شکل (۴-۳) نمودارهای حاصل از آزمون روبش فرکانس است که خصوصیات رئولوژیکی مخلوطهای اولیه و اینتراستریفیه را در نسبتهای %۴۵-%۱۵ FHPO نشان میدهد. با توجه به شکل (۴-۳) کاهش هر دو مدول الاستیک و مدول ویسکوز در مخلوطهای اینتراستریفیه نسبت به مخلوطهای اولیه مشاهده میگردد. هر چه مدول الاستیک مادهای کمتر باشد ماده به سمتی که در برابر فشار اعمال شده، تغییرات دائمی را موجب شود، پیش میرود. بنابراین کمتر بودن مدول الاستیک نمونههای اینتراستریفیه نسبت به نمونههای اولیه، مقاومت کمتر آنها را در برابر فشار نشان میدهد. این امر می تواند قابلیت مالش پذیری مخلوطها را در نسبتهای مختلف از FHPO توضیح دهد. شکل (۴-۳، a) کاهش مدول الاستیسیته و مدول ویسکوز در مخلوطهای اولیه و اینتراستریفیه شده حاوی ۱۵% FHPO را از (Pa 104-102) به (Pa 102-100) نشان میدهد. نتایج این تحقیق منطبق بر نتایج تحقیقات روسو و مارانگنی (۱۹۹۹) است. آنها همچنین کاهش مدول الاستیک را در مخلوطهای اینتراستریفیه شده چربی کره و کانولا نسبت به مخلوطهای اولیه در هر دو روش آنزیمی و شیمیایی گزارش کردند. مقایسه مدول الاستیک در مخلوطهای اینتراستریفیه شده آنزیمی و شیمیایی نسبت به مخلوط اولیه، کاهش هر چه بیشتر مدول الاستیک مخلوط اینتراستریفیه شده آنزیمی نسبت به محصول نوع شیمیایی را گزارش کرد. همچنین بررسی جداگانه مدولهای الاستیک و ویسکوز در مخلوطهای اولیه و اینتراستریفیه نشان داد مدولها دارای روند افزایشی در هر دو نوع مخلوط در نسبت های ۱۵% تا ۴۵% FHPO میباشند. مقدار مدول الاستیک و مدول ویسکوز در مخلوطهای اولیه %۱۵ تا %۴۵ FHPO از مقدار حدود Pa102 به مقدار تقریباً Pa106 در حال افزایش است.
داده های حاصل از مطالعات ویسکوالاستیکی چربیها، داده های ارزشمندی هستند که با شبکه سه بعدی کریستالهای چربی در ارتباط میباشند. شبکه کریستالی چربیها که توسط نیروهای واندروالسی در کنار یکدیگر نگه داشته شده اند، ارتباط تنگاتنگی با فاز پیوسته چربی دارد. بنابراین تغییرات پارامترهای آزمونهای دینامیک تنها به تغییرات SFC در اثر اینتراستریفیکاسیون مربوط نمی شود (روسو و مارانگنی، ۱۹۹۹). بلکه تغییر فرم کریستالی از حالت β به ‘β از عوامل مؤثر در کاهش این پارامترها در نمونههای اینتراستریفیه است. خصوصیات مالش پذیری و ذوب دهانی وابسته به رفتارهای مکانیکی شبکه کریستالی هستند که از تنوع شبکه کریستالی، الگوی توزیع اسید چرب و اندازه کریستالهای چربی ناشی میشوند (ریبیرو و همکاران، a2009 و آکو و همکاران، ۲۰۱۳).
a
b
شکل ۴-۳: نمودارهای حاصل از آزمون روبش-فرکانس (a، مخلوط اولیه و اینتر استریفیه حاوی ۱۵% FHPO؛ b، مخلوط اولیه و اینتراستریفیه حاوی ۲۵% FHPO؛ c، مخلوط اولیه و اینتراستریفیه حاوی ۳۵% FHPO؛ d، مخلوط اولیه و اینتراستریفیه حاوی ۴۵% FHPO)
d
c
۴-۱-۷٫ منحنیهای نمودار همجامد
نمودار خطوط همجامد، دماهایی را نشان میدهد که در آن SFC مخلوط چربیها دارای مقدار ثابتی هستند. بررسی این نمودارها به منظور مطالعه سازگاری چربیهای مختلف به کار میرود. SFC مخلوط چربیها، متأثر از مقدار SFC هر یک از اجزاء چربی در مخلوط، در دمای مورد نظر و نوع برهمکنش بین آنها میباشد. در حقیقت زمانیکه ترکیبهای متفاوتی از چربیها و روغنها با یکدیگر مخلوط میگردند، رفتارهای مختلفی شامل رفتار ایدهآل (نشان دهنده سازگاری بین چربیها)، رفتارهای یوتکتیک یا منوتکتیک مشاهده می شود (روسو و مارانگنی، ۱۹۹۹؛ دانتین و دروآن، ۲۰۰۶؛ ریبیرو و همکاران، a2009).
تبلور یوتکتیک در نتیجه ناسازگاریهای شدید در مخلوط چربی که منجر به کمتر شدن SFC مخلوط از میانگین وزنی حاصل از SFC اجزاء مخلوط میگردد، اتفاق میافتد. به عبارت دیگر رفتار یوتکتیک می تواند در سیستم مخلوط چربیها که در آن نقطه ذوب اجزاء اختلاف وسیعی از هم دارند، مشاهده شود. سیستمهای یوتکتیک زمانیکه اختلاف نقطه ذوب هر یک از اجزاء مخلوط با آن مخلوط به ℃۲۰ و بیشتر برسد، به سیستمهای منوتکتیک منتقل میشوند. در رفتار منوتکتیک تری آسیل گلیسرولهای با نقطه ذوب بالا در اجزاء تری آسیل گلیسرولی مایع که دارای نقطه ذوب پائین هستند، حل میشوند (دانتین و دروآن، ۲۰۰۶ و ریبیرو و همکاران، a2009)
شکل (۴-۴، a و b) به ترتیب منحنیهای همجامد در مخلوطهای اولیه و اینتراستریفیه را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میگردد در هر دو نمودار، منحنیهای همجامد غیر خطی هستند. این امر به دلیل کمتر بودن متوسط وزنی SFC مخلوط از SFC اجزاء مخلوط است که نشان دهنده ناسازگاری بین چربیها میباشد. انحناء بیشتر منحنیها مربوط به انحلال بیشتر چربی جامد از یک ترکیب در چربی مایع از ترکیب دیگر در مخلوط چربی است. در دماهای پائین که جزء مایع کمتری برای انحلال جزء جامد وجود دارد، بنابراین منحنی همجامد به صورت خطی است.
در نمودار همجامد مربوط به مخلوطهای اولیه، کاهش SFC با افزایش محتوای روغن سویا به دلیل حلالیت درونی عمده پالم اولئین کاملاً هیدروژنه در روغن سویا میباشد شکل (۴-۴، a). در این مخلوطها، پالم اولئین کاملاً هیدروژنه با نقطه ذوب ℃۸/۵۹ در روغن سویا با نقطه ذوب حدود ℃۲۲- حل می شود. چنین رفتاری را هومفری[۲۰۳] و نَرین[۲۰۴] (۲۰۰۵) برای مخلوط سویا و کانولای کاملاً هیدروژنه، روسو و مارانگنی (۲۰۰۲) برای لارد و روغن کانولا و همچنین روغن پالم و سویا و همچنین دانتین و دروآن (۲۰۰۶) برای روغن کانولا و کانولای هیدروژنه شده نسبی گزارش کردند. در شکل (۴-۴، a) همانطور که مشاهده می شود هنگامیکه درصد اسیدهای چرب اشباع مخلوطهای اولیه و دما افزایش مییابد، خطوط همجامد به سمت راست متمایل گشته و منحنی گرایش به خطی تر شدن دارد. خطی تر شدن منحنی، نشان دهنده سازگاری بین چربیها است. نزدیکتر شدن خطوط به یکدیگر در نتیجه افزایش محتوای اسید چرب اشباع نشان میدهد میزان رقیق شدن جزء جامد در جزء مایع به دلیل افزایش تری آسیل گلیسرولهای سه اشباعی کمتر شده است.
