیستم ها بررسی شد.
مواد و روش ها: در بخش اول مطالعه، پایداری سیستم های امولسیونی با بررسی تاثیر غلظت های متفاوت کتیرای حاصله از دو گونه گون آستراگالوس گوسیپینوس (AG) و آستراگالوس فلاکوسوس (AF) و با در نظر گرفتن نقش و غلظت جزء محلول و نا محلول طی سی و پنج روز پایش، تعیین گردید. سپس در فاز دوم مطالعه، تاثیر نسبت های متفاوت از سدیم کازئینات به کتیرا (1/1، 1/2، 1/3، 1/5 و 1/9) در غلظت کل دو بیو پلیمر ثابت و 9/0% وزنی و pH های متفاوت (7، 6، 5، 5/4 و 8/3) بر پایداری و خواص فیزیکوشیمیایی امولسیون ها طی 35 روز تعیین گردید. سپس جهت یافتن سازوکارهای مربوط به پایدارسازی، آنالیز قندی صمغ با HPAEC-PAD، ویژگیهای رئولوژیک نمونه‌های امولسیون روغن در آب با دستگاه رئومتر ، توزیع اندازه ذرات با استفاده از تکنیک تفرق نور لیزر،کشش بین سطحی با دستگاه تنسیومتر بررسی شد.
یافته ها : نتایج نشان داد AF در غلظت 5/0 % وزنی کشش سطحی و بین سطحی را بیشتر از بقیه نمونه ها کاهش می دهند در حالی که AG پایدار ترین امولسیون ها در غلظت 5/0 % وزنی ایجاد می کند. بنظر می رسد علت پایدارسازی بالاتر AG حضور توام جزء محلول با نقش امولسیفایری و جزء نامحلول با تاثیر بر گرانروی فاز پیوسته سبب پایداری امولسیون های حاوی AGمی باشد.
نتیجه گیری: نسبت مشخص از جزء محلول به نامحلول، ساختار شیمیایی ( درجه متیلاسیون، استیلاسیون، محتوی اسید اورونیک و ترکیب قندی) کل صمغ و دو جزء تشکیل دهنده آن باعث توانایی مناسب امولسیون کنندگی AG شده است. افزودن توام سدیم کازئینات و کتیرا تاثیر آنتاگونیستی بر پایداری امولسیون ها داشت و امولسیون های حاوی این دو بیوپلیمر سریع ناپایدار شدند.
1-1- بیان مسئله
امولسیون ها از جمله سیستم های کلوئیدی هستند که در محصولات طبیعی و نیز در فرایند تولید طیف وسیعی از محصولات غذایی، دارویی و آرایشی به صورت یک بخش حضور داشته و یا اساسا کل ساختار محصول نهایی را تشکیل می دهند. بنابر یکی از تعاریف ارائه شده در منابع علمی، امولسیون ها عبارتند از سیستم هایی کلوِئیدی و هتروژن ( ناهمگون) که شامل دو مایع غیر قابل امتزاج (معمولا آب و روغن) بوده، به طوریکه یکی از فازها به صورت قطراتی با قطر بیش از 1/0 میکرون (فاز پراکنده) در مایع دیگر (فاز پیوسته) پراکنده است. امولسیون ها برحسب وضعیت پراکنش های فاز روغنی و آبی به دو دسته ی تکی (Single) (مستقیم، وارونه و چند لایه) و چند تایی (Multiple) تقسیم بندی می شوند. از جمله محدودیت های این سیستم ها، ناپایداری ترمودینامیکی آنها می باشد. در واقع به علت مثبت بودن انرژی آزاد گیبس، وجود نیروی کشش بین سطحی و اختلاف دانسیته بین دو فاز تماس آب و روغن نامطلوب بوده و سامانه امولسیونی به راحتی و با گذر زمان شکسته شده و دو فاز می شود. از جمله سازوکار های عمده دخیل در ناپایداری فیزیکی امولسیون ها (شکستن) می توان به مواردی مثل: خامه ای شدن (Creaming)، انبوهش(Flocculation)، الحاق (Coalescence)، الحاق جزیی (Partial coalescence) و وارونگی فاز(Phase inversion) اشاره نمود (1-2). با وجود این معمولا با استفاده از امولسیفایرها و پایدار کننده ها امکان تولید امولسیون هایی که از نظر کینتیکی پایدارند (متااستیبل)، وجود دارد (3-5). در سالیان گذشته تمايل به استفاده از امولسيفاير ها و ترکیبات فعال سطحی، سورفاکتانت های سنتزی دارای وزن مولکولی پایین و حتی فسفولیپیدها (به عنوان ترکیباتی كه با جذب برسطح قطرات روغن و نیز كاهش كشش بین سطحي موجب افزايش پايداري مي شوند) بسيار زياد شده است. اما امروزه به دلیل افزایش سطح آگاهی مصرف کنندگان و عدم تمایل آنها به استفاده از مواد غذایی حاوی افزودنی های غیر طبیعی، بررسی قابلیت استفاده از بیو پلیمر های طبیعی (پروتئین و پلی ساکارید ها) در پایدارسازی امولسیون ها بخش عمده ای از مطالعات را به خود اختصاص داده است. هیدروکلوئید ها بیوپلیمر های آبدوست با وزن مولکولی بالا هستند که در صنایع غذایی جهت کنترل و بهبود بافت، طعم و افزایش پایداری بکار می روند،آن ها دسته ای از پلی ساکارید ها و پروتئین ها هستند که در صنعت استفاده وسیعی دارند (5-6). معمولا هیدروکلوئید ها با کنترل رفتار آب در گسترده وسیعی از مواد غذایی بهبود بافت، خواص مربوط به جاری شدن، کنترل آزاد سازی طعم، چسبندگی، غلیظ کنندگی، ژل سازی محلول های آبی، پایداری کف ها، امولسیون ها و دیسپرسیون ها، ممانعت از تشکیل کریستال یخ و شکر و بهبود احساس دهانی را امکان پذیر می سازد (7). در مطالعات اخیر، معمولا تاثیر افزودن ترکیب های پروتئین-پلی ساکارید ویا مخلوط دو یا چند پلی ساکارید با نسبت های مشخص بر پایداری امولسیون ها در قالب سیستم های مدل و یا واقعی مورد بررسی قرار گرفته است (8-12). صمغ ها معمولا دارای ساختار هیدروفیل بوده و با افزايش گرانروی فاز پيوسته، به دام انداختن آب در یک شبکه سه بعدی و در نهایت کاهش تحرک قطرات فاز پراکنده باعث افزایش پایداری می شوند با وجود این خاصیت فعال کنندگی سطحی (قابلیت کاهش دادن کشش بین سطحی) این ترکیبات قابل توجه نبوده و نقش عمده ای در پایدارسازی بازی نمی کند (13-14). معمولا تعداد اندکی از هیدروکلوئید ها دارای خاصیت امولسیفایری و کاهش دهندگی کشش بین سطحی هستند و توانایی قرار گرفتن در میان سطح آب و روغن را به دلیل دارا بودن گروههای عاملی کمکی (استر و متیل یا باقی مانده پروتئین) دارند از جمله این هیدروکلوئید های جذبی صمغ عربی، نشاسته اصلاح شده، پلیمرهای سلولز اصلاح شده، برخی از انواع پکتین، کتیرا و غیره را می توان نام برد (15-16). صمغ كتيرا، تراوه خشك شده طبيعي حاصل از برخي گونه های آستراگالوس بوده و به عنوان یک هیدروکلوئید با کیفیت و مقاوم به اسید و حرارت در سال 1961 در لیست GRAS (Generally Recognized As Safe) قرار گرفته است (17-18). گزارشات نشان مي دهند انواع صمغ کتیرای بدست آمده از گونه های مختلف گون به دلیل تفاوت در ساختار و ترکیب شیمیایی و میزان و محتوی ارونیک اسید و گروه های عاملی متیل دارای ویژگی های عملکردی متفاوت و منحصر به فردی هستند. صمغ کتیرا یک پلی ساکارید آنیونی، شاخه دار و هتروژن است. این صمغ از دو جزء اصلی محلول در آب (تراگاکانتین) و نا محلول در آب (باسورین) تشکیل شده است. مطالعات پیشین نشان داده اند که این دو جزء نیز از لحاظ ساختار شیمیایی، محتوی قندی و میزان ارونیک اسید و گروههای عاملی از جمله متیل متفاوت بوده و از لحاظ ویژگیهای عملکردی نیز تفاوت دارند (19-20). همانطور که گفته شد سازوکار پایدارسازی امولسیون ها توسط اکثر پلی ساکارید ها به افزایش ویسکوزیته فاز پیوسته محدود است، باوجود این مطالعات نشان داده اند که صمغ کتیرا دارای عملکرد دو گانه (Bifunctional) بوده (20). به طوریکه علاوه بر افزایش ویسکوزیته فاز پیوسته تا حدود10-1 پاسکال ثانیه (بسته به گونه و پارامتر های متفاوت) دارای ویژگی امولسیفایری مطلوب برای امولسیون های روغن در آب (HLB:11.9) (7) و نیز ایجاد دافعه استریک (با جذب بر میان سطح و ایجاد دافعه الکترواستاتیک از نزدیک شدن قطرات به هم جلوگیری کرده و پایداری امولسیون را افزایش می دهد) می باشد (21). تعیین ویژگی های رئولوژیک امولسیون ها نه تنها در محاسبات مربوط به پایداری دارای اهمیت است بلکه در مواردی مثل طراحی دستگاه ها و تجهیزات از جمله پمپ ها ولوله ها وتعیین و شناخت تقلبات و کنترل کیفیت و فرمولاسیون تولید محصولات جدید عملگرا نقش ویژه ای ایفا می کنند (22). در این بین بررسی توزیع اندازه ذرات به دلیل تاثیر بر میانکنش بین ذرات و نیز خصوصیات رئولوژیک نمونه ها و به دنبال آن تاثیر بر پایداری و ویژگی های فیزیکوشیمیایی امولسیون ها بسیار حائز اهمیت می باشد (23). هدف اول این مطالعه، انجام يك پژوهش تجربي جهت بررسی پایدارسازی امولسیون روغن در آب با استفاده از صمغ کتیرای بدست آمده از دو گونه گون ایرانی A.gossypinus (نسبت جزء محلول به نامحلول :51/0) A.floccosus, (نسبت جزء محلول به نامحلول:51/3) می باشد. هم چنین به منظور تعیین سازوکار های پایدارسازی و دو فاز شدن، بررسی ويژگي هاي رئولوژيك، شاخص هاي توصيف كننده اندازه ذرات ، اندازه گیری کشش بین سطحی به عنوان هدف دوم این پژوهش تعیین گردید.