دکتر مهران اعلمی

تابستان 1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود (در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است) تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است) 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- مقدمه. 2 1-2- گونه‌های سیب‌زمینی.. 4 1-3- ترکیب شیمیایی غده سیب‌زمینی.. 6 1-3-1- نشاسته. 9 1-3-2- قندها 9 1-3-3- فیبرهای خام. 11 1-3-4- ترکیبات ازت دار. 11 1-3-4-1- پروتئین.. 11 1-3-4-2- اسیدهای آمینه آزاد. 12 1-3-4-3- آمیدها 13 1-3-4-4- گلیکوآلکالوئیدها 13 1-3-4-5- سایر ترکیبات ازته آلی.. 15 1-4-  ازت غیر آلی در غده سیب‌زمینی.. 15 1-5- لیپیدها 15 1-6- اسیدهای آلی.. 16 1-7- ترکیبات فنلی.. 16 1-8-  ترکیبات فرار. 17 1-9- ویتامین‌ها و فیتوهورمون‌ها 18 1-10- مواد معدنی.. 18 1-11- اهمیّت و ارزش تغذیه‌ای سیب‌زمینی در مقایسه با سایر مواد غذایی   19   فصل دوم: ساختار و تکنولوژی تولید نشاسته سیب‌زمینی 2-1- مقدمه. 24 2- 2-ساختار نشاسته  سیب‌زمینی.. 25 2-3- خواص شیمیایی نشاسته سیب‌زمینی.. 31   2-4- قابلیت نشاسته سیب‌زمینی.. 35 2-تکنولوژی فراوری نشاسته سیب‌زمینی.. 39 2-5-1- کیفیت ماده خام. 39 2-5-2- تخلیه و شستشوی ماده خام. 40 2-5-3- خردکردن سیب‌زمینی.. 41 2-5-4- جدانمودن شیره خام نشاسته و استخراج نشاسته. 42 2-5-5-تفکیک آمیوه از نشاسته. 43 2-5-6- تصفیه. 44 2-5-7- آبگیری و خشک‌کردن. 44   فصل سوم:  بیوپلیمرهای زیست تخریب‌پذیر و خوراکی 3-1- مقدمه. 48 3-2- روش‌های تولید بسته‌بندی‌های زیستی.. 53 3-2-1- روش خشک… 53 3-2-2- روش مرطوب (یا روش حلال) 54 3-3- بسته‌بندی‌های زیست تخریب‌پذیر نیمه سخت.. 54 3-4- پوشش‌ها، فیلم‌ها و ورقه‌های خوراکی.. 55 3-5- خوراکی بودن و زیست تخریب‌پذیری فیلم‌ها و پوشش‌ها 57 3-6- کاربردهای فیلم‌ها و پوشش‌های خوراکی.. 58 3-7- کاربرد نشاسته در تولید زیست پلاستیک‌ها 59 3-8- تولید فیلم نشاسته. 61 3-9- خواص کاربردی فیلم‌ نشاسته‌‌ی سیب‌زمینی.. 66   فصل چهارم:  کاربردهای تخمیری 4-1- تولید بیواتانول. 80 4-1-1- مقدمه. 80 4-1-2- تولید بیواتانول از ضایعات پوست سیب‌زمینی.. 82 4-1-3- هیدرولیز اسیدی.. 84 4-1-4- هیدرولیز آنزیمی.. 86 4-2- تولید اسید لاکتیک… 94 4-3- سایر محصولات حاصل از تخمیر پالپ سیب‌زمینی.. 95   فصل پنجم: سایر کاربردها 5-1- اسنک‌ها 98 5-1-1- مقدمه. 98 5-1-2- انواع اسنک‌ها 99 5-1-2-1- اسنک‌های سبزیجات خام برش خورده 100 5-1-2-2- محصولات خمیری شکل گرفته- سیب‌زمینی.. 101 5-1-2-2-1-فرآیند تولید. 102 5-1-2-2-1-1- مخلوط سازی ترکیبات خشک… 102 5-1-2-2-1-2- مخلوط کردن آب با ترکیبات خشک تا مرحله تشکیل خمیر  102 5-1-2-2-1-3- تبدیل خمیر به قطعات کوچک توسط اکستروژن یا عمل ورقه کردن و برش دادن  104 5-1-2-2-1-4- سرخ کردن سریع محصول به منظور خروج آب از آن  105 5-1-2-2-1-5- 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. 107 5-1-3- تنوع در محصولات تهیه شده از خمیرهای سیب‌زمینی شکل گرفته  107 5-2- بیوسورفاکتانت‌ها 109 5-3- پروتئین تک یاخته. 111 5-4- غذاهای فراسودمند. 103 5-4-1- کاربرد پوست سیب‌زمینی به عنوان منبع آنتی‌اکسیدان  103 5-4- سیب زمینی به عنوان خوراک دام. 106 5-5-1- ترکیب شیمیایی و ارزش تغذیه‌ای سیب‌زمینی خشک‌شده 107 5-5-2-روش تولید سیلاژ از سیب‌زمینی.. 108 5-6- کاربردهای صنعتی.. 120 فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………………………..121               فهرست اشکال عنوان                                                                                                                       صفحه شکل 1-1: نمودار توزیع سطح سیب‌زمینی استان‌ها نسبت به کل کشور در سال زراعی 89-1388. 8 شکل 1-2: نمودار توزیع میزان تولید سیب‌زمینی استان‌ها نسبت به کل کشور در سال زراعی 89-138. 8 شکل 2-1: ساختار ماکرومولکول‌های آمیلوز و آمیلوپکتین.. 27 شکل2-2: ساختار گرانول نشاسته سیب‌زمینی در زیر میکروسکوپ.. 28 شکل 2-3: (1) ساختار خطی آمیلوز و (2) ساختار انشعابی آمیلوپکتین.. 30 شکل 2-4: طرح شماتیک ساختار گرانول نشاسته. 36 شکل 2-5: سیب‌زمینی خام. 39 شکل 2-6: نقشه جریان تولید نشاسته سیب‌زمینی.. 46 شکل 3-1: تغییرات قوام دیسپرسیون نشاسته‌های مختلف در طی حرارت دادن و سرد کردن. 62 شکل 3-2: فرایند ژلاتینه شدن نشاسته. 65 شکل 3-3: تأثیر میزان نرم کننده بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما: کاروون (الف) و دی استیل(ب) 71 شکل 3-4: تأثیر میزان رطوبت نسبی بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما: کاروون(الف) و دی‌استیل(ب) 71 شکل3-5: تأثیر میزان حالت کریستالی بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما: کاروون(الف) و دی‌استیل(ب) 72 شکل 3-6: منحنی تنش به کرنش فیلم‌های نشاسته حاوی سورفاکتانت‌های مختلف… 75 شکل 3-10: نوعی بسته بندی برپایه نانوکامپوزیت‌های خاک رس- نشاسته که قادر است به مدت 3هفته بدون نشتی آب را نگه دارد  77 شکل 4-1: نمودار فرایند تولید سیب‌زمینی برشته. 83 شکل4-2: نمودار تولید اتانول برحسب گرم بر لیتر از قندهای قابل تخمیر حاصل از هیدرولیز اسیدی پوست سیب‌زمینی   87 شکل4-3: نمونه بیواتانول حاصل از سیب‏زمینی.. 93 شکل4-4: نمونه واحد تولید اتانول. 93 شکل 5-1: اکستروژن. 105 شکل 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. 106 شکل 5-3: اسنک سیب‌زمینی.. 108 شکل 5-3: پایلوت تولید SCP. 112               فهرست جداول عنوان                                                                                                                             صفحه جدول 1-1:  سطح، تولید و عملکرد در هکتار سیب‌زمینی به تفکیک استان در سال زراعی 89-1388…  8 جدول 1-2: ترکیبات شیمیایی غده سیب‌زمینی بر اساس وزن مرطوب.. 10 جدول1-3:  مقایسه ارزش انرژی‌زایی سیب‌زمینی  با سایر مواد غذایی.. 20 جدول1-4: مقایسه ماده خشک، انرژی و پروتئین سیب‌زمینی با سایر محصولات زراعی.. 21 جدول 2-1: شکل، اندازه، ترکیب شیمیایی و برخی از خصوصیات نشاسته در منابع گیاهی.. 37 جدول 3-1: نفوذ پذیری نسبت به اکسیژن (OP)  و بخار آب (WVP) فیلم‌های نشاسته طبیعی و اصلاح‌شده 69 جدول3-2: تأثیر میزان گلیسرول و سورفاکتانت بر روی استحکام کششی و افزایش طول تا نقطه شکست فیلم نشاسته  74 جدول4-1: ترکیبات شیمیایی ضایعات پوست سیب‌زمینی خشک شده 85 جدول 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 تخمیر. 91 جدول 4-3: تولید اتانول بر حسب گرم بر لیتر، بازده و حداکثر بازده نظری در طول تخمیر پوست سیب‌زمینی   92 جدول 5-1: درصد ترکیبات فلیک و خلال سیب‌زمینی.. 118       فصل اول     مقدمه و کلیات    

1-1- مقدمه

خاستگاه 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[1] 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. بزرگترین تولیدکنندگان سیب‏زمینی در جهان، کشورهای چین، روسیه و هند می‏باشند. بر طبق آمار سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد، ایران سیزدهمین تولیدکننده سیب‏زمینی 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 سیب‌زمینی كشور در سال زراعی 89-1388 حدود 146 هزار هكتار برآورد شده كه 8/98 درصد آن آبی و بقیه به صورت دیم بوده است. استان همدان با 2/16 درصد اراضی سیب‌زمینی كشور در مقام نخست قرار دارد. استان‌های اردبیل، اصفهان، زنجان، آذربایجان‌شرقی و كردستان به ترتیب با 7/10، 10، 2/7، 6/6 و 6/6 درصد مقام های دوم تا ششم را به خود اختصاص داده‌اند. شش استان مزبور جمعاً 3/53 درصد اراضی سیب‌زمینی كل كشور را دارا هستند و 7/42 درصد بقیه در سایر استان‌ها برداشت شده است. میزان تولید سیب‌زمینی در كشور حدود 3/4 میلیون تن برآورد شده كه 6/99 درصد آن از اراضی آبی حاصل شده است. استان همدان با 5/23 درصد از تولید سیب‌زمینی كشور، مقام اول در تولید این محصول را به خود اختصاص داده است و استان‌های اردبیل، اصفهان، آذربایجان‌شرقی، كردستان و زنجان به ترتیب با 4/9، 2/8، 5/7، 5/7 و 3/6 درصد سهم در تولید سیب‌زمینی رتبه های دوم تا ششم را كسب كرده‌اند. شش استان مزبور جمعاً 4/62 درصد تولید سیب‌زمینی كشور را به خود اختصاص داده‌اند. عملكرد سیب‌زمینی آبی در كشور5/29445 كیلوگرم و سیب‌زمینی دیم 3/9511 كیلوگرم در هكتار بوده است. بیشترین و كمترین راندمان تولید سیب‌زمینی آبی در استانهای همدان و قم به ترتیب با 1/42262 كیلوگرم و 1/6608 كیلوگرم در هكتار می‌باشد. بیشترین و كمترین عملكرد سیب‌زمینی دیم متعلق به استان‌های گیلان و مازندران به ترتیب با 3/21254 كیلوگرم و 7/8205 كیلوگرم در هكتار است. جدول 1-1 و شکل1-1 و 1-2 آمار سطح، تولید و عملکرد در هکتار سیب‌زمینی به تفکیک استان در سال زراعی 89- 1388 را نشان می‌دهد (آمارنامه کشاورزی، 1389).  

1-2- گونه‌های سیب‌زمینی

سیب‌زمینی از جنس سولانوم[2] و از خانواده سولاناسه است که شامل 2000 گونه است و 8 گونه آن کشت می شود. گونه ‌های سیب‌زمینی شامل: 1) سولانوم استنوتوموم[3]: اولین گونه از نظر شکل ظاهری است. در نواحی مرتفع کوهستانی قسمت جنوبی پرو و مرکزی کشور بولیوی به عمل می‌آید. 2) سولانوم فورجا[4]: بیشتر در مناطق با آب و هوایی گرم و بدون خطر یخ‌زدن کشت می‌شود و این محصول در دامنه‌ی کوههای آندو در کشور اکوادور به دست می‌آید. 3) سولانوم آجان‌هیری[5]:  در برابر یخ زدن مقاوم است و در نواحی شمالی بولیوی پرورش می‌یابد. 4) سولانوم گونیوکالیکس[6]: در کشور پرو کشت می‌شود و گوشت آن زرد رنگ است.