مترجم و دانشجوی صنایع غذایی، شراره مهدوی مدیر کنترل کیفی شرکت آرد تهران باختر، آذر رحیمی
ازن عامل واکنش دهنده ی بسیار اکسیدکننده و قوی است که در زمینه ی عمل آوری دانه‌ی غلات کاربرد گسترده ای پیدا کرده است. گرچه در برخی موارد ازن پتانسیل ترویج اکسیداسیون و تخریب اجزای شیمیایی دانه را نیز دارد، اما آزمایشات بسیاری برای بررسی اثرات انحصاری این گاز بر خواص مولکولی پروتئین های دانه گندم و تاثیراتش بر کیفیت پخت نان حاصل از آرد آن، انجام شده است.
ازن دار کردن منجر به کاهش چشمگیر قابلیت حل پذیری SDS (سدیم دودیسیل سولفات) و پرولامین های گندم می گردد که به طور قابل ملاحظه ای می تواند با افزایش اثرات متقابل در اندازه های مولکولی و افزایش فشردگی پلیمرهای پروتئین از ابتدای حضور، نسبت داده شده باشد.
در واقع نتایج نشان دهنده ی این است که تقویت وضعیت تراکم پرولامین ها به دلیل ازن دار کردن دانه های گندم منجر به تشکیل پیوندهای بین مولکولی جدید و در وسعت کوچکتر، شکل دیگری از انواع پیوندهای کوولان بین مولکولی و در نهایت تغییرات مهم و ثانویه ساختار می گردد.
با تاثیر قابل ملاحظه ی ویژگی های مولکولی پرولامین های دانه گندم، ازن منجر به تغییرات عمیقی در خصوصیات رئولوژیکی آرد و خمیر مثل افزایش سختی یا چسبندگی و یک محدودیت بزرگ از گسترش، حاصل می گردد.
ماده ی ضدعفونی کننده یا گندزدا در صنعت غذا توسط سازمان غذا و دارو به رسمیت شناخته شد
ازن سال 1997 که به عنوان یک ماده ی ضدعفونی کننده یا گندزدا در صنعت غذا توسط سازمان غذا و دارو به رسمیت شناخته شد یک واکنش دهنده ی اکسیدکننده ی بسیار قوی است که در زمینه های مختلف کاربردهای گوناگونی دارد. در بررسی های اخیر قسمتی از کاربردهای ازن در زمینه عمل آوری دانه ارائه شد.
طبق گزارشات این برگه که به روند فرآیند اکسیژن(OXYGREEN) اشاره دارد و به ویژه استحصال دانه ها اشاره دارد، به نگرانی کلی در مورد امنیت غذایی نیز پاسخ می دهد. برای مثال کاهش میکروارگانیسم ها، بار ویروسی، کنترل گونه های قارچی، حذف آلاینده های مختلف مثل باقیمانده آفتکش ها و به خصوص مواد سمی تولید شده توسط قارچ ها از این قبیل می‌باشند.
در چند سال گذشته، مطالعات متعددی امکان تعریف شرایط عمومی برای استفاده از گاز ازن در زمینه فرآیند دانه های غله را فراهم کرده است.برای مثال فرآیندی که یک مرحله قبل از رطوبت دهی برای افزایش رطوبت دانه‌ی گندم (حدود17-%15) پیشنهاد شده است. دانه ها با مقدار ازن بین 5 تا 10 گرم (o3/kg) آغشته می شوند.
غلظت گاز حاوی ازون بین 80 تا 140 g.o3/ m3 (TP) است و فشار ازن در راکتورها بین 250 تا 650 (mbar) در نظر گرفته میشود. مدت زمان تماس و اثر ازن حدود 30 تا 180 دقیقه است. گرچه به دلیل خواص اکسیدکنندگی قوی، ازون به طور کلی سودمند نیست زیرا در برخی موارد به طور بالقوه ای باعث ترویج و افزایش تخریب و یا تبدیل پلیمرها به مونومرهای اجزای شیمیایی زنجیره ای دانه می گردد.
تغییرات و دگرگونی های شیمیایی می تواند منجر به اصلاح دقیق تکنولوژیکی اثرات مولکولی شود
برخی محققان براین باور‌اند که تغییرات و دگرگونی های شیمیایی می تواند منجر به اصلاح دقیق تکنولوژیکی اثرات مولکولی و همچنین مکانیسم های مرتبط که در آن هنوز بسیار ضعیف هستیم، شود. ما در چندسال گذشته به منظور توصیف و همچنین کنترل بهتر این مکانیسم ها به بررسی اثرات موضعی گاز ازن بر ساختار بومی پلیمرهای دانه گندم مثل پلیساکاریدهای نشاسته ای و پروتئین های ذخیره ای، ساختارهای پلیمری که عمدتا مسئول تعریف قابلیت های تکنولوژیکی محصولات پس از برداشت (مثل آردهای گندم و یا خمیرهای حاصل) هستند، پرداخته ایم.
