در بخش اول این تحقیق اثر شرایط مختلف تخمیر بر خصوصیات رئولوژیک خمیر سنگک مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس اثر شرایط پخت و نگهداری بر خصوصیات کیفی و بیاتی نانهای سنگک مورد ارزیابی قرار گرفت. در این مطالعه اثر ترکیب نوع پخت (پخت کامل یا نیم پخت کردن)، شرایط پخت (دما (280، 310 و ˚C340)- زمان)، دمای نگهداری (اتاق، یخچال و فریزر) و بستر پخت (بستر سنگ ریزه و بستر فلزی) بر بیاتی نان سنگک از طریق ارزیابی خصوصیات رئولوژیک (میزان سفتی (حاصل از تست فشردگی) و مقدار مقاومت برشی (حاصل از تست برشی کرامر))، خصوصیات گرمایی (شامل میزان آب قابل انجماد و کریستالیزاسیون مجدد آمیلوپکتین)، میزان تخلخل و توزیع حفرات مورد بررسی قرار گرفت.

در زمینه ارزیابی خصوصیات رئولوژیک خمیر، افزایش زمان و دمای تخمیر منجر به کاهش مدول ذخیره و مدول افت طی تخمیر گردید که سرعت کاهش مدول الاستیک بیشتر بود. نتایج نشان داد که افزایش G’ و G” بعنوان تابعی از فرکانس در دامنه خطی از روابط توانی تبعیت می نماید. نتایج بررسی ها نشان داد که انجماد و نیم پخت کردن باعث کنترل بیاتی در نانهای سنگک شدند. میزان سفتی و آنتالپی ذوب کریستالهای آمیلوپکتین در نانهای کاملاً پخته طی نگهداری در دو دمای 4 و ˚C20  افزایش یافت. مقدار آب غیر قابل انجماد در نانهای کاملاً پخته به طور معنی دار با افزایش زمان نگهداری و کاهش زمان پخت افزایش یافت. سرعت افزایش آب غیر قابل انجماد در نانهای کاملاً پخته بالاتر از نانهای نیم پخته بود. این امر بدین معناست که علاوه بر کریستالیزاسیون آمیلوپکتین، دلیل دیگری برای افزایش آب غیر قابل انجماد باید وجود داشته باشد. علاوه بر این نگهداری در دمای ˚C4 در مقایسه با نگهداری در ˚C 20 باعث افزایش آنتالپی ذوب کریستالهای آمیلوپکتین شد. در حالیکه افزایش آب غیر قابل انجماد در ˚C20 بالاتر از ˚C4 بود. پخت سنگک بر روی سنگ ریزه های داغ سرعت حرارت دهی را نسبت به پخت بر روی بستر فلزی افزایش داد. سرعت حرارت دهی بالا منجر به تغییر در مقادیر رطوبت و سینتیک بیاتی نان سنگک طی نگهداری گردید. سرعت حرارت دهی بر فرایند ژلاتینه شدن نشاسته از طریق تغییر در شدت بی نظمی کریستالهای آمیلوپکتین، باد کردگی گرانولها و نشت آمیلوز تأثیر می گذارد. همچنین بر کریستالیزاسیون مجدد نشاسته و سینتیک بیاتی پس از پخت مؤثر می باشد. سینتیک بیاتی نانهای پخته شده بر روی بستر سنگ ریزه و بستر فلزی متفاوت بود و سفتی نانهای پخته شده بر روی بستر سنگ ریزه به طور معنی داری نسبت به نانهای پخته شده بر روی بستر فلزی طی نگهداری کمتر بود؛ اگر چه مقدار رطوبت نانهای پخته شده بر روی بستر فلزی بالاتر از نانهای پخته شده بر روی بستر سنگ ریزه بود. نتایج بررسی ها همچنین نشان داد که برای توصیف سینتیک سفت شدن و کریستالیزاسیون مجدد آمیلوپکتین در نان سنگک می توان از دو مدل آورامی و مدل سینتیکی درجه اول با عامل محدود کننده استفاده نمود. مقادیر تخلخل محاسبه شده به روش پیکنومتری با گاز هلیوم نسبت به مقادیر تعیین شده با روش توموگرافی به واقعیت نزدیکتر بودند. دمای پخت و نیم پخت کردن بر دامنه اندازه سلولهای هوا و نیز نحوه توزیع آنها تاثیر گذار بودند.

