محتوای رطوبت نمونه های نشاسته (بر حسب وزن مرطوب) در شکل ۴-۱ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود، نشاسته های طبیعی و فسفریله به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان رطوبت بودند. نتایج آنالیز آماری نشان داد که بین محتوای رطوبت انواع نشاسته ها تفاوت معنی دار آماری وجود دارد (۰۵/۰p<). بر اساس ماده خشک بدست آمده برای هر نشاسته که به ترتیب ۸۸/۸۶، ۵۸/۸۹ و ۳۹/۹۰ درصد برای نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله بود، گرم ماده ی لازم از هر نشاسته برای انجام سایر آزمایش ها تعیین شد.

شکل۴-۱٫ محتوای رطوبت نمونه های نشاسته برحسب مرطوب.

۴-۳٫ طیف سنجی FT-IR

طیف مادون قرمز FT-IR بدست آمده برای نشاسته های طبیعی و فسفریله در شکل ۴-۲ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود، تمام پیک های جذب بدست آمده برای گروه های شیمیایی موجود در این دو نشاسته مشابه می باشد، که نشان می دهد طی فرایند فسفریله کردن هیچ گروه شیمیایی جدیدی در نشاسته فسفریله ایجاد نشده است. شدت پیک های ظاهر شده در طول موج ۳۳۹۳ معکوس سانتیمتر مربوط به جذب پیوند گروه هیدروکسیل، جذب پیوند هیدروژنی درون مولکولی در طول موج ۱۶۳۹ معکوس سانتیمتر و جذب پیوند گروه C-O مربوط به الکل های نوع اول در طول موج ۱۰۲۴ معکوس سانتیمتر، تغییرات بیشتری را نشان دادند. تغییری که در این میان معناداری خاصی را نشان می دهد مربوط به جذب بدست آمده در طول موج های بین ۱۶۳۹-۱۶۴۳ معکوس سانتیمتر می باشد، زیرا بدین معنی است که با جایگزینی جزئی فسفر در نشاسته فسفریله شده احتمالاً از میزان پیوند های هیدروژنی موجود در نشاسته طبیعی کاسته شده است و یا در واقع از میزان کریستاله بودن مولکول کم شده و بخش آمورف آن افزایش یافته است. سینگ و نس (۲۰۱۱) نتایج مشابهی را در مورد نشاسته فسفریله شده Phaseolus aconitifolius گزارش کردند. برعکس آنچه در طیف FT-IR مربوط به نشاسته فسفریله مشاهده شد، در نتیجه ی هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته طبیعی گندم یک پیک جذبی جدید به وجود آمد که این پیک در طول موج ۲۹۷۴ معکوس سانتیمتر دیده شد (شکل ۴-۳). فارست (۱۹۹۲) بیان کرد که این پیک جدید بدست آمده مربوط به پیوند C-H غیر متقارن موجود در گروه متیل استخلاف هیدروکسی پروپیل می باشد. او همچنین بیان کرد که با افزایش درجه جانشینی این استخلاف، شدت پیک ذکر شده بیشتر خواهد بود.

شکل۴-۲٫ طیف سنجی FT-IR نمونه های A) نشاسته طبیعی گندم B) نشاسته فسفریله گندم با درجه جایگزینی ۰۹۶/۰ درصد.

شکل۴-۳٫ طیف سنجی FT-IR نمونه های A) نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم با درجه جایگزینی ۱۰۶/۲ درصد B) نشاسته طبیعی گندم.

۴-۴٫ افتراق سنجی اشعه ایکس (XRD^[71])

الگوی بدست آمده از افتراق اشعه ایکس نمونه های نشاسته های طبیعی و اصلاح شده گندم در شکل ۴-۴ نشان داده شده است. ساختار بدست آمده برای سه نوع نشاسته، ساختاری شبه کریستال می باشد که قسمتی از آن مربوط به منطقه آمورف شکل بوده و در محل های پیک ساختار کریستالی مشاهده می گردد. پیک های اصلی بدست آمده در فاصله های d شامل ۸/۵، ۲/۵، ۸/۴، ۴/۴ و ۸/۳ برای گرانول های انواع نشاسته نشان می دهد که ساختار کریستالی بدست آمده برای آن ها مطابق با تقسیم بندی زوبل (۱۹۸۸) از نوع A ^[۷۲] می باشد. لازم به ذکر است که زاویه ۲-تتا مربوط به این پیک ها به ترتیب ۱۵، ۱۷، ۱۸، ۲۰ و ۲۳ درجه بود. آمیلوز های خطی تشکیل شده از واحد های آلفا-۱و۴ گلوکوپیرانوز مسئول تشکیل منطقه آمورف شکل می باشند، در حالی که آمیلوپکتین شاخه دار تشکیل شده از واحد های آلفا-۱و۴ و آلفا-۱و۶ گلوکوپیرانوز در منطقه کریستالی وجود دارند (ژو و همکاران، ۲۰۰۴). پیوند های هیدروژنی درون و بین مولکولی سبب تشکیل ساختار های بسیار منظم کریستالی می شوند. ون هانگ و موریتا (۲۰۰۵) ساختار مشابهی را برای گرانول های نشاسته گندم نوع A و B گزارش کردند. لوپز و همکاران (۲۰۱۰) ساختار مشابه نیمه کریستالی از نوع A را برای نشاسته های طبیعی و اصلاح شده ذرت بدست آوردند، با این تفاوت که آن ها سه پیک بدست آمده در زاویه ۲-تتای ۱۵، ۱۸ و ۲۳ درجه را پیک های اصلی تشخیص دادند. متیو و آبراهام (۲۰۰۷) ساختار کریستالی نوع B را برای نشاسته طبیعی سیب زمینی گزارش کردند. بر اساس معادله ۳-۴ میزان کریستاله بودن نمونه های نشاسته طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله به ترتیب ۳۶/۱۷، ۳۱/۱۶ و ۱۴/۱۶ درصد تعیین شد. ایسلام و ازمی (۱۹۹۸) بیان کردند که هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته سبب کاهش میزان کریستالینیته آن می گردد. نتایج مشابهی توسط لوپز و همکاران (۲۰۱۰) گزارش شد، به طوری که آنها بیان کردندکه نشاسته هیدروکسی پروپیله-فسفریله دارای کمترین میزان کریستالی بودن (۳۹/۱۵ درصد) در بین نمونه های نشاسته طبیعی (۲/۱۹ درصد) و سایر نشاسته های اصلاح شده ذرت بود. متیو و آبراهام (۲۰۰۷) نیز بیان کردند که فرولات نشاسته سیب زمینی نسبت به نشاسته سیب زمینی طبیعی دارای کریستالینیته کمتری می باشد.

شکل ۴-۴٫ الگوی XRD بدست آمده برای A) نشاسته طبیعی، B) نشاسته هیدروکسی پروپیله و C) نشاسته فسفریله گندم.

۴-۵٫ قدرت تورم

شکل ۴-۵، قدرت تورم انواع نشاسته های طبیعی و اصلاح شده را در دماهای ۵۰-۹۰ درجه سانتیگراد نشان می دهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود، قدرت تورم انواع نشاسته گندم با افزایش دما افزایش یافته است و در تمامی دماهای مورد بررسی نشاسته هیدروکسی پروپیله و فسفریله به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان قدرت تورم بودند. نتایج آزمون دانکن نیز نشان داد که بین میانگین میزان قدرت تورم هر سه نشاسته در طی فرایند حرارتی، تفاوت معنی دار آماری وجود دارد (۰۵/۰p<). کائور و همکاران (۲۰۰۴) به مطالعه قدرت تورم نشاسته سیب زمینی پرداختند و بیان کردند که با هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته سیب زمینی میزان قدرت تورم آن افزایش می یابد، به طوریکه بین درصد هیدروکسی پروپیله کردن و میزان قدرت تورم نشاسته ارتباط مستقیمی وجود دارد. چوی و کر (۲۰۰۳) با بهره گرفتن از تکنیک H¹ NMR دریافتند که میزان جذب آب در نشاسته های هیدروکسی پروپیله گندم بیشتر از نشاسته های طبیعی است، بطوریکه این میزان با افزایش درصد جانشینی گروه هیدروکسی پروپیل افزایش می یابد. سینگ و همکاران (۲۰۰۷) دلیل اصلی این افزایش قدرت تورم در نتیجه هیدروکسی پروپیله کردن را در کاهش نیروی تجمع کننده مولکول های نشاسته و در نتیجه حضور بیشتر مولکول های آب با افزایش دما در پیوند با این مولکول ها دانستند. البته باید اذعان کرد که بزرگ بودن استخلاف هیدروکسی پروپیل و وجود گروه هیدروکسیل در این مولکول نیز به این کاهش نیروی تجمعی کمک می کند. بر اساس روش جانسون (۱۹۶۹) میزان درصد استخلاف هیدروکسی پروپیل در نشاسته اصلاح شده گندم ۱۰۶/۲ درصد تعیین شد. مقایسه قدرت تورم بدست آمده (۳۲/۹ درصد) نشاسته گندم با این میزان استخلاف با نمونه مشابه نشاسته سیب زمینی در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد (۸/۳۳ درصد) که توسط کائور و همکاران (۲۰۰۴) تعیین شد، نشان می دهد که قدرت تورم نشاسته هیدروکسی پروپیله سیب زمینی بیشتر از نشاسته گندم بوده است. چوی و کر (۲۰۰۳) بیان کردند که به دلیل وجود اتصالات قوی بین شاخه های نشاسته فسفریله، قدرت تورم این نشاسته ها پائین تر از سایر نشاسته های اصلاح شده می باشد. همچنین ایناگاکی و سیب (۱۹۹۲) گزارش کردند که میزان قدرت تورم نشاسته جو مومی با افزایش میزان اتصالات عرضی ناشی از فسفریله کردن نشاسته، کاهش می یابد. کائور و همکاران (۲۰۰۴) گزارش دادند که فسفریله کردن نشاسته سیب زمینی میزان قدرت تورم نشاسته را از ۲۸-۳۰ درصد به ۲۰-۲۵ درصد کاهش می دهد. کو و همکاران (۲۰۱۰) بیان کردند که با افزایش میزان معرف های اتصال عرضی ساز STMP و STPP از ۰ تا ۱۲ درصد، میزان قدرت تورم در دماهای مختلف کاهش می یابد. میرمقتدایی و همکاران (۲۰۰۹) نیز این مساله را در مورد نشاسته جو تائید کردند. ون هانگ و موریتا (۲۰۰۵) میزان قدرت تورم نشاسته گندم هیدروکسی پروپیله با ۷/۴ درصد درجه جانشینی در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد را حدود ۱۸ درصد بیان کردند که تقریباً دو برابر میزان بدست آمده (۵۶/۹ درصد) در این تحقیق برای نشاسته هیدروکسی پروپیله با ۱۰۶/۲ درصد درجه جانشینی بود. این مقایسه به خوبی تاثیر مثبت افزایش درصد جانشینی این استخلاف را در افزایش قدرت تورم نشاسته گندم نشان می دهد. مقایسه نتایج به دست آمده توسط لیو و همکاران (۱۹۹۸) و سینگ و کائور (۲۰۰۴) با نتایج این تحقیق به خوبی نشان می دهد که نشاسته های طبیعی و هیدروکسی پروپیله گندم در مقایسه با نمونه های مشابه از نشاسته های سیب زمینی و برنج دارای قدرت تورم کمتری بوده و قدرت تورم آن ها در حدود نشاسته ذرت طبیعی می باشد. ون هانگ و موریتا (۲۰۰۵) بیان کردند که تغییرات قدرت تورم نشاسته طبیعی گندم با دما افزایشی است، اما برای نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم تا دمای ۷۰ درجه افزایشی و پس از آن کاهشی گزارش شد. آنها همچنین تغییرات قدرت تورم نشاسته هیدروکسی پروپیله-فسفریله با دما را تقریبا خطی (مستقل از دما) بیان کردند. میلان و همکاران (۲۰۰۹) تغییرات قدرت تورم نشاسته های لوبیای مانگ^[۷۳]، سیب زمینی شیرین^[۷۴] و برنج را افزایشی با دما در محدوده ۳۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد گزارش کردند و افزودند که این تغییرات در دماهای بالاتر از ۶۰ درجه سانتیگراد شدید تر است.