همچنین در مطالعات اخیر و برعکس در برخی کارهای منتشر شده، نشان داده ایم که هر رقم گندم نرم که مورد بررسی قرار گرفته بود، هیچ گونه تغییر چشمگیری از اثر گاز ازن بر نشاسته‌ی گندم (به خصوص تغییر وزن مولکولی و گرانول های نشاسته) وقتی که ازن به کار رفته بود دیده نشده است و تنها کمی افزایش گروه های کربوکسیلی(COOH-) با افزایش مصرف ازن مشاهده شد.
نتایج حاصل پیشنهاد می کند که تغییرات واقعی و اساسی مشاهده شده در ویژگی های تکنولوژیکی آردها و یا خمیرهای مشتق شده از دانه های آغشته به ازن می تواند حاوی کسری از پروتئین در آندوسپرم نشاسته ای باشد! (برای مثال پروتئین های اصلی ذخیرهای ترکیب شده از گلیادین ها و گلوتن ها) در این مطالعه ما اثرات مختص به گاز ازون بر خواص مولکولی پروتئین های دانه گندم را مورد بررسی قرار داده ایم.
این کار امکان ارزیابی تاثیر اکسیداسیون بر حلالیت، توزیع وزن مولکولی پروتئین ها، جایگاه پروتئین های پلیمری، انواع ترکیبات آلی که از سولفید هیدروژن به دست می آیند(Thiol-disulfide)، شکل گیری جدید پیوندهای درون مولکولی، ساختار ثانویه پروتئین و رئولوژی خصوصیات آرد گندم را به ما داد.
تاثیر ازن در اصلاح ساختار ثانویه پروتئین
برای بررسی اثر گاز ازن بر ساختار ثانویه پروتئین های حاضر در دانه های گندم، طیفی از میکروسکوپ های FT-TR این پروتئین ها مثل تجمع گلیادین ها و گلوتنین ها، را باید بدست آورد. آنالیزهای بیان‌شده برحسب صفات ساختار ثانویه پروتئین ها بر این فرض استوار اند که پروتئین را می توان یک مجموعه خطی از چند عنصر اساسی ساختار از ثانویه دانست. β-Sheet/α-helix، β-Turn و ساختارهای نامنظم، وقتی کنار یکدیگر جمع می شوند، استخوان بندی ساختار ثانویه پروتئین را تشکیل می دهند.
محتویات β-sheet، ساختار پیچیده ی درهم، α-helix و β-Turn از طیف دوم مشتق شده، بدست آمده است. اطلاعات میکروسکوپ های FT-TR این حقیقت را برای ما آشکار می سازد که مقدار α-helix و β-Turn به سمت β-sheet در عملکرد ازن دار شدن کاهش می یابد. همان طور که پیداست، ازن دار کردن منجر به کاهش نسبت α-helix به β-sheet شده.
برای دو گونه از گندم های مورد مطالعه، این نسبت مهم کاهش یافته درحالی‌که وزن مولکولی پلیمرهای گلوتنین افزایش یافته است. از این نتایج می توان استنباط کرد که ساختارهای β-sheet درون مولکولی ممکن است در واکنش های پروتئین- پروتئینی، برای تشکیل ساختارهای β-sheet توسط تعاملات بین دامنه های تکراری گلوتنین و همچنین تعاملات بین مولکولی(SH/S-S-) یا واکنش های اکسیداسیون(SH/SH) دخالت داشته باشند.
در نهایت کاهش ساختارهای β-Turn می تواند به اکسیداسیون احتمالی بقایای اسیدآمینه موجود در پرئتئین یا اتصالات آنها منجر گردد.
ویژگی های رئولوژیکی آرد گندم
با توجه به نتایج به دست آمده از خواص ویسکوالاستیسیته اساسی از ویژگی های آرد مثل اتساع، سختی و الاستیسیته را از دانه های گندم ازن دار شده، اندازه گرفته شده و این مقادیر به طور معنی دار با مقدار ازن مصرف شده توسط دانه های گندم در طی اثرگذاری آن وابسته بودند.
