مقاله نقش ترکیبات گندم دوروم بر کیفیت ماکارونی نان

 نقش ترکیبات گندم دوروم بر کیفیت پاستا(ماکارونی) و نان

در این مقاله، واژه پاستا منحصرا به محصولات تولید شده از سمولینای گندم دوروم اطلاق می شود و محصولات پاستای تولید شده ازغلات فاقد گلوتن چون برنج، ذرت و سورگوم مورد بررسی قرار نمی گیرند. تمرکز بر اشکال سنتی پاستای خشک شده می باشد زیرا عمده تحقیقات در مورد این محصول بوده است اگرچه عمده بحث در مورد محصولات تازه پاستا نیز صادق است. در مورد  پخت نان، عمدتا نان تخمیری، تنها نان تولید شده از سمولینای دوروم یا ترکیب معمول دوروم و گندم معمولی(هگزاپلویید) مورد بررسی قرار می گیرند. تمرکز اصلی این مقاله بر ترکیبات شیمیایی عمده دانه گندم دوروم(نشاسته، پروتئین، کربوهیدرات غیر نشاسته ای و لیپیدها) و چگونگی تاثیر آنها بر رفتار خمیر سمولینا و کیفیت پاستا و نان تولیدی خواهد بود. ارزش غذایی این ترکیبات مورد بحث قرار نخواهد گرفت.

استفاده از گندم دوروم برای تولید پاستا

گندم مورد ترجیح برای تولید محصولات پاستا، گندم دوروم(تتراپلویید) Triticum turgidumمی باشد. گندم دوروم، برخلاف گندم معمولی Triticum aestivum که برای تولید نان مورد استفاده قرار می گیرد، سخت ترین نوع نان است و بر اثر آسیاب شدن تولید ذراتی زمخت و ناهموار می کند که بعنوان پاستا شناخته می شوند. این ذرات برای تولید پاستا و couscous (نوعی ماکارونی تولیدی در آفریقای شمالی) ایده آل می باشند. جنبه های کلیدی گندم دوروم شامل سختی، فشردگی و به رنگ زرد کهربایی بودن دانه ها است. پس از تبدیل به پاستا، گندم دوروم محصولاتی با کیفیت بالای پخت و پایدار نسبت به پخت بیش از حد و با کیفیت خوراکی بی نظیر فراهم می آورد. در برخی کشورها(ایتالیا، فرانسه و یونان) پاستای خشک منحصرا از گندم دوروم تولید می شود و استفاده از دیگر غلات در تولید آن بعنوان تقلب شناخته شده است( قانون شماره 580 ایتالیا، 1967). دیگر کشورها مانند اسپانیا، آمریکا، کانادا و استرالیا بطور سنتی مصرف پاستای تولید شده از گندم دوروم را ترجیح می دهند.

گندم دوروم برای تولید نان

گندم معمولی عمتا برای تولید نانهای مسطح و تخمیری(خمیر مایه) استفاده می شود. اما گندم دوروم برای تولید نوعی نان در مناطق جنوب ایتالیا بطور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد(Quaglia,1988). در حال حاضر، مقبولیت گندم دوروم مورد استفاده برای تولید انواع نان در مناطق مدیترانه، در حال گسترش به دیگر کشورهای جهان است، اگرچه بیشتر بعنوان نانی خاص و ویژه مورد مصرف قرار می گیرد.(Quaglia,1988)اگرچه آرد دوروم معمولا قرص نان کوچکتری نسبت به آرد گندم معمولی تولید می کند، اما رنگ نانهای حاصل از گندم دوروم مایل به زرد بوده و این نانها طعم و بوی خاص، ساختار ریز واحدی متحد الشکل و دوره ماندگاری طولانی تری دارند که سبب گرایش مصرف کنندگان به سوی آنها می شود.(Liu etal.1996)نان دوروم همچنین در افراد حساس به گلوتن (نوعی بیماری ژنتیکی که افراد قادر به هضم گلوتن نان نیستند)، مسومیت کمتری ایجاد می کند که این امر دلیل دیگری برای تولید نان از گندم دوروم است(.(Troncone and Auricchio,1991 بسیاری از این نانها بطور صنعتی تولید نمی شوند و هنوز، تولید آنها بیانگر مهارتهای خاص نانوایان است و بنابراین تولید صنعتی آنها بسیار گران است.