شکل (۴-۴، b) منحنی همجامد مخلوطها را بعد از اینتراستریفیکاسیون آنزیمی نشان میدهد. شروع منحنیهای SFC از مقادیر بالاتری در محور SFA، بعد از انجام فرایند اینتراستریفیکاسیون نسبت به منحنیهای SFC در مخلوطهای اولیه (مثلاً منحنی با ۲۰% SFC در نمودار شکل (۴-۴، b) از محدوده (۵۰%-۴۰%) SFA شروع می شود، در حالی که منحنی با ۲۰% SFC در نمودار (۴-۴، a) از محدوده (۳۰%-۰) شروع می شود)، نشان دهنده حلالیت درونی[۲۰۵] بهتر حالت جامد در میان انواع تری آسیل گلیسرولهای موجود است. این امر به دلیل نامتجانس بودن ساختار تری آسیل گلیسرولها و افزایش نسبت انواع تری آسیل گلیسرولهای با نقطه ذوب متوسط است. همانطور که در شکل (۴-۴، b) مشاهده می شود اینتراستریفیکاسیون موجب خطیتر شدن خطوط همجامد میگردد. تمایل به خطی شدن منحنیها با سازگاری مخلوطهای اینتراستریفیه در ارتباط است.
بعنوان یک نتیجه گیری کلی میتوان گفت در هر دو نمودار همجامد قبل و بعد از اینتراستریفیکاسیون، به دلیل داشتن منحنیهای غیر خطی، رفتار منوتکتیک قابل مشاهده است و در هیچ کدام از نمودارهای همجامد، فرورفتگی یا رکودی در منحنیها مشاهده نمی شود. فرورفتگی در نمودار همجامد، وجود سیستم یوتکتیک را تأیید می کند. این امر در نتیجه مایع شدن نامطلوب مخلوط چربی در ساختارهای ویژهای از آن است. این نوع برهمکنش تمایل دارد زمانی که اجزاء مخلوط تغییر حجم مولکولی، تغییر شکل یا پلی مورف از خود نشان می دهند، اتفاق افتد. وجود چنین فرورفتگیهایی موجب مشکلاتی در کاربرد چربیها، جاییکه قوام و محتوای چربی جامد اهمیت بسزایی دارد، میگردد (هومفری و نرین، ۲۰۰۵).
a
b
شکل ۴-۴: منحنیهای همجامد، a، مخلوطهای اولیه و b، مخلوطهای اینتراستریفیه شده
۴-۲٫ بخش دوم: مطالعات مدل سازی
۴-۲-۱٫ انتخاب متغیرها
به طور کلی SFC از دمایی که در آن نگهداشته می شود، نوع چربی یا روغن (شامل اسید چرب، تری آسیل گلیسرول (TAG)) و ساختار کریستالی تأثیر می پذیرد (تلس دوس سنتوس و همکاران، ۲۰۱۳). در بسیاری از مطالعات تأثیر دما بر روی SFC چربیها بررسی و توضیح داده شده است. SFC چربی در دماهای بالاتر، به دلیل ذوب TAG های با نقطه ذوب بالاتر، پائین میباشد. به عبارت دیگر چربیهای حاوی TAG های اشباع بالاتر، SFC بالاتری در دماهای داده شده دارند (فرمانی، ۱۳۹۳).
TAG ها از اجزاء اصلی چربیها هستند که خصوصیات فیزیکوشیمیایی آنها را تعیین می کنند. توزیع اسیدهای چرب در داخل TAG روغنها و چربیهای طبیعی به صورت انتخابی میباشد. در نتیجه مخلوطهای مختلف چربیها/روغنهای طبیعی، با وجود داشتن ساختار اسید چرب مشابه، الزاماً ساختار TAG و خصوصیات فیزیکی مشابهی نخواهند داشت. در طی اینتراستریفیکاسیون نهایتاً واکنش، زمانی که تمامی TAGهای ممکن ساخته شوند، به یک تعادل خواهد رسید. از نظر تئوری، اینتراستریفیکاسیون جداگانه دو چربی مختلف با داشتن ساختار TAG مختلف، اما ساختار اسید چرب یکسان به ساختار TAG مشابه و در نتیجه به خصوصیات فیزیکی مشابهی منتهی خواهد شد (فرمانی، ۱۳۹۳). از این رو مدلی که توصیف کننده رابطه بین ساختار اسیدهای چرب و دیگر پارامترهای روغن باشد، ممکن است در پیش بینی نتیجه اینتراستریفیکاسیون مفید واقع شود.
نقطه ذوب از دیگر خصوصیات فیزیکوشیمیایی مؤثر در تعیین ویژگیها و توسعه چربیها است (ریبیرو و همکاران، a2009). تغییرات نقطه ذوب همانند SFC، تحت تأثیر تغییرات ساختاری TAG موجود در چربیها میباشد. با توجه به مطالب ارائه شده در ارتباط با عدم تغییر نوع اسید چرب در اثر فرایند اینتراستریفیکاسیون و داشتن TAG های یکسان در مخلوط های مختلف از روغن ها/چربیها، بعد از به تعادل رسیدن واکنش، پیشنهاد مدلی که بتواند نقطه ذوب محصولات اینتراستریفیه شده را به صورت تابعی از ساختار اسیدهای چرب سازنده تری آسیل گلیسرولها گزارش کند، منطقی و کاربردی به نظر میرسد.
میزان همبستگی پارامترهای فیزیکوشیمیایی چربیهای اینتراستریفیه شده (SFC و SMP) و اسیدهای چرب سازنده چربی و دما با بکارگیری ضریب همبستگی پیرسون توسط نرم افزار SPSS بررسی شد. همبستگی بین SFC (متغیر وابسته) و متغیرهای مستقلی نظیر دمای اندازه گیری SFC، پالمتیک، استئاریک، اولئیک، لینولئیک، لینولنیک، کل اسیدهای چرب چند غیر اشباعی، کل اسیدهای چرب غیر اشباع و کل اسیدهای چرب اشباع و همچنین همبستگی بین SMP (متغیر وابسته) و اسیدهای چرب سازنده مخلوط چربیها محاسبه شد. همانطور که در جدول (۴-۴) مشاهده می شود یک همبستگی منفی و قوی بین SFC و دما (۹۹/۰) و یک همبستگی مثبت معنی داری بین SFC و اسیدهای چرب اشباع وجود دارد (۹۹/۰) (p<0.01). بر خلاف اسیدهای چرب اشباع، اولئیک، لینولئیک، لینولنیک، کل اسیدهای چرب چند غیراشباعی و کل اسیدهای چرب غیراشباع به صورت منفی بر SFC تأثیرگذار بودند. این امر به دلیل نقطه ذوب پائین اسیدهای چرب غیراشباع میباشد. اسیدهای چرب غیراشباع نقطه ذوب کمتر از ۵ درجه سانتیگراد دارند، بنابراین نقش آنها در شکل گیری SFC در دماهای ۱۰-۵۵ درجه سانتیگراد می تواند نادیده گرفته شود (فرمانی، ۱۳۹۳). در هر حال بررسی ارتباط بین متغیرها و ارائه مدلهای توصیفی، می تواند همراه با کاهش هزینه، زمان و مصرف مواد اولیه در انجام واکنشها باشد. در زیر به شرح هر یک از مدلهای پیشنهادی پرداخته شده است.
جدول ۴-۴: ضرایب همبستگی پیرسون بین SFC و ساختار اسیدهای چرب مخلوطهای دوتایی اینتراستریفیه آنزیمی FHPO و SBO
SMP | SFC | T | USFA | PUFA | SFA | Ln | L | O | S | P | M | |
**۹۵۰/۰ | **۹۹۶/۰ | **۹۹۶/۰- | **۰۰۰/۱- | **۰۰۰/۱- | **۰۰۰/۱ | **۰۰۰/۱- |