در همین زمان مقدار سختی به اتساع، در همه ی آردهای ازن دار شده، مقدار بالاتری از کنترل را نشان می داد و این مقدار به طور قابل ملاحظه ای، مثبت و وابسته به مقدار ازن مصرفی بوده است. این نتایج به روشنی نشان می دهد که رفتار دانه های گندم با گاز ازن منجر به تغییرات موثر در خواص رئولوژی آردهای مختلف می گردد.
این تغییرات ظاهرا به شدت استوکیومتر یک بوده و محدودیت بسیار بزرگی از گسترش را در آنها ایجاد می کنند.
همچنین به طور چشمگیری در ویژگی های مولکولی مثل وزن متوسط توده مولی، گروه های SH- آزاد در محتویات پروتئین های پلیمری که به دلیل ازن دار کردن دانه ها ایجاد شدند و یک رابطه قوی بین توده ی وزن مولکولی متوسط گلوتنین ها و وزن مختلف آردها یا برای مثال بین مقادیر مختلف گروه های آزاد SH- در گلوتنین و نسبت سختی به اتساع فرآورده های مختلف، تاثیر گذار است.
نتیجه گیری
پروتئین ذخیره شده در گندم به عنوان یکی از مهم ترین عوامل در کیفیت نان می باشد. برای درک دقیق تر پایه و اساس پروتئین هایی که خواص نان را تعیین می کنند مثل زمان mix کردن، اتساع، حجم قرص نانو مقدار قابل توجه گلوتنین های موجود، باید توجه کرد. هر دو ساختار مولکولی و خواص بنیانی گلوتنین ها و زیر واحدهایشان به طور گسترده ای بررسی شده اند.
گرچه ساختار دقیق گلوتنین ها هنوز بسیار ناشناخته است اما نشان می دهد که پروتئین ها، پلیمرهای چندگانه ی زنجیر شکلی اند که از پلیپپتید یا زیر واحدهایی با پیوندهای دیسولفید به هم متصل شده اند و منجر به وزن مولکولی از چند صد هزار تا چند دالتون می‌باشند.
سایز این پروتئین های پلیمری اساسا توسط ترکیبات وزن مولکولی بالا و یا پایین زیرواحدهای گلوتنین تعیین می شود و مقدار بیشتر تراکم پلیمرهای گلوتنین در آرد یک سنجش خوب برای کیفیت نان است. در واقع روابط قوی بین کشش خمیر و یا کیفیت نان، متوسط سایز مولکولی و توزیع محتویات پروتئین های پلیمری بیان شده است. همواره هر دگرگونی در ابعاد و یا وضعیت تراکم پروتئین های پلیمری می تواند برای تولید خصوصیات تکنولوژیکی آرد نیز در نظر گرفته شود.
بررسی رفتار اختصاصی گاز ازن به خواص مولکولی پروتئین های ذخیره ای گندم نرم
در این تحقیق ما رفتار اختصاصی گاز ازن به خواص مولکولی پروتئین های ذخیره ای گندم نرم را بررسی کردیم. ابتدا ازن دار کردن کاهش چشمگیری در حلالیت SDS محتوی پروتئین آلبومین دانه های گندم نرم ایجاد کرد. این کاهش حلالیت باعث تغییر و تبدیل شگرفی در خصوصیات پروتئین های قابل استخراج و غیرقابل استخراج علیرغم ترکیبات درونی پروتئین ها شد.
تمام این اصلاحات به شدت با میزان مصرفی ازن در طی ازن دار کردن دانه های گندم و در نتیجه تنوع کیفیت گونه ها بستگی دارد. در این مواقع ازن دار کردن منجر به تغییرات بزرگی در ابعاد مولکولی مختلف که خصوصیات پروتئین های ذخیره ای را نیز شامل می شود، می گردد.
ازن دار کردن همچنین وزن مولکولی را بسیار بالا برده، سپس حتی اگر به عنوان موارد قبل این تغییرات ابعاد مولکولی به شدت وابسته به میزان مصرفی ازن توسط غلات شوند برخلاف نتیجه گیری از این واقعیت منحنی حاصل پاسخ نه چندان جزئی به یک اثر ژنوتیپ را به ما می دهد.
دلیل تفاوت های ساختاری قابل توجهی بین پلیمرهای گلوتنین موجود در گونه های مختلف
این اثر به دلیل تفاوت های ساختاری قابل توجهی بین پلیمرهای گلوتنین موجود در گونه های مختلف انتخاب شده است. این تفاوت های ساختاری مربوط به این واقعیت است که اجتماع پروتئین ها در ابتدا از واحدهای ریز اساسی با واکنش بسیار متفاوت ساخته شده اند. (برای مثال وزن مولکولی بالا و وزن مولکولی پایین زیر واحدهای گلوتنین و یا قابلیت های مختلف پروتئین برای شکل گیری واکنش های مولکولی داخلی یا خارجی)
تاثیرات کمی ازن در ابعاد مولکولی پلیمرهای گلوتنین می تواند قویا توسط ساختار اولیه تعدیل شود
تغییرات مشاهده شده در توزیع مولکولی پلیمرهای گلوتنین با اختلاف در هر منطقه اما بسیار واقعی در فشرده سازی هاست که مستقل از ساختار اولیه پلیمرهای قبل از اکسیداتیو است.این افزایش فشردگی ممکن است به دلیل افزایش غلظت پروتئین های درونی شبکه باشند که در نتیجه، تشکیل ترکیبات پروتئین- پروتئینی جدید تحت اثر عوامل اکسیدکننده را به ما می‌دهد.
به نظر می رسد که ما می توانیم به طور قابل ملاحظه ای تغییرات در حلالیت مشاهده شده در پرولامین دانه های غلات را که ناشی از عملکرد ازن دار شدن است به اثرات متقابل افزایش وزن مولکولی و افزایش فشرده سازی مجموعه های پروتئینی در حال حاضر نسبت دهیم.
رفتارها و عملکردهای ازن در مواجهه با تغییرات
به منظور درک بهتر رفتارها و عملکردهای ازن در این تغییرات، ما به مطالعه بر روی فشرده سازی و افزایش غلظت این عوامل اکسیدکننده بر وضعیت تراکم پلیمرهای گلوتنین پرداخته ایم. اکثریت قریب پلیمرهای گلوتنین شکل گرفته در دانه ی غلات حاصل جمعی از واکنش های تشکیل دهنده در زیر واحدهای مختلفشان هستند و از طریق پیوندهای کوالان S-S و یا تشکیل گروه های آزاد SH- بر روی بقایای سیستئین (تقریبا این پلیپپتیدهای N- و C- به طور انحصاری در پایانه های زنجیره) تشکیل شده‌اند.
بعلاوه ازن دار کردن دانه های گندم سبب تشکیل پیوندهای درون مولکولی جدیدی از باندهای S-S توسط تحرک گروه های آزاد SH- از زیرواحدهای پروتئینی و در وسعت کمتر، تشکیل دیگر واکنش های درون مولکولی در پیوندهای جدید کوولان که از بقایای زیادی از آمینواسیدها شکل گرفته اند و تغییرات چشمگیر در ساختار ثانویه که به خصوص موثر در تقویت نیروی بین مولکولی دامنه های سلولی برخی پروتئین ها است، اهمیت دارند.
ازن‌دار کردن دانه های گندم سبب تقویت وضعیت تراکم پرولامین ها در حالت عادی می شود
در مجموع این نتایج نشان می دهد که ازن دار کردن دانه های گندم سبب تقویت وضعیت تراکم پرولامین ها در حالت عادی و به طور اختصاصی در گلوتنین‌ها می‌گردد. همچنین نتیجه‌ی تمام این مکانیسم ها (کوالان و یا غیر کوالان) موجب ایجاد کنش در واکنش پروتئین- پروتئینی شده و در ادامه منجر به تغییرات ابعاد مولکولی و فشردگی اجتماع پروتئین ها و از دست دادن حلالیتشان خواهد شد. همانطور که ما در این مقاله نشان داده ایم با تاثیرات قابل توجه بر خواص مولکولی پرولامین های دانه گندم، ازن منجر به افزایش تغییرات در ویژگی‌های رئولوژی آرد و خمیر حاصل می شود.
در نتیجه این کار تجربی، واضح است که فرآیند ازن دار کردن در حال حاضر در زمینه غلات به منظور افزایش الزامات نگهداری اجرا میشود. ازن ممکن است منجر به تغییر اکثر خواص تکنولوژیکی محصولات فرآوری شود. همانطور که نتایج به ما نشان می دهد این تغییرات خواص تکنولوژیکی اساسا منجر به تغییر وضعیت تراکم پرولامین ها است.
با توجه به عملکرد ازن در وضعیت توده پرولامین، اجرای فن آوری آرد تولیدی نیاز به تنظیمات خاص و ضروری دارد تا حرفه ای بتوان از ویژگی های جدید آن استفاده کرد. در نهایت تاثیر گاز ازون بر سایر دانه ها نیز در دست بررسی است.
مقایسه آزمون های رئولوژی انجام شده در آزمایشگاه شرکت آرد تهران باختر بر روی آرد ازن دار شده (A) و آردی که تحت تاثیر فرآیند ازن قرار نگرفته (B) به شرح ذیل می باشد:
