تولید دوغ حاوی آنزیم ترانسگلوتامیناز با کنسانتره پروتئین شیر

۲۸ اردیبهشت, ۱۴۰۱

تولید دوغ حاوی آنزیم ترانسگلوتامیناز با کنسانتره پروتئین شیر

بهینه سازی تولید دوغ حاوی آنزیم ترانسگلوتامیناز با استفاده از کنسانتره پروتئین شیر

چکیده

افزودن پروتئین های لبني به دوغ علاوه بر افزایش ارزش تغذیه ای و سلامتي بخشي محصول مي تواند منجر به تولید دوغ پایدار با خواص رئولوژیکي بهتر گردد. این پژوهش با هدف بهبود ویژگي های كیفي و پایداری دوغ با استفاده از كنسانتره پروتئیني شیر (در سطوح صفر،  ۰/۵و  ۱ درصد) و آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي (در سطوح صفر،  ۵و۱۰ واحد در گرم پروتئین) انجام شد.

برای این منظور آزمون های فیزیکو شیمیایي، رئولوژیکي و حسي بر روی نمونه های دوغ انجام شد. سپس نمونه بهینه با استفاده از روش سطح پاسخ و در قالب طرح مركب مركزی انتخاب گردید و آزمون های توزیع اندازه ذرات و پتانسیل زتا از آن به عمل آمد.

نتایج به دست آمده نشان داد استفاده از كنسانتره پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز باعث افزایش معني داری در محتوای اسیدیته و كاهش  pHشد. هر دو متغیر باعث افزایش معنيداری در میزان ویسکوزیته و كاهش میزان دو فازه شدن نمونه های دوغ گردیدند.

بر اساس نتایج بهینه یابي نهایي، بهترین غلظت كنسانتره پروتئیني شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز برای تولید دوغ با پایداری بالا و ویژگي های حسي مطلوب، به ترتیب  ۰/۵۳ درصد و   ۱۰واحد در گرم پروتئین به دست آمد. نتایج تجزیه و تحلیل ها نشان داد كه در نمونه بهینه اندازه ذرات كوچکتر بوده و به دلیل بالا بودن پتانسیل زتا، امکان كوآگولاسیون پروتئیني كمتر مي باشد.

تولید دوغ با کنسانتره پروتئین شیر

در مجموع نتایج حاصل نشان داد با به كارگیری كنسانتره پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي مي توان دوغ پایدار با ویژگي های مطلوب از نظر خواص فیزیکوشیمیایي و ارگانولپتیکي با قابلیت نگهداری طولاني مدت تولید نمود.

مقدمه

دوغ، یک نوشیدني ایراني، به صورت سنتي با افزودن آب به ماست كامل و هم زدن در كیسه های سنتي به نام مشک و گرفتن چربي آن به دست مي آید كه در نهایت به دوغ نمک و گیاهان معطر اضافه شده و آماده ی مصرف مي شود.

به صورت صنعتي از شیر چربي گرفته شده ماست تهیه مي كنند، سپس با افزودن آب، نمک و اسانس یا عرقیات گیاهي، ماست به دوغ تبدیل مي شود. محصول های مشابه دوغ در كشورهای دیگر با نام های مختلف مانند آیران در تركیه و لبن در كشورهای عربي موجود هستند.

براساس گزارش كدكس در سال های اخیر، دوغ در بین فرآورده های لبني بیشترین میزان تولید (در حدود  ۶۷درصد افزایش در سال) را داشته است.

فرایند تخمیر سبب تولید انواع مختلف تركیب های تغذیه ای مفید مانند اسیدهای آمینه ضروری، اسیدهای آلي، آنتي بیوتیک ها و باكتریوسین ها توسط باكتری های لاكتیک مي شود. این مواد موجب كاهش و یا نابودی میکروب های مسمومیت زا و عفونت زا در دستگاه گوارش مي شوند.دوغ محصول تخمیری بي ثبات است كه كیفیت آن به علت افزایش اسیدیته و تفکیک فازی در طول نگهداری كاهش مي یابد. تفکیک فازی در طول نگهداری، مهمترین عیب در نوشیدني های تخمیری شیر به ویژه دوغ مي باشد كه به صورت علمي جدایش سرم خوانده شده و عبارت از تفکیک محصول به دو قسمت، شامل لایه ای ته نشین شده از مولکول كازئین و لایه بالایي شفاف سرم مي باشد.

پایین آوردن  pH تا نقطه ی ایزوالکتریک پروتئین های شیر سبب به هم پیوستن مولکول های پروتئیني و تشکیل ژل در محصول مي شود. با هم زدن و در هم شکستن این ساختار ژلي، این مولکول ها هنوز در محیط موجود هستند؛ ولي با افزودن آب از هم جدا شده و فاصله مي گیرند. در نتیجه آزادتر مي شوند و به سادگي تحت تاثیر نیروی جاذبه و سنگیني خود ذرات ته نشین مي شوند.

آنزیم ترانسگلوتامیناز

استفاده از تیمار حرارتی افزودن هیدروكلوئیدها به دلیل افزایش ویسکوزیته و رانش الکترواستاتیک و افزودن آنزیم ترانسگلوتامیناز و ایجاد اتصال های كوالانسي جدید بین پروتئین های شیر با آنزیم و در نتیجه افزایش یکپارچگي مولکول های پروتئیني كازئین در برابر اسید از جمله راه های كاهش تفکیک فازی در طي نگهداری مي باشند.

آنزیم ترانسگلوتامیناز یک آسیل ترانسفراز است كه در محیط پروتئیني انتقال آسیل را بین گروه های گاماكربوكسي آمید گلوتامین (به عنوان دهنده ی آسیل) و گروه های اپسیلون آمینو لیزین (به عنوان گیرنده ی آسیل) كاتالیز ميكند.

این واكنش منجر به ایجاد پیوندهای عرضي میان مولکول های پروتئیني، از جمله پروتئین های شیر ميشود. امروزه آنزیم ترانسگلوتامیناز از یک گونه مهم باكتریایي به نام استرپتوورتیسیلیوم استخراج و خالص سازی ميشود.

استفاده از این آنزیم در فراورده های تخمیری شیر سبب افزایش قدرت ژل های اسیدی، افزایش ویسکوزیته، كاهش آب اندازی و ایجاد بافتي صاف تر در ماست های قالبي و همزده شده است. اثر آنزیم ترانسگلوتامیناز در شیر بدون چربي برای بهبود ویژگي های رئولوژیکي  ویژگي های بافتي ژل اسیدی تهیه شده با شیر بز ویژگي های عملکردی و بافتي بستني در جهت افزایش ویسکوزیته، استحکام، برش پذیری، مقاومت در برابر ذوب بالا ماست كم چرب و بدون چربي برای كاهش سینرزیس و افزایش ویسکوزیته خصوصیات بافتي و حسي پنیر فرا پالایشي مورد بررسي قرار گرفته است.

تغییر نسبت پروتئین های شیر با افزودن كنسانتره ی پروتئین

یکي دیگر از روش های افزیش پایداری دوغ، تغییر نسبت پروتئین های شیر با افزودن كنسانتره ی پروتئین های مختلف شامل كنسانتره پروتئین آب پنیر (WPC) كنسانتره پروتئین شیر ( MPC) كازئینات سدیم و غیره در محصولات تخمیری شیر به منظور بهبود خواص فیزیکوشیمیایي و بالا بردن ارزش تغذیه ای این محصولات مي باشد.

پروتئین های شیر

امروزه پروتئین های شیر به دلیل خواص تغذیه ای و صنعتي آن مورد توجه قرارگرفته اند. پروتئین های شیر به دلیل دارا بودن اسیدهای آمینه ضروری فراوان و خاصیت هضم خوب ارزش تغذیه ای بیشتری در مقایسه با سایر پروتئین ها دارند. افزودن پودرهای لبني به خصوص پروتئین های شیر به فرمولاسیون محصولات لبني علاوه بر بهبود بافت و خواص رئولوژیکي مي تواند منجر به افزایش ارزش تغذیه ای آنها شود.

كنسانتره پروتئین شیر دارای محلولیت بالا و بدون طعم بد و مقاوم به دماهای معمول پاستوریزاسیون ميباشد اضافه كردن  WPCبه نوشیدني های تخمیری شیر باعث مي شود كه قطر ذرات كمتر شده و ضریب قوام افزایش یابد.

نکته قابل توجه این است كه تنها تا مقدار خاصي WPCرا برای جلوگیری از ته نشیني مي توان به كار برد و با افزایش این مقدار سرعت ته نشیني تشدید خواهد شد كه دلیل اصلي تشدید ته نشیني تضعیف شکل گیری ساختارهای كازئیني و تجمع و تودهای شدن پروتئین های آب پنیر واسرشته شده با همدیگر و با ذرات كازئین در درصدهای بالاتر WPCبیان شده است.

با توجه به مطالب ذكر شده، هدف اصلي از این پژوهش بررسي امکان افزایش پیوندهای عرضي در ساختار پروتئین های شیر با استفاده از كنسانتره پروتئیني شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي به منظور افزایش پایداری دوغ در طي نگهداری بوده است.

مواد و روش ها

مواد

شیر پاستوریزه مورد استفاده از شركت شیر پگاه آذربایجان شرقي تهیه شد. كشت باكتریایي ماست از نوع كشت مستقیم و به صورت خشک شده انجمادی از شركت لاكتینا (بلغارستان،) آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي تولید شده توسط باكتری استرپتومایسسموبارنسیس به حالت پودری لیوفیلیزه دارای فعالیت  ۸۰  ۱۲۵واحد/گرم پروتئین از شركت بي دی اف(اسپانیا) و كنسانتره پروتئیني شیر (،MPC شامل كازئین و لاكتالبومین) حاوی  ۷۰درصد پروتئین از شركت فونترا(نیوزیلند) خریداری شدند. سایر مواد شیمیایي مورد استفاده در آزمایش ها نیز از شركت مرک آلمان تهیه شدند.

روش تولید نمونه های دوغ

شیر خام مورد استفاده از نظر چربي به  ۰/۶درصد استاندارد شده و در دمای  ۷۲درجه سانتيگراد به مدت  ۱۵ثانیه پاستوریزه و در دمای  ۶۰درجه سانتيگراد با فشار  ۱۸۰بار هموژنیزه شد. سپس در دمای  ۵۰درجه سانتيگراد  MPCدر سطوح صفر،  ۰/۵و  ۱درصد به نمونههای شیر اضافه و به مدت  ۱۵دقیقه در همین دما هم زده شدند.

با توجه به اینکه شیر دارای  ۳/۳ درصد پروتئین بود، آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي  MTG (واحد برگرم پروتئین) نیز در سطوح صفر،  ۰/۵ و  ۱درصد به نمونه های شیر افزوده و به مدت یک ساعت در دمای  ۵۰درجه سانتيگراد گرمخانه گذاری شد.

جهت غیر فعال كردن آنزیم، در دمای   ۸۰درجه سانتيگراد  ۱۵ثانیه حرارت دهي انجام گرفت. استارترزني در دمای  ۴۵درجه سانتيگراد انجام شد و به مدت  ۷ساعت در دمای  ۴۵ درجه سانتي گراد نگهداری شد و بعد از رسیدن  pH نمونه های ماست به  ۴/۲ به یخچال منتقل شدند. برای تهیه نمونه های دوغ به نسبت  ۵۰به  ۵۰ آب مقطر و نمک استریل ( ۰/۵درصد وزني/حجمي) اضافه شد و در دمای  ۷۰درجه سانتيگراد به مدت  ۱۵ثانیه پاستوریزه گردید.

دوغ های تولید شده در بطری های  ۲۵۰میلي لیتری ریخته و تا انجام آزمون ها در دمای  ۴ درجه سانتيگراد نگهداری شدند.

آزمایشات

اندازه گیری اسیدیته و pH

اسیدیته و  pH نمونه های دوغ بر اساس استاندارد ملي ایران به شماره (۱۳۸۵) ۲۸۵۲ و ماده خشک بدون چربي بر اساس استاندارد ملي ایران به شماره  (۱۳۹۳) ۶۳۷ اندازه گیری شد.

اندازه گیری میزان دوفاز شدن

برای بررسي میزان دو فاز شدن، نمونه های دوغ، داخل فالکون های ۵۰میليلیتری در دمای  ۴درجه سانتيگراد به مدت  ۱۵روز نگهداری شدند. سپس میزان فاز سرمي (فاز بالایي) توسط خط كش، اندازه گیری و مقدار جدایش فازها بر حسب درصد حجمي كل نمونه اندازهگیری شد.

اندازه گیری ویژگیهای رئولوژیك

برای بررسي رفتار جریاني دوغ و اندازه گیری گرانروی ظاهری نمونه ها، از دستگاه رئومتر( ،Physica Anton Paar مدل  ،MCR 301اتریش) مجهز به رئومتری استوانه های هم مركز ( CC27) در دمای محیط استفاده شد. ویسکوزیته در سرعت برشي  ۲-۱۰۰s-1 اندازه گیری شد.

تعیین توزیع اندازه ذرات

جهت بررسي اندازه ذرات یک روز بعد از تولید، از روش پراكنش نور استاتیک استفاده شد و قطر متوسط ذرات كلوئیدی در تیمارهای مختلف توسط دستگاه اندازه گیری ذرات ( ،Malvernمدل  ،۲۰۰۰sانگلستان) تعیین گردید.

اندازه گیری بر اساس اصل فرانهوفر، پس ازگذشت حداقل  ۲۰ساعت از زمان تولید نمونه ها انجام شد تا حالتي پایدار در نمونه ها حاصل شده باشد. جهت اطمینان بیشتر، پس از خارج شدن از یخچال دمای نمونه ها به دمای اتاق رسانده شد.

اندازه گیری پتانسیل زتا

برای تعیین پتانسیل زتای نمونه بهینه از دستگاه اندازه گیری پتانسیل زتا ( ،Malvernمدل  ،MAL 1032660 انگلستان) استفاده شد. برای این منظور، هر یک از نمونه ها نخست با استفاده از آب مقطر  ۵۰برابر رقیق شده، سپس توسط سرنگي داخل لوله موئین (سل) منتقل و لوله موئین در محل مخصوص داخل دستگاه قرار گرفت. اندازه گیری پتانسیل زتا در دمای  ۲۵درجه سانتيگراد و توان  ۱۴۹وات انجام شد.

ارزیابی خواص حسی

برای ارزیابي ویژگي های حسي نمونه های دوغ، مهمترین خصوصیات ارگانولپتیکي شامل رنگ، طعم، بافت به صورت پذیرش كلي توسط  ۳۰پانلیست (ارزیاب چشایي) غیر حرفه ای ( ۲۲زن و  ۸مرد گروه سني  ۲۲تا  )۴۰بر اساس آزمون هدونیک  ۵نقطه ای و با استفاده از پرسشنامه مورد ارزیابي قرار گرفتند.

تجزیه و تحلیل آماری

به منظور بررسي اثر دو متغیر مستقل آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي و كنسانتره پروتئین شیر بر خصوصیات مختلف دوغ صنعتي از روش سطح پاسخ ( RSM) در نرم افزار ۱۰  Design Expertنسخه  ۸.۰.۲.۰استفاده شد.

طبق آزمایش های مقدماتي دامنه هر یک از متغیرهای مستقل تعیین و  پس از آن،  ۳ سطح از هریک از متغیرهای مستقل با  ۱۳ تیمار و  ۵تکرار در نقطه مركزی طرح انتخاب و سپس تاثیر مستقل فاكتورها و اثرات متقابل آنها در سطح اطمینان ۹۵ درصد ( )P<0/05 مورد بررسي قرار گرفت.

به منظور تعیین مقدار بهینه متغیرهای مستقل در دوغ و دستیابي به بهترین فرمولاسیون، حد بالا و پایین و مطلوب هر یک از ویژگي های اندازه گیری شده (پاسخ ها) و اهمیت آنها تعیین وسپس با روش بهینه سازی عددی نرم افزار Design Expert مقادیر بهینه متغیرهای مستقل تعیین گردید. به منظور اعتبارسنجي مدل ارائه شده، نمونه بهینه تهیه و پس از انجام آزمایش ها نتایج بدست آمده با مقادیر برآورده شده توسط نرم افزار  SAS و آزمون دانکن در سطح احتمال  ۵درصد با یکدیگر مقایسه شد.

دوغ کفیر

اثر آنزیم ترانسگلوتامیناز و پروتئین شیر بر pH دوغ

با توجه به معنيدار بودن مدل و غیر معنيداربودن عدم برازش داده ها ميتوان اعتبار و صحت مدل دو فاكتوری برازش شده را تایید كرد. مطابق با نتایج به دست آمده با افزایش غلظت كنسانتره پروتئین شیر تا pH ،%۱ نمونه های دوغ به طور چشمگیری كاهش یافت ( )p>0/05كه علت آن احتمالا افزایش ماده خشک دوغ و تحریک فعالیت متابولیکي باكتریهای استارتر اسیدزا در اثر افزودن كنسانتره پروتئین شیر مي باشد.

این یافته ها با نتایج غلامحسین پور و مظاهری ( ۱۳۹۰) همخواني داشت، به طوری که گزارش كردند با افزودن  MPC در فرمولاسیون خامه كم چرب،   pH به طور معنيداری كاهش یافته و از  ۷/۲۳در نمونه شاهد به  ۶/۸۳ در نمونه حاوی  ۹/۳ درصد  MPC رسید. از سوی دیگر با توجه به معنيدار بودن اثر توان دوم آنزیم ترانسگلوتامیناز اثر آن بصورت منحني مي باشد بدین معني كه با افزایش مقدار آنزیم تا میزان  ۵واحد بر گرم پروتئین، تغییرات   pH روند كاهشي داشت ولي در ادامه با افزایش این آنزیم تا مقدار ۱۰ واحد در فرمولاسیون دوغ، روند  pH افزایش یافته است.

در یک مطالعه نوعي ماست بدون چربي كه با استفاده از ایزوله پروتئین سویا و  MTGتولید شده بود،  pHو اسیدیته بیشتری نسبت به نمونه های شاهد بعد از  ۱۵روز نگهداری داشتند. همچنین در گزارشات دیگر كه ماست تیمار شده با آنزیم  MTGتولید شد، تیمار آنزیمي تفاوت معنيداری در میزان  pHو اسیدیته نمونه های تیمار شده و كنترل مشاهده نشد.

اثر آنزیم ترانسگلوتامیناز و پروتئین شیر بر میزان اسیدیته دوغ

با توجه به نتایج حاصل از آنالیز واریانس مدل در سطح احتمال  ۰/۰۱معنيدار بود. از بین متغیرهای تاثیرگذار بر محتوای اسیدیته نمونه های دوغ، اثر خطي كنسانتره پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز، اثر توان دوم آنزیم و همچنین اثر متقابل دو فاكتور مورد بررسي ( x1x2 ) بر تغییرات اسیدیته نمونه های دوغ معنيداربود ( p<0/).

با افزایش MPC میزان اسیدیته نمونه های دوغ نیز افزایش پیدا كرد كه یکي از دلیل آن بالاتر بودن اسیدیته  MPCنسبت به دوغ مي باشد. افزایش اسیدیته نمونه ی حاوی  MPC مي تواند به دلیل اثر متفاوت آن بر رشد باكتری های آغازگر ماست و تولید اسید به وسیله آنها نیز باشد. این در حالي بود كه افزودن آنزیم ترانسگلوتامیناز منجر به تغییر انحناداری در اسیدیته دوغ گردید بدین معني كه برخلاف میزان  ،pH افزودن آنزیم تا میزان  ۵واحد منجر به افزایش اسیدیته نمونه ها گردید ولي در ادامه تا سطوح  ۱۰واحد آنزیم از میزان اسیدیته محصول نهایي كاسته گردید بدین ترتیب بالاترین میزان اسیدیته در نمونه حاوی ۱درصد  MPC و  ۵واحد بر گرم پروتئین آنزیم و نمونه حاوی  ۱درصد  MPC و  ۱۰واحد بر گرم پروتئین آنزیم مشاهده گردید كه به ترتیب برابر با  ۰/۶۸ و  ۰/۷۰درصد بر حسب لاكتیک به دست آمد.

به طور كلي با افزایش غلظت آنزیم در ماست، افزایش اسیدیته قابل تیتر و افت  pHكاهش یافت و در بالاترین غلظت آنزیم اضافه شده به شیر پیشرفت اسیدیته در دوغ حین نگهداری كندتر شد. یکي از دلایل مهم برای رشد كند استارتر با افزودن آنزیم ترانسگلوتامیناز، این است كه پپتیدهای با وزن مولکولي كم و یا اسیدآمینه ای كه برای رشد استرپتوكوكوس ترموفیلوس مورد نیاز هستند، توسط آنزیم ترانسگلوتامیناز دچار اتصالات عرضي شده و تا حدودی برای استرپتوكوكوس غیر قابل دسترس مي شود.

اثر متقابل  MPC و  MTGبیانگر این است كه با وجود اینکه هر دوی این مواد باعث افزایش اسیدیته مي شوند، ولي آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي در حضور كنسانتره پروتئین شیر منجر به كاهش مضاعف اسیدیته مي شود كه مشابه با نتایج جوینده و همکاران (۲۰۱۵) است. ولي اوزرا و همکاران  ( ۲۰۰۶) و سانلي و همکاران (۲۰۱۱) بیان كردند افزودن آنزیم ترانسگلوتامیناز در فراورده های لبني اثر معنيداری بر اسیدیته ندارد. اسیدیته قابل تیتر در فرآورده های لبني به مقدار آلبومین، فسفات، سیترات و دی اكسید كربن موجود در آنها بستگي دارد. با افزودن  MPC به نمونه دوغ، مقدار ماده خشک بدون چربي، پروتئین و به دنبال آن آلبومین در مخلوط افزایش یافته و این امر موجب افزایش اسیدیته مخلوط مي شود.

در تحقیقي كه توسط بیرقي طوسي و همکاران ( ۱۳۸۵) انجام شد، نتایج حاكي از این بود كه اسیدیته ماست های غني شده با  WPCدر طي  ۲۱روز نگهداری افزایش یافت. همچنین اسیدیته این ماست ها نسبت به نمونه شاهد با سرعت بیشتری افزایش یافت كه با نتایج این تحقیق مطابقت دارد.

دوغ کفیر

نوشیدنی کفیر و اثر افزودن آب پنیر حاصل از پنیر گوسفندي

اثر آنزیم ترانسگلوتامیناز و پروتئین شیر بر میزان ویسکوزیته دوغ

ویسکوزیته دوغ تحت تاثیر عوامل متعددی مانند تركیبات تشکیل دهنده بخصوص چربي و پایدار كننده، نوع و كیفیت اجزا، فراوری مخلوط، غلظت و دما مي باشد. مطابق با نتایج آنالیز واریانس مدل سطح پاسخ در سطح احتمال  ۰/۰۱ معنيدار و عدم برازش مدل غیر معنيدار بود كه نشان دهنده مناسب بودن مدل مي باشد.

در بین متغیرها فقط اثر خطي آنزیم ترانسگلوتامیناز بر تغییرات ویسکوزیته نمونه های دوغ معنيداربود (p>0/05 )  البته اثر خطي پروتئین شیر به رغم غیر معنيدار بودن در سطح احتمال  ۵درصد، اما نزدیکي بالایي به معني داری داشت (p=0/0506) بنابراین اثر آن قابل توجه مي باشد.

بررسي اثرات درجه دوم و اثر متقابل دو فاكتور نیز حاكي از عدم معني د اری آن بر تغییرات ویسکوزیته دوغ مي باشد. بررسي رفتار جریاني دوغ توسط دستگاه رئومتر نشان داد كه نمونه های دوغ دارای آنزیم ترانسگلوتامیناز در مقایسه با نمونه شاهد، در سرعت های برشي ثابت دارای تنش های برشي و در نتیجه ویسکوزیته ظاهری بالاتری بودند.

تاثیر افزایش آنزیم ترانسگلوتامیناز بر افزایش ویسکوزیته تیمارها را مي توان ناشي از عملکرد  MTG در ایجاد پلیمریزاسیون و تشکیل شبکه پروتئیني سه بعدی با قدرت نگهداری آب بالا دانست.

پژوهش آندو و همکاران ( ۱۹۸۹) نیز گواه بر این است كه استفاده از  MTG موجب افزایش ویسکوزیته محلول های پروتئیني مي شود. گوچي و همکاران (۲۰۰۹) نیز ایجاد اتصالات عرضي بین پروتئین آب پنیر تحت تاثیر عمل  MTG را بررسي نمودند و نتیجه گرفتند كه رفتار سودوپلاستیک نمونه ها، به علت تشکیل پليمرهایي با وزن مولکولي بالا ناشي از عمل  MTG بوده است.

MTG با برقراری اتصالات عرضي درون مولکولي بین مولکول های پروتئین پليمرهایي با وزن مولکولي بالا تشکیل مي دهد. از سوی دیگر تنش برشي بالاتر منجر به تبدیل ذرات بزرگ به ذرات كوچک اولیه در دوغ حاوی آنزیم ترانسگلوتامیناز مي شود كه این مساله منجر به ایجاد ویسکوزیته بالا در سرعت های برشي پایین مي شود.

نتایج مشابهي روی ماست همزده توسط  Jarosو همکاران ( ۲۰۰۷) گزارش شده است مبني بر اینکه نوشیدني های تخمیری شیر حاوی استابلایزر و فاقد استابلایزر، رفتار جریاني سودوپلاستیک دارند.

تیمار آنزیمي، منجر به افزایش خاصیت رقیق شوندگي با برش(سودوپلاستیک) در نمونه های دوغ شده است. نتایج مشابهي روی ماست هم زده حاوی آنزیم ترانسگلوتامیناز توسط سانلي و همکاران ( ۲۰۱۱) گزارش شده است.

همچنین نتایج نشان داد كه در دوغ های تیمار شده با آنزیم ترانسگلوتامیناز، تنش های برشي بالاتری لازم است تا ساختار تکه های ژلي ازهم گسیخته شود كه نتیجه آن مقدار ویسکوزیته های بالاتر در سرعت های برشي پایین تر است.

بیشترین ویسکوزیته مربوط به نمونه حاوی  ۰/۵ درصد  MPC و ۱۰واحد  MTG با مقدار  ۰/۰۱۶۳ سانتي پوآز و كمترین آن به تیمار ( ۶حاوی  MPC %1و  ۵واحد آنزیم) با مقدار  ۰/۰۰۱۱ سانتي پواز بود.

در تحقیقي كه توسط مهدیان و همکاران ( ۱۳۹۱) روی بستني كم چرب انجام شد، نمونه های حاوی كنسانتره پروتئیني شیر ویسکوزیته ظاهری بالاتری نسبت به نمونه حاوی اینولین داشتند كه با یافته های این پژوهش تناقض دارد.

اثرآنزیم ترانسگلوتامیناز و پروتئین شیر بر درصد دوفاز شدن دوغ

طبق نتایج آنالیز واریانس مشخص شد كه عبارات معنيدار در مدل شامل اثر خطي  MPC و  MTG و همچنین اثر متقابل این دو متغیر مستقل و اثر توان دوم  MTG بود و در این بین فقط اثر توان دوم  MPC بر تغییرات دوفازه شدن دوغ اثر معني داری نداشت .

افزایش كنسانتره پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي منجر به كاهش میزان دوفازه شدن در تیمارهای دوغ شده است. این امر ممکن است ناشي از تاثیر  MPC بر ویژگي های رفتار جریاني و كاهش منافذ محتوی آب در شبکه های پروتئیني باشد.

آمینگو و همکاران ( ۲۰۰۹) نیز بیان كردند كه MPC باعث افزایش قابلیت جذب آب در محصولات لبني مانند ماست، سس كم چرب و غیره مي شود و از طریق كاهش آب اندازی و همچنین افزایش ویسکوزیته محصولات حاوی این تركیب اثر خود را نشان مي دهد. امام جمعه و همکاران ( ۲۰۰۸) نیز بدین نتیجه رسیدند كه با ا فزایش میزان كنسانتره پروتئیني آب پنیر میزان آب انداختگي خامه كاهش مي یابد.

همچنین ثابت شده است كه تیمار آنزیمي منجر به ایجاد اتصالات عرضي بخصوص كازئین ها و افزایش ظرفیت نگهداری آب در شبکه های ژلي مي شود كه مجموع این عوامل منجر به كاهش دوفاز شدن دوغ مي گردد.

با توجه به نتایج میانگین تیمارها ، پایدارترین نمونه با كمترین درصد دوفازه شدن (۲۲ درصد) مربوط به نمونه دوغ حاوی  ۱درصد  MPC و ۱۰ واحد بر گرم پروتئین  MTG و ناپایدارترین نمونه با بیشترین درصد دو فازه شدن ( ۷۸درصد) مربوط به نمونه ی كنترل یا شاهد فاقد  MTGو  MPC ارزیابي شد كه حاكي از اثر مثبت این دو متغیر در سطوح مورد استفاده بر كاهش دو فازه شدن نمونه های دوغ مي باشد.

اثر آنزیم ترانسگلوتامیناز و پروتئین شیر بر پذیرش کلی محصول نهایی

خواص حسي از عوامل اساسي پذیرش بسیاری از فرآورده هـا و كسب رضایت از مصرف آنهاست. با توجه بـه اهمیـت ایـن خواص، بررسي و شناخت عوامـل مـوثر بـر آنهـا بـه منظـور دستیابي به خواص حسي بهینه و جلوگیری از ایجاد خـواص حسي نامطلوب ضروری است. نتیجه حاصل از ارزیابي حسي حاكي از آن بود كه در بین اثرات خطي دو فاكتور مورد بررسي تنها  MTG در سطح احتمال  ۰/۰۵ تاثیر معنيدار بر پذیرش كلي نمونه های دوغ تهیه شده داشت (p<0/05).

همچنین مشخص شد كه اثر متقابل این دو متغیر مستقل و اثر درجه دوم  MPC نیز بر پذیرش و مقبولیت كلي نمونه ها معنيدار بوده است. بالا بودن ضریب تبیین ( )۰/۹۷۹۳ و معنيدار نبودن آماری فاكتور عدم برازش در مورد مدل های رگرسیوني پذیرش كلي نشان از صحت پیش گویي مدل دارد.

افزایش  MPC و  MTGباعث بهبود ویژگي های حسي نمونه های دوغ تهیه شده داشتند بطوری که با افزایش  MPC تا میزان  %۰/۵ و همچنین  MTG تا مقدار ۱۰ واحد بر گرم پروتئین، بر میزان امتیاز ارزیابان به خواص حسي دوغ افزوده گردید.

آنزیم ترانسگلوتامیناز با تأثیر انـدک بر رشد اسـتارتر ماسـت، باعـث اخـتلاف كـم در بـو و طعـم نمونــه هــای تیمارشــده بــا  MTG و نمونــه هــای فاقد آن مي شود و هر چه دز مصـرف آنـزیم افـزایش مي یابد شیب افزایش نمودار سطح پاسخ كاسـته مـي شـود بطوریکه بیشترین تاثیر مربوط به همان دوز  ۱۰ واحد مي باشد. این نتایج با یافته های وروبلسکا و همکاران ( ۲۰۰۹) همخواني داشت كه نشان دادند پذیرش كلي كفیر حاوی  MTGبه طور چشمگیری بیشتر از نمونه های كنترل (بدون  MTG) بود. دوماگالا و همکاران (۲۰۱۳)  نیز با تهیه ماست از شیر حاوی  ،MTG دریافتند این آنزیم خواص بافتي و كیفي محصول را تحت تاثیر قرار داده و میزان سینرزیس را كاهش مي دهد.

دانه ای شدن بافت

طبق نتایج، افزودن مقادیر بیشتر  (<%1) MPC نیز منجر به كاهش امتیاز پذیرش كلي نمونه های دوغ شد كه یکي از دلایل آن می تواند دانه ای شدن بافت دوغ باشد كه برخي از داوران حسي نیز به آن اشاره كرده بودند. نتیجه مشابهي نیز توسط بیرقي طوسي و همکاران (۱۳۸۵) در نتیجه كاربرد كنسانتره پروتئیني شیر در ماست گزارش شده است.

آنها عنوان كردند كه دانه ای شدن بافت ماست در اثر افزودن مقادیر بالاتر مکمل پروتئیني شیر یکي از عوامل اصلي كاهش امتیاز پذیرش نمونه های ماست بود. دانه ای شدن بافت مي تواند به دلیل لخته ای شدن دومرحله ای باشد، بدین صورت كه انعقاد پروتئین های آب پنیر در  pH=5/2 رخ می دهد در حالی که انعقاد ذرات كازئین شیر هنگامي كه   pH به كمتر از  ۴/۸ مي رسد، آغاز مي گردد كه این تاخیر زماني، باعث بي نظمي و فشارهای موضعي در شبکه پروتئیني و در نتیجه شکستگي های كوچک درون ژل و دانه ای شدن ماست مي شود.

نتایج میانگین تیمارها نشان مي دهدكه اثر تركیبي  MPC و  MTG بر بهبود خواص حسي دوغ تولید شده بیشتر از اثر هر یک از این تركیبات بود بطوری كه نمونه های حاوی تركیبي از ۰/۵-۱ درصد  MPC و  ۱۰واحد بر گرم پروتئین آنزیم  MTG امتیاز  ۴ و بیشتر را دریافت كردند در حالی که در بیشتر تیمارهای حاوی این متغیرها بصورت تکي در غلظتي مشابه امتیاز پذیرش كلي كمتر از  ۴ مي باشد و این مسئله اثر سینرژیستي این دو تركیب در بهبود خواص حسي محصول نهایي را تایید ميكند.

بهینه سازی و تأئید آماری مدل های رگرسیونی

شرایط عملیاتي بهینه برای فرمولاسیون دوغ با استفاده از متغیرهای مستقل شامل غلظت های مختلف كنسانتره پروتئین شیر (صفر،  ۰/۵و  ۱درصد) و آنزیم ترانسگلوتامیناز (صفر،  ۵و  ۱۰واحد بر گرم پروتئین) بر روی پارامترهای ،pH اسیدیته، ویسکوزیته، درصد دوفاز شدن و پذیرش كلي با استفاده از تکنیک بهینه سازی عددی نرم افزار  -Numerical optimization  Design Expertجستجو شد. بدین منظور، در ابتدا اهداف بهینه سازی را مشخص كرده و سپس سطوح پاسخ ها و متغیرهای مستقل تنظیم شد كه نتایج بهینه سازی با بالاترین مطلوبیت ارائه شد.

مشاهده مي شود مقدار بهینه برای متغیرهای مستقل  MPC و  MTGبه ترتیب  ۰/۵۳ درصد و  ۱۰واحد بر گرم پروتیین بدست آمد كه با نتایج بررسي خواص فیزیکوشیمیایي و حسي دوغ مطابقت دارد.

در ادامه جهت تایید مقدار بهینه بدست آمده و صحت مدل های رگرسیوني تیمار بهینه با شرایط یکسان همانند سایر تیمارها تولید و نتایج پیشگویي شده توسط مدل مقایسه گردید.

بررسي میزان دوفازه شدن تیمارهای دوغ نشان داد كه نمونه شاهد دارای بیشترین دوفاز شدن مي باشد و با افزودن سطوح بهینه كنسانتره پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي میزان دوفازه شدن به طور معنيداری كاهش یافت ( p>0/05) این نتایج احتمالا به دلیل جذب آب به وسیله كنسانتره پروتئین شیر و اتصالات عرضي  MPC با كازئین های شیر توسط آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي مي باشد.

نتایج حاصل از ویسکوزیته ظاهری اختلاف معنيداری را بین نمونه شاهد و نمونه بهینه در سرعت برشي  ۱۰/۷s-1نشان داد. این در حالي بود كه از نظر  pH و اسیدیته نمونه بهینه انتخاب شده اختلاف معني داری با نمونه شاهد نداشت ( p<0/05).

بررسي ویژگي های ارگانولپتیکي توسط  ۳۰ نفر ارزیاب غیر حرفه ای نیز نشان داد نمونه بهینه تفاوت معني داری با نمونه شاهد دارد.

تاثیر تیمارهای مورد بررسی بر اندازه ذرات و پتانسیل زتا

در یک سیستم كلوئیدی، اختلاف پتانسیل بین لایه ی یوني غیر متحرک (لایه استرن) و لایه متحرک (لایه انتشار) در اتمسفر یوني اطراف ذرات باردار، پتانسیل زتا نامیده مي شود.

پتانسیل زتا بهترین شاخص برای تعیین وضعیت الکتریکي سطح ذرات است چون نشان دهنده ی میزان تجمع بار در لایه ی غیر متحرک و شدت جذب یون های مخالف بر روی سطح ذره است. بنابراین بار ذرات، اغلب بر حسب پتانسیل زتا گزارش مي شوند. بالا بودن پتانسیل زتای ذرات كلوئیدی موجب بالا رفتن نیروی دافعه الکترواستاتیک و در نتیجه افزایش پایداری فیزیکي سیستم مي شود.

عوامل مختلفي از جمله  ،pH دما، قدرت یوني، نوع و غلظت ماكرومولکول های پلي ساكاریدی و پروتئیني مورد استفاده، نسبت بین آنها وغیره بر روی میزان بار سطحي، تحرک الکتروفورتیک و پتانسیل زتای كمپلکس حاضر موثر است.

پتانسیل زتا به عنوان شاخص بار الکتریکي گلبول های چربي شیر و میسل های كازئین استفاده مي شود و به عنوان یک گزینه مناسب جهت توضیح مکانیسم پایداری مطرح مي شود.

میزان پتانسیل های زتای میسل كازئین در  pHطبیعي (۶/۷) از ۸ میلي ولت تا  ۲۲ میلی ولت گزارش شده است. لازم به ذكر است كه روش های اندازه گیری و شرایط آزمایش، نتایج را به طور چشمگیری تحت تاثیر قرار مي دهد. مقادیر پتانسیل زتای تیمارهای دوغ پایدار شده با كنسانتره پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي نشان داد پتانسیل زتای نمونه شاهد (۹/۶۶ میلي ولت) كمتر از پتانسیل زتای نمونه بهینه (۱۳/۳میلي ولت) بود. این نتایج با نتایج پژوهشي كه در آن قدر مطلق پتانسیل زتا در فرآورده های شیر زیر  ۲۵ میلي ولت برآورد شده است همخواني دارد.

اندازه ذرات بر بسیاری از خواص امولسیون مانند جدایي فاز، پایداری در طي نگهداری، مقاومت به رویه بستن، خصوصیات ظاهری، گرانروی، ویژگي های حسي و ارگانولپتیکي و غیره تأثیر بسیاری دارد. با افزایش نسبت پروتئین، اندازه ذرات كاهش مي یابد.

دلیل این امر افزایش نسبت پروتئین است كه به دلیل برخورداری از فعالیت سطحي بیشتر و نیز شکل كروی و كوچکتر باعث كاهش اندازه ذرات مي گردد. برای اهداف كاربردی در صنایع غذایي- دارویي، هر چقدر اندازه ذرات تشکیل شده كوچکتر باشد و در محدوده ی مقیاس نانو قرار گیرد، بهتر است زیرا با كاهش اندازه ذرات، نسبت سطح به حجم، دسترسي زیستي، پایداری كلوئیدی و شفافیت محلول های حاوی ذرات افزایش مي یابد. همانطور كه در نتایج به دست آمده مشاهده مي شود نمونه بهینه تولید شده با كنسانتره پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي اندازه ذرات كوچکتری نسبت به نمونه شاهد (بدون پروتئین شیر و آنزیم ترانسگلوتامیناز) داشت. دلیل این امر حضور بیشتر پروتئین هاست كه به علت برخورداری از فعالیت سطحي بیشتر و نیز شکل كروی كوچکتر باعث كاهش اندازه ذرات مي گردد.
كوچکتر بودن اندازه ذرات باعث افزایش جذب آب و كاهش دو فازشدن مي شود. همچنین با توجه به پتانسیل زتا در نمونه بهینه، احتمال تجمع ذرات پروتئین به هم كاهش مي یابد و اندازه ذرات كوچکتر مي شود.

نتیجه گیری

نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد افزودن غلظت های مختلف MTG و  MPC بر میزان  ،pH اسیدیته، ویسکوزیته، دوفازه شدن و ویژگي های حسي نمونه های دوغ موثر بود، به طوری که با افزایش غلظت كنسانتره پروتئین شیر،  pH نمونه ها كاهش و اسیدیته آنها افزایش یافت. در مقابل اثر درجه دوم آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي، منجر به افزایش  pH و كاهش اسیدیته تیمارها به خصوص در مقدار میاني  ۵درصد شد.

افزودن  MTG و MPC به صورت معنيداری منجر به افزایش ویسکوزیته و كاهش میزان دوفازه شدن در تیمارهای دوغ گردید. همچنین این دو فاكتور سبب بهبود ویژگي های حسي در تیمارهای دوغ شد. نتایج بهینه سازی نیز گویای این مطلب بود كه با افزودن  ۰/۵۳ درصد كنسانتره پروتین شیر و ۱۰ واحد بر گرم پروتئین آنزیم ترانسگلوتامیناز میکروبي طبق داده های نرم افزار مي توان به نمونه دوغ صنعتي با ویژگي های مطلوب دست یافت. چرا كه افزودن  MTG و MPCدر نمونه بهینه منجر به كاهش اندازه ذرات و پتانسیل زتا نسبت به نمونه شاهد و افزایش پایداری آن در طي زمان نگهداری گردید.

این تحقیق توسط دانش آموختگان  گروه علوم و صنایع غذایي، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامي انجام گرفته است. با تشکر از زحمات این عزیزان.

 

اشتراک در تلگرام
Cresta Help Chat
Send via WhatsApp