اصلاحگری گندم دوروم مناسب برای تولید نان و پاستا، درایتالیا و کانادا انجام می شود زیرا گندم دوروم دو منظوره می تواند بجای گندم نان مورد استفاده قرار گیرد یا با آرد نانوایی با کیفیت بالا ترکیب شود. نان حاصله از ترکیب آرد گندم دوروم و آرد گندم معمولی بهاره( با نسبت 60 به 40) که با استفاده از روش  sponge-doughتهیه شده، نانی با ظاهر و حجم مشابه با نان حاصله از آرد خالص گندم معمولی بهاره تولید کرده است اما میزان بالاتر بیاتی نان در این نوع نان مشاهده شده است.(Hareland and Puhr,1998) نان مقبول با استفاده از روش خمیر مستقیم و با ترکیب25 به 75 آرد دوروم و گندم معمولی، تنها وقتی حاصل شد که لاکتات استیرول سدیم به آرد افزوده شدBoyacioglu and D’Appolonia, 1994)).

استانداردهای گزینش دوروم از نظر کیفیت مطلوب پاستا

کیفیت پاستا بوسیله سه فاکتور مهم تعیین می شود: مواد خام، دستورالعمل تهیه و فرآیند تولید(Dawe, 2001). در این مقاله، ترکیبات مرتبط به خصوصیات خمیر مطلوب که بر کیفیت پاستا تاثیر می گذارند مورد بررسی قرار می گیرند. برای تولید پاستا، خصوصیات خمیر جنبه مهمی از کیفیت هستند و پروتئینهای ذخیره ای آندوسپرم گندم تعیین کنندگان اصلی این خصوصیات (کشش، ارتجاع خمیر و پایداری خمیر) هستند. فاکتورهای دیگر چون نشاسته و پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای و پروتئینهای غیرگلوتنی همچنین ممکن است یک نقش مهم ایفا کنند. خصوصیات خمیر می تواند با استفاده از ابزارهای سنتی شیمی غلات یا با استفاده از تجهیزات مدرن بررسی کننده مقادیر بنیادین رئولوژی مورد مطالعه قرار گیرند.

ارزیابی پتانسیل مطلوب تولید پاستا با بررسی دانه آغاز می گردد. خصوصیات مهم شامل ظاهر، آزمون وزن، وزن هزار دانه، عیوب فیزیکی، درخشندگی، درصد رطوبت، هوازدگی و درصد پروتئین دانه می باشند.(Sissons,2004)برای جزئیات بیشتر خواننده می تواند به مقاله مروری Sissons,2004 مراجعه نماید. در برخی کشورها مانند استرالیا و کانادا، درصد پروتئین یکی از عوامل مورد نظر در پرداخت قیمت محصول به گندمکاران است.(Sissons,2004) پروتئین بالای سمولینای حاصله از گندمهای دوروم در شرایط مطلوب فیزیکی، عمدتا سمولینایی با ذرات یک اندازه و حداقل تعداد ذرات نشاسته ای سمولینا بوجود می آورد که حتی در طی فرآیند اختلاط هیدراته شده (آب جذب کرده) و پاستایی قوی و الاستیک تولید می کند. وقتی پخته شد، پاستا متورم شده و حداقل بقایا(ضایعات) را درهنگام پخت برجا می گذارد و تا هنگام استفاده پایدار باقی می ماند. سمولینای با پروتئین کم، محصولات پاستایی با نقص در برخی و یا همه این خصوصیات تولید می کند. مقادیر پروتئین 16-11% سمولینای دوروم، برای تولید محصول مطلوب و کسب رضایت تولید کننده مطلوب می باشد(Turnbull, 2001).

