ارزیابی اثر فراصوت و دما بر ویژگی‌های کریستالی و میکروسکوپی گرانول‌های نشاستۀ برنج معلق در آب به روش سطح پاسخ (RSM )

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 استاد گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشیار گروه علوم و صنایع غذایی، پژوهشکده علوم و صنایع غذایی خراسان رضوی

4 دانشیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه فردوسی مشهد

5 استادیار مؤسسه تحقیقات برنج کشور

چکیده

نشاسته منبع اصلی انرژی در رژیم انسان است.  اصلاحات فیزیکی، شیمیایی و آنزیمی می­تواند باعث تغییراتی گردد که در نشاسته­های طبیعی تجاری موجود، قابل دسترس یا قابل کنترل نیست لذا در این تحقیق از فراصوت برای بررسی اثر
روش­های فیزیکی بر خصوصیات کریستالی و خمیری نشاستۀ برنج استفاده شد.  در این تحقیق، به دیسپرسیون نشاستۀ برنج (8 درصد) فراصوت داده شد و برای مطالعه تغییرات ریخت­شناسی برنج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نوری مورد استفاده قرار گرفت.  برای بررسی بخش­های کریستالی نشاسته­ها، نمونه­های خشک شده با استفاده از پراش اشعۀ ایکس (XRD) آنالیز شدند.  برای ارزیابی تأثیرات سه متغیر دمای فرآیند (65-45 درجۀ سلسیوس)، مدت زمان (300-10 ثانیه) و دامنۀ فراصوت (100-0 درصد) بر خصوصیات کریستالی و میکروسکوپی نشاستۀ برنج، از روش سطح پاسخ (RSM) استفاده شد.  یافته­ها نشان داد که فراصوت تغییری در الگوی پراش اشعۀ ایکس (نوع A) ایجاد نمی‌کند و با افزایش دما و زمان، درجۀ کریستالی روند کاهشی به خود می‌گیرد.  در دماها و دامنه­های فراصوت بالا تمایل برای کاهش درجۀ کریستالی نشاستۀ برنج مشاهده شد.  افزایش هم­زمان دما، زمان و دامنۀ فراصوت، و ایجاد سوراخ و شکاف در سطح گرانول­ها احتمالاً به واکنش­گرها اجازه نفوذ راحت­تر می‌دهند و باعث افزایش سرعت واکنش­های شیمیایی می­شوند.
 

Bao, J. and Bergman, C. J. 2004. The Functionality of Rice Starch. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Starch In Food: Structure, Function and Applications. Woodhead Pub.

Cooke, D. and Gidley, M. J. 1992. Loss of crystalline and molecular order during starch gelatinisation: origin of the enthalpic transition. Carbohyd. Res. 227(6): 103-112.

Czechowska-Biskup, R., Rokita, B., Lotfy, S., Ulanski, P. and Rosiak, J. M. 2005. Degradation of chitosan and starch by 360-kHz ultrasound. Carbohyd. Polym. 60(2): 175-184.

Donald, A. M. 2004. Understanding Starch Structure and Functionality. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Starch in Food: Structure, Function and Applications. Woodhead Pub.

Donovan, J. W. 1979. Phase transitions of the starch–water system. Biopolymers. 18(2): 263-275.

Eliasson, A. C. and Gudmundsson, M. 2006. Starch: Physicochemical and Functional Aspects. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Carbohydrates in Food. CRC/Taylor & Francis Press.

Freudig, B., Tesch, S. and Schubert, H. 2003. Production of emulsions in high-pressure homogenizers – Part II: influence of cavitation on droplet breakup. Eng. Life Sci. 3(6): 266-270.

Gallant, D., Degrois, M., Sterling, C. and Guilbot, A. 1972. Microscopic effects of ultrasound on the structure of potato starch preliminary study. Starch - Stärke. 24(4): 116-123.

Herceg IL, J. A., Subaric, D, Brncic, M, Brncic, S. R., Badanjak, M., Tripalo, B., Jezek, D., Novotni, D. and Herceg, Z. 2010. Texture and pasting properties of ultrasonically treated corn starch. Czech J. Food Sci. 28, 83-93.

Huang, Q., Li, L. and Fu, X. 2007. Ultrasound effects on the structure and chemical reactivity of cornstarch granules. Starch - Stärke. 59(8): 371-378.

Huber, K. C. and BeMiller, J. N. 2000. Channels of maize and sorghum starch granules. Carbohyd. Polym. 41(3): 269-276.

Jambrak, A. R., Herceg, Z., Subaric, D., Babic, J., Brncic, M., Brncic, S. R., Bosiljkov, T., Cvek, D., Tripalo, B. and Gelo, J. 2010. Ultrasound effect on physical properties of corn starch. Carbohyd. Polym. 79(1): 91-100.

Jane, J. 2004. Starch: Structures and Properties. In: Tomasik, P. (Ed.) Chemical and Functional Properties of Food Saccharides. CRC Press.

Koroteeva, D. A., Kiseleva, V. I., Sriroth, K., Piyachomkwan, K., Bertoft, E., Yuryev, P. V. and Yuryev, V. P. 2007. Structural and thermodynamic properties of rice starches with different genetic background Part 1. Differentiation of amylopectin and amylose defects. Int. J. Biol. Macromol. 41(4): 391-403.

