بررسي خواص ويسكوالاستيك ژل كازيين اسيدي شده در سيستم مدل

Viscoelastic properties of acid-induced casein gel in a model system

سابقه و هدف: طي سال‌هاي گذشته ژل‌هاي لبني حاصل از اسيدي كردن پروتيين‌هاي شير كاربرد زيادي در صنعت داشته‌اند و در حال حاضر نيز پايه گستره وسيعي از محصولات غذايي را تشكيل مي‌دهند. از اين‌رو توسعه درك بنيادي از تاثير پارامترهاي فرايند و اجزاي تشكيل دهنده سيستم، بر ساز و كار تشكيل ژل و نيز ويژگي‌هاي ژل نهايي در سيستم‌هاي واقعي و يا سيستم‌هاي مدل مورد توجه محققان و نيز صنايع واقع شده است. مطالعه حاضر با هدف ارزيابي اثر نسبت كازيين به پروتيين آب پنير، دماي گرمخانه‌گذاري و حرارت‌دهي بر ويژگي‌هاي ويسكوالاستيك ژل نهايي در غالب يك سيستم مدل انجام گرفت. مواد و روش‌ها: محلول تهيه‌شده از نسبت‌هاي مختلف كازيين به آب پنير (3/7:0/2 و 6/4:0/2 ،9/1:0/2) به‌مدت يك شب در يخچال نگهداري شد. سپس نمونه‌ها در حمام آب در دماهاي حرارت‌دهي مختلف (°C 90 و 80 ،70) به‌مدت زمان 15 دقيقه حرارت داده شدند. پس از خنك كردن تا دماي گرمخانه‌گذاري (°C 45 و 35 ،25)، گلوكونودلتالاكتون افزوده شد و سرانجام نمونه‌ها به ريومتر منتقل شدند. فرايند ژل شدن با استفاده از آزمون نوساني روبش زمان پايش گرديد. سپس معادله چند‌جمله‌اي درجه دوم بر داده‌هاي به‌دست آمده از اين آزمون برازش داده شد. در نهايت بهينه‌سازي پاسخ با نرم‌افزار Minitab15 صورت گرفت. يافته‌ها‌: با توجه به نتايج به‌دست آمده، دماي گرمخانه‌گذاري و دماي حرارت‌دهي بر ميزان 200Gʹ (مدول الاستيك ژل نهايي كه 200 دقيقه پس از افزودن گلوكونودلتالاكتون اندازه‌گيري شد) به شكل معني‌داري (به ترتيب 001/0P < و 01/0P < ) تاثير داشتند ولي نسبت كازيين به پروتيين آب پنير بر ميزان اين پارامتر اثر معني‌داري نداشت. ميزان 200Gʹ با افزايش دماي گرمخانه كاهش و با افزايش دماي حرارت‌دهي افزايش يافت. همچنين مقدار پايين محتوي كازيين و دماي بالا براي فرايندهاي گرمخانه‌گذاري و حرارت‌دهي موجب شد تا زمان شروع تشكيل ژل كوتاه شود. فاكتور ميرايي (tan ?) نيز با افزايش دماي گرمخانه‌گذاري و كاهش دماي حرارت‌دهي افزايش نشان داد. حداكثر ميزان 200 Gʹمعادل باPa 93/268، در حضور ميزان كازيين w/w% 7/2، دماي گرمخانه‌گذاري °C 25 و دماي حرارت‌دهي °C 90 به‌دست آمد. نتيجه گيري: تاثير پارامترهاي مختلف فرايند و سيستم بر فرايند تشكيل ژل‌هاي لبني و ويژگي‌هاي نهايي آن، به صورت كمي، به‌خوبي توسط آزمون‌هاي ريولوژيك نوساني تعيين و توصيف مي‌شوند. اين مطالعه نشان داد در ميان پارامتر‌هاي مورد مطالعه در اين تحقيق دماي گرمخانه‌گذاري موثرترين عامل در كنترل ويژگي‌هاي ويسكوالاستيك ژل نهايي به‌دست آمده از فرايند اسيدي كردن كازيين است. واژگان كليدي: ژل كازيين، دماي گرمخانه‌گذاري، دماي حرارت‌دهي، خواص ويسكوالاستيك

Background and Objectives: Nowadays, acid-induced milk protein gels are used extensively in the dairy industry and are the base of many food products. Therefore, a deeper fundamental understanding of the effects of process parameters and system components on the mechanisms of gel formation and final gel properties in real and model systems is important for researchers and industries. The present study was designed to investigate the effects of casein-to-whey protein ratio, incubation temperature, and heating temperature on viscoelasic properties of the final gel in a model system. Materials and Methods: Samples of solutions with different casein-to-whey protein ratios (2.1:0.9, 2.4:0.6 and 2.7:0.3) were prepared and refrigerated overnight. This was followed by heating the samples at different temperatures (70, 80, or 90°C) for 15 minutes using a water bath and cooling to incubation temperatures (25, 35 or 45 °C). In the next step lucono-?-lactone was added and the samples were transferred to a rheometer. The gelation process was monitored by the time sweep oscillatory test. A second-order polynomial model was fitted to the experimental data and the optimum response was determined using the Minitab15 software. Results: Incubation and heating temperatures influenced significantly (P < 0.001 and P < 0.01, respectively) the Gʹ200 value (storage modulus value of the final gel measured 200 minutes after addition of GDL). The casein-to-whey protein ratio had no significant influence on the Gʹ200 value. Increasing the incubation temperature led to a decrease, whereas increasing the heating temperature led to an increase, in the Gʹ200 value. The maximum value of Gʹ200, 268/93 Pa, was obtained at the presence of 2.6152% (w/w) casein and at incubation and heating temperatures of 25 ?C and 90 ?C, respectively. Smaller quantities of casein and higher incubation and heating temperatures shortened the length of time required for gel formation. Finally, increased incubation temperatures and decreased heating temperatures led to increased the damping factor (tan ?). Conclusion: The effects of different process parameters on the viscoelastic properties of dairy gels can be determined and characterized by oscillatory rheometry. The findings of this study show that incubation temperature is the most effective factor, whereas casein-to-whey protein ratio has no significant effect on the final gel strength. Keywords: Acid-induced casein gel, Incubation temperature, Heating temperature, Viscoelastic properties