پیش‌بینی و بهینه‌سازی پارامترهای رئولوژیکی نشاسته سیب‌زمینی اصلاح شده با پلاسمای سرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 دانشگاه علوم کشوارزی و منابع طبعی ساری

چکیده

در این تحقیق نشاسته سیب‌زمینی توسط پلاسمای سرد تیمار و سپس در دماهای مختلف خشک شد. پلاسمای سرد با استفاده از یک راکتور پلاسما شامل الکترودهای مسی و فولادی، ولتاژ kV 20، با جریان mA 3 دارای HZ 50، با کمک هوای اتمسفر تولید و با نمونه برخورد ‌کرد. سپس رفتار جریان دیسپرسیون 2 درصد نشاسته با مدلهای رئولوژیکی قانون توان، هرشل- بالکلی و کسون با کمک جعبه ابزار نرم رگرسیون نرم‌افزار SPSS 20 برازش شدند. نتایج نشان دادند مدل هرشکل-بالکلی توانسته است در بیشتر موارد برازش دقیق‌تری با داده‌ها داشته باشد. با افزایش دمای پیش ژلاتینه شدن، ویسکوزیته نهایی نمونه‌های نشاسته کاهش یافته است. ضریب n در نمونه‌هایی که پیش ژلاتینه نشده بودند، با افزایش سایر فاکتورها افزایش یافت اما در نمونه‌هایی که در دمای ℃55 پیش تیمار شده بودند، با افزایش سایر فاکتورها کاهش نشان داد. دمای خشک کردن به طور کلی باعث کاهش ویسکوزیته نمونه‌ها شد. در هر دما، اثر دمای پیش ژلاتینه و زمان تیمار با پلاسمای سرد بر تغییرات ویسکوزیته معنادار بود. ضرایبی مانند k و n نیز با افزایش دمای خشک کردن، کاهش یافتند. افزایش زمان تیمار با پلاسمای باعث کاهش ویسکوزیته و k در نمونه‌ها شد. اما نوسانات قابل توجهی در مقدار n از خود نشان داد. در نمونه‌هایی که بیشترین زمان تیمار با پلاسمای سرد یعنی 30 دقیقه را دریافت کرده بودند، افزایش دمای خشک کردن و دمای پری ژلاتینه کردن باعث کاهش n و تغییر رفتار سیال از حدود نیوتنی، به رقیق شونده با برش شد. نتایج این پژوهش نشان دهنده اثر تیمار پلاسمای سرد بر رفتار رئولوژیکی نشاسته سیب زمینی بوده و راهکارهایی برای بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی مرتبط با تولید و کاربرد این نوع نشاسته را نیز فراهم کرده است.

چکیده تصویری

پیش‌بینی و بهینه‌سازی پارامترهای رئولوژیکی نشاسته سیب‌زمینی اصلاح شده با پلاسمای سرد

تازه های تحقیق

  • بررسی اثر تیمار پلاسمای سرد بر ویژگی‌های رئولوژیکی نشاسته سیب‌‌زمینی نشان‌دهندۀ تأثیر قابل توجه دما و زمان تیمار بر رفتار ویسکوزیته و ساختار مولکولی نشاسته است.
  • تیمار با پلاسمای سرد به‌ویژه دمای کمتر از ℃60 اثر معناداری بر کاهش پارامترهای رئولوژیکی نظیر ویسکوزیته و قوام نشاسته دارد.
  • اصلاح نشاسته از طریق تیمار با پلاسمای سرد موجب بهبود خواص عملکردی آن، به‌ویژه آب‌دوستی و حلالیّت می‌شود. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Prediction and Optimization of Rheological Parameters of Potato Starch Modified by Cold Plasma

نویسندگان [English]

  • Ali Taghavi 1
  • Azadeh Ranjbar Nedamani 2
  • Ali motevali 1
  • Hashemi Seyyed Jafar 1
1 Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
چکیده [English]

In this study, potato starch was treated with cold plasma and then dried at different temperatures. Cold plasma was generated using a plasma reactor with copper and steel electrodes, a voltage of 20 kV, a current of 3 mA, and a frequency of 50 Hz, using atmospheric air, and was applied to the sample. The flow behavior of 2% starch dispersion was then fitted with rheological models including the power law, Herschel-Bulkley, and Casson models using the regression toolbox of SPSS 20 software. The results showed that the choice of the appropriate rheological model depends on the type of treatment. However, the Herschel-Bulkley model provided a more accurate fit with the data in most cases. With an increase in pre-gelatinization temperature, the final viscosity of the starch samples decreased. The n coefficient in samples that were not pre-gelatinized increased with other factors, but in samples pre-treated at 55°C, it decreased with other factors. Drying temperature generally reduced the viscosity of the samples. However, at each temperature, the effect of pre-gelatinization temperature and cold plasma treatment time on viscosity changes was significant. Coefficients such as k and n also decreased with increasing drying temperature. Increasing the cold plasma treatment time reduced the viscosity and k in the samples but showed significant fluctuations in the value of n. In samples that received the longest cold plasma treatment time of 30 minutes, increasing the drying and pre-gelatinization temperatures reduced n and changed the fluid behavior from nearly Newtonian to shear-thinning. The findings of this study not only provide a better understanding of the rheological behavior of starch but also offer strategies for optimizing industrial processes related to the production and application of this type of starch.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Potato starch
  • starch modification
  • cold plasma
  • rheology
  • starch dispersion

مراجع

  1. Ai, Y., & Jane, J.-l. (2024). Understanding starch structure and functionality. In Starch in food (pp. 55-77): Elsevier.
  2. Amiri Aghdaei, S., Aalami, M., Babaei Geefan, S., & Ranjbar, A. (2014). Application of Isfarzeh.

 seed (Plantago ovate L.) mucilage as a fat mimetic in mayonnaise. Journal of Food Science and Technology, 51, 2748-2754.

  1. Banura, S., Thirumdas, R., Kaur, A., Deshmukh, R., & Annapure, U. (2018). Modification of starch using low pressure radio frequency air plasma. Lwt, 89, 719-724.
  2. Bertuzzi, M. A., Armada, M., & Gottifredi, J. (2007). Physicochemical characterization of starch based films. Journal of food engineering, 82(1), 17-25.
  3. Bie, P., Pu, H., Zhang, B., Su, J., Chen, L., & Li, X. (2016). Structural characteristics and rheological properties of plasma-treated starch. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 34, 196-204.
  4. Carvalho, A. P. M. G., Barros, D. R., da Silva, L. S., Sanches, E. A., da Costa Pinto, C., de Souza, S. M., . . . Campelo, P. H. (2021). Dielectric barrier atmospheric cold plasma applied to the modification of Ariá (Goeppertia allouia) starch: Effect of plasma generation voltage. International Journal of Biological Macromolecules, 182, 1618-1627.
  5. Chang, R., Lu, H., Tian, Y., Li, H., Wang, J., & Jin, Z. (2020). Structural modification and functional improvement of starch nanoparticles using vacuum cold plasma. International Journal of Biological Macromolecules, 145, 197-206.
  6. Compart, J., Singh, A., Fettke, J., & Apriyanto, A. (2023). Customizing starch properties: A review of starch modifications and their applications. Polymers, 15(16), 3491.
  7. Fu, Z.-q., Che, L.-m., Li, D., Wang, L.-j., & Adhikari, B. (2016). Effect of partially gelatinized corn starch on the rheological properties of wheat dough. LWT-food Science and Technology, 66, 324-331.
  8. Gao, S., Liu, H., Sun, L., Liu, N., Wang, J., Huang, Y., . . . Zhang, X. (2019). The effects of dielectric barrier discharge plasma on physicochemical and digestion properties of starch. International Journal of Biological Macromolecules, 138, 819-830.
  9. Ge, X., Shen, H., Sun, X., Liang, W., Zhang, X., Sun, Z., . . . Li, W. (2022). Insight into the improving effect on multi-scale structure, physicochemical and rheology properties of granular cold water soluble rice starch by dielectric barrier discharge cold plasma processing. Food Hydrocolloids, 130, 107732.
  10. Jaddu, S., Abdullah, S., Dwivedi, M., & Pradhan, R. C. (2022). Multipin cold plasma electric discharge on hydration properties of kodo millet flour: Modelling and optimization using response surface methodology and artificial neural network–Genetic algorithm. Food Chemistry: Molecular Scien ces, 5, 100132.
  11. Juszczak, L., Witczak, M., Ziêba, T., & Fortuna, T. (2012). Rheological behaviour of heated potato starch dispersions. International Agrophysics, 26(4).
  12. Lewandowicz, J., Le Thanh-Blicharz, J., & Szwengiel, A. (2022). The effect of chemical modification on the rheological properties and structure of food grade modified starches. Processes, 10(5), 938.
  13. Li, W., Shu, C., Zhang, P., & Shen, Q. (2011). Properties of starch separated from ten mung bean varieties and seeds processing characteristics. Food and Bioprocess Technology, 4, 814-821.
  14. Lii, C.-y., Liao, C.-d., Stobinski, L., & Tomasik, P. (2002). Behaviour of granular starches in low-pressure glow plasma. Carbohydrate polymers, 49(4), 499-507.
  15. Michel, J., Raffi, J., Saint‐Lèbe, L., Huchette, M., & Fleche, G. (1980). Experimental study of the depolymerization of starch under the combined action of protons and gamma radiation. Starch‐Stärke, 32(10), 340-344.
  16. Misra, N., Pankaj, S., Segat, A., & Ishikawa, K. (2016). Cold plasma interactions with enzymes in foods and model systems. Trends in Food Science & Technology, 55, 39-47.
  17. Navaf, M., Sunooj, K. V., Krishna, N. U., Aaliya, B., Sudheesh, C., Akhila, P. P., . . . George, J. (2022). Effect of different hydrothermal treatments on pasting, textural, and rheological properties of single and dual modified Corypha Umbraculifera L. starch. Starch‐Stärke, 74(3-4), 2100236.
  18. Okyere, A. Y., Rajendran, S., & Annor, G. A. (2022). Cold plasma technologies: Their effect on starch properties and industrial scale-up for starch modification. Current Research in Food Science, 5, 451-463.
  19. Pankaj, S. K., Wan, Z., & Keener, K. M. (2018). Effects of cold plasma on food quality: A review. Foods, 7(1), 4.
  20. Ranjbar Nedamani, A. (2023). Optimization of Determined Pathogenes Deactivation and Investigating the Quality of Bottled Milk under Cold-Plasma Treatment. Research and Innovation in Food Science and Technology, 12(3), 329-342. doi:10.22101/jrifst.2023.378738.1422
  21. Ranjbar Nedamani, A., & Hashemi, S. J. (2022). Energy consumption computing of cold plasma-assisted drying of apple slices (Yellow Delicious) by numerical simulation. Journal of Food Process Engineering, 45(5), e14019. doi:https://doi.org/10.1111/jfpe.14019
  22. Sabularse, V., Liuzzo, J., Rao, R., & Grodner, R. (1992). Physicochemical characteristics of brown rice as influenced by gamma irradiation. Journal of Food Science, 57(1), 143-145.
  23. Sarangapani, C., Devi, Y., Thirundas, R., Annapure, U. S., & Deshmukh, R. R. (2015). Effect of low-pressure plasma on physico-chemical properties of parboiled rice. LWT-food Science and Technology, 63(1), 452-460.
  24. Shanbhag, C., Shenoy, R., Shetty, P., Srinivasulu, M., & Nayak, R. (2023). Formulation and characterization of starch-based novel biodegradable edible films for food packaging. Journal of Food Science and Technology, 60(11), 2858-2867.
  25. Szczesniak, A. S. (2002). Texture is a sensory property. Food quality and preference, 13(4), 215-225.
  26. Thirumdas, R., Kadam, D., & Annapure, U. (2017). Cold plasma: An alternative technology for the starch modification. Food biophysics, 12, 129-139.
  27. Wongsagonsup, R., Deeyai, P., Chaiwat, W., Horrungsiwat, S., Leejariensuk, K., Suphantharika, M., . . . Dangtip, S. (2014). Modification of tapioca starch by non-chemical route using jet atmospheric argon plasma. Carbohydrate polymers, 102, 790-798.
  28. Zehra, N., Ali, T. M., & Hasnain, A. (2020). Comparative study on citric acid modified instant starches (alcoholic alkaline treated) isolated from white sorghum and corn grains. International Journal of Biological Macromolecules, 150, 1331-1341.
  29. Zhang, B., Chen, L., Li, X., Li, L., & Zhang, H. (2015). Understanding the multi-scale structure and functional properties of starch modulated by glow-plasma: A structure-functionality relationship. Food Hydrocolloids, 50, 228-236.
  30. Zhang, B., Xiong, S., Li, X., Li, L., Xie, F., & Chen, L. (2014). Effect of oxygen glow plasma on supramolecular and molecular structures of starch and related mechanism. Food Hydrocolloids, 37, 69-76.
  31. Zhang, J., Tao, L., Yang, S., Li, Y., Wu, Q., Song, S., & Yu, L. (2023). Water absorption behavior of starch: A review of its determination methods, influencing factors, directional modification, and food applications. Trends in Food Science & Technology, 104321.
  32. Zia-ud-Din, Xiong, H., & Fei, P. (2017). Physical and chemical modification of starches: A review. Critical reviews in food science and nutrition, 57(12), 2691-2705.
  33. Zou, J.-J., Liu, C.-J., & Eliasson, B. (2004). Modification of starch by glow discharge plasma. Carbohydrate polymers, 55(1), 23-26.
فناوری‌های جدید در صنعت غذا
دوره 11، شماره 4
مرداد 1403
صفحه 373-392

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 29 دی 1403
  • تاریخ بازنگری: 21 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش: 23 بهمن 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار