شکل۳-۵: تأثیر میزان حالت کریستالی بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما: کاروون(الف) و دی‌استیل(ب) ۷۲
شکل ۳-۶: منحنی تنش به کرنش فیلم‌های نشاسته حاوی سورفاکتانت‌های مختلف ۷۵
شکل ۳-۱۰: نوعی بسته بندی برپایه نانوکامپوزیت‌های خاک رس- نشاسته که قادر است به مدت ۳هفته بدون نشتی آب را نگه دارد ۷۷
شکل ۴-۱: نمودار فرایند تولید سیب‌زمینی برشته ۸۳
شکل۴-۲: نمودار تولید اتانول برحسب گرم بر لیتر از قندهای قابل تخمیر حاصل از هیدرولیز اسیدی پوست سیب‌زمینی ۸۷
شکل۴-۳: نمونه بیواتانول حاصل از سیب‏زمینی ۹۳
شکل۴-۴: نمونه واحد تولید اتانول ۹۳
شکل ۵-۱: اکستروژن ۱۰۵
شکل ۵-۲: 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. ۱۰۶
شکل ۵-۳: اسنک سیب‌زمینی ۱۰۸
شکل ۵-۳: پایلوت تولید SCP 112
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول ۱-۱: سطح، تولید و عملکرد در هکتار سیب‌زمینی به تفکیک استان در سال زراعی ۸۹-۱۳۸۸… ۸
جدول ۱-۲: ترکیبات شیمیایی غده سیب‌زمینی بر اساس وزن مرطوب ۱۰
جدول۱-۳: مقایسه ارزش انرژی‌زایی سیب‌زمینی با سایر مواد غذایی ۲۰
جدول۱-۴: مقایسه ماده خشک، انرژی و پروتئین سیب‌زمینی با سایر محصولات زراعی ۲۱
جدول ۲-۱: شکل، اندازه، ترکیب شیمیایی و برخی از خصوصیات نشاسته در منابع گیاهی ۳۷
جدول ۳-۱: نفوذ پذیری نسبت به اکسیژن (OP) و بخار آب (WVP) فیلم‌های نشاسته طبیعی و اصلاح‌شده ۶۹
جدول۳-۲: تأثیر میزان گلیسرول و سورفاکتانت بر روی استحکام کششی و افزایش طول تا نقطه شکست فیلم نشاسته ۷۴
جدول۴-۱: ترکیبات شیمیایی ضایعات پوست سیب‌زمینی خشک شده ۸۵
جدول ۴-۲: 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 ۹۱
جدول ۴-۳: تولید اتانول بر حسب گرم بر لیتر، بازده و حداکثر بازده نظری در طول تخمیر پوست سیب‌زمینی ۹۲
جدول ۵-۱: درصد ترکیبات فلیک و خلال سیب‌زمینی ۱۱۸
فصل اول
مقدمه و کلیات
۱-۱- 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^[۱] صورت گرفت (فلاحی، ۱۳۷۶). در قرن شانزدهم (قبل از ۱۵۷۳) 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 ۱۵۹۶ 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، ۱۳۸۸). در قرن نوزدهم کاشت سیب‌زمینی به عنوان ماده خام برای مصرف در کارخانه های الکل‌‌سازی و نشاسته به کار می‌رفت (فلاحی، ۱۳۷۶). 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، ۱۳۸۸).

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 ۲۵ تن در هکتار است و با توجه به این‌ که حدود ۷۵ درصد وزن سیب‌زمینی را آب و فقط ۲۵ درصد آن را ماده خشک تشکیل می دهد، باز هم ۲۵/۶ تن مواد غذایی خشک در هکتار تولید می‌کند که حدود ۵۰ درصد بیشتر از عملکرد گندم است. با توجه به این که ۲/۲ درصد ترکیبات غده‌ی سیب‌زمینی را پروتئین و نزدیک به ۲۰ درصد آن را ماده‌ی قندی تشکیل می‌دهد، بنابراین از یک هکتار با تولید حداقل ۲۵ تن سیب‌زمینی، ۵۵۰ کیلوگرم پروتئین و بالغ بر ۸۰۰۰۰ 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 ۰۴/۳، ۶۸/۲، ۱۲/۱ بیشتر است و بازده پروتئین در واحد سطح سیب‌زمینی در مقایسه با پروتئین حاصل از گندم، برنج و ذرت با ضرایب ۰۲/۲، ۳۳/۱ و ۲۰/۱ 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 ۱۳۰ کشور جهان جایی که سه چهارم جمعیت جهان زندگی می‌کنند در وسعتی حدود ۲۰ میلیون هکتار کشت می‌شود. تولید سالانه‌ی آن ۲۸۰ میلیون تن است که بعد از گندم، برنج و ذرت چهارمین محصول مهم جهان است و افزون بر مصرف غذایی برای تهیه بیش از ۵۰ 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، ۱۳۸۸).
در ایران نیز توجه خاصی به کمیت و کیفیت تولید این محصول شده است. بر مبنای آمار بانک اطلاعات جهاد کشاورزی سطح برداشت سیب‌زمینی کشور در سال زراعی ۸۹-۱۳۸۸ حدود ۱۴۶ هزار هکتار برآورد شده که ۸/۹۸ درصد آن آبی و بقیه به صورت دیم بوده است. استان همدان با ۲/۱۶ درصد اراضی سیب‌زمینی کشور در مقام نخست قرار دارد. استان‌های اردبیل، اصفهان، زنجان، آذربایجان‌شرقی و کردستان به ترتیب با ۷/۱۰، ۱۰، ۲/۷، ۶/۶ و ۶/۶ درصد مقام های دوم تا ششم را به خود اختصاص داده‌اند. شش استان مزبور جمعاً ۳/۵۳ درصد اراضی سیب‌زمینی کل کشور را دارا هستند و ۷/۴۲ درصد بقیه در سایر استان‌ها برداشت شده است. میزان تولید سیب‌زمینی در کشور حدود ۳/۴ میلیون تن برآورد شده که ۶/۹۹ درصد آن از اراضی آبی حاصل شده است. استان همدان با ۵/۲۳ درصد از تولید سیب‌زمینی کشور، مقام اول در تولید این محصول را به خود اختصاص داده است و استان‌های اردبیل، اصفهان، آذربایجان‌شرقی، کردستان و زنجان به ترتیب با ۴/۹، ۲/۸، ۵/۷، ۵/۷ و ۳/۶ درصد سهم در تولید سیب‌زمینی رتبه های دوم تا ششم را کسب کرده‌اند. شش استان مزبور جمعاً ۴/۶۲ درصد تولید سیب‌زمینی کشور را به خود اختصاص داده‌اند. عملکرد سیب‌زمینی آبی در کشور۵/۲۹۴۴۵ کیلوگرم و سیب‌زمینی دیم ۳/۹۵۱۱ کیلوگرم در هکتار بوده است. بیشترین و کمترین راندمان تولید سیب‌زمینی آبی در استانهای همدان و قم به ترتیب با ۱/۴۲۲۶۲ کیلوگرم و ۱/۶۶۰۸ کیلوگرم در هکتار می‌باشد. بیشترین و کمترین عملکرد سیب‌زمینی دیم متعلق به استان‌های گیلان و مازندران به ترتیب با ۳/۲۱۲۵۴ کیلوگرم و ۷/۸۲۰۵ کیلوگرم در هکتار است. جدول ۱-۱ و شکل۱-۱ و ۱-۲ آمار سطح، تولید و عملکرد در هکتار سیب‌زمینی به تفکیک استان در سال زراعی ۸۹- ۱۳۸۸ را نشان می‌دهد (آمارنامه کشاورزی، ۱۳۸۹).
۱-۲- گونه‌های سیب‌زمینی
سیب‌زمینی از جنس سولانوم^[۲] و از خانواده سولاناسه است که شامل ۲۰۰۰ گونه است و ۸ گونه آن کشت می شود.
گونه ‌های سیب‌زمینی شامل:
۱) سولانوم استنوتوموم^[۳]: اولین گونه از نظر شکل ظاهری است. در نواحی مرتفع کوهستانی قسمت جنوبی پرو و مرکزی کشور بولیوی به عمل می‌آید.
۲) سولانوم فورجا^[۴]: 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.
۳) سولانوم آجان‌هیری^[۵]: در برابر یخ زدن مقاوم است و در نواحی شمالی بولیوی پرورش می‌یابد.
۴) سولانوم گونیوکالیکس^[۶]: در کشور پرو کشت می‌شود و گوشت آن زرد رنگ است.
۵) سولانوم چاچا^[۷]: در قسمت مرکزی بولیوی و پرو کشت می‌شود.
۶) سولانوم جوزپزوکی^[۸]: به یخ‌زدگی مقاوم است. در قسمت‌های مرکزی پرو و جنوب بولیوی کاشته می‌شود. دارای گل بنفش رنگ است.
۷) سولانوم کورتیلوبوم^[۹]: در مناطق مرتفع مرکزی پرو و بولیوی رشد و نمو کرده وگلهای بنفش دارد.
۸) سولانوم توبرسوم^[۱۰]: که در سراسر جهان کاشته و برداشت می‌شود. این گونه خود دارای دو زیر گونه است:
الف) سولانوم آندی‌جنا^[۱۱]: که در آمریکای مرکزی و جنوبی رشد می‌کند.
ب) سولانوم توبرسوم^[۱۲]: که در سراسر جهان قابل کشت است.
از بین این گونه‌ها، گونه توبروسوم در تمامی مناطق جهان به ویژه در نواحی با آب و هوای معتدل رشد و نمو می‌کند (فلاحی، ۱۳۷۶).
۱-۳- ترکیب شیمیایی غده سیب‌زمینی
ترکیب شیمیایی غده‌های سیب‌زمینی متفاوت است که به طور عمده به ژنتیک آن مربوط می‌شود. به هر حال، ترکیب شیمیایی تحت تاثیر سن و رسیدگی غده سیب‌زمینی و شرایط آب و هوایی محیط قرار می‌گیرد. عواملی از قبیل کوددهی، آفت‌کش‌ها و آفات نیز بر آن تأثیر دارند. در طی ذخیره‌سازی ترکیب شیمیایی سیب‌زمینی تغییر می‌کند. در حدود ۲۰ درصد از سیب‌زمینی ماده خشک و ۸۰ درصد آن را آب تشکیل می‌دهد(جدول ۱-۲). هر غده سیب‌زمینی یک موجود زنده است و آب برای تمام فرایند‌های حیاتی آن چه آنابولیک یا کاتابولیک ضروری است. آب مواد موجود داخل غده را جابه‌جا می‌کند و از حرارت بیش از اندازه به وسیله تعرق جلوگیری می‌کند. حدود ۲۰ درصد آب موجود در غده سیب‌زمینی به صورت اتصالی است که ممکن است از نوع کریستالی یا کلوئیدی باشد. بقیه آب آن به صورت آزاد است که موجب حل کردن اجسام هیدروفیلی با مولکول کوچکتر می‌شود که در غده سیب‌زمینی است. (سینگ و کور، ۲۰۰۹).
میزان ماده خشک سیب‌زمینی از طریق وزن مخصوص آن که از ۰۴۸۵/۱ تا ۱۵۱/۱ گرم بر سانتی متر مکعب است، معین می‌شود. وزن مخصوص یک فاکتور کیفی برای سیب‌زمینی می‌باشد.