Luo, Z., Fu, X., He, X., Luo, F., Gao, Q. and Yu, S. 2008. Effect of ultrasonic treatment on the physicochemical properties of maize starches differing in amylose content. Starch - Stärke. 60(11): 646-653.

Preiss, J. 2006. Starch: Physicochemical and Functional Aspects. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Carbohydrates in Food. CRC/Taylor & Francis Press.

Qi, X., Tester, R. F., Snape, C. E. and Ansell, R. 2003. Molecular basis of the gelatinisation and swelling characteristics of waxy rice starches grown in the same location during the same season. J. Cereal Sci. 37(3): 363-376.

Bao, J. and Bergman, C. J. 2004. The Functionality of Rice Starch. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Starch In Food: Structure, Function and Applications. Woodhead Pub.

Cooke, D. and Gidley, M. J. 1992. Loss of crystalline and molecular order during starch gelatinisation: origin of the enthalpic transition. Carbohyd. Res. 227(6): 103-112.

Czechowska-Biskup, R., Rokita, B., Lotfy, S., Ulanski, P. and Rosiak, J. M. 2005. Degradation of chitosan and starch by 360-kHz ultrasound. Carbohyd. Polym. 60(2): 175-184.

Donald, A. M. 2004. Understanding Starch Structure and Functionality. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Starch in Food: Structure, Function and Applications. Woodhead Pub.

Donovan, J. W. 1979. Phase transitions of the starch–water system. Biopolymers. 18(2): 263-275.

Eliasson, A. C. and Gudmundsson, M. 2006. Starch: Physicochemical and Functional Aspects. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Carbohydrates in Food. CRC/Taylor & Francis Press.

Freudig, B., Tesch, S. and Schubert, H. 2003. Production of emulsions in high-pressure homogenizers – Part II: influence of cavitation on droplet breakup. Eng. Life Sci. 3(6): 266-270.

Gallant, D., Degrois, M., Sterling, C. and Guilbot, A. 1972. Microscopic effects of ultrasound on the structure of potato starch preliminary study. Starch - Stärke. 24(4): 116-123.

Herceg IL, J. A., Subaric, D, Brncic, M, Brncic, S. R., Badanjak, M., Tripalo, B., Jezek, D., Novotni, D. and Herceg, Z. 2010. Texture and pasting properties of ultrasonically treated corn starch. Czech J. Food Sci. 28, 83-93.

Huang, Q., Li, L. and Fu, X. 2007. Ultrasound effects on the structure and chemical reactivity of cornstarch granules. Starch - Stärke. 59(8): 371-378.

Huber, K. C. and BeMiller, J. N. 2000. Channels of maize and sorghum starch granules. Carbohyd. Polym. 41(3): 269-276.

Jambrak, A. R., Herceg, Z., Subaric, D., Babic, J., Brncic, M., Brncic, S. R., Bosiljkov, T., Cvek, D., Tripalo, B. and Gelo, J. 2010. Ultrasound effect on physical properties of corn starch. Carbohyd. Polym. 79(1): 91-100.

Jane, J. 2004. Starch: Structures and Properties. In: Tomasik, P. (Ed.) Chemical and Functional Properties of Food Saccharides. CRC Press.

Koroteeva, D. A., Kiseleva, V. I., Sriroth, K., Piyachomkwan, K., Bertoft, E., Yuryev, P. V. and Yuryev, V. P. 2007. Structural and thermodynamic properties of rice starches with different genetic background Part 1. Differentiation of amylopectin and amylose defects. Int. J. Biol. Macromol. 41(4): 391-403.

Luo, Z., Fu, X., He, X., Luo, F., Gao, Q. and Yu, S. 2008. Effect of ultrasonic treatment on the physicochemical properties of maize starches differing in amylose content. Starch - Stärke. 60(11): 646-653.

Preiss, J. 2006. Starch: Physicochemical and Functional Aspects. In: Eliasson, A. C. (Ed.) Carbohydrates in Food. CRC/Taylor & Francis Press.

Qi, X., Tester, R. F., Snape, C. E. and Ansell, R. 2003. Molecular basis of the gelatinisation and swelling characteristics of waxy rice starches grown in the same location during the same season. J. Cereal Sci. 37(3): 363-376.

Ratnayake, W. S. and Jackson, D. S. 2007. A new insight into the gelatinization process of native starches. Carbohyd. Polym. 67(4): 511-529.

Singh Sodhi, N. and Singh, N. 2003. Morphological, thermal and rheological properties of starches separated from rice cultivars grown in India. Food Chem. 80(1): 99-108.

Torley, P. J. and Bhandari, B. R. 2007. Ultrasound in Food Processing and Preservation. In: Rahman, S. (Ed.) Handbook of Food Preservation. CRC Press.

Zuo, J. Y., Knoerzer, K., Mawson, R., Kentish, S. and Ashokkumar, M. 2009. The pasting properties of sonicated waxy rice starch suspensions. Ultrason. Sonochem. 16(4): 462-468.