Menu

دانلود فایل پژوهش: پایان نامه ارشد کشاورزی: بررسی فرایند هضم نشاسته هاي طبیعی و اصلاح شده گندم درسیستم مدل و مدلسازی رهایش گلوکز با استفاده از منطق فازی

0 Comment

با عنوان : مطالعه فرایند هضم نشاسته هاي طبیعی و اصلاح شده گندم درسیستم مدل و مدلسازی رهایش گلوکز با بهره گیری از منطق فازی

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

دانشگاه فردوسی مشهد

دانشکده کشاورزی

رساله دکتری

عنوان:

مطالعه فرایند هضم نشاسته هاي طبیعی و اصلاح شده گندم درسیستم مدل و مدلسازی رهایش گلوکز با بهره گیری از منطق فازی

استاد راهنما:

پروفسور سید محمد علی رضوی

اساتید مشاور:

دکتر محبت محبی

دکتر عبدالرضا نوروزی

پروفسور محمدرضا اکبرزاده توتونچی

پایان نامه

بخش هایی از متن پایان نامه :

(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

فهرست مطالب:

فصل اول: مقـدمـه…………………… 1

نوآوری های رساله………………….. 6

فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین…………………… 7

2-1. خصوصیات فیزیکو شیمیایی و مورفولوژیکی نشاسته های طبیعی و اصلاح شده……….. 7

2-2. خصوصیات رئولوژیکی نشاسته های طبیعی و اصلاح شده………………….. 24

2-3. شبیه سازی تغییرات مواد غذایی در دستگاه گوارش…………………….. 32

2-4. هضم نشاسته های طبیعی و اصلاح شده در سیستم مدل………………….. 46

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

فصل سوم: مواد و روش ها…………………. 51

3-1. مواد مورد بهره گیری………………….. 51

3-2. تولید نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم………………….. 51

3-3. تولید نشاسته فسفریله گندم………………….. 52

3-4. تعیین درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل در نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم……. 52

3-5. تعیین درجه جایگزینی فسفر در نشاسته فسفریله شده………………….. 54

3-6. مقدار رطوبت انواع نشاسته ها…………………. 55

3-7. طیف سنجی FT-IR……………………

3-8. روش افتراق سنجی اشعه ایکس (XRD)…………………..

3-9. اندازه گیری قدرت تورم………………….. 56

3-10. اندازه گیری میزان حلالیت……………………. 57

3-11. اندازه گیری شفافیت خمیر………………….57

3-12. تعیین اجزای نشاسته ها بر اساس قابلیت هضم………………….. 58

3-13. تخمین اندیس قند خون (GI)…………………..

3-14. جمع آوری بزاق…………………… 60

3-15. مدل های هضم دهانی و معدوی-رودوی درون شیشه ای……. 60

3-16. تعیین میزان گلوکز رهایش یافته………………….. 62

3-17. تعیین میزان قند به روش 3،5- دی نیتروسالسیلیک اسید…….. 62

3-18. تعیین خصوصیات جریان…………………… 64

3-18-1. تعیین خصوصیات جریان نمونه های نشاسته قبل از مراحل هضم………. 64

3-18-2. تعیین خصوصیات جریان نمونه های نشاسته در شرایط حضور بزاق…… 64

3-18-2-1. خصوصیات جریان مستقل از زمان…………………… 64

3-18-2-2. خصوصیات جریان وابسته به زمان…………………… 64

3-18-3. مطالعه اثر pH اسیدی بر خصوصیات جریان…………………… 65

3-18-4. مطالعه اثر آنزیم های رودوی بر خصوصیات جریان…………………… 65

3-19. مدلسازی رئولوژیکی…………………… 65

3-19-1. مدل های رئولوژیکی مستقل از زمان…………………… 65

3-19-2. مدل های رئولوژیکی وابسته به زمان…………………… 67

3-20. آزمون های رئولوژی دینامیک…………………….. 68

3-20-1.آزمون روبش کرنش……………………. 69

3-20-2. آزمون روبش فرکانس…………………….. 69

3-21. مدلسازی رهایش گلوکز در شرایط روده شبیه سازی شده با بهره گیری جدول جستجوی فازی….. 70

3-22. واکاوی آماری…………………… 74

فصل چهارم: نتایج و بحث…………………… 77

4-1. درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل و فسفر در نشاسته هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم…. 77

4-2. مقدار رطوبت انواع نشاسته ها…………………. 78

4-3. طیف سنجی FT-IR……………………

4-4. افتراق سنجی اشعه ایکس (XRD)…………………..

4-5. قدرت تورم………………….. 83

4-6. میزان حلالیت……………………. 87

4-7. شفافیت خمیر………………….. 90

4-8. اجزای نشاسته ها بر اساس قابلیت هضم…………………… 91

4-9. اندیس قند خون (GI)…………………..

4-10. میزان رهایش گلوکز در شرایط معده و روده شبیه سازی شده…….. 97

4-11. رفتار جریان برشی پایا پس از هضم در شرایط معده شبیه سازی شده……. 105

4-12. رفتار جریان برشی پایا پس از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده…….. 107

4-13. تعیین خصوصیات جریان برشی پایای نمونه های نشاسته در حضور و عدم حضور بزاق…. 110

4-13-1. خصوصیات جریان مستقل از زمان…………………… 110

4-13-2. خصوصیات جریان وابسته به زمان (تیکسوتروپی)………………….. 123

4-14. خواص رئولوژیکی دینامیک…………………….. 134

4-15. مدلسازی رهایش گلوکز در شرایط روده شبیه سازی شده با بهره گیری جدول جستجوی فازی….. 146

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………… 151

5-1. نتیجه گیری…………………… 151

5-2. پیشنهادات……………………. 154

منابع…………………… 156

چکیده:

دراین پژوهش نشاسته های فسفریله و هیدروکسی پروپیله با درصد های جایگزینی به ترتیب 096/0 و 106/2 درصد از نشاسته طبیعی گندم تولید شدند. تغییرات شیمیایی ایجاد شده در نتیجه هیدروکسی پروپیله و فسفریله کردن نشاسته گندم به وسیله طیف سنجی FT-IR تایید گردید. نتایج افتراق سنجی اشعه ایکس نمونه ها نشان داد که نشاسته طبیعی و فسفریله گندم با 34/17 و 14/16 درصد بیشترین و کمترین میزان کریستاله بودن را دارا بودند. نتایج مطالعه تغییرات قدرت تورم در آب نشاسته ها با دما نشان داد که نشاسته طبیعی گندم دارای بیشترین (111/46Ea=) و نشاسته هیدروکسی پروپیله آن دارای کمترین (603/26Ea=) حساسیت دمایی بود. در مطالعه مشابه مربوط به شاخص حلالیت، نشاسته های طبیعی و فسفریله گندم به ترتیب بیشترین (674/77Ea=) و کمترین (478/44Ea=) حساسیت دمایی را نشان دادند. نتایج مطالعه تغییرات شفافیت خمیر نشاسته ها نشان داد که هیدروکسی پروپیله و فسفریله کردن نشاسته گندم سبب افزایش 65/2 و کاهش 58/17 برابری این مشخصه در مقایسه با نشاسته طبیعی گردید (05/0p<). خصوصیات رئولوژی دینامیک نمونه های ژل نشان داد که نشاسته هیدروکسی پروپیله در هر دو غلظت (8 و 12 درصد) دارای تنش تسلیم بیشتری بود ( Pa4/166- 3/48f = τ). بر خلاف ژل نشاسته های طبیعی و فسفریله که رفتاری حدواسط بین ژل ضعیف و الاستیک داشتند   (64/0-14/0tan δ =)، نشاسته هیدروکسی پروپیله تقریباً رفتار ژل الاستیک را نشان داد (11/0-10/0tan δ =). در شرایط دهان شبیه سازی شده میزان کاهش ویسکوزیته برای نمونه های ژل هیدروکسی پروپیله (33/83 درصد) بیشتر از سایر نمونه ها بود. در شرایط عدم حضور بزاق، مدل های هرشل-بالکلی و سیسکو بهترین مدل ها برای اظهار رفتار جریان تمام ژل های نشاسته بودند. بیشترین مقدار تیکسوتروپی برای نمونه های ژل نشاسته هیدروکسی پروپیله بدست آمد (26/9-98/1)، در حالی که از این نظر تفاوت معنی داری بین نمونه های نشاسته طبیعی و فسفریله نظاره نشد (05/0p>). مدل تنزل تنش درجه یک، نزدیک ترین داده ها را در شرایط دهان شبیه سازی شده پیش بینی نمود (981/0-914/0R2 =). نتایج هیدرولیز آنزیمی در سیستم درون شیشه ای نشان داد که نشاسته هیدروکسی پروپیله دارای بالاترین مقدار نشاسته مقاوم (15/13RS=) و کمترین مقدار اندیس قند خون بود (04/89GI=). حدود 87-82، 81-76 و 84-77 درصد از میزان گلوکز رهایش یافته نهایی، در 15 دقیقه ابتدایی هضم در شرایط روده شبیه سازی شده به ترتیب برای نشاسته های طبیعی، فسفریله و هیدروکسی پروپیله رهایش پیدا نمود. میزان گلوکز رهایش یافته برای نشاسته فسفریله 11-6 درصد و برای نشاسته هیدروکسی پروپیله 19-16 درصد کمتر از نشاسته طبیعی پس از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده بود. پس از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده، ضریب قوام (k) شدیداً کاهش پیدا نمود (27/90-02/73 درصد)، در حالیکه شاخص رفتار جریان (n) افزایش پیدا نمود (46/363-56/155 درصد). نتایج مدلسازی با بهره گیری از جدول جستجوی منطق فازی نشان داد که این روش توانایی بالایی (991/0-951/0R2 =) در تخمین میزان گلوکز رهایش یافته در شرایط روده شبیه سازی شده، حتی بهتر از مدل ریاضی نمایی دو ترمه (995/0-992/0R2 =) دارد.

فصل اول: مقدمه

هیچ کس واقعاً نمی داند که از چه مدت قبل بشر به بافت غذا اهمیت می داده می باشد، اگر چه به نظر می رسد برای اولین بار پرداختن به بافت غذا از اواسط قرن گذشته آغاز شده باشد. البته پر واضح می باشد که تحقیقات صورت گرفته در آن وقت نسبت به تحقیقات امروزی دارای نتایج ضعیف تری بوده می باشد. مانند آزمایشات مربوط به بافت غذا در قرن گذشته شامل آزمایشات اثر خواص فیزیکی غذا نظیر دانسیته، ویسکوزیته و کشش سطحی بر احساسات درک شده در دهان بوده می باشد. پس از آن تحقیقات زیادی توسط دانشمندان انجام گردید که موضوع بافت غذا در آن ها مورد بحث واقع شده بود.

پرداختن به نحوه تغییر غذا در حین گوارش از جنبه های مختلف مهم می باشد. برای نمونه یکی از مواردی که در سال های اخیر علاقه بسیاری از محققان را به خود معطوف ساخته و در عین حال اهمیت موضوع را بیشتر مشخص می کند، بحث تجزیه و آزاد سازی ترکیبات مختلف زیستی در محل مورد نظر می باشد، که برای این مقصود دانش فیزیولوژی و نحوه اقدام دستگاه گوارش بر روی این ترکیبات ضروری به نظر می رسد. در نتیجه با شناخت اجزای درگیر در گوارش و شبیه سازی مناسب آن ها می توان به صورت تجربی و درون شیشه ای (شرایط آزمایشگاهی)[1] آزادسازی ترکیبات در محل مناسب را مطالعه کرده و حتی نحوه آزادسازی به صورت یکباره و یا تدریجی را تحت کنترل در آورد. هر مقدار که مدل شبیه سازی شده به خصوصیات اجزای دستگاه گوارش شبیه تر باشد، شبیه سازی صورت گرفته موفق تر بوده و نتایج بدست آمده دارای دقت بالاتری می باشد.

بهره گیری از سیستم های درون سلولی (شرایط واقعی)[2] که خوراندن غذا مستقیماً به بشر و حیوان مد نظر آن می باشد، معمولاً دارای نتایج بهتری می باشد، اما اغلب این روش ها وقت گیر و هزینه بر هستند. با در نظر داشتن این مسائل بایستی گفت اگرچه طراحی سیستم های آزمایشگاهی و تجربی با مشکلاتی نیز همراه می باشد، اما به دلیل سریع بودن و کم هزینه بودن، اغلب این روش ها را می توان به عنوان روشی جایگزین برای سیستم های واقعی درون سلولی بهره گیری نمود. در صورتی که یک مدل آزمایشگاهی به درستی طراحی گردد، اطلاعات صحیح و مناسب زیادی را در طی مدت کوتاه در اختیار می گذارد. از اینرو می توان به عنوان روشی سریع در مطالعه نحوه فرایند غذا و مطالعه سیستم های انتقال دهنده آن حین گوارش (که دارای ساختار و ساختمان های متفاوتی هستند) بهره گیری نمود.

امروزه سیستم های آزمایشگاهی به واسطه دقت نظر و پیچیدگی هایی که در طراحی آن ها به کار برده می شوند به سمتی حرکت کرده اند که به سیستم های درون سلولی و واقعی نزدیک شده و از این رو صحت اندازه گیری آن ها به میزان زیادی بالا رفته می باشد. البته بایستی در نظر داشت که همیشه بایستی یک ارتباط سازش آمیز بین صحت و کاربرد آسان برای روش های آزمایشگاهی اتخاذ نمود. در سال های اخير تعداد زیادی از دانشمندان حوزه غذا و دام از سیستم های آزمایشگاهی شبیه سازی شده برای مطالعه تغییرات شیمیایی و ساختمانی که در طی فرایند انواع غذاها در شرایط دستگاه گوارش روی می دهد بهره گیری کرده اند، اما همه آنها دارای صحت لازم نبوده اند.

نشاسته به دلیل ویژگی های خاصی که دارد همواره مورد توجه بسیاري از صنایع مانند صنعت غذا به عنوان یک بيوپلیمر کربوهیدراتی بوده می باشد که در بسیاری از محصولات غذایی کاربرد دارد. مانند این کاربرد ها می توان به کاربرد به عنوان قوام دهنده، تثبیت کننده سیستم کلوئیدی، عامل تشکیل دهنده ژل، عامل حجم دهنده و عامل نگهدارنده آب تصریح نمود. محدودیت هایی که در ارتباط با نشاسته طبیعی وجود داشت مانند مقاومت کم نسبت به حرارت، شرایط اسیدی و افزایش احتمال پسروی (رتروگراداسيون)[3] در محصولات حاوی آن سبب شده می باشد که محققین در صدد ایجاد تغییرات (اصلاح) شیمیایی و فیزیکی در نشاسته طبیعی باشند. مانند این تغییرات می توان به ایجاد پیوند های اتری و استری و همچنین ایجاد اتصالات عرضی بین رشته های نشاسته تصریح نمود. هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته با ایجاد پیوند اتری یکی از روش های اصلاح نشاسته می باشد. این اقدام در حضور قلیا و به وسیله اکسید پروپیلن[4] انجام می شود که واکنش شیمیایی مربوط به آن در شکل 1-1 نشان داده شده می باشد.

حلالیت نشاسته هیدروکسی پروپیله شده در آب با افزایش درجه جایگزینی این گروه در نشاسته افزایش   می یابد. همچنین میزان افزایش حجم و ویسکوزیته این نشاسته در مقایسه با نشاسته طبیعی بیشتر می باشد. دمای ژلاتینه شدن و خمیری شدن این نوع نشاسته کمتر از نشاسته طبیعی می باشد.

فسفاته کردن نشاسته توسط فسفر اکسی کلراید (POCl3) یا ترکیبی از سدیم تری متافسفات (STMP) و سدیم تری پلی فسفات (STPP) انجام می شود و یکی ديگر از روش های تولید نشاسته اصلاح شده با اتصلات عرضی می باشد که واکنش شیمیایی آن در شکل 2-2 نشان داده شده می باشد.

این نوع نشاسته دارای دمای ژلاتینه شدن بالاتر، ویسکوزیته بالاتر و مقاومت بیشتر نسبت به افت ویسکوزیته بوده و همچنین نسبت به شرایط اسیدی و برش بالا مقاوم می باشد.

با در نظر داشتن خصوصیات متفاوتی که برای نشاسته های طبیعی، فسفریله و هیدروکسی پروپیله ذکر گردید، انجام پژوهشی که بتواند به مطالعه تأثیر هر یک از این استخلاف های ایجاد شده (فسفریله و هیدروکسی پروپیله) بر میزان قابلیت هضم نشاسته های اصلاح شده در سیستم درون شیشه ای بپردازد لازم به نظر می رسید. در تحقیقات پیشین بیشتر بحث هضم بر اساس روش انگلیست و همکاران (1992) بوده می باشد که بدلیل در نظر نگرفتن شرایط کامل حاکم بر دستگاه گوارش (تأثیر بزاق، pH اسیدی معده و اثر مجموعه آنزیم های موجود در روده) نتایج ملموسی منطبق بر آن چیز که حین هضم نشاسته ها در دستگاه گوارش روی می دهد، از آن گرفته نمی گردد.

     با در نظر داشتن موارد ذکر گردیده هدف از این پژوهش مطالعه و مقایسه خصوصيات فيزيكوشيميايي و ساختماني نشاسته طبیعی گندم، نشاسته هیدروکسی پروپیله شده و نشاسته فسفاته در شرایط شبيه سازي شده (آزمايشگاهي) هضم در دهان، معده و روده می باشد. همچنین مقاومت هر یک از نشاسته های مذکور در برابر شرایط هضم در دستگاه گوارش اندازه گیری شده و در نهایت میزان هیدرولیز نشاسته در هر یک از شرایط هضم با تعیین میزان گلوکز رهایش یافته تعیین و به روش منطق فازي مدلسازي می گردد.

بعضی از این اهداف به صورت ذیل اختصار می گردند:

1) مطالعه خواص رئولوژيكي نشاسته طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفاته در دهان، معده و روده.

2) تعیین میزان هیدرولیز نشاسته در هر سه قسمت ذکر گردیده از دستگاه گوارش از روی فاکتور رهایش گلوکز.

3) مقایسه مقاومت نشاسته های ذکر گردیده در شرایط آنزیمی و اسیدی دستگاه گوارش.

4) مطالعه اثر غلظت و حجم نشاسته بر روی هیدرولیز اسیدی و آنزیمی آن ها

5) مطالعه اثر زمان هضم بر خصوصیات رئولوژیکی و میزان رهایش گلوکز در هر ناحیه.

6) مدلسازی فازی رهایش گلوکز حین هضم در روده کوچک.

[1] In vitro

[2] In vivo

[3] Retrogradation

[4] Propylene oxide

تعداد صفحه : 190

برچسب‌ها, , , , , , , , , ,