بررسی ویژگی های فیزیکوشیمیایی و عملکردی پکتین اصلاح شده به روش اتصال عرضی و هموژنیزاسیون فشار بالا از تفاله ی چغندرقند

STUDENT

DEGREE

YEAR

Pectin is an anionic, non-toxic, biocompatible high molecular weight polysaccharide that is extracted from the cell wall and mainly the middle lamella of advanced plants. Pectin is also a structural carbohydrate such as starch and cellulose. This polysaccharide is composed of galacturonic acid units with 1-4 alpha bonds and contains the neutral sugars’ side chains. Hydrocolloids are widely used in the food industry for gels and emulsions is mainly extracted from citrus and apple pulp. Due to the increasing development of the food industry, the consumption of hydrocolloids has increased significantly. Agricultural waste mainly contains valuable biologically active compounds such as pectin, fiber, antioxidants, pigments, etc. Sugar beet is one of the agricultural products with industrial application, which its wastes are used as an animal feed, while it contains 15-25% of pectin, it can be a good source of extracting this hydrocolloid due to the high volume of production, availability and low cost of sugar beet. Sugar beet pectin is not able to form a suitable gel due to its low molecular weight, high side chains and a large amount of acetyl groups, but the presence of high amounts of protein (1-10%), ferulic acid (1-2%) and acetyl (2-9%) has caused a good performance of this pectin in emulsion preparation and viscosity development. In this study, sugar beet pulp was obtained from Naghsh-E-Jahan sugar factory and then dried; afterwards, acidic method (90 ° C, for 3h with the pH of 1.6) was used as an extraction process. Also, for pectin precipitation isopropyl alcohol was used then the extraction efficiency was calculated about 15%. The galacturonic acid content of sugar beet pectin was 64.8%, and its degree of esterification was 50%, the protein content was 1.91± 0.07%, the moisture content was 3.3 ± 0.09% and the ash was 2.6 ± 0.07%. In this research, two modification methods as the chemical (oxidative crosslinking) and mechanical modification (high pressure homogenization) were used to improve the physicochemical properties of the pectin. For chemical modification, four concentrations 1, 2, 3 and 5% of sugar beet pectin were prepared and a specified amount of one molar ammonium persulfate solution was added to each ones then mixed for 2h with magnetic stirrer. Mechanical treatment samples were prepared according to the proposed treatments of the response surface design by considering three variables (homogenization pressure, pH and the number of homogenization times). For all treatments, viscosity at three shear rates of 10, 50 and 100 rpm, water and oil holding capacity, emulsifier and emulsion stability were measured. After selecting the optimal treatment in both methods and comparing it with the sample of unmodified sugar beet pectin, although both methods improved the physicochemical properties of sugar beet pectin including viscosity, emulsification, emulsion stability, water and oil holding capacity; the mechanical method found to be more effective. Due to the high water holding capacity of this pectin, its suitable viscosity and emulsification properties, it can be used to prevent hydration, consistency and viscosity development and also emulsions formation. Keywords : hydrocolloid, pectin, sugar beet pulp, emulsion, viscosity

پکتین یک پلی‌ساکارید آنیونی، غیر سمی و زیست سازگار با وزن مولکولی بالا است که از دیواره‌ی سلولی و عمدتا غشای میانی گیاهان استخراج می‌شود. مانند نشاسته و سلولز، پکتین نیز یک کربوهیدرات ساختاری است. این پلی ساکارید از واحدهای گالاکتورونیک اسید با اتصالات آلفا 1 به 4 تشکیل شده و حاوی زنجیره های جانبی قندهای خنثی است. هیدروکلوئیدها کاربرد فراوانی در صنایع غذایی دارند از جمله به منظور تهیه ژل، تهیه ی امولسیون، ایجادبافت، پایداری و قوام و جلوگیری از آب اندازی از آن استفاده می شود. پکتین تجاری به طور عمده از پوست مرکبات و تفاله ی سیب استخراج می شود. با توجه به توسعه ی روز افزون صنعت غذا، مصرف هیدروکلوئیدها افزایش چشمگیری داشته است. ضایعات محصولات کشاورزی عمدتا حاوی ترکیبات فعال زیستی با ارزشی از جمله پکتین، فیبر، آنتی اکسیدان، رنگدانه و غیره هستند. چغندرقند یکی از محصولات کشاورزی با کاربرد صنعتی بوده که از ضایعات فرآوری آن به عنوان غذای دام استفاده می شود این در حالی است که حاوی 25-15 % پکتین بوده که با توجه به حجم بالای تولید، در درسترس بودن و هزینه ی کم می تواند منبع مناسبی برای تهیه ی این هیدروکلوئید باشد. پکتین چغندرقند به دلیل وزن مولکولی کم، شاخه های جانبی زیاد و مقدار زیاد گروه های استیل قادر به تشکیل ژل مناسب نیست اما حضور مقادیر بالای پروتئین (%1-10)، فرولیک اسید (1-%2) و استیل (%2-9) سبب شده که این پکتین در تهیه ی امولسیون و ایجاد ویسکوزیته عملکرد خوبی داشته باشد. در این پژوهش تفاله ی چغندرقند از کارخانه ی قند نقش جهان تهیه و خشک شد و به منظور استخراج از روش اسیدی (دمای 90 درجه ی سلسیوس، زمان 3 ساعت و 6/1=pH) و برای رسوب دادن پکتین از ایزوپروپیل الکل استفاده شدکه راندمان استخراج 15% بود. میزان گالاکتورونیک اسید پکتین چغندرقند 8/64% و درجه ی استریفیکاسیون آن 50%، میزان پروتئین 07/0± 91/%1، رطوبت 09/0±3/3% و خاکستر آن 07/0±6/2% بدست آمد. در این پژوهش از دو روش اصلاح شیمیایی (اتصال عرضی اکسیداتیو) و مکانیکی (هموژنیزاسیون فشار بالا) برای بهبود خواص فیزیکوشیمیایی پکتین استفاده شد. برای اصلاح شیمیایی، چهار غلظت 1، 2، 3 و 5 درصد ازپکتین چغندرقند تهیه و مقدار ثابتی از محلول یک مولار آمونیوم پرسولفات به هر کدام اضافه شد و به مدت 2ساعت در دمای محیط روی همزن قرار گرفت. نمونه های تیمار مکانیکی مطابق تیمارهای پیشنهادی طرح سطح پاسخ با در نظر گرفتن سه متغیر (فشار هموژنیزاسیون، pH و تعداد دفعات هموژنیزاسیون) تهیه شدند. مقادیر فشار هموژنیزاسیون برابر 200، 600 و 1000 بار، مقادیر pH برابر 1/3، 6/3 و 1/4 و تعداد دفعات هموژنیزاسیون برابر 1، 3 و 5 مرتبه در نظر گرفته شد. برای همه ی تیمارها، ویسکوزیته در سه سرعت چرخشی 10، 50 و 100 دور بر دقیقه، ظرفیت نگهداری آب و روغن، امولسیون کنندگی و پایداری امولسیون اندازه گیری شد. پس از انتخاب تیمار بهینه در هر دو روش و مقایسه ی آن با نمونه ی پکتین چغندرقند اصلاح نشده و پکتین تجاری (مرکبات) مشخص شدکه هر دو روش سبب بهبود خواص فیزیکوشیمیایی پکتین چغندرقند شده و روش مکانیکی مؤثرتر بوده است. ظرفیت نگهداری آب پکتین چغندرقند کمتر از پکتین مرکبات بوده اما با اصلاح پکتین به روش مکانیکی این خصوصیت بهبود یافته و اختلاف معنی داری در ظرفیت نگهداری آب نمونه ی 20 هموژنیزاسیون فشاربالا و پکتین مرکبات مشاهده نشد. ظرفیت نگهداری روغن پکتین چغندرقند بیشتر از پکتین مرکبات بدست آمد. فعالیت امولسیون کنندگی پکتین چغندرقند اصلاح نشده در این پژوهش از فعالیت امولسیون کنندگی پکتین تجاری مقدار بیشتری است و با اصلاح افزایش یافت. پایداری امولسیون پکتین تجاری از پایداری امولسیون پکتین چغندرقند اصلاح نشده بیشتر بوده اما پس از اصلاح به هر دو روش، پایداری امولسیون پکتین چغندر قند افزایش یافته و با پایداری امولسیون پکتین تجاری اختلاف معنی داری داشت. با توجه به ظرفیت نگهداری آب بالا و ویسکوزیته و امولسیون کنندگی مناسب می توان از این پکتین برای جلوگیری از آب اندازی، ایجاد قوام و ویسکوزیته و تشکیل امولسیون استفاده کرد. کلمات کلیدی : هیدروکلوئید، پکتین، تفاله ی چغندرقند، اتصال عرضی، هموژنیزاسیون فشاربالا، امولسیون، ویسکوزیته