شکل ۴-۵٫ قدرت تورم نشاسته های طبیعی و اصلاح شده در دماهای مختلف (غلظت ۲ درصد).

در این تحقیق وابستگی دمایی قدرت تورم در آب انواع نشاسته گندم با معادله آرینیوس-ایرینگ (معادله ۳-۵) مورد بررسی قرار گرفت. با ملاحظه جدول ۴-۱ می توان دریافت این مدل کارایی مطلوب برای توصیف تابعیت قدرت تورم با دما را برای انواع نشاسته داشته است (بالا بودن میزان ضریب تبیین (R²) و پائین بودن مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)).
جدول۴-۱٫ تابعیت دمایی (انرژی فعالسازی) قدرت تورم انواع نشاسته های گندم بر اساس مدل آرینیوس-ایرینگ

از آنجایی که پارامتر انرژی فعالسازی (E_a) در معادله آرینیوس-ایرینگ نشان دهنده تغییرات هر پارامتر (در اینجا قدرت تورم) با دما می باشد، بر اساس انرژی فعالسازی های به دست آمده برای هر نوع نشاسته (جدول ۴-۱) می توان نتیجه گرفت که فاکتور قدرت تورم نشاسته طبیعی به دما حساسیت بیشتری داشته است (۱۱۱/۴۶ E_a =) بطوریکه پس از این نشاسته، نشاسته های فسفریله و هیدروکسی پروپیله قرار دارند. ون هانگ و موریتا (۲۰۰۵) بیان کردند که قدرت تورم نشاسته های هیدروکسی پروپیله و هیدروکسی پروپیله-فسفریله در دماهای بالاتر از ۷۰ درجه سانتیگراد به دلیل تجزیه و افزایش حلالیت این نشاسته ها در آب کاهش می یابد، که البته در این تحقیق این رفتار در دمای بالاتر از ۸۰ درجه سانتیگراد مشاهده گردید. می توان گفت که دلیل اصلی کاهش حساسیت دمایی بدست آمده برای نشاسته هیدروکسی پروپیله (۶۰۳/۲۶ E_a =) نیز همین کاهش قدرت تورم در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد بوده است.

۴-۶٫ میزان حلالیت

شکل ۴-۶ میزان حلالیت هر یک از نشاسته های گندم را در دماهای مختلف نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، حلالیت نشاسته ها با افزایش دما افزایش می یابد، به طوریکه نشاسته فسفریله شده دارای کمترین و نشاسته هیدروکسی پروپیله دارای بیشترین میزان حلالیت در تمام دماهای مورد آزمایش بودند. نتایج آزمون دانکن نشان داد که بین میانگین میزان حلالیت هر سه نشاسته در طی فرایند حرارتی، تفاوت معنی دار آماری وجود دارد (۰۵/۰p<).