پس از اینکه دانه بصورت سمولینا آرد گردید، استانداردهای مختلفی بوسیله تولیدکنندگان پاستا برای ارزیابی پتانسیل کیفیت پاستا مورد استفاده قرار می گیرد. این استانداردها شامل: درصد خاکستر، رنگ، تعداد لکه ها، توزیع اندازه ذرات، ناخالصیهای غیر دورومی و کیفیت پروتئین است.(Sissons,2004)نوع پروتئینهای حاضر در دانه بر شرایط فرآوری تاثیر می گذارد. کشش گلوتن واژه مورد استفاده برای توضیح توانایی پروتئین ها برای تشکیل شبکه ای مطمئن است که کیفیت مطلوب پخت را القاء می کند. پیوستگی و کشش ماتریس پروتئینی تشکیل شده در طی اتصال و انفصال خمیر، در تعیین خصوصیات ساختاری پاستا مهم هستند. در مقادیر یکسان پروتئین، گندمهای با گلوتن قوی در مقایسه با گندمهای با گلوتن ضعیف، خمیر با چسبندگی کمتر و خصوصیات انفصالی بهتر تولید کرده و نان با بافت بهینه بوجود می آورند(Dexter and Matsuo 1978;. Autran et al. 1986; Matsuo et al. 1986; D’Egidio et al. 1993; : Sissons et al. 2005b). کشش از اهمیت خاصی در تولید پاستاهای فوری برخوردار است زیرا این نوع پاستا دیواره های نازکتری داشته و در طی فرآوری به کشش بیشتری نیازمند است. در مقابل، پاستاهای تازه مورد علاقه عامه، به خمیر با ارتجاع بیشترو گلوتن ضعیف تر برای بهبود خصوصیات ورقه ورقه شدن نیازمندند.(Marchylo et al.2004) بنابراین، خصوصیات گندم دوروم یا سمولینا از نظر کشش گلوتن، به نوع محصول نهایی در حال فرآوری بستگی خواهد داشت. در کشورهای مصرف کننده سنتی پاستا، به مصرف کننده اطلاعاتی در مورد عطر، رنگ، ظاهر، بافت، طعم و ارزش غذایی پاستا داده می شود.(D’Egidio and Nardi, 1998) پس از پخت، پاستا باید بافت خود را حفظ کرده و بصورت ضخیم و یا توده چسبنده در نیاید. خصوصیات مکانیکی بافت مشخصا بوسیله دایره ای از لغات(استحکام، الاستیستیه، چسبندگی، قابلیت جویدن و حجیم شدن) شرح داده می شود و می تواند بوسیله پانل حسی یا بوسیله تستهای مشخص اندازه گیری شود(D’Egidio and Nardi,1998). ارزیابی حسی بعنوان تست نهایی کیفیت پخت نان پاستا مورد نظر قرار می گیرد و مرجعی برای مقایسه دیگر روشها می باشد. اما، برخی مشکلات به سبب پیش زمینه های متفاوت و تجربیات مختلف تست گرها رخ می دهد. برای اجتناب از این موضوع، ابزارهای تستگر مختلفی برای ارزیابی بافت و مقادیر میانگین واسرشت و ثبت میزان نیرو، زمان و فشردگی  یک نمونه مشخص بکار برده می شوند. تست دیگر شامل اندازه گیری بوسیله روشهای شیمیایی است که میزان کل ماده آلی حاصله از پاستای پخته شده را پس از غوطه ور کردن آن در آب (به مدت ثابت) بدست می آورند. این تست به میزان زیادی به ارزیابی حسی مرتبط است (D’Egidio et al. 1993).

استانداردهای گزینش گندم دوروم برای کیفیت مطلوب تولید نان

آرد دوروم مورد استفاده برای پخت نان، می تواند از سمولینای دوبار آسیاب شده ویا از آسیاب مستقیم بدست آید. عمل آسیاب کردن برای تولید یک آرد بسیار خوب، می تواند میزان صدمه دیدگی نشاسته را به سبب سختی بسیار دوروم افزایش دهد. این امر می تواند مشکلاتی مانند کاهش حجم نان، تولید قرص نان مرطوب و یا نپخته و رنگ تیره پوسته نان(Dexter et al, 1994; Saperstein et al.2007) براثر جذب بیشتر آب توسط نشاسته آسیب دیده را ایجاد کند(Dexter et al, 1994). ورقه ها (لایه های) هموار از آسیب نشاسته بیشتری نسبت به ورقه های شیاردار برخوردارند. درصد بالای پروتئین معمولا راندمان برتر پخت نان و در نتیجه فرآیند کوتاه مدت پخت نان را سبب می شود اما هنوز دسترسی به خصوصیات(عالی) نان پخته شده بوسیله آرد گندم نان میسر نیست.(Dexter eta.l 1994) آرد پدید آورنده یک نان مطلوب، نیازمند ظرفیت بالای گلوتن که یک ماتریس ویسکوالاستیک گسترده در طی تشکیل خمیر تشکیل می دهد می باشد و آن از خصوصیات مطلوب دست ورزی فیزیکی، مانند مقاومت بالا به گسترش خمیر و قابلیت کشش متوسط خمیر، برخوردار است.

ارقام زودرس گندم دوروم برای تولید نان مطلوب بسیار ضعیف بودند(تا پیش از سال 1980). توسعه گندمهای قویتر در کانادا و آمریکا امکان کاربرد گندم دوروم برای تولید نان را، البته نه به میزان آردهای مطلوب نانوایی(آرد گندم نان)، فراهم کرد. خمیر دوروم بعنوان خمیر نرم و آبکی و یا سخت شناخته می شود نه بعنوان خمیر بادوام و پایدار.(Liu et al. 1996)در ایتالیا مشخص شده که واریته های دوروم به گلوتن نیاز دارند که کمتر الاستیک و بیشتر توسعه پذیر(قابل انبساط) است. آزمونهای سنتی خمیر مانند فارینوگراف، اکستنسوگراف و آلوگراف تاکنون نشان داده اند که گلوتن گندمهای دوروم بسیار غیرالاستیک(انعطاف ناپذیر) و ضعیف هستند .(Liu et al. 1996) آلوگراف نمونه خمیر را تحت فشار منبسط می کند(خمیر کشیده می شود) و بصورت حبابهای نازکی بدفرمی در می آید و حجم خمیر تا رسیدن به نقطه گسستگی افزایش می یابد(خمیر تا حد امکان کشیده می شود). نوعا آلوگرامهای گندم دوروم نشان دهنده چسبندگی بسیار بالا(P) در برابر الاستیسیته(L) است. نسبت P به L بیش از 1/5 است. Quaglia(1988) اعلام کرده است که برای تولید نان دوروم، ذرات سمولینا یا آرد باید دراندازه 120 تا 190 میکرون، درصد صدمه دیدگی نشاسته7 الی 7/5درصد، درصد پروتئین بیش از13 درصد(dmb) و کیفیت مطلوب گلوتن برخوردار باشند(نسبت P به L آمیلوگراف بیش از 1/5 و انرژی(w) در حدود 200j x 10^-4باشد). پایداری خمیر برای اطمینان از دسترسی خمیر به زمان بهینه تخمیر مهم است. میزان تحمل می تواند بوسیله درجه شل شدن که بوسیله دستگاه فارینوگراف محاسب می شود بدست آید. به سبب درصد بالای گلوتن و پایداری، آرد گندم های دوروم آستانه تخمیر بالایی دارند. گندمهای دوروم عمدتا عدد فالینگ بالایی دارند. فعالیت پایین آلفا آمیلاز، سهولت توسعه کامل خمیر را کاهش می دهد و در نتیجه یک نان سخت تولید می شود. برای غلبه بر این مشکل، این چنین آردهایی با گندم سخت ترکیب می شوند تا امکان فعالیت بیشتر آمیلولاکتیکی فراهم گردد. اما، ترکیب شدن می تواند به سبب تفاوت در جذب آب و نرخ آبگیری دو نوع آرد، موجب آبگیری غیر یکنواخت و در نتیجه تاثیرگذاری بر نان تولیدی گردد(Quaglia, 1988).

بطور سنتی، خصوصیات فیزیکی خمیر گندم با استفاده از ابزارهای مخلوط گر خمیر مورد بررسی قرار می گیرند. این تستها شاخصهایی از کشش نسبی خمیرفراهم می کنند، اما خصوصیات ویسکوالاستیک خطی (LVP) بنیادین را ارائه نمی کنند. برای پلیمرهای با وزن مولکولی بالا مانند گلوتن،LVPبه سبب مشکلات حل پذیری و پراکندگی پلیمرهای بسیار بزرگ، بطور روزافزون بعنوان روش شناسایی مولکولی بکار می رود. تستهای مکانیکی مانند زدودنهای متناوب و آزمونهای بلند مدت مرحله به مرحله بکار گرفته شده درناحیه ویسکوالاستیک خطی، بطور روزافزون برای آزمون خصوصیات مکانیکی آرد غلات  مورد استفاده قرار می گیرند.(Rao et al. 2001)این روش امکان بررسی جزئیات طبیعت شیمیایی ساختار شبکه ای در خمیرو ارتباط آب با کیفیت محصول نهایی(نان) را فراهم می سازد.

فرآیند نانوایی اختلاط مجدد تا نقطه اوج، بخصوص در فرآیند تولید نان ایتالیایی، از زمان نسبتا طولانی تخمیر برخوردار است(Kilborn and Tipples,1981). زمان تخمیر حیاتی است. در طی تخمیر، شرایط اسیدی و آنزیمی و فرآیندهای اکسایشی- کاهشی سبب تغییرات فیزیکی درخمیر می شوند که این امر اصطلاحا "رسیدگی خمیر" نام دارد. زمانهای کوتاهتر تخمیر، سبب القاء کیفیت بهتر در قرصهای نان دوروم می شوند (Dexter et al. 1994). خمیر دوروم قویتر بیش از تخمیر کوتاه مدت، ثمربخش است.(Saperstein et al. 2007) آستانه نسبتا پایین بسیاری از ژنوتیپهای دوروم مورد مطالعه، به سبب فقدان مقادیر کافی زیرواحدهای گلوتنین با وزن مولکولی بالا(HMW-GS) دانسته می شود.(Saperstein et al.2007)

خمیر

خمیر پاستا از ترکیب سمولینا و آب تحت شرایط معین دمایی و رطوبتی ساخته می شود. همچنانکه ترکیب پاستا و آب از میکسر به پره های مکشی دستگاه خمیرگیر برده می شود بواسطه اعمال کار مکانیکی بصورت خمیر در می آید(Dawe, 2001). خمیر بواسطه تشکیل شبکه گلوتن یعنی جایی که ذرات سمولیناحاوی فیبریلهای پروتئینی هستند که برای تشکیل یک خمیر چسبناک کنش و واکنش دارند، بوجود می آید((Amend and Belitz, 1989. تغییراتی که در طی اختلاط و انفصال ذرات (آرد) رخ می دهد بعنوان توسعه خمیر نامیده می شود. آنچه در سطح مولکولی رخ می دهد چندان روشن نیست اما احتمالا یک تسلسل رخ می دهد. مخلوط کردن خمیر با آب، مواد اولیه را بصورت توده ای یکسان ترکیب می کند. عمل اختلاط بواسطه قراردادن سطوح خشک جدیدی از ذرات آرد در معرض آب، به آبگیری کمک می کند. متعاقبا، تغییرات بیشتری در سطح مولکولی شامل کنش و واکنش گلیادین و گلوتنین و تشکیل باندهای دی سولفید برای تشکیل گلوتن، ماتریس ویسکوالاستیک خمیر، رخ می دهد(Graveland et al.1985). توسعه خمیر می تواند با استفاده از ابزارهایی مانند فارینوگراف و میکسوگراف ثبت شود.

فرآیندهای تولید خمیر: مرور کلی

تغییر شکل سمولینا بصورت پاستا شامل فرایندهای مرطوب شدن، اختلاط و انفصال است. پاستای مرطوب حاصله، شبکه ای از پروتئین دارد که گرانولهای نشاسته را دربر می گیرند. این امر سبب تولید شبکه ای می شود که حداقل شکافها و خلل و فرج را دارد. در سمولینا، گلوتن بصورت شیشه ای (تغییرناپذیر) وجود دارد اما بمحض اضافه کردن مقداری آب به آن، بصورت لغزنده و الاستیک در می آید، و قابلیت تشکیل رشته ها و صفحات از طریق باندهای بین مولکولی را بدست می آورد. این ماتریس به گیر انداختن گرانولهای نشاسته در پاستا و حفظ حالت آن در طی پخت کمک می کند. وقتی گلوتن هیدراته گرما می بیند، پیوستگی های برگشت ناپذیر پروتئین- پروتئین تشکیل می شوند. در دمای زیر55 درجه سانتیگراد، نشاسته همچون یک ماده نفوذناپذیر بیجان(بی اثر) رفتار می کند و قادر به جذب آب زیادی نیست. اما به محض گرما دادن، نشاسته ساختار سخت وانعطاف ناپذیر خود را از دست داده و ساختار شیشه ای آن بصورت انعطاف پذیر در آمده  و میتواند بلافاصله اقدام به جذب آب کند. این امرسبب افزایش ویسکوزیته، متعاقب تورم گرانولها و رها سازی مواد محلول از گرانول می شود.

در دمای اتاق(~25°C) و رطوبت پایین (کمتراز 12 درصد) گلوتن و نشاسته در سمولینا همچون یک ماده شیشه ای(بدون تغییر) عمل می کنند. در رطوبت اندکی بالاتر، گلوتن همچون ماده ای تغییر پذیرعمل کرده و همچنانکه آب بیشتری (تا حدود 33 درصد) افزوده می شود، گلوتن تحت استرس القایی(عمل اختلاط) روان می گردد.(Blanshard, 1995) در طی این فاز، آب در میان سمولینای خشک برای توزیع متعادل رطوبت، توزیع می شود. همچنانکه ترکیب مرطوب از داخل پره های مکنده دستگاه خمیرگیر عبور می کند بصورت خمیر در می آید و اعمال کار مکانیکی سبب ترکیب پروتئین و تشکیل شبکه گلوتن می شود. اگر دما به بالای 55 درجه برسد، گلوتن بصورت تصاعدی سفت و سخت شده و بنحو برگشت ناپذیری بصورت ژل در می آید(Blanshard, 1995). این فرآیند در خمیرگیری ناخوشایند است و در این شرایط، گلوتن در پاستا بصورت ذراتی از ژل گسسته ظاهر می شود و این عوامل سبب ضعیفترشدن رشته های پاستا می شوند. بنابراین، حداکثر دمای نگهداری خمیرباید زیر 55 درجه باشد. بواسطه اعمال نیرو بر خمیر از طریق یک قالب تحت فشار، امکان تشکیل پاستا از خمیردارای حالت مطلوب میسر می شود. برای اعطای مقداری مقاومت به پاستا در برابر پخت طولانی مدت، شبکه پروتئین نباید بطور نامطلوبی صدمه ببیند. برای اجتناب از این امر، ورز دادن خمیر در پره های همزن باید با ملایمت باشد. زیرا نیروهای برشگر(ورز دهنده خمیر) هستند که می توانند به ساختار پروتئین آسیب بزنند.

اگرچه پاستا به سبب تازه فروخته شدن، با ماندگاری کوتاه مدتی روبرو است، اما پاستا برای زودودن رطوبت اضافی باید خشک شود تا رشد میکروبها غیر ممکن گردد. همچنین، استفاده از دماهای بالا برای واسرشت پروتئینهای گلوتن، بمنظور فراهم سازی پیوندهای پروتئینی مطلوب برای تشکیل شبکه ای برای به دام انداختن گرانولهای نشاسته، ضروری می باشد(برای جزئیات بیشتر در مورد خشک کردن پاستا به Sisons 2002 مراجعه نمایید).