بررسی فرایند هضم نشاسته هاي طبیعی و اصلاح شده گندم در سیستم مدل و مدلسازی رهایش گلوکز با استفاده از منطق فازی

تعداد201صفحه در فایل word

رساله دکتری

 بررسی فرایند هضم نشاسته هاي طبیعی و اصلاح شده گندم در سیستم مدل و مدلسازی رهایش گلوکز با استفاده از منطق فازی

هیچ کس واقعاً نمی داند که از چه مدت قبل انسان به بافت غذا اهمیت می داده است، اگر چه به نظر می رسد برای اولین بار پرداختن به بافت غذا از اواسط قرن گذشته آغاز شده باشد. البته پر واضح است که تحقیقات صورت گرفته در آن زمان نسبت به تحقیقات امروزی دارای نتایج ضعیف تری بوده است. از جمله آزمایشات مربوط به بافت غذا در قرن گذشته شامل آزمایشات اثر خواص فیزیکی غذا نظیر دانسیته، ویسکوزیته و کشش سطحی بر  احساسات درک شده در دهان بوده است. پس از آن تحقیقات زیادی توسط دانشمندان انجام شد که موضوع بافت غذا در آن ها مورد بحث واقع شده بود.

پرداختن به نحوه تغییر غذا در حین گوارش از جنبه های مختلف حائز  اهمیت است. برای نمونه یکی از مواردی که در سال های اخیر علاقه بسیاری از محققان  را به خود معطوف ساخته و در عین حال اهمیت موضوع را بیشتر مشخص  می کند،  بحث تجزیه و آزاد سازی ترکیبات مختلف زیستی در محل مورد نظر می باشد، که برای این منظور دانش فیزیولوژی و نحوه عمل دستگاه گوارش بر روی این ترکیبات ضروری به نظر می رسد. در نتیجه با شناخت اجزای درگیر در گوارش و شبیه سازی مناسب آن ها می توان به صورت تجربی و درون شیشه ای (شرایط آزمایشگاهی)[1] آزادسازی ترکیبات در محل مناسب را بررسی کرده و حتی نحوه آزادسازی به صورت یکباره و یا تدریجی را تحت کنترل در آورد. هر مقدار که مدل شبیه سازی شده به خصوصیات اجزای دستگاه گوارش شبیه تر باشد، شبیه سازی صورت گرفته موفق تر بوده و نتایج بدست آمده دارای دقت بالاتری می باشد.

استفاده از سیستم های درون سلولی (شرایط واقعی)[2] که خوراندن غذا مستقیماً به انسان و حیوان مد نظر آن است، معمولاً دارای نتایج بهتری است، ولی اغلب این روش ها وقت گیر و هزینه بر  هستند. با توجه به این مسائل باید گفت اگرچه طراحی سیستم های آزمایشگاهی و تجربی با مشکلاتی نیز همراه است، ولی به دلیل سریع بودن و کم هزینه بودن، اغلب این  روش ها را می توان به عنوان روشی جایگزین برای سیستم های واقعی درون سلولی استفاده کرد. در صورتی که یک مدل آزمایشگاهی به درستی طراحی شود، اطلاعات صحیح و مناسب زیادی را در طی مدت کوتاه در اختیار می گذارد. از اینرو می توان به عنوان روشی سریع در بررسی نحوه فرایند غذا و بررسی سیستم های انتقال دهنده آن حین گوارش (که دارای ساختار و ساختمان های متفاوتی هستند) استفاده کرد.

امروزه سیستم های آزمایشگاهی به واسطه دقت نظر و پیچیدگی هایی که در طراحی آن ها به کار برده می شوند به سمتی حرکت کرده اند که به سیستم های درون سلولی و واقعی  نزدیک شده و از این رو صحت اندازه گیری آن ها به میزان زیادی بالا رفته است. البته باید در نظر داشت که همیشه باید یک رابطه سازش آمیز بین صحت و کاربرد آسان برای روش های آزمایشگاهی اتخاذ کرد. در سال های اخير تعداد زیادی از دانشمندان حوزه غذا و دام از سیستم های آزمایشگاهی شبیه سازی شده برای بررسی تغییرات شیمیایی و ساختمانی  که در طی فرایند انواع غذاها در شرایط دستگاه گوارش روی می دهد استفاده کرده اند، اما همه آنها دارای صحت لازم نبوده اند.

نشاسته به دلیل ویژگی های خاصی که دارد همواره مورد توجه بسیاري از صنایع از جمله صنعت غذا به عنوان یک بيوپلیمر کربوهیدراتی بوده است که در بسیاری از محصولات غذایی کاربرد دارد. از جمله این کاربرد ها می توان به کاربرد به عنوان  قوام دهنده، تثبیت کننده سیستم کلوئیدی، عامل تشکیل دهنده ژل، عامل حجم دهنده و عامل نگهدارنده آب اشاره کرد. محدودیت هایی که درمورد نشاسته طبیعی وجود داشت از جمله مقاومت کم نسبت به حرارت، شرایط اسیدی و افزایش احتمال پسروی (رتروگراداسيون)[3] در محصولات حاوی آن سبب شده است که محققین در صدد ایجاد تغییرات (اصلاح) شیمیایی و فیزیکی در نشاسته طبیعی باشند. از جمله این تغییرات می توان به ایجاد پیوند های اتری و استری و همچنین ایجاد اتصالات عرضی بین رشته های نشاسته اشاره کرد. هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته با ایجاد پیوند اتری یکی از روش های اصلاح نشاسته می باشد. این عمل در حضور قلیا و به وسیله اکسید پروپیلن[4] صورت می گیرد که واکنش شیمیایی مربوط به آن در شکل 1-1 نشان داده شده است.

شکل1-1. واکنش شیمیایی منجر به تولید نشاسته هیدروکسی پروپیله.

 حلالیت نشاسته هیدروکسی پروپیله شده در آب با افزایش درجه جایگزینی این گروه در نشاسته افزایش    می یابد. همچنین میزان افزایش حجم و ویسکوزیته این نشاسته در مقایسه با نشاسته طبیعی بیشتر است. دمای ژلاتینه شدن و خمیری شدن[5]  این نوع نشاسته کمتر از نشاسته طبیعی است.

فسفاته کردن نشاسته توسط فسفر اکسی کلراید (POCl₃) یا ترکیبی از سدیم تری متافسفات (STMP) و سدیم تری پلی فسفات (STPP) صورت می گیرد و یکی ديگر از روش های تولید نشاسته اصلاح شده با اتصلات عرضی می باشد که واکنش شیمیایی آن در شکل 2-2 نشان داده شده است.

شکل 2-2. تولید نشاسته با اتصلات عرضی فسفاته با استفاده از POCl₃.

     این نوع نشاسته دارای دمای ژلاتینه شدن بالاتر، ویسکوزیته بالاتر و مقاومت بیشتر نسبت به افت ویسکوزیته بوده و همچنین نسبت به شرایط اسیدی و برش بالا مقاوم می باشد.

با توجه به خصوصیات متفاوتی که برای نشاسته های طبیعی، فسفریله و هیدروکسی پروپیله ذکر شد، انجام پژوهشی که بتواند به بررسی نقش هر یک از این استخلاف های ایجاد شده (فسفریله و هیدروکسی پروپیله) بر میزان قابلیت هضم نشاسته های اصلاح شده در سیستم درون شیشه ای بپردازد لازم به نظر می رسید. در تحقیقات پیشین بیشتر بحث هضم بر اساس روش انگلیست و همکاران (1992) بوده است که بدلیل در نظر نگرفتن شرایط کامل حاکم بر دستگاه گوارش (نقش بزاق، pH اسیدی معده و اثر مجموعه آنزیم های موجود در روده) نتایج ملموسی منطبق بر آنچه حین هضم نشاسته ها در دستگاه گوارش روی می دهد، از آن گرفته نمی شود.

     با توجه به موارد ذکر شده هدف از این تحقیق بررسی و مقایسه خصوصيات فيزيكوشيميايي و ساختماني نشاسته طبیعی گندم، نشاسته هیدروکسی پروپیله شده و نشاسته فسفاته در شرایط شبيه سازي شده (آزمايشگاهي) هضم در دهان، معده و روده می باشد. همچنین مقاومت هر یک از نشاسته های مذکور در برابر شرایط هضم در دستگاه گوارش اندازه گیری شده و در نهایت میزان هیدرولیز نشاسته در هر یک از شرایط هضم با تعیین میزان گلوکز رهایش یافته تعیین و به روش منطق فازي مدلسازي می گردد.

برخی از این اهداف به صورت ذیل خلاصه می گردند:

• مطالعه خواص رئولوژيكي نشاسته طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفاته در دهان، معده و روده

• تعیین میزان هیدرولیز نشاسته در هر سه قسمت ذکر شده از دستگاه گوارش از روی فاکتور رهایش گلوکز

• مقایسه مقاومت نشاسته های ذکر شده در شرایط آنزیمی و اسیدی دستگاه گوارش

• مطالعه اثر غلظت و حجم نشاسته بر روی هیدرولیز اسیدی و آنزیمی آن ها

• بررسی اثر زمان هضم بر خصوصیات رئولوژیکی و میزان رهایش گلوکز در هر ناحیه

• مدلسازی فازی رهایش گلوکز حین هضم در روده کوچک

[1] In vitro

[2] In vivo

[3] Retrogradation

[4] Propylene oxide

[5] Pasting temperature