فصل اول: مقدمه و بررسی منابع

1-1- مقدمه

بیش از نیمی از انرژی و پروتئین و قسمت اعظم ویتامین ها و املاح مورد نیاز مردم از راه مصرف نان تامین می شود. نان تازه دارای زمان ماندگاری کوتاهی است و کیفیت آن به شدت به فاصله ی بین پخت و مصرف وابسته است. طی نگهداری نان، از دست رفتن تازگی به موازات افزایش سفتی مغز منجر به کاهش مقبولیت آن برای مصرف کننده می گردد که از این  تغییرات  معمولاً به عنوان بیاتی یاد  می شود. بخش مهمی از ضایعات نان در کشور، مربوط به بیاتی سریع نانهای تولیدی است. یکی از نانهای سنتی تولیدی در کشور که از عطر و طعمی ممتاز و ارزش غذایی بالایی برخوردار می باشد، سنگک است. نان سنگک نوعی نان مسطح که بر روی سطح ریگهای داغ پخت می شود. اخیراً تنورهای نیمه صنعتی مختلفی به بازار عرضه شده اند که پخت سنگک در آنها بر روی سطوح فلزی به جای سنگ ریزه انجام می شود. به نظر می رسد که تفاوتهایی در کیفیت نانهای پخته شده در تنورهای سنتی با نیمه صنعتی وجود دارد که می تواند به بستر پخت و شرایط پخت مربوط باشد. مروری بر كارهای انجام شده در ایران نشان می دهد كه تحقیقات كمی بر روی نان سنگك انجام گردیده است. عمده كارهای انجام شده نیز بر بررسی تاثیر برخی بهبود دهنده ها در تاخیر بیاتی نان سنگك متمركز بوده است. تمایل مصرف کنندگان به سمت محصولات تازه پخت شده و سنتی با ارزش غذایی بالا از یكسو، و افزایش دستمزد نیروی كار ماهر از سوی دیگر، دنیای امروز را به سمت سود جستن از تکنولوژی BOT ( Baked Off Technology) سوق داده است. این تکنولوژی عبارت است از تولید نان از فرآورده های نانوایی منجمد یا غیر منجمد در مقیاس صنعتی برای توزیع در فروشگاه های عرضه نان، سوپرماركتها، رستورانها و منازل. سه گروه اصلی فرآورده های تولیدی با این تکنولوژی عبارتند از: خمیرهای تخمیر نشده منجمد، نانهای نیم پخته منجمد و غیر منجمد. نان نیم پخته منجمد نوعی محصول نیمه آماده است که با بهره گرفتن از یک فرمول کم و بیش سنتی تولید شده و می تواند به سرعت قبل از مصرف، مرحله پخت نهایی را طی نماید. از مزایای نانهای نیم پخته منجمد می توان نیاز به تجهیرات و فضای کمتر، سهولت مصرف، صرفه جویی در وقت و قابلیت نگهداری بالا، راحتی نگهداری در فروشگاه ها و كاهش ضایعات را نام برد. هم چنین نیاز به کارگر متخصص کاهش یافته، کیفیت محصول بالا رفته و

 تهیه نان تازه در هر ساعتی از روز امکان پذیر می گردد. نیم پخت کردن محصولات نانوایی و نگهداری آنها به صورت منجمد، راه حلی موثر برای مقابله با بیاتی در محصولات نانوایی و كاهش ضایعات است. از محدودیت های عمده این روش می توان به مصرف بالای انرژی (2/2 برابر انرژی بیشتر نسبت به فرایند  معمول) آن اشاره نمود كه نهایتا منجر به تولید محصولی با قیمت تمام شده بالاتر می گردد.

شرایط فرایند و نگهداری نقش مهمی در بیاتی دارند. با این وجود بر اساس اطلاعات ما هیچ تحقیقی در زمینه ترکیب نوع پخت (پخت کامل یا نیم پخت کردن)، شرایط پخت (دما- زمان) و دمای نگهداری بر بیاتی نان مسطح تولید شده از خمیر با مقدار رطوبت بالا و آرد گندم کامل( مشابه نان سنگک) انجام نشده است. نسبت بالای آب در خمیر سنگک اثرات معنی داری بر خصوصیات رئولوژیکی نان دارد. دما در تنورهای پخت سنگک بالا بوده و زمان پخت کوتاه و در حد چند دقیقه می باشد. بنابراین تعیین اثر شرایط پخت بر کیفیت نان طی نگهداری اهمیت زیادی دارد.

