دانشگاه آزاد اسلامی سبزوار - جستجو در پایان‌نامه‌ها

رساله‌ی دکتری: پریسا دلفان، ۱۳۹۹

فرمولاسیون ماست کم چرب فراسودمند حاوی عصاره پونه کوهی و ریزجلبک اسپیرولینا پلاتنسیس با شبکه عصبی مصنوعی ـ الگوریتم ژنتیک

فرمولاسیون ماست کم چرب فراسودمند حاوی عصاره پونه کوهی و ریزجلبک اسپیرولینا پلاتنسیس با شبکه عصبی مصنوعی ـ الگوریتم ژنتیک در حال حاضر، ماست پرمصرف¬ترین فرآورده لبنی در جهان است که علت آن، خواص منحصر به فرد این فرآورده از یک سو و ارزش سلامتی¬بخش آن از سوی دیگر است. با توجه به تغییر شیوه زندگی مردم و در نتیجه بروز مشکلاتی نظیر بیماری¬های مختلف، مصرف اجزاء زیست فعال و میکروارگانیسم¬های مفید موسوم به پروبیوتیک¬ها در رژیم غذایی مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، غنی¬سازی ماست با این ترکیبات می¬تواند نقش بسیار مهمی را در ارتقاء سلامت مصرف¬کنندگان ایفا نماید. در پژوهش حاضر، در ابتدا، عصاره¬گیری از پونه کوهی و اسپیرولینا پلاتنسیس با سه روش خیساندن، فراصوت و مایکروویو انجام شد و پس از تعیین مقادیر فنول کل، فلاونوئید و فعالیت رادیکال¬گیرندگی، روش بهینه برای هر گیاه مطابق آنالیز آماری توسط نرم افزار SPSS مشخص گردید. در نهایت، عصاره حاصل از هر روش بهینه، طی فرایند تولید ماست، به نمونه¬های شیر جهت تولید ماست¬ اضافه شد. در مرحله دوم، ویژگی¬های فیزیکوشیمیایی،¬ میکروبی، رئولوژیکی، ریزساختار و حسی ماست پروبیوتیک غنی¬سازی شده با سطوح مختلف (صفر، 2/0، 4/0، 6/0، 8/0 و 1 درصد) عصاره اسپیرولینا و پونه کوهی طی 21 روز نگهداری در یخچال (5 درجه¬سانتی¬گراد) ارزیابی شد. به منظور پیش¬گویی نتایج آزمایشات، شبکه عصبی پرسپترون چند لایه با دو ورودی (غلظت عصاره، زمان نگهداری) و یک خروجی با نرم افزار MATLAB R2013a استفاده گردید. الگوی یادگیری لونبرگ ـ مارکوات، چرخه یادگیری 1000 و معیارهای ارزیابی نظیر ضریب همبستگی (R2) و میانگین مربعات خطا (MSE) ایجاد و جهت ارزیابی شبکه استفاده شد. به جهت بهینه¬سازی تعداد نرون¬ها در لایه پنهان شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک در ترکیب با شبکه عصبی استفاده گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که اثر تمام پارامترهای مورد نظر در آنالیز تجزیه واریانس بر تمامی متغیرهای مورد ارزیابی نمونه¬های ماست کاملاً معنی¬دار بود (p<0.05). در مورد مقادیر pH، ضریب همبستگی برابر با 966/0 تعیین شد. pH در تیمارهای حاوی عصاره پونه کوهی بیش از عصاره اسپیرولینا بود. ضرایب تبیین تمام داده¬های مربوط به pH نمونه¬های حاوی عصاره اسپیرولینا (0/1 درصد) بیش از نمونه کنترل (71297/0 درصد) و نمونه حاوی عصاره پونه-کوهی (45741/0 درصد) بود. در مورد عصاره اسپیرولینا و پونه کوهی به ترتیب زمان نگهداری و غلظت عصاره به عنوان عوامل مؤثرتر طی پیش¬گویی pH تعیین شدند. ضریب همبستگی برای اسیدیته، برابر با 999/0 بود و سطح اسیدیته تیمارهای حاوی اسپیرولینا به طور معنی¬داری بیش از پونه کوهی بود. ضریب تبیین تمام داده¬ها در مدل شبکه عصبی بسیار بالا بود و در مورد هر دو عصاره، زمان نگهداری بالاترین تأثیر را طی پیش¬گویی تغییرات اسیدیته داشت. اثر تمام پارامترها بر آب¬اندازی نمونه¬های ماست کاملاً معنی¬دار بود و ضریب همبستگی برابر با 995/0 تعیین شد. بیشترین ضریب تبیین (0/1 درصد) مربوط به عصاره اسپیرولینا بود. از نظر آنالیز حساسیت، زمان نگهداری بالاترین اثر را طی پیش¬گویی تغییرات آب¬اندازی داشت و برای زمان نگهداری، میزان آن به ترتیب برابر با 40 و 45 درصد بود. ضریب همبستگی در مورد ظرفیت نگهداری آب برابر با 999/0 بود. ضریب تبیین عصاره اسپیرولینا بیش از نمونه کنترل و این نمونه بیش از عصاره پونه کوهی بود و در مورد هر دو عصاره، زمان نگهداری، بالاترین اثر را طی پیش¬گویی تغییرات ظرفیت نگهداری آب داشت. با افزایش زمان نگهداری تا روز چهاردهم، مقادیر ویسکوزیته تیمارها افزایش و بعد از آن، کاهش یافت. تیمار حاوی 1 درصد عصاره اسپیرولینا بالاترین ویسکوزیته را داشت. بیشترین ضریب تبیین «تمام داده¬ها» مربوط به نمونه کنترل (94863/0 درصد) و بین دو گروه تیمار، متعلق به عصاره اسپیرولینا (98845/0 درصد) بود. در هر دو مورد، زمان نگهداری (21 روز) بالاترین اثر را طی فرایند پیش¬گویی تغییرات ویسکوزیته داشت. در مورد فعالیت بازدارندگی، ضریب همبستگی برابر با 979/0 بود. تیمار حاوی بیشترین سطح عصاره پونه¬کوهی، بالاترین فعالیت را نشان داد. با افزایش غلظت عصاره پونه¬کوهی، فعالیت آنتی¬اکسیدانی افزایش یافت و ضریب تبیین مدل نیز بالا بود. ، غلظت عصاره¬ها بیشترین تأثیر را طی پیش¬گویی تغییرات فعالیت بازدارندگی رادیکال آزاد داشت. مطابق ارزیابی ریزساختار ژل نمونه¬ها، با افزایش غلظت عصاره اسپیرولینا، بهم پیوستگی و تراکم شبکه کازئینی افزایش یافت و حفرات با منشأ آب-پنیری زیاد، اما ریز داشت که به شبکه، امکان محصور کردن آب ماست را می¬داد. ریزساختار تیمار حاوی 1 درصد عصاره اسپیرولینا مشابه با نمونه کنترل ارزیابی گردید. در تیمار محتوی 1 درصد عصاره پونه¬کوهی، ذرات کازئینی به طور پراکنده در سیستم وجود داشت و هیچ گونه توده تجمع یافته¬ای مشاهده نگردید. تیمار اخیر بین تیمارهای حاوی غلظت¬های مختلف عصاره پونه کوهی، بهترین ساختار شبکه را نشان داد. با افزایش سرعت برشی، ویسکوزیته کاهش معنی¬داری یافت. در سرعت¬های برشی متوسط، کاهش ویسکوزیته از شدت کمتری برخوردار بود. روند تغییرات ویسکوزیته ظاهری و تنش برشی در برابر آهنگ¬برشی بیانگر رفتار شبه پلاستیک است. نمونه-های ماست رفتار غیر¬نیوتونی و رقیق شونده با بُرش را از خود نشان دادند. در مورد شمارش لاکتوباسیلوس دلبروکی زیرگونه بولگاریکوس، بیشترین اثر معنی¬داری مربوط به «زمان نگهداری» بود و ضریب همبستگی برابر با 847/0 تعیین شد. نمونه کنترل، کمترین شمارش و تیمار حاوی 4/0 درصد عصاره پونه کوهی، بالاترین شمارش را نشان داد. ضریب تبیین داده¬ها در مرحله آزمون برای هر سه گروه، بالا (بیش از 83 درصد) بود. در مورد عصاره اسپیرولینا، زمان نگهداری و در مورد عصاره پونه¬کوهی، غلظت عصاره بالاترین اثر را طی پیش¬گویی داشت. در مورد تعداد استرپتوکوکوس ترموفیلوس، بیشترین اثر معنی¬داری مربوط به «زمان نگهداری» ارزیابی گردید. میانگین شمارش در غلظت¬های پونه کوهی به شکل معنی¬داری بالاتر از اسپیرولینا بود. ضریب تبیین تمام داده¬ها برای عصاره اسپیرولینا، بیشترین میزان بود و غلظت عصاره¬ها بالاترین تأثیر را طی پیش¬گویی تغییرات تعداد باکتری داشت. با افزایش غلظت عصاره اسپیرولینا، تعداد لاکتوباسیلوس کازئی افزایش یافت که بالاترین تعداد مربوط به 1 درصد عصاره این ریزجلبک بود (026/0±74/7). با گذشت زمان، تعداد ل. کازئی به طور معنی¬داری کاهش یافت، اگرچه کمترین تعداد باکتری در روز پایانی، بیش از حداقل تعداد استاندارد و تعیین شده در ماست بود. بنابراین می¬توان ماست تولیدی را محصولی پروبیوتیک و فراسودمند نامید. در مورد امتیازات رنگ، عصاره اسپیرولینا ضریب تبیین بالاتری (83099/0 درصد) در مقایسه با عصاره پونه¬کوهی (74641/0 درصد) داشت و نمونه کنترل بالاترین ضریب تبیین (95513/0درصد) را نشان داد. بالاترین امتیاز آروما در روز پایانی، متعلق به تیمار محتوی 2/0 درصد عصاره اسپیرولینا بود و غلظت¬های بالای عصاره¬ها (8/0 و 1 درصد)، کمترین امتیاز را نشان دادند. ضریب تبیین داده¬های مرحله آزمون برای عصاره اسپیرولینا و نمونه کنترل، بیش از 90/0 درصد بود. در مورد طعم، ضریب همبستگی برابر با 1 بود و عصاره اسپیرولینا بالاترین امتیاز را کسب کرد. ضریب تبیین برای نمونه کنترل، دارای بالاترین میزان (97701/0) بود. بین دو عصاره، ضریب تبیین برای اسپیرولینا (79419/0 درصد) بیش از پونه¬کوهی (76313/0 درصد) بود. اثر تیمارها بر امتیاز «پذیرش¬کلی»، کاملاً معنی¬دار و ضریب همبستگی برابر با 0/1 بود. امتیازات کلی تیمارهای حاوی عصاره اسپیرولینا بیش از عصاره پونه¬کوهی بود. عصاره اسپیرولینا ضریب تبیین بالاتری در مقایسه با عصاره پونه کوهی داشت. در مورد رنگ، آروما و طعم، غلظت عصاره و در مورد پذیرش کلی نمونه¬ها، زمان نگهداری، عامل مؤثرتر در آنالیز حساسیت بود. برازش خروجی¬های شبکه در مورد تمام پارامترهای مورد ارزیابی نشان داد که مدل مربوطه، قدرت پیش¬بینی خوبی برای خواص کیفی نمونه¬های ماست پروبیوتیک داشت.

کلیدواژه‌ها: ااسپیرولینا پلاتنسیس، الگوریتم ژنتیک، پونه کوهی، شبکه عصبی، لاکتوباسیلوس کازئی

Ph.D. Dissertation:

The functional low-fat yogurt formulation containing Mentha Pulegium L. extract and Spirulina platensis powder by using artificial neural network – genetic algorithm

The functional low-fat yogurt formulation containing Mentha Pulegium L. extract and Spirulina platensis powder by using artificial neural network – genetic algorithm Nowadays, yogurt is the most commonly used dairy product in the world due to its unique properties and its health-promoting value. Due to the changing lifestyle of people and also, problems such as various diseases, consumption of bioactive components and beneficial microorganisms called probiotics in the diet have been considered. Therefore, enriching the yogurt with these compounds can play an important role in promoting consumers health. In the present study, at first, extraction of Mentha pulegium L. and Spirulina platensis were performed by maceration, ultrasound and microwave techniques and after determination of total phenol content, total flavonoid content and free radical scavenging activity, the optimum method for each plant was determined by SPSS software. Finally, the extract obtained from each optimum method was added to the milk samples to produce yogurt. Secondly, the physicochemical, microbial, rheological, microstructural and sensory properties of probiotic yogurt enriched with different levels of Spirulina and oregano extract (0, 0/2, 0/4, 0/6, 0/8 , 1 % v/v) during21 days of refrigeration time (5?c) were evaluated. In order to predict the experiments results, the multilayer perceptron neural network with two inputs (extract concentration, storage time) and one output using MATLAB R2013a software was used. The learning model of Levenberg-Marquardt, the learning cycle 1000, and correlation coefficient (R2) and mean square error (MSE) were created and evaluated for network. Genetic Algorithm was used to optimize the nerurons number in the hidden layer of artificial neural network. The results of experiments showed that the effect of all studied parameters in analysis of variance on all variables in yogurt samples was significant (p<0/05). For pH values, the correlation coefficient (r) was 0/996. The pH value of treatments containing M. pulegium extract was higher than Spirulina extract. Coefficients of Determination (R2) for all pH values of samples containing Spirulina extract (0/1 %) were more than control and sample (0/71297 %) and M. pulegium extract (0/45741 %). In case of Spirulina and M. pulegium extract, storage time and extract concentration were the more effective factors in predicting pH value, respectively. R2 for acidity was 0/999 and the acidity level of treatments containing Spirulina was significantly higher than M. pulegium extract. The R2 for all data in the neural network model was very high and for both extracts, the storage time had the highest effect during predicting the acidity changes. The effect of all parameters on syneresis was significant (p<0/05) and the correlation coefficient (r) was 0/995. The highest R2 (0/1 %) was related to Spirulina extract. For sensitivity analysis, storage time had the highest effect during prediction of syneresis changes and for storage time was 40 and 45% respectively. The correlation coefficient for water holding capacity (WHC) was 0/999. The R2 of Spirulina extract was more than control sample, and this sample was higher than M. pulegium extract and for both extracts, storage time had the highest effect during prediction the WHC changes. By increasing the shelf life up to the 14th day, the viscosity values of treatments increased and then, decreased. The treatment containing 1 % of Spirulina extract had the highest viscosity. The highest R2 For all data, belonged to the control sample (0/94863 %) and between two treatment groups belonged to Spirulina extract (98845/0 %). In both cases, storage time (21 days) had the highest effect during the prediction of viscosity changes. For inhibitory activity, the R2 was 0/979. The treatment with the highest level of than M. pulegium extract showed the highest activity. Antioxidant activity (AA) increased as the concentration of M. pulegium extract increased and the R2 was high. The extracts concentration had the most effect in predicting the changes of free radical scavenging activity. In evaluating the yogurt samples microstructure by scanning-electron-microscope (SEM), the compaction of casein - gel network increased with increasing the concentration of Spirulina extract and the whey-origine pores and very fine, which a lot of whey stays in the network. The microstructure of the treatments containing 1 % of Spirulina extract was similar to the control sample. In the treatment containing 1 % of M. pulegium extract, casein particles were dispersed in the system and no accumulated mass was observed. This treatment showed the best network structure among the treatments containing different concentrations of M. pulegium extract. As the shear rate increased, the viscosity decreased significantly. At moderate shear rates, the viscosity decrease was less intensity. The trend of changes in viscosity and shear stress versus shear rate indicates pseudoplastic behavior. Yogurt samples showed the non-newtonian and shear-thinning behavior. About Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus count, the most significant effect was related to storage time and the correlation coefficient was 0/847. The control sample showed the lowest L. bulgaricus count and the treatment containing 0/4 % M. pulegium extract showed the highest count. The R2 for the data at the test stage for all three groups was high (more than 83 %). In the case of Spirulina extract, the storage time and in the case of % M. pulegium extract, the extract concentration had the highest effect in prediction. Regarding the Streptococcus thermophiles count, the most significant effect was related to storage time. The mean count at concentrations of M. pulegium extract was significantly higher than Spirulina. The R2 of all data for Spirulina extract was highest and the extracts concentration had the highest effect in predicting the changes of bacterial count. As the concentration of Spirulina extract increased, the number of L. casei increased, the highest of which was 1% of this microalgae extract. Over time, the L. casei count declined significantly, although the lowest count on the final day was higher than the standard count of probiotics in yogurt. Therefore, yogurt can be called a probiotic and functional product. Concerning color scores, Spirulina extract had higher R2 (0/83099 %) than M. pulegium extract (0/74641 %) and control sample showed the highest R2 (0/95513 %). The highest aroma score at the end of the storage time belonged to the treatment containing 0/2 % Spirulina extract and the high extract concentrations (0/8 and 1 %) showed the lowest score. The R2 of data in test stage for Spirulina extract and control sample was more than 0/90%. For flavor score, the correlation coefficient was 1 and Spirulina extract obtained the highest score. The R2 for the control sample had the highest value (0/97701 %). Between two extracts, the R2 for Spirulina (0/79419 %) was higher than M. pulegium extract (76313/0 %). The effect of treatments on overall acceptance score was significant and the correlation coefficient was 0/1. The overall scores of treatments containing Spirulina extract were higher than M. pulegium extract. Spirulina extract had a higher R2 than the M. pulegium extract. In terms of color, aroma and flavour, extract concentration and overall acceptance, storage time were the most effective parametr in the sensitivity analysis. Fitting the network outputs for all the parameters showed that the studied model had good predictive power for the qualitative properties of probiotic yogurt samples.

Keywords: Spirulina platensis, Genetic algoritm, Mentha pulegium L. , Neural network, Lactobacillus casei