کاربردهای نوین غذایی و غیرغذایی سیب‌زمینی

198310561595
دانشکده علوم و صنایع غذایی
تحقیق نظری جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد
در رشته علوم و صنایع غذایی
کاربردهای نوین غذایی و غیرغذایی سیب‌زمینی
پژوهش و نگارش:
حامد غفوری اسکوئی
استاد راهنما:
دکتر مهران اعلمی
تابستان 1391
بسم الله الرحمن الرحیم
چکیده:
سیب‌زمینی (Solanoum tuberosum) در بیش از صد کشور جهان قابل رشد بوده و در سبد غذایی مردم جایگاه ویژه‌ای دارد. هم‌چنین سیب‌زمینی یک ماده خام مهم در صنایع مختلف می‌باشد. شرایط رشد، ژنتیک و نحوه‌ی نگهداری در کیفیت سیب‌زمینی تأثیر می‌گذارد. سیب‌زمینی یکی از منا‌بع مهم تامین انرژی محسوب شده و نیز شامل مواد معدنی و ویتامین‌ها می‌باشد. نشاسته ترکیب اصلی و مهم سیب‌زمینی می‌باشد که به طور تقریبی 15 الی 20 درصد از وزن تازه سیب‌زمینی را تشکیل می‌دهد. نشاسته به‌عنوان یک فاکتور مهم عملگرا در کاربردهای غذایی و غیرغذایی مطرح می‌باشد. نشاسته اصلاح شده سیب‌زمینی یک بیوپلیمر امید بخش برای استفاده در بسته‌بندی‌های زیست‌ تخریب‌پذیر می‌باشد. از ضایعات فرعی صنایع سیب‌زمینی پوست‌ سیب‌زمینی است که منبع خوبی از ویتامین C، ویتامین6B، مس، پتاسیم، منیزیم و فیبرهای رژیمی است و نیز شامل تنوعی از فیتونوترینت‌‌ها می‌باشد که یک منبع طبیعی از آنتی‌اکسیدان‌ها می‌باشند که از زوال سلول‌های بدن جلوگیری می‌کنند. فیتونوترینت‌ها در پوست و مغز سیب‌زمینی یافت می‌شوند که شامل پلی‌فنل‌ها، کارتنوئیدها، فلاونوئیدها و اسید‌کافئیک می‌باشد. ضایعات پوست سیب‌زمینی شامل مقادیر کافی از نشاسته، همی‌سلولز، لیگنین و قندهای قابل تخمیر می‌باشد که این موارد استفاده از آن را به‌عنوان سوبسترای مناسب تولید اتانول و اسید لاکتیک و سایر فرآورده‌های تخمیری تضمین می‌کند. این ضایعات هم‌چنین می‌توانند در جهت تولید پروتئین‌ تک‌یاخته مورد استفاده قرار گیرند. تخمیر ضایعات سیب‌زمینی به‌عنوان یک منبع نیتروژن بسیار عالی برای حیوانات نشخوارکننده می‌باشد.
واژه‌های کلیدی: سیب‌زمینی، نشاسته، زیست تخریب‌پذیر، آنتی‌اکسیدان، اتانول
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه21-2- گونه‌های سیب‌زمینی41-3- ترکیب شیمیایی غده سیب‌زمینی61-3-1- نشاسته91-3-2- قندها91-3-3- فیبرهای خام111-3-4- ترکیبات ازت دار111-3-4-1- پروتئین111-3-4-2- اسیدهای آمینه آزاد121-3-4-3- آمیدها131-3-4-4- گلیکوآلکالوئیدها131-3-4-5- سایر ترکیبات ازته آلی151-4- ازت غیر آلی در غده سیب‌زمینی151-5- لیپیدها151-6- اسیدهای آلی161-7- ترکیبات فنلی161-8- ترکیبات فرار171-9- ویتامین‌ها و فیتوهورمون‌ها18
1-10- مواد معدنی181-11- اهمیّت و ارزش تغذیه‌ای سیب‌زمینی در مقایسه با سایر مواد غذایی19فصل دوم: ساختار و تکنولوژی تولید نشاسته سیب‌زمینی
2-1- مقدمه242- 2-ساختار نشاسته سیب‌زمینی252-3- خواص شیمیایی نشاسته سیب‌زمینی312-4- قابلیت نشاسته سیب‌زمینی352-تکنولوژی فراوری نشاسته سیب‌زمینی392-5-1- کیفیت ماده خام392-5-2- تخلیه و شستشوی ماده خام402-5-3- خردکردن سیب‌زمینی412-5-4- جدانمودن شیره خام نشاسته و استخراج نشاسته422-5-5-تفکیک آمیوه از نشاسته432-5-6- تصفیه442-5-7- آبگیری و خشک‌کردن44فصل سوم: بیوپلیمرهای زیست تخریب‌پذیر و خوراکی
3-1- مقدمه483-2- روش‌های تولید بسته‌بندی‌های زیستی533-2-1- روش خشک533-2-2- روش مرطوب (یا روش حلال)543-3- بسته‌بندی‌های زیست تخریب‌پذیر نیمه سخت543-4- پوشش‌ها، فیلم‌ها و ورقه‌های خوراکی553-5- خوراکی بودن و زیست تخریب‌پذیری فیلم‌ها و پوشش‌ها573-6- کاربردهای فیلم‌ها و پوشش‌های خوراکی583-7- کاربرد نشاسته در تولید زیست پلاستیک‌ها593-8- تولید فیلم نشاسته613-9- خواص کاربردی فیلم‌ نشاسته‌‌ی سیب‌زمینی66فصل چهارم: کاربردهای تخمیری
4-1- تولید بیواتانول804-1-1- مقدمه804-1-2- تولید بیواتانول از ضایعات پوست سیب‌زمینی824-1-3- هیدرولیز اسیدی844-1-4- هیدرولیز آنزیمی864-2- تولید اسید لاکتیک944-3- سایر محصولات حاصل از تخمیر پالپ سیب‌زمینی95فصل پنجم: سایر کاربردها
5-1- اسنک‌ها985-1-1- مقدمه985-1-2- انواع اسنک‌ها995-1-2-1- اسنک‌های سبزیجات خام برش خورده1005-1-2-2- محصولات خمیری شکل گرفته- سیب‌زمینی1015-1-2-2-1-فرآیند تولید1025-1-2-2-1-1- مخلوط سازی ترکیبات خشک1025-1-2-2-1-2- مخلوط کردن آب با ترکیبات خشک تا مرحله تشکیل خمیر1025-1-2-2-1-3- تبدیل خمیر به قطعات کوچک توسط اکستروژن یا عمل ورقه کردن و برش دادن1045-1-2-2-1-4- سرخ کردن سریع محصول به منظور خروج آب از آن1055-1-2-2-1-5- در مواردی خشک کردن بیشتر محصول و پوشش دهی آنها با مواد عطر و طعم‌زا توسط گردپاشی یا اسپری کردن این مواد بر سطح محصولات.1075-1-3- تنوع در محصولات تهیه شده از خمیرهای سیب‌زمینی شکل گرفته1075-2- بیوسورفاکتانت‌ها1095-3- پروتئین تک یاخته1115-4- غذاهای فراسودمند1035-4-1- کاربرد پوست سیب‌زمینی به عنوان منبع آنتی‌اکسیدان1035-4- سیب زمینی به عنوان خوراک دام1065-5-1- ترکیب شیمیایی و ارزش تغذیه‌ای سیب‌زمینی خشک‌شده1075-5-2-روش تولید سیلاژ از سیب‌زمینی1085-6- کاربردهای صنعتی120فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………………………..121
فهرست اشکال
عنوان صفحه
TOC h z u t “Heading 3,1” شکل 1-1: نمودار توزیع سطح سیب‌زمینی استان‌ها نسبت به کل کشور در سال زراعی 89-13888شکل 1-2: نمودار توزیع میزان تولید سیب‌زمینی استان‌ها نسبت به کل کشور در سال زراعی 89-1388شکل 2-1: ساختار ماکرومولکول‌های آمیلوز و آمیلوپکتین27شکل2-2: ساختار گرانول نشاسته سیب‌زمینی در زیر میکروسکوپ28شکل 2-3: (1) ساختار خطی آمیلوز و (2) ساختار انشعابی آمیلوپکتین30شکل 2-4: طرح شماتیک ساختار گرانول نشاسته36 HYPERLINK l “_Toc334611006”
شکل 2-5: سیب‌زمینی خام39
شکل 2-6: نقشه جریان تولید نشاسته سیب‌زمینی46شکل 3-1: تغییرات قوام دیسپرسیون نشاسته‌های مختلف در طی حرارت دادن و سرد کردن62شکل 3-2: فرایند ژلاتینه شدن نشاسته65شکل 3-3: تأثیر میزان نرم کننده بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما: کاروون (الف) و دی استیل(ب)71شکل 3-4: تأثیر میزان رطوبت نسبی بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما: کاروون(الف) و دی‌استیل(ب)71شکل3-5: تأثیر میزان حالت کریستالی بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما: کاروون(الف) و دی‌استیل(ب)72شکل 3-6: منحنی تنش به کرنش فیلم‌های نشاسته حاوی سورفاکتانت‌های مختلف75شکل 3-10: نوعی بسته بندی برپایه نانوکامپوزیت‌های خاک رس- نشاسته که قادر است به مدت 3هفته بدون نشتی آب را نگه دارد77شکل 4-1: نمودار فرایند تولید سیب‌زمینی برشته83شکل4-2: نمودار تولید اتانول برحسب گرم بر لیتر از قندهای قابل تخمیر حاصل از هیدرولیز اسیدی پوست سیب‌زمینی87شکل4-3: نمونه بيواتانول حاصل از سيب‏زميني93شکل4-4: نمونه واحد توليد اتانول93شکل 5-1: اکستروژن105شکل 5-2: دیاگرام یک قطعه خمیر لوله‌ای شکل در حال سرخ شدن تا تشکیل یک لوله حجیم شده که نشان دهنده‌ی تبخیر آب در روغن داغ می‌باشد.106شکل 5-3: اسنک سیب‌زمینی108شکل 5-3: پایلوت تولید SCP112
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1: سطح، تولید و عملکرد در هکتار سیب‌زمینی به تفکیک استان در سال زراعی 89-1388… 8جدول 1-2: ترکیبات شیمیایی غده سیب‌زمینی بر اساس وزن مرطوب10جدول1-3: مقایسه ارزش انرژی‌زایی سیب‌زمینی با سایر مواد غذایی20جدول1-4: مقایسه ماده خشک، انرژی و پروتئین سیب‌زمینی با سایر محصولات زراعی21جدول 2-1: شکل، اندازه، ترکیب شیمیایی و برخی از خصوصیات نشاسته در منابع گیاهی37جدول 3-1: نفوذ پذیری نسبت به اکسیژن (OP) و بخار آب (WVP) فیلم‌های نشاسته طبیعی و اصلاح‌شده69جدول3-2: تأثیر میزان گلیسرول و سورفاکتانت بر روی استحکام کششی و افزایش طول تا نقطه شکست فیلم نشاسته74جدول4-1: ترکیبات شیمیایی ضایعات پوست سیب‌زمینی خشک شده85جدول 4-2: قندهای احیاء قابل تخمیر آزادشده بعد از هیدرولیز آنزیمی پوست‌ سیب‌زمینی تحت ترکیب آنزیمی مختلف، قند احیاء برحسب گرم بر لیتر بعد از فرایند تخمیر و قند مصرفی در طول تخمیر91جدول 4-3: تولید اتانول بر حسب گرم بر لیتر، بازده و حداکثر بازده نظری در طول تخمیر پوست سیب‌زمینی92جدول 5-1: درصد ترکیبات فلیک و خلال سیب‌زمینی118فصل اول
مقدمه و کلیات
1-1- مقدمهخاستگاه اصلی سیب‌زمینی نواحی غربی آمریکای جنوبی یعنی کشورهای پرو، شیلی، بولیوی و اکوادور است، که در آن جا از دیر باز به عنوان یک محصول مهم غذایی مطرح بوده است. پیشینه کاشت سیب‌زمینی در این کشورها به چند هزار سال پیش می‌رسد. این محصول در اواسط قرن شانزدهم، توسط اسپانیایی‌ها از آمریکای جنوبی به اروپا منتقل گردید. انتقال سیب‌زمینی از آمریکای جنوبی به اروپا توسط فردی بنام درک صورت گرفت (فلاحی، 1376). در قرن شانزدهم (قبل از 1573) اسپانیایی‌ها سیب‌زمینی را در کشورشان ترویج دادند، که بعدها در انگلستان، ایتالیا، هلند، آلمان، سوییس و فرانسه نیز مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از آن در انگلستان برای اولین بار در سال 1596 میلادی و در اروپای شمالی نیز در همان سال گزارش شده است. در قرن هجدهم و نوزدهم میلادی در کشورهای اروپایی سیب زمینی به طور گسترده برای تولید پوره مورد استفاده قرار می‌گرفت (مبلی و همکاران، 1388). در قرن نوزدهم کاشت سیب‌زمینی به عنوان ماده خام برای مصرف در کارخانه های الکل‌‌سازی و نشاسته به کار می‌رفت (فلاحی، 1376). در خلال قرن نوزدهم سیب‌زمینی اغلب توسط استعمارگران از اروپا به چند کشور گرمسیری و نیمه گرمسیری وارد شد. در سال‌های اخیر سیب‌زمینی به کشورهای زیادی که دارای اقلیم گرمترو خشک‌تر هستند وارد شد و در مناطقی چون آفریقای شمالی، هندوستان، بنگلادش، پاکستان، آمریکای جنوبی، چین، آرژانتین، اروگوئه و دشت‌های ساحلی پرو گسترش یافته است (مبلی و همکاران، 1388).
در جهان و در کشور ما سیب‌زمینی یکی از محصولات زراعی اساسی به شمار می‌رود و هم اکنون یکی از مهم‌ترین مواد غذایی مردم کشور ایران است و بعد از غلات نیاز کشور به این محصول اساسی در درجه دوم اهمیت قرار دارد. با این حال، تولید داخلی سیب‌زمینی با توجه به افزایش مصرف آن در سال‌های اخیر پاسخگوی نیازهای فعلی کشور نیست و در بعضی سال‌ها با کمبود آن مواجه می‌شویم. نیاز روز افزون کشور به این ماده غذایی در سال‌های گذشته موجب افزایش قیمت آن در بازار شده و دولت را در برخی موارد به سهمیه‌ بندی آن مجبور کرده است. در دنیای کنونی سیب‌زمینی یکی از با ارزش‌ترین مواد غذایی است. از نظر اهمیت غذایی سیب‌زمینی نسبت به غلات، انرژی بیشتری در واحد سطح تولید می‌کند، زیرا عملکرد متوسط گندم چهار تن در هکتار و سیب‌زمینی 25 تن در هکتار است و با توجه به این‌ که حدود 75 درصد وزن سیب‌زمینی را آب و فقط 25 درصد آن را ماده خشک تشکیل می دهد، باز هم 25/6 تن مواد غذایی خشک در هکتار تولید می‌کند که حدود 50 درصد بیشتر از عملکرد گندم است. با توجه به این که 2/2 درصد ترکیبات غده‌ی سیب‌زمینی را پروتئین و نزدیک به 20 درصد آن را ماده‌ی قندی تشکیل می‌دهد، بنابراین از یک هکتار با تولید حداقل 25 تن سیب‌زمینی، 550 کیلوگرم پروتئین و بالغ بر 80000 مگاژول انرژی تولید می‌شود که این مقدار در مقایسه با گندم و برنج خیلی بیشتر است. در آمریکای‌شمالی، ضرایب تولید ماده خشک سیب‌زمینی در واحد سطح نسبت به ماده خشک حاصل از گندم، جو و ذرت، به ترتیب 04/3، 68/2، 12/1 بیشتر است و بازده پروتئین در واحد سطح سیب‌زمینی در مقایسه با پروتئین حاصل از گندم، برنج و ذرت با ضرایب 02/2، 33/1 و 20/1 نیز بیشتر است. در ایران نیز استعداد بالقوّه‌ای در زمینه‌ی رشد این محصول وجود دارد که جانشین خوبی برای گندم است. در صورت مقایسه‌ی انرژی مواد پروتئینی و انرژی حاصل از سیب‌زمینی و گندم مشاهده می‌شود که توسعه کشت این محصول در ارتباط با کاهش واردات گندم اهمیت خاصی دارد. سیب‌زمینی در 130 کشور جهان جایی که سه چهارم جمعیت جهان زندگی می‌کنند در وسعتی حدود 20 میلیون هکتار کشت می‌شود. تولید سالانه‌ی آن 280 میلیون تن است که بعد از گندم، برنج و ذرت چهارمین محصول مهم جهان است و افزون بر مصرف غذایی برای تهیه بیش از 50 نوع فراورده شامل آرد، نان، الکل، وسایل آرایشی، شیرینی، کنسرو، چیپس، گلوکز و … استفاده می‌شود. سیب‌زمینی در بیشتر کشورهای صنعتی، توسعه یافته و در حال توسعه دارای جایگاه مهمی در بین محصولات کشاورزی است. بزرگترين توليدکنندگان سيب‏زميني در جهان، کشورهاي چين، روسيه و هند مي‏باشند. بر طبق آمار سازمان خواربار و کشاورزي ملل متحد، ايران سيزدهمين توليدکننده سيب‏زميني در جهان است (مبلی و همکاران، 1388).
در ایران نیز توجه خاصی به کمیت و کیفیت تولید این محصول شده است. بر مبنای آمار بانک اطلاعات جهاد کشاورزی سطح برداشت سيب‌زميني كشور در سال زراعي 89-1388 حدود 146 هزار هكتار برآورد شده كه 8/98 درصد آن آبي و بقيه به صورت ديم بوده است. استان همدان با 2/16 درصد اراضي سيب‌زميني كشور در مقام نخست قرار دارد. استان‌هاي اردبيل، اصفهان، زنجان، آذربايجان‌شرقي و كردستان به ترتيب با 7/10، 10، 2/7، 6/6 و 6/6 درصد مقام هاي دوم تا ششم را به خود اختصاص داده‌اند. شش استان مزبور جمعاً 3/53 درصد اراضي سيب‌زميني كل كشور را دارا هستند و

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

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