ترکیبات اصلی آرد در رفتار رئولوژیکی خمیر آرد گندم (مقاله ترجمه شده)

چکیدههنوز بحث قابل توجهی در مقالات در مورد نقش های مربوط به نشاسته و گلوتن در هر دو حالت رئولوژی خطی و غیرخطی خمیر آرد گندم وجود دارد. از این رو، برای روشن تر کردن نقش های انفرادی گلوتن و نشاسته در رفتار کلی خمیر، خواص رئولوژیکی خمیر و ترکیبات گلوتن نشاسته با نسبت های مختلف به طور سیستماتیکی در حالت برش و گسترش، با استفاده از جعبه کمک ابزار رئولوژیکی مناسب متشکل از دامنه کوچک خطی آزمون برش نوسانی و آزمون غیر خطی مانند خزش بازیابی در فرمت برشی و تک محوره مورد بررسی قرار گرفت. نشاسته یک نقش محوری در رئولوژی خطی خمیر بازی می کند. با افزایش مقدار نشاسته، محدوده ی خطی مشاهده شده در آزمون برش نوسانی به عنوان یک تابع قانون قدرت کاهش می یابد. همچنین نشاسته آشکارا بر ویسکوزیته کششی در محدوده های کوچک تاثیر می گذارد. به تبع آن، در منطقه خطی تفاوت های بین سیستم های مختلف گلوتن با حضور نشاسته ممکن است ناپدید شود. . چنانچه شاخص های کیفیت تهیه نان ذاتا با شبکه گلوتن مرتبط شناخته شده است، بررسی رفتار غیر خطی خمیر به منظور افشای تفاوت در کیفیت آرد ضروری به نظر می رسد. تفاوت های کیفی بین انواع آرد قوی و ضعیف به وضوح در ارزش شاخص سختی تنش در آزمون تک محوره و انطباق بهبود کل در آزمون خزش بازیابی غیر خطی نشان داده شد. با وجود کاربردهای قبلی موفقیت آمیز در ژل گلوتن خالص، دقت مدل ژل بحرانی در پیش بینی خواص رئولوژیکی خطی خمیر، به علت داشتن محدوده ی خطی کوچک و نیاز به طولانی ترین زمان استراحت برای خمیر محدود بود.بحث و نتایجترکیبات گلوتن نشاسته در رفتار کلی خمیر در رژیم خطیمحدوده ی فرکانس خمیر بیلاکس، گلوتن و نشاسته در شکل 2 نشان داده شده است. برای هر سه ماده، در محدوده فرکانس تحت بررسی ضریب ذخیره سازی G^' (ω) بالاتر از ضریب اتلاف G^'' (ω) است، که این ویژگی یکی از مشخصه های مواد با ساختار بالاست (لتانگ و همکاران 1999). مقدار G^' (ω) تقریبا در فرکانس مستقل نمونه نشاسته است، که نشان می دهد که نشاسته به عنوان یک شبه بسته بندی منسجم و یا کاغذ خودنمایی تعلیق رفتار می نماید. برعکس منحنی G^' (ω) برای خمیر و گلوتن یک شیب کوچک و مثبتی نشان می دهد. لازم به ذکر است که، به دلیل تفاوت در مقدار آب، مقایسه مقادیر مطلق G^' (ω) و G^'' (ω) در سیستم های مختلف دشوار است ، در حالیکه شیب G^' (ω) نسبت به ω در برابر تغییرات کوچک در مقدار آب بیتاثیر شناخته شده است (داده ها نشان داده نشده است). برای خمیر بیلاکس مقادیر G^' (ω) و G^'' (ω) در ω=10 رادیان بر ثانیه به ترتیب مساوی با 10^4 پاسکال و 4×10^3 پاسکال می باشد، که با نتایج گزارش شده پیش از این در مقالات برای سیستم های خمیر آرد گندم با مقدار آب مشابه سازگاری دارد. در شکل 2 منحنی های G^' (ω) و G^'' (ω) خمیر بیلاکس اساسا به نظر می رسد که به صورت موازی حرکت می کند، که این حالت یکی از ویژگی هایی است که می تواند با مدل ژل بحرانی حاصل شود. اساسا، وینتر و شامبون (1986) این مدل برای توصیف خواص ویسکوالاستیک خطی در یک سیستم پلیمری در نقطه ژلی آن توسعه دادند، اما مدل برای بسیاری از سیستم های مواد غذایی (از جمله خمیر آرد گندم) نیز قابل اجراست؛ به عنوان مثال آنها همچنین ممکن است حاوی ساختارهای ابرمولکولی شامل زیر واحدها (قطرات، ذرات، و غیره) نیز باشند که توانایی برهم کنش در مقیاسهای طولی مختلف را داراست (گابریل و همکاران 2001). بزرگترین مزیت مدل ژل بحرانی در این است که تنها دو پارامتر سفتی ژل (S) و قدرت ژل (n) برای توصیف رفتار خطی مواد مورد نیاز است.که در آن Γ(n-1) تابع گاماست. برازش این معادلات به منحنی های خمیر بیلاکس در شکل 2 در محدوده ی فرکانس 1-10 رادیان بر ثانیه، S = 5100 پاسکال s0.22 و N = 0.22 به دست می آید. این مقادیر نشان می دهد که خمیر به عنوان یک ژل نسبتا ضعیف (از لحاظ فیزیکی) رفتار می کند. برای خمیر گاومیش کوهان دار امریکایی ضعیف S = 6140 پاسکال s0.19 و N=0.19 به دست می آید. به طور کلی، مقادیر سفتی ژل S شاید بطور قابل توجهی برای انواع مختلف آرد و مقادیر آب تغییر کند، در حالی که مقادیر N همیشه بسیار مشابه است (ان جی 2007). در رکانس های بالا، منحنی های G^' (ω) و G^'' (ω) معمولا شروع به انحراف از تابع پاسخ ژل بحرانی پیش بینی شده می کنند. این انحراف به طور کلی به فرآیندهای آرامش در رژیم راوس (از خواب بیدار شدن) نسبت داده است (ان جی و مک کینلی 2008). با این حال، حتی در ω = 100 رادیان بر ثانیه، شیب G^' (ω) است همچنین بسیار پایین تر از مقدار پیش بینی شده توسط رژیم آرامش راوس است (G^' (ω)~ω^0.5). همچنین در فرکانس های پایین، خمیر دقیقا همانند یک ژل بحرانی رفتار نمی کند، از اینرو مقادیر G^'' (ω) تمایل به انحراف از خط مستقیم دارن، که خمیدگی به سمت بالا ظریفی را از خود نشان می دهند (ان جی 2007؛ تانر و همکاران 2008). ان جی (2007) این انحراف را به آرامش نمونه تابع گام در حال بارگذاری در رئومتر نسبت می دهد. با این حال حتی پس از زمان استراحت طولانی مدت نیز (5/1 ساعت)، منحنیG^'' (ω) هنوز هم این روند رو به بالا را نشان می دهد، بنابراین می توان نتیجه گیری کرد که این ویژگی از خود مواد ناشی می شود. در زمان های به اندازه کافی طولانی، ژل به صورت فیزیکی باید جریان یابد، که این حالت نشان می دهد که منحنی های G^' (ω) و G^'' (ω) باید همدیگر را در یک فرکانس بسیار پایین قطع کنند. به عبارت دیگر، هرچند مغایر با ژل بحرانی حقیقی، خمیر آرد گندم زمان استراحت محدود، البته بسیار بزرگ دارد (گابریل و همکاران 2001). روشن است که تقاطع منحنی¬های G^' (ω) و G^'' (ω) در خارج از محدوده فرکانسی که قابل دسترس توسط رئومتر است، واقع شده است. اما با این حال شروع تقاطع در حال حاضر نیز می تواند با مشاهده¬ی خمیدگی به سمت بالا منحنی G^'' (ω) برای ω کوچکتر از 1 رادیان بر ثانیه تشخیص داده شود. تلاش ما برای گسترش محدوده فرکانس به مقادیر پایین تر به چند دلیل ناموفق بوده اند. اولا، اصل برهمنهی زمان دما تنها می تواند بر خمیر در یک طیف درجه حرارت نسبتا کوچکی اعمال شود (گابریل و همکاران 2001). دوما، اصل برهمنهی فرکانس فشار نرخ (ویس و همکاران 2007) با توجه به محدوده¬ی خطی کوچک خمیر شکست خورد. در نهایت، آزمایش خزش خطی نشان داد که حتی پس از 4 ساعت، یک تغییر شکل حالت پایدار هنوز به طور کامل محقق نشده است، که این نشان می دهد که تقاطع در مقدار فرکانس کوچکتر از 10^(-4) رادیان بر ثانیه واقع شده است. لوفور (2006) یک رویکرد مشابهی را برای پیداکردن نقطه تقاطع مورد استفاده قرار داد و همچنین دریافت که نقطه ω_intersection برای سیستم خمیر او 10^(-4) رادیان بر ثانیه است.رژیم غیرخطیاگرچه آزمون SAOS برای به دست آوردن اطلاعات در مورد زمان و حساسیت کششی خمیر بسیار مفید می باشد، ارتباط عملی آن ها محدود است، همانطور که تغییر شکل عملی به نوع تغییر شکلی که در روند تهیه نان مواجه می شود مربوط نیست. در طول مخلوط کردن، تخمیر و افزایش دمای اجاق گاز، خمیر کشش و تغییر شکل کششی بیشتری را نسبت به کشش پایین در جریان برشی تجربه خواهد کرد. از این رو مطالعه رفتار خمیر تحت کشش ضروری است. راه اندازی روش EVF به منزله یک روش به خوبی تثبیت یافته برای توصیف مواد تحت کشش تک محوره است. نتایج حاصل از آزمایش کشش تک محوره بر روی خمیر بیلاکس و گلوتن در شکل 5 نشان داده شده است. با توجه به شکل روشن است که شباهت قابل توجهی در رفتار بین خمیر و گلوتن تحت تغییر شکل کششی وجود دارد (اسکوفیلد و اسکات بلر 1937). در کشش های بسیار بزرگ، هر دو ماد ه کشش سخت شدگی از خود نشان می دهند، یعنی استرس بیش از آنچه که متناسب با کشش است، در نرخ کشش ثابت افزایش می یابد. همچنین شکل 5 نشان می دهد که در کشش های پایین تمام منحنی های گلوتن کم و بیش منطبق بر حلقه ی ویسکوالاستیک خطی (LVE) هستند، اما منحنی خمیر این گونه نیست.تمییز دادن خمیر آرد ضعیف و قویرژیم خطیبحث در بخش قبلی نشان داد که شبکه گلوتن در درجه اول تحت شرایط تغییر شکل غیر خطی بزرگ رفتار خمیر را تعیین می­کند، در حالی که برای تغییر شکل خطی کوچک فعل و انفعالات نشاسته- نشاسته و نشاسته- گلوتن نقش محوری بازی می­کند و به احتمال زیاد حتی بر فعل و انفعالات گلوتن- گلوتن نیز تسلط دارند. هرچند عملکرد تهیه­ی نان از آرد گندم تا حد زیادی توسط شبکه گلوتن تعیین می­شود (ورابربکه و دلکار 2002) می توان پیش بینی کرد که آزمون SAOS برای تشخیص خمیر آرد قوی از ضعیف، حداقل در محدوده فرکانس در دسترس مناسب نخواهد بود.نتیجه­ گیرینقد و بررسی­های طولانی­مدت در مقالاتی که رفتار خمیر در درجه اول تنها هنگامی توسط شبکه گلوتن تعیین معتبر است که تغییر شکل های بزرگ در نظر گرفته شود. در مقابل، در منطقه خطی، دانه های نشاسته نیز تاثیر روشنی در رئولوژی خمیر، در هر دو جریان برشی و کششی و ممکن است تفاوت در محتوای گلوتن و کیفیت آن را بپوشانند. فقط آزمون­های خزش بازیابی و کششی غیر خطی در نتیجه قادر به تشخیص به وضوح بین خمیر آرد قوی و ضعیف است. انطباق بازیابی کل و شاخص تنش سفت شدگی تبدیل به شاخص­های کیفیت بسیار امیدوار می­شوند. با این حال، از آنجا که تنها دو نوع آرد در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت، تحقیقات بیشتری به منظور بررسی اعتبار کاربرد آن­ها برای سایر انواع آردها مورد نیاز است.داده ­های کششی تک محوره با راه اندازی EVF یا SER در رئومتر برشی چرخشی تعیین شد. هر دو راه ­اندازها به منظور تنظیم تولید یک جریان کششی خالص در مقابل تجهیزات توسعه ­پذیر کیفر تجربی استفاده می شود. از این رو اطلاعات به دست آمده اجازه­ی تعیین پارامترهای مواد درست را می­دهد، که می تواند برای توسعه و اعتبار معادلات سازنده برای رئولوژی خمیر مورد استفاده قرار گیرد.با داده های نوسانی خطی به عنوان نقطه شروع، مدل ژل بحرانی می تواند برای برآورد پاسخ خطی خمیر در هر دو حالت خزش و گسترش تک محوره مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، در روشنی عناصر بسیار غیر خطی و ترکیبات مایع معنی دار که رفتار خمیر را توصیف می­کند، شرایط غیزقابل پیش­بینی از مدل ژل بحرانی نشان داده شد که نسبتا محدود است. در مقابل، مدل های رولتی پر شده دو حالته در مدل سازی رفتار خزشی بازیابی خمیر در هر دو حالت خطی و غیر خطی موفق بود، با وجود این واقعیت که خمیر دارای طیف استراحت بسیار وسیع است.این مقاله ISI در سال 2016 در نشریه اسپرینگر و در مجله فناوری غذا و فرآیندهای زیستی، توسط گروه مهندسی شیمی منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله ترکیبات اصلی آرد در رفتار رئولوژیکی خمیر آرد گندم در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.