پایان نامه درمورد شبیه سازی، منطق فازی، مدلسازی ریاضی، مدل شبیه ساز

0 Comments

واقع شده بود.
پرداختن به نحوه تغییر غذا در حین گوارش از جنبه های مختلف حائز اهمیت است. 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 منظور دانش فیزیولوژی و نحوه عمل 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 بررسی 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.
استفاده از سیستم های درون سلولی (شرایط واقعی)2 که خوراندن غذا مستقیماً به انسان و حیوان مد نظر آن است، معمولاً دارای نتایج بهتری است، ولی اغلب این روش ها وقت گیر و هزینه بر هستند. با توجه به این مسائل باید گفت اگرچه طراحی سیستم های آزمایشگاهی و تجربی با مشکلاتی نیز همراه است، ولی 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 استفاده کرد. در صورتی که یک مدل آزمایشگاهی به درستی طراحی شود، اطلاعات صحیح و مناسب زیادی را در طی مدت کوتاه در اختیار می گذارد. از اینرو می توان به عنوان روشی سریع در بررسی نحوه فرایند غذا و بررسی سیستم های انتقال دهنده آن حین گوارش (که دارای ساختار و ساختمان های متفاوتی هستند) استفاده کرد.
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 است. البته باید در نظر داشت که همیشه باید یک رابطه سازش آمیز بین صحت و کاربرد آسان برای روش های آزمایشگاهی اتخاذ کرد. در سال های اخیر تعداد زیادی از دانشمندان حوزه غذا و دام از سیستم های آزمایشگاهی شبیه سازی شده برای بررسی تغییرات شیمیایی و ساختمانی که در طی فرایند انواع غذاها در شرایط دستگاه گوارش روی می دهد استفاده کرده اند، اما همه آنها دارای صحت لازم نبوده اند.
نشاسته به دلیل ویژگی های خاصی که دارد همواره مورد توجه بسیاری از صنایع از جمله صنعت غذا به عنوان یک بیوپلیمر کربوهیدراتی بوده است که در بسیاری از محصولات غذایی کاربرد دارد. از جمله 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 اشاره کرد. محدودیت هایی که درمورد نشاسته طبیعی وجود داشت از جمله مقاومت کم نسبت به حرارت، شرایط اسیدی و افزایش احتمال پسروی (رتروگراداسیون)3 در محصولات حاوی آن سبب شده است که محققین در صدد ایجاد تغییرات (اصلاح) شیمیایی و فیزیکی در نشاسته طبیعی باشند. از جمله این تغییرات می توان به ایجاد پیوند های اتری و استری و همچنین ایجاد اتصالات عرضی بین رشته های نشاسته اشاره کرد. هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته با ایجاد پیوند اتری یکی از روش های اصلاح نشاسته می باشد. این عمل در حضور قلیا و به وسیله اکسید پروپیلن4 صورت می گیرد که واکنش شیمیایی مربوط به آن در شکل 1-1 نشان داده شده است.

شکل1-1. واکنش شیمیایی منجر به تولید نشاسته هیدروکسی پروپیله.

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 است. دمای ژلاتینه شدن و خمیری شدن5 این نوع نشاسته کمتر از نشاسته طبیعی است.
فسفاته کردن نشاسته توسط فسفر اکسی کلراید (POCl3) یا ترکیبی از سدیم تری متافسفات (STMP) و سدیم تری پلی فسفات (STPP) صورت می گیرد و یکی دیگر از روش های تولید نشاسته اصلاح شده با اتصلات عرضی می باشد که واکنش شیمیایی آن در شکل 2-2 نشان داده شده است.

شکل 2-2. تولید نشاسته با اتصلات عرضی فسفاته با استفاده از POCl3.

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 توجه به خصوصیات متفاوتی که برای نشاسته های طبیعی، فسفریله و هیدروکسی پروپیله ذکر شد، انجام پژوهشی که بتواند به بررسی نقش 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 است که بدلیل در نظر نگرفتن شرایط کامل حاکم بر دستگاه گوارش (نقش بزاق، pH اسیدی معده و اثر مجموعه آنزیم های موجود در روده) نتایج ملموسی منطبق بر آنچه حین هضم نشاسته ها در دستگاه گوارش روی می دهد، از آن گرفته نمی شود.
با توجه به موارد ذکر شده هدف از این تحقیق بررسی و مقایسه خصوصیات فیزیکوشیمیایی و ساختمانی نشاسته طبیعی گندم، نشاسته هیدروکسی پروپیله شده و نشاسته فسفاته در شرایط شبیه سازی شده (آزمایشگاهی) هضم در دهان، معد
ه 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 فازی مدلسازی می گردد.
برخی از این اهداف به صورت ذیل خلاصه می گردند:
مطالعه خواص رئولوژیکی نشاسته طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفاته در دهان، معده و روده
تعیین میزان هیدرولیز نشاسته در هر سه قسمت ذکر شده از دستگاه گوارش از روی فاکتور رهایش گلوکز
مقایسه مقاومت نشاسته های ذکر شده در شرایط آنزیمی و اسیدی دستگاه گوارش
مطالعه اثر غلظت و حجم نشاسته بر روی هیدرولیز اسیدی و آنزیمی آن ها
بررسی اثر زمان هضم بر خصوصیات رئولوژیکی و میزان رهایش گلوکز در هر ناحیه
مدلسازی فازی رهایش گلوکز حین هضم در روده کوچک

نوآوری های رساله
بررسی رفتار جریان برشی پایای وابسته و مستقل از زمان ژل نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم حین هضم در شرایط دهان شبیه سازی شده
بررسی رئولوژی ژل نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم بعد از هضم در شرایط معده شبیه سازی شده (در شرایط وجود و عدم وجود pH اسیدی)
تعیین میزان رهایش گلوکز از هر نشاسته حین هضم در شرایط معده شبیه سازی شده
بررسی رئولوژی ژل نشاسته های نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم بعد از هضم در شرایط روده شبیه سازی شده (در شرایط حضور و عدم حضور آنزیم)
تعیین میزان رهایش گلوکز از هر نشاسته حین هضم در شرایط روده شبیه سازی شده
مدلسازی ریاضی میزان رهایش گلوکز از هر نشاسته حین هضم در شرایط روده شبیه سازی شده
مدلسازی با استفاده از منطق فازی جهت تخمین میزان گلوکز رهایش یافته از هر نشاسته، حین هضم در شرایط روده شبیه سازی شده با استفاده از جدول جستجوی منطق فازی

فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین

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

تاکاهاشی و سیب (1988) بیان کردند که پیوند بین چربی های موجود در نشاسته گندم و مخصوصاً ایزولستین با آمیلوز، سبب ایجاد یک ساختار کریستالی در دماهای بین 50 تا 60 درجه سانتیگراد گردید که این ساختار مانع از افزایش قدرت تورم شد. آن ها افزودند که افزایش دما تا بالاتر از 80 درجه سانتیگراد، سبب شکسته شدن این ساختار کریستالی و افزایش مجدد قدرت تورم نشاسته گندم گردید.
ایناگاکی و سیب (1992) بیان کردند که قدرت تورم نشاسته مومی جو در اثر افزایش میزان فسفریله شدن کاهش یافت، همچنین میزان حلالیت در آب آن ها با افزایش میزان غلظت مواد ایجاد کننده این استخلاف کاهش پیدا کرد.
فارست (1992) با استفاده از تکنیک FT-IR محل استخلاف هیدروکسی پروپیل و غلظت آن را تعیین کرد. او دریافت که پیک مشاهده شده در طول موج 2974 معکوس ثانیه مربوط به ارتعاش پیوند های موجود در گروه هیدروکسی پروپیل می باشد، که سطح زیر نمودار طیف دریافتی در این طول موج محتوای این گروه را نشان می دهد.
پریرا و همکاران (1997) نشان دادند که اصلاح شیمیایی نشاسته سبب تغییر خصوصیات حرارتی بدست آمده از گرماسنجی افتراقی (DSC) آن نظیر میزان آنتالپی، دمای شروع ژلاتینه شدن و دمای پیک ژلاتینه شدن گردید. به این ترتیب آن ها دریافتند که با هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته سیب زمینی میزان آنتالپی کل، دمای شروع ژلاتینه شدن و پیک ژلاتینه شدن کاهش یافت.
لی و یه (2001) گزارش دادند که اندازه گرانول ها بر میزان قدرت تورم اثرگذار است. نتایج آنها نشان داد که این افزایش تا دمای 75 درجه سانتیگراد برقرار است، به طوری که گرانول های ریز جو دارای بیشترین اثر افزایشی بر میزان قدرت تورم بودند.
فورتونا و همکاران (2001) دریافتند که در بین گرانول های نشاسته ذرت، آن هایی که کوچکتر بودند بیشتر فسفریله شدند، در حالی که در مورد نشاسته های گندم وقتی با سدیم تری متا فسفات واکنش دادند، گرانول های بزرگتر مقدار فسفریله شدن بیشتری را نشان دادند.
برتولینی و همکاران (2003) از سه سطح پروپیلن اکسید جهت هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته گندم استفاده کردند. آن ها به این نتیجه رسیدند که در هیچ یک از سه سطح استفاده شده تفاوتی بین میزان مول جانشین شده هیدروکسی پروپیل و میزان واکنش پذیری نشاسته های هیدروکسی پروپیله به دست آمده از گرانول های نوع A و B وجود نداشت.
چوی و کر (2003) اثر فسفریله کردن و هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته گندم را بر میزان تحرک مولکولی آن با استفاده از 1H NMR بررسی کردند. نتایج آنها نشان داد که میزان تحرک مولکولی آب در اثر هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته گندم در یک فعالیت آبی (aw) خاص افزایش یافت، به طوری که بین این افزایش و درجه جانشینی گروه هیدروکسی پروپیل رابطه ای مستقیم برقرار بود. همچنین آنان دریافتند که نحوه ریلکس شدن پروتون (H) در نشاسته گندم تحت تاثیر فسفریله کردن قرار نگرفت.
واتاناچانت و همکاران (2003) یک اصلاح شیمیایی دوگانه و ترکیبی از هیدروکسی پروپیله و فسفریله کردن را بر روی نشاسته درخت ساگو انجام دادند. آن ها از 6 تا 12 درصد پروپیلن اکسید جهت هیدروکسی پروپیله کردن این نشاسته استفاده کرده و سپس عمل فسفریله کردن را بر روی این نشاسته انجام دادند. نتایج آن ها نشان داد که با افزایش میزان هیدروکسی پروپیله شدن، میزان فسفریله شد
ن (محتوای فسفر) نیز افزایش پیدا کرد. همچنین فسفریله کردن این نشاسته سبب کاهش شفافیت خمیر، قدرت تورم و میزان حلالیت در مقایسه با نشاسته طبیعی گردید.
کائور و همکاران (2004) گزارش کردند که واکنش بین گرانول های نشاسته سیب زمینی و پروپیلن اکسید (10 درصد) سبب تغییر در شکل ظاهری گرانول ها گردید. آن ها بیان کردند که این تغییر در گرانول های کمتر تغییر یافته، شامل ایجاد شکاف های کوچک و دندانه دار شدن شکل گرانول بوده، در حالی که در گرانول ها ی تحت تغییر بیشتر، یک شیار عمیق در مرکز آن ها دیده شد. آن ها همچنین قدرت تورم و حلالیت نشاسته های طبیعی و هیدروکسی پروپیله سیب زمینی را مورد مطالعه قرار دادند. آن ها دریافتند که میزان حلالیت و قدرت تورم در آب این نشاسته در اثر افزایش جانشینی گروه هیدروکسی پروپیل در نشاسته طبیعی افزایش پیدا کرد. آن ها بیان کردند که کاهش نیروها‌ی تجمع دهنده در گرانول های نشاسته در اثر هیدروکسی پروپیله کردن آن ها و در نتیجه نفوذ آب بیشت

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *