منبع مقاله درباره خمير، تغيير، خصوصيات

دانلود پایان نامه ارشد

فارينوگراف و ميکسوگراف مي باشند که با مصرف انرژي، آرد و آب را با هم مخلوط مي کنند و با ترکيبي از تغيير شکل برشي و کششي نهايتاً خمير شکل گرفته را ايجاد مي کنند. دستگاه فارينوگراف براي تعيين برخي خصوصيات از قبيل مقاومت آرد و ميزان جذب آب، زمان توسعه خمير، پايداري و غيره بکار مي رود. ميکسوگراف نيز توانايي انجام سريع آزمايشات تعيين کيفيت آرد براي مقادير کم نمونه را دارد. منحني هاي بدست آمده از ميکسوگراف و فارينوگراف در واقع نيروي لازم براي تغيير شکل بيشتري را براي شکل گرفتن خمير ثبت مي کنند و متعاقباً شکستن ساختار خمير را هم به دنبال دارند، دقيقاً مشابه نيروهايي که براي کشش خمير در اکستنسوگراف و آلوئوگراف استفاده مي شود. در واقع در اين دستگاهها نيروي تغيير شکل در مقابل زمان اندازه گيري مي شود [31, 32]. بر اين اساس اين دستگاهها فقط خصوصيات مکانيکي خمير را طي مخلوط شدن توصيف مي نمايند و از توصيف جزئيات خصوصيات فيزيکي عاجزند. بر عکس رئومتري بنيادي قادر است خصوصيات فيزيکي مواد را در محدوده وسيعي از تنشها و کرنشهاي وارده به خمير بيان کند. اين سيستم نه تنها خصوصيات رئولوژيک خمير را در حال اختلاط بلکه خصوصيات محدوده اي از تنش و کرنش را به صورت منحني بيان مي کند. مزيت اين سيستم اندازه گيري نه تنها بدست آوردن داده هاي کامل بلکه امکان ايجاد کرنش هاي مختلف به منظور کسب اطلاعات جامعي از خصوصيات فيزيکي مواد نيز مي باشد. از خصوصيات شاخص اين سيستم، ايجاد تنشهاي بسيار کم و قابل اندازه گيري بدون ايجاد هيچ گونه تخريبي در نمونه است. از معروف ترين و کاربردي ترين رئومترهاي موجود مي توان از رئومترهاي نوساني نام برد. از مزاياي عمده اين سيستم ها اندازه گيري دقيق الاستيسيته و ويسکوزيته مواد ويسکوالاستيک مي باشد [161].
خصوصيات رئولوژيکي يک ماده از ارتباط بين تنش، کرنش (تغيير شکل) و زمان بدست مي آيد. انواع مختلفي از تستهاي رئولوژيکي استفاده مي شوند که معمولترين آنها تستهاي کششي17 و برشي18 مي باشند. تستهاي ويسکومتري، خزش19، يا آرميدگي تنش20 به دليل ارزيابي سريع خمير، به اندازه کافي مناسب نمي باشند. معمولاً اندازه گيريهاي نوساني ديناميک با تغيير شکل کوچک21 جهت تعيين خصوصيات رئولوژيک خمير استفاده مي شود. اين اندازه گيريها تحت شرايط ملايم انجام مي شوند و ساختار نمونه در اين تستها حفظ مي گردد، و بنابراين امکان بدست آوردن اطلاعات در مورد حجم خمير وجود خواهد داشت. تستهاي ديناميکي در رنج فرکانس پايين(102f2-10) با اندازه گيري مستقيم تنش و کرنش توسط رئومتر انجام مي گردند. در رنج فرکانس بالا اندازه گيريها مي تواند با استفاده از روشهاي انتشار امواج انجام گردد.
در تستهاي ديناميکي نوساني برشي، تنش (يا کرنش) به صورت سينوسي با زمان تغيير مي يابند. براي يک ماده با رفتار ويسکوالاستيک خطي، کرنش حاصل(يا تنش) نيز در فرکانس يکسان اما خارج از فاز، تغيير مي يابد. در صورتيکه تستهاي ديناميکي در تغيير شکل خيلي پايين انجام شوند، مخلوطهاي آرد گندم- آب تقريباً به صورت خطي رفتار مي کنند. تستهاي ديناميکي برشي جهت محاسبه مدولهاي ويسکوالاستيک وابسته به فرکانس يعني G’ و G” بکار مي روند که به ترتيب بخشهاي واقعي و غير واقعي مدول برشي کمپلکس (G*=?/?=G’+iG”) مي باشند. مدول ذخيره (G’) يک شاخص در مورد طبيعت الاستيک نمونه تست شده مي باشد و مدول افت (G”) مربوط به رفتار ويسکوز آن مي باشد. تانژانت افت (tan ?=G”/G’) اغلب جهت اندازه گيري نسبت پاسخ ويسکوز به الاستيک ماده تست شونده استفاده مي شود. اندازه گيري خصوصيات سيستمهاي خميري آسان نمي باشد، زيرا اين خصوصيات به طور مداوم با زمان تغيير مي يابند. فاکتورهاي فيزيکي و شيميايي (بر همکنش ترکيبات آب/آرد، واکنشهاي آنزيمي، آرميدگي استرسهاي وارده طي مرحله مخلوط کردن) در طي زمان در حال تغيير مي باشند.

1-6 مروري بر مطالعات انجام شده در مورد رئولوژي خمير
تحقيقات زيادي در زمينه خصوصيات رئولوژيک خميرهاي آرد گندم منتشر شده است. در تعدادي از آنها مسئله خطي بودن22 رفتار ويسکوالاستيک مورد بحث قرار گرفته است [66, 96, 158, 179]. محدوده رفتار خطي در زمانيکه سطح کرنش پايين (کمتر از 1%) باشد، وجود دارد. خارج از اين محدوده هر دو مدول الاستيک G’ و مدول افت G” کاهش مي يابند. کاهش مقدار G’ بيشتر از G” مي باشد، در نتيجه tan ? با افزايش کرنش، افزايش مي يابد. درتستهاي انحراف فرکانس در بازه خطي، G’ و G” با افزايش فرکانس افزايش مي يابند و از توابع تواني تبعيت مي کنند. در کرنشهاي پايين ذکر شده به طور معمول G’ بزرگتر از G” است که خصوصيت مواد با ساختار فشرده مي باشد. در نتيجه خمير مشابه يک ماده الاستيک عمل مي کند تا يک مايع. گرانولهاي نشاسته رفتار غير خطي شديدي را شبيه رئولوژي در سوسپانسونها ايجاد مي نمايند. همچنين گرانولهاي نشاسته سفتي23 را افزايش مي دهند. مدولهاي ويسکوالاستيک نيز در خميرهاي کامل نسبت به گلوتن ايزوله شده بالاتر مي باشند [97]. نتايج آزمايشات محققين نشان داده است که افزايش مقدار آب خمير باعث کاهش G’ و G” مي گردد [65, 96, 119]. با مطالعه مخلوطهاي گلوتن/ نشاسته (خميرهاي سنتتيک) مي توان وابستگي مدول را به نسبت پروتئين/ نشاسته مشاهده نمود. مطالعه در مورد اثر زمان مخلوط کردن، نتايج مشخصي را ايجاد نکرده است زيرا اثر مخلوط کردن بيش از حد، به شدت بستگي به نوع آرد دارد. نتايج جالبي در مورد اثر مواد افزودني ذکر شده است. به عنوان مثال افزودن مواد کاهنده (مثل گلوتاتيون ppm 100) با تغيير معني دار ساختار گلوتن مي تواند رئولوژي خمير را تحت تاثير قرار دهد.
رفتار ماکروسکوپيک خمير بستگي به ريزساختار آن يعني ترکيب، ترتيب فضايي ترکيبات، و نوع پيوندهاي موجود دارد که به طور مستقيم بر خواص رئولوژيک تاثير مي گذارند. تحقيقات در سطح مولکولي و ميکروسکوپي بر روي فرايند به منظور فهم رفتار خميرهاي آرد گندم بسيار مفيد مي باشد [97].
خصوصيت خمير طي دوره استراحت تغيير مي کند و در ابتداي دوره استراحت اين اثر شديدتر مي باشد و اين فرايند وابسته به دما مي باشد و دماي پائين اين تغييرات و واکنشهاي فيزيکوشيميايي را کاهش مي دهد. افزايش مقدار رطوبت خمير منجر به کاهش مقدار G’ و G” مي شود ولي تأثيري بر مقدار tan ? نداشت [66, 97, 119].
مدت زمان طولاني مخلوط کردن خمير مشابه مدت زمان طولاني استراحت خمير عمل مي کند. افزايش ميزان آب، زمان مخلوط کردن يا استراحت خمير داري اثرات نرم کنندگي24 مي باشند. حداکثر قوام برابندر با افزايش مقدار رطوبت و يا افزايش زمان مخلوط کردن کاهش مي يابد، همانطور که ويسکوزيته کمپلکس ديناميکي کاهش مي يابد. ويسکوزيته همچنين طي زمان استراحت کاهش مي يابد.
تانژانت افت (tan ?) مي تواند به عنوان شاخص نظم ساختار (واکنشهاي بين مولکولي) در مواد باشد. مواد با ساختار متراکم معمولاً tan ? پائين دارند. در خميرها tan ? مستقل از مقدار آب است در حاليکه اين پارامتر رئولوژيکي با تغيير زمان مخلوط کردن تغيير مي کند. بنابراين تغييرات ترکيب خمير در رابطه با مقدار رطوبت (در رنج مشخص) باعث تغييرات بنيادي در ساختار خمير نمي شود. در مقابل مخلوط کردن بيش از حد و استراحت باعث تغيير در ساختار مي شود. به هر حال هر دو خمير بيش از حد مخلوط شده و استراحت کرده، ذرات نشاسته بيشتر يا کمتر در ماتريکس پروتئيني محاط شده اند. براي مقادير آب بالاتر از محدوده آب آزاد ، سطح گرانولهاي نشاسته توسط فيلم پيوسته پوشانده مي شود.
محققين مختلفي اثر زمان مخلوط کردن را بر خواص رئولوژيک خمير بررسي کرده اند و نشان داده اند که G’ و G” با مخلوط کردن افزايش مي يابند و پس از گذشت از زمان بهينه مخلوط کردن G’ و G” خمير کاهش مي يابند. در بهينه زمان مخلوط کردن مقدار G’ به حداکثر مقدار مي رسد، بدين معني که خمير در بهينه زمان مخلوط کردن بالاترين الاستيسيته را دارد [77, 97, 142, 190]
فاکتورهاي مختلفي بر رئولوژي خمير پس از زمان مخلوط کردن تأثير مي گذارند که شامل آرميدگي تنشهاي وارد شده به خمير طي مخلوط کردن، ادامه جذب آب توسط ترکيبات آرد و توزيع مجدد آب مي باشند [65]. پديده ديگر تبديل تيول- دي سولفيد است که مي تواند به طور مداوم طي دوره استراحت خمير انجام گردد و در نتيجه ميانگين وزن مولکولي کاهش يافته و مقدار G’ پائين تري حاصل مي گردد. محققين نشان داده اند که خميري که بلافاصله پس از مخلوط کردن تست گردد، مقدار G’ بالاتر و tan ? کوچکتري نسبت به خميري که براي 15 دقيقه قبل از تست استراحت نموده، دارد. خمير بالافاصله بعد از قرار گرفتن بين صفحات ژئومتري دستگاه رئومتر نمي تواند آرميده گردد. بيشتر تفاوتها در خمير معمولاً مربوط به پروتئينهاي گلوتن و نشاسته و اينتراکشن بين نشاسته و گلوتن مي باشد [130].
1-7 استفاده از آزمونهاي نوساني جهت ارزيابي خصوصيات رئولوژيک
در تجهيزات نوساني نمونه ها به طور موزون در معرض تنش يا کرنش متغير قرار مي گيرند. اين روش تست کردن معمولترين روش ديناميکي براي مطالعه رفتار ويسکوالاستيک مواد غذايي مي باشد. نتايج بسيار حساس به ترکيب شيميايي و ساختار فيزيکي هستند بنابراين در کابردهاي مختلفي مثل ارزيابي ساختار ژل، کنترل ژلاتيناسيون نشاسته، مطالعه پديده تغيير شيشه اي، مشاهده انعقاد و واسرشت شدن (دناتوره شدن) پروتيئن، ارزيابي تشکيل لخته در محصولات لبني، ذوب پنير، توسعه بافت در محصولات نانوايي و فراورده هاي گوشتي، تستهاي مدت زمان ماندگاري، و ارتباط بين خصوصيات رئولوژيکي با ارزيابي حسي انسان بسيار مفيد مي باشند. محققان صنايع غذايي تجهيزات تستهاي نوساني را وسايلي بسيار ارزشمند براي کار توسعه محصولات مي دانند.
آزمونهاي نوساني ممکنست به صورت کشش، فشار يا برش عمل کنند. تجهيزات تجاري معمول با روش تغيير شکل برشي25 کار مي کنند که روش تست غالب مورد استفاده براي مواد غذايي مي باشد. کرنش برشي26 ممکنست با استفاده از صفحات موازي27، مخروط و صفحه28 يا استوانه هاي متحدالمرکز29 توليد شود. تجهيزات تست ديناميک به دو دسته کلي تقسيم مي شوند: تجهيزات با سرعت کنترل شده که تغيير شکل (کرنش) ثابت است و تنش اندازه گيري مي شود، و تجهيزات تنش کنترل شده که تنش ثابت است و تغيير شکل اندازه گيري مي شود. هر دو روش نتايج مشابه توليد مي کنند. تاکيد اين بخش روي مواد غذايي مايع و نيمه جامد مي باشد.
1-7-1 کاربرد تنش و کرنش:
فرضيات زيادي براي توسعه معادلات رياضي جهت توصيف تستهاي نوساني اعمال مي شود: کرنش در تمام نقاط نمونه يکسان است، اينرسي نمونه ناچيز در نظر گرفته مي شود، و رفتار مواد به صورت يک ماده ويسکوالاستيک خطي مي باشد. اگر اين فرضيات در نظر گرفته نشوند، ملاحظات آناليتيکي بسيار پيچيده اي در مسئله وارد مي شوند.
در آزمونهاي نوساني، مواد تحت تغيير شکل (در تجهيزات با سرعت کنترل شده) يا تنش ( در تجهيزات با تنش کنترل شده) قرار مي گيرند که به طور موزون با زمان تغيير مي يابند. تنش نمونه معمولا به صورت سينوسي مي باشد. براي درک بهتر، دو صفحه مستطيلي قرار گرفته به طور موازي با همديگر را در نظر بگيريد (شکل ‏1-1). صفحه پاييني ثابت مي شود و به صفحه بالايي اجازه داده مي شود تا به عقب و جلو در جهت افقي حرکت نمايد. فرض نماييد که نمونه مورد نظر بين صفحات يک دستگاه با سرعت کنترل شده قرار دارد. فرض کنيد کرنش در مواد بين صفحات تابعي از زمان بوده و بدين صورت تعريف مي گردد:
‏1-1
که ? 0 دامنه کرنش است و برابر L/h مي باشد هنگاميکه حرکت صفحه بالايي برابر L sin(?t) است. ? برابر فرکانس بوده و بر حسب rad/s بيان مي شود که معادل ?/(2?) هرتز است. بازه زماني مورد نياز براي تکميل يک سيکل برابر ?/? 2 مي باشد. اگر دو صفحه (شکل ‏1-1) mm 5/1 از يکديگر فاصله داشته باشند و صفحه بالايي mm 3/0 از خط مرکز حرکت کند، حداکثر کرنش برابر 2/0 يا 20% محاسبه مي شود: ? 0= L/h و بنابراين 2/0= (5/1 / 3/0). کرنش 10% مي تواند با حفظ

پایان نامه
Previous Entries منبع مقاله درباره خمير، افزايش، طي Next Entries منبع مقاله درباره تغيير، نوساني، متغير