این تحقیق امکان فهم بهتر از پدیده های درگیر در مراحل تخمیر، پخت و نگهداری نان سنگک را فراهم می نماید. اهداف این تحقیق شامل 1) ارزیابی اثر شرایط مختلف تخمیر بر خصوصیات رئولوژیکی خمیر، 2) ارزیابی اثر نیم پخت کردن و نگهداری در شرایط متفاوت (انجماد، یخچال و دمای اتاق) بر بیاتی نان سنگک، 3) ارزیابی اثر پخت بر روی سنگ ریزه های رودخانه ای در مقایسه با بستر فلزی در دماهای مختلف (280، 310 و ˚C340) بر خصوصیات کیفی نان سنگک طی نگهداری در دمای اتاق 4) ارزیابی سینتیک بیاتی نانهای سنگک درشرایط مختلف پخت و نگهداری و 5) ارزیابی اثر شرایط مختلف پخت بر تخلخل و توزیع حفرات در نان سنگک.

2-1- نان

غلات و فراورده های نانوایی پایه هرم تغذیه ای انسان را تشکیل می دهند. قدمت نان به حدود 10 هزار سال قبل از میلاد بر می گردد. در بین اقوام مختلف، مصریان اولین افرادی بودند که هنر پخت نان را فرا گرفتند. از همان دوران، کنترل بر تولید و توزیع نان به عنوان ابزاری برای اعمال نفوذ سیاسی بر توده مردم استفاده می شده است [102]. نان در دنیا بسته به سلیقه و فرهنگ مردم هر منطقه، با روش‌ها و اشكال مختلف تهیه می‌شود. به طور كلی نان­های مورد مصرف كنونی را از نظر نوع می‌توان به انواع تخمیری و غیر تخمیری و از نظر شكل به صورت مسطح و حجیم تقسیم بندی نمود. گرچه امروزه نان به صورت غیر تخمیری كمتر تولید می‌شود، اما نان‌های مسطح و یا حجیم هر دو به شکل گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. نان نازک و مسطح اولین نانی بود كه توسط انسان تهیه شد ولی به تدریج با شناخته شدن روش تهیه نان و به وجود آمدن فن نانوایی، تنوع بیشتری در فرم، شكل و نوع نان به وجود آمد [164].

بیش از نیمی از انرژی و پروتئین و قسمت اعظم ویتامین ها و املاح مورد نیاز اکثر مردم از راه مصرف نان تامین می شود. نان تازه دارای زمان ماندگاری کوتاهی است و کیفیت آن به شدت به فاصله ی بین پخت و مصرف وابسته است. طی نگهداری نان، از دست رفتن تازگی به موازات افزایش سفتی مغز منجر به کاهش مقبولیت آن برای مصرف کننده می گردد. از این  تغییرات  معمولاً به عنوان بیاتی یاد  می شود [15, 33]. در حال حاضر بخش زیادی از گندم تولیدی كشور در زنجیره گندم، آرد و نان به طرق مختلف ضایع می گردد كه بخش مهمی از ضایعات، مربوط به بیاتی سریع نانهای سنتی است.

3-1- نان سنگک

نان سنگک نوعی نان مسطح با 70 تا 80 سانتی متر طول، 40 تا 50 سانتی متر عرض و 3 تا 5 میلی متر قطر است. سطح آن با کنجد یا خشخاش تزئین می شود و معروفترین نوع نان در ایران به شمار می رود. در تهیه سنتی آن آردی با 95 درصد استخراج، 5/1 درصد نمک، 20 درصد خمیر ترش، 5/0 درصد مخمر و حدود 85 تا 100 درصد آب بکار می رود و خمیر آن نسبت به خمیر نانهای دیگر شل تر است. در پخت سنتی نان مقداری از خمیر را بر روی پاروی صاف محدب شکلی پهن نموده، ناخن می زنند و سپس به سطح ریگهای داغ درون تنور افقی با شیب کم منتقل می نمایند. در تنورهای سنتی پخت سنگک، دما در رنج °C 350-250 در قسمتهای مختلف تنور می باشد و مرحله پخت در عرض چند دقیقه انجام می گیرد. متاسفانه مقادیر زیادی از این نان به دلیل بیاتی سریع از دست می رود.

4-1- اثر مراحل مختلف فرایند تولید نان بر کیفیت نهایی محصول

1-4-1- مخلوط کردن

اولین مرحله در تهیه نان فرایند مخلوط کردن است که یک مرحله مهم و بحرانی است  و منجر به توسعه ساختار ویژه ای می گردد که امکان حفظ گاز طی تخمیر و مراحل اولیه پخت در آن ایجاد خواهد شد. این مرحله توسعه شبکه گلوتن و هسته زایی حبابهای هوا را در خمیر کنترل می نماید. این مرحله رئولوژی خمیر و به طور عمده کیفیت محصول نهایی را تحت تاثیر قرار می دهند. خمیر یک سیستم چند فازی و چند ترکیبی است که به طور اصلی از پروتئینها، چربیها و کربوهیدراتها، آب و هوا تشکیل می شود. مواد تشکیل دهنده خمیر و همین طور شرایط فرایند، ساختار ماکروسکوپیک محصولات پخته شده را تعیین می کند که این ساختار، ظاهر، بافت و طعم آنها را پاسخگو می باشد. برای تشکیل چنین ساختاری مواد اولیه مخلوط و ورز داده می شوند. سپس خمیر ور آمده و پخته می شود. طی عملیات تهیه نان تغییرات ساختاری شدیدی رخ می دهد. طی مخلوط کردن، مواد اولیه تبدیل به یک ماده ویسکوالاستیک می شوند که در نتیجه تشکیل یک شبکه سه بعدی پروتئینی است که به طور یکنواخت گرانولهای نشاسته در آن پراکنده شده اند. مکانیسم توسعه شبکه گلوتنی هنوز واضح نمی باشد و از آنجاکه تشکیل شبکه گلوتنی در خمیر نان یک فرایند نسبتا سریع است، مطالعه آن دشوار می باشد. اوگر و همکاران به منظور فهم بهتر دینامیک این فرایند، سینتیک آن را با افزایش مقدار آب خمیر آهسته نمودند. در  نسبتهای آرد/ آب پائین، منحنی های مخلوط کردن یک فاز تاخیری[1] را نشان می دهند و سپس گشتاور تا پیک حداکثر مقاومت خمیر افزایش می یابد. طول فاز تاخیری با مقدار آب خمیر افزایش می یابد، درحالیکه افزایش سرعت مخلوط کردن زمان توسعه خمیر بهینه را کاهش می دهد. زمان بهینه برای توسعه خمیر متناسب با توان وارده به خمیر طی فاز تاخیری بوده و ارتباطی به انرژی مکانیکی ویژه مورد نیاز جهت ایجاد حداکثر گشتاور ندارد. توسعه شبکه گلوتنی از دو پدیده نتیجه می شود. اولی شامل تشکیل تکه های میکروسکوپی گلوتن و دومی شامل توسعه رشته های گلوتن در انتهای فاز تاخیری است [9]. اختلاف در تشکیل شبکه پروتئین گلوتن طی مخلوط کردن خمیر به طور کلی وابسته به نوع آرد است[81].

پارامترهایی از قبیل زمان مخلوط کردن بهینه، مقدار آب و زمان استراحت بر خصوصیات رئولوژیکی و ساختار میکروسکوپی خمیر مؤثر می باشند. مخلوط کردن باعث ایجاد تغییرات در سطح مولکولی می گردد [97]. مقدار ماکرومولکول گلوتنین خمیر طی مخلوط کردن به طور معنی داری افزایش می یابد. آنالیز SE-HPLC نشان داد که مخلوط کردن خمیر[2] در حداکثر قوام باعث شکسته شدن تقریباً همه پلیمرهای گلوتنین می شود، اگرچه جمع شدن مجدد آنها طی استخراج گلوتن اتفاق می افتد [9]. حلالیت پروتئین طی مخلوط کردن در جذب آب مناسب برای خمیرهای گندم افزایش می یابد [63].  افزایش زمان مخلوط کردن باعث افزایش تقریباً خطی آب در فاز گلوتن می گردد [87] و افزایش مقدار آب یا زمان مخلوط کردنG’ را کاهش می دهد. رابطه خطی بین G’ و ارتفاع پیک فارینوگراف وجود دارد [110]. مقدار آب و نوع آرد اثر معنی داری بر (G’) و زاویه فاز[3] و حجم نانهای حاصل از خمیرهای متفاوت دارند [10].

تغییرات رئولوژیکی اساسی طی مخلوط کردن به شدت وابسته به واریته گندم می باشد. مدول الاستیک (G’) و مدول ویسکوز (G”) خمیرهای ضعیف با افزایش زمان مخلوط کردن کاهش می یابد که دلالت بر این امر دارد که خمیر آرد