SUPERVISOR
Mehdi Rahim malek,Ali Nasirpour,Javad Keramat
مهدی رحیم ملک (استاد مشاور) علی نصیرپور (استاد راهنما) جواد کرامت (استاد مشاور)
STUDENT
Sima Saeidy
سیما سعیدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
TITLE
Isolation, Purification, Structural Analysis and Physicochemical and Functional Characterization of Anghouzeh Gum (Ferula assa-foetida L.)
This work presents response surface methodology concerning extraction optimization of gum from Ferula assa-foetida L. Effect of four parameters (time, temperature, ethanol to gum ratio and pH) of extraction on physicochemical properties was investigated. Afterward, the chemical structure of gum was characterized. The emulsifying and rheological properties of gum asafoetida were studied compared to with gum Arabic. Finally, emulsifying properties of gum asafoetida was observed at different concentrations of the gum solution over storage (28 days). The results showed that extraction variables had significant effect on purity, protein content, solubility, particle size and foam properties of the gum. The gum was composed of carbohydrates with monosaccharides of Gal, Ara, Rha and GlcA and proteins. The polysaccharide contained (1?3)- ? -d-galactan in the main chain and terminal- ? -l-Ara f , terminal- ? -l-Rha p , (1?3)- ? -l-Ara f , (1?5)- ? -l-Ara f , terminal- ? -d-Gal p , ? -d-GlcA and traces of (1?4)- ? -d-GlcA in the side chains. Emulsion activity index was lower for gum asafoetida contrary to emulsion stability index, emulsion capacity and emulsion heat stability that were higher than those of gum Arabic. Solutions of gum asafoetida exhibited Newtonian flow behavior. Although emulsion containing 20% of gum asafoetida exhibited no visual creaming, there was no significant difference between the creaming index of emulsions consisting 15 and 20% of gum. Key words: asafoetida gum, extraction optimization, polysaccharide, protein, arabinogalactan, rheology, emulsion, foaming ability
در این تحقیق استخراج صمغ از ریشه گیاه آنغوزه Ferula assa-foetida L.، نوعی گیاه بومی ایران، به روش سطح پاسخ (RSM) بهینه سازی شد. استخراج در دو مرحله انجام گرفت: استخراج توسط یک حلال آلی (اتانول) و استخراج آبی. اثر چهار عامل از جمله زمان، دما، نسبت اتانول به صمغ و pH بر برخی ویژگی های فیزیکو شیمیایی صمغ از جمله درصد خلوص، میزان پروتئین، انحلال پذیری، اندازه و توزیع اندازه ی ذرات، قابلیت تشکیل و پایداری کف مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن ساختار شیمیایی صمغ آنغوزه به روش های آزمون های رنگ سنجی، طیف بینی مادون قرمز، کروماتوگرافی گازی به همراه طیف سنج جرمی، و رزونانس مغناطیس هسته ی تک و دو بعدی بررسی شد. رفتار حرارتی صمغ به وسیله ی آنالیز گرما سنج وزنی (TGA) و گرماسنجی افتراقی (DSC) ارزیابی شد. ویژگی های امولسیفایری و رئولوژیکی صمغ آنغوزه در مقایسه با صمغ عربی مورد مطالعه قرار گرفت. در نهایت ویژگی های امولسیفایری این صمغ بر اساس اثر غلظت های مختلف (5، 10، 15 و 20 درصد وزنی/وزنی) محلول صمغ بر امولسیون طی 28 روز انبار گذاری ارزیابی شد. در این بررسی شاخص جدا شدن چربی، شاخص فعالیت و پایداری امولسیون، اندازه ی حجمی-وزنی و اندازه ی سطحی-وزنی ذرات، توزیع اندازه ی ذرات، ریخت شناسی میکروسکوپی ذرات و گرانروی امولسیون اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که متغیرهای استخراج اثر معنی داری بر درصد خلوص، میزان پروتئین، انحلال پذیری، اندازه ی ذرات و ویژگی های قابلیت تشکیل کف داشت. درصد خلوص تیمارهای مختلف صمغ بین 4/76-5/55 درصد و میزان پروتئین بین 7/12-2/5 درصد بود. انحلال پذیری صمغ ها بین 96-19 درصد گزارش شد. اندازه ی ذرات (900-100 میکرومتر)، توزیع اندازه ی ذرات (4/5-6/0)، قابلیت تشکیل کف (115-20 درصد) و پایداری کف (111-13 درصد) از دیگر موارد اندازه گیری در این بررسی بود. در میان عوامل متغیر، نسبت اتانول به صمغ بیشترین تأثیر را بر پاسخ های استخراج داشت. بهینه سازی پاسخ ها با استفاده از عملکرد مطلوب نشان داد که روش سطح پاسخ معادله ی بهینه ی استخراج صمغ آنغوزه را به خوبی توصیف می کند. از لحاظ ساختار شیمیایی، صمغ آنغوزه حاوی کربوهیدرات ها (39/67 درصد وزنی/وزنی) شامل مونوساکاریدهای گالاکتوز، آرابینوز، رامنوز و گلوکورونیک اسید به نسبت مولی 6/11: 9/5: 3/2: 1 و پروتئین (ساختار آرابینوگالاکتان) است. بخش پلی ساکاریدی حاوی (1?3)-?-D-گالاکتان در زنجیره اصلی بوده که از اکسیژن متصل به کربن شماره ی چهار، شش و یا چهار و شش به شاخه های فرعی پیوند خورده است. زنجیره های جانبی شامل واحدهای ?-L-آرابینوفورانوز انتهایی، ?-L-رامنوپیرانوز انتهایی، (1?3)-?-L-آرابینوفورانوز، (1?5)-?-L-آرابینوفورانوز، ?-D-گالاکوپیرانوز انتهایی، ?-D-گلوکورونیک اسید و مقدار اندکی (1?4)-?-D-گلوکورونیک اسید بود. الگوی اشعه ی ایکس نشان دهنده ی ساختار نیمه بلوری برای صمغ آنغوزه بود. نتایج رفتار حرارتی صمغ نشان داد که دماهای بالا و پایین 200 درجه سلسیوس نواحی اصلی تغییر وزن است. مقادیر کشش سطحی و بین سطحی شاخص فعالیت امولسیون حاوی صمغ آنغوزه کمتر از امولسیون حاوی صمغ عربی بوده ولیکن شاخص پایداری امولسیون، ظرفیت امولسیون کنندگی و پایداری حرارتی امولسیون حاوی صمغ آنغوزه به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از امولسیون های صمغ عربی بود. محلول های صمغ آنغوزه (30-2 درصد وزنی/وزنی) در تنش برشی s -1 500-1 رفتار نیوتنی نشان دادند. مقادیر گرانروی ظاهر به مقادیر مربوط به صمغ عربی نزدیک بوده و با افزایش دما از 80-10 درجه سلسیوس کاهش یافت. گرانروی محلول های صمغ با افزایش pH و غلظت نمک کلسیم کلرید افزایش یافت. نتایج امولسیون های ساخته شده با 20-50 درصد وزنی/وزنی محلول صمغ نشان داد که شاخص جدا شدن چربی با افزایش غلظت صمغ افزایش یافت. اگرچه امولسیون حاوی 20 درصد وزنی/وزنی هیچ گونه خامه ی قابل مشاهده ای طی 28 روز نگهداری نشان نداد، تفاوت معنی داری بین شاخص جدا شدن چربی امولسیون حاوی 15 و 20 درصد صمغ نبود (05/0 p). شاخص فعالیت و پایداری امولسیون با افزایش غلظت صمغ افزایش یافت اما باز هم تفاوت معنی داری بین امولسیون های حاوی 15 و 20 درصد صمغ نبود. قطر حجمی-وزنی، قطر سطحی-وزنی و توزیع اندازه ی ذرات در نمونه های حاوی درصد صمغ بیشتر، بالاتر بود. قطر حجمی-وزنی ذرات افزایش قابل ملاحظه ملایمی طی 28 روز نگهداری نشان داد (05/0 p) اما قطر سطحی-وزنی و تویع اندازه ی ذرات افزایش قابل ملاحظه ای طی زمان نگهداری نشان ندادند. گرانروی امولسیون ها با افزایش غلظت صمغ افزایش یافت. طی زمان نگهداری گرانروی صمغ ابتدا پس از یک روز کاهش یافت، سپس تا روز هفتم ثابت ماند و نهایتاً تا روز بیست و هشتم افزایش یافت. علت این افزایش پدیده ی فلوکوله شدن توصیف شد. واژه های کلیدی: صمغ آنغوزه، بهینه سازی استخراج، پلی ساکارید، پروتئین، آرابینوگالاکتان، رئولوژی، امولسیون، قابلیت تشکیل کف