بخشی از مقاله
اثر اولتراسونیک در نگهداری مواد لبنی
چکیده:
فراصوت مزایای اساسی نسبت به سایر روشهای تجزیه ای و تکنیکهای کنترل عملیات فرآیند وسالم سازی مواد غذایی دارد.کاربرد فراصوت در صنایع غذایی مربوط به کنترل کیفیت غذاها،کنترل فرآیند،هموژنیزاسیون،تمیز کردن،استریلیزاسیون و....است.البته این روش هم مانند همه روشهای نگهداری دارای معایب و مزایایی است که از معایب آن تولید رادیکالهای آزاد در غذا و همچنین ایجاد طعم نامطلوب در برخی آبمیوه ها و غذاهای چرب را میتوان نام برد.برجسته ترین مزیت این روش غیر مخرب بودن و وقت گیر نبودن آن است.
یکی از کاربردهای مهم فراصوت، در صنایع لبنی است که کاربرد عمده این روش در غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها و هموژنیزاسیون التراسونیک است.اثر اصلی فراصوت بر روی میکروارگانیسم ها به خاطر فشارهای متناوب سریع فیزیکی است و این کار در صورتی تاثیر بیشتری دارد که فراصوت همراه روشهای دیگری مثل ترکیب با فشار و گرما به کار رود که"مونو ترمو سونیکیشن"نامیده میشود.اساس کار هموژنیزه کردن التراسونیک حفره زایی(کاویتاسیون)است که باعث کوچک شدن گویچه های چربی میشود.
واژگان کلیدی
فراصوت،صنایع لبنی،هموژنیژاسیون،اولتراسونیک
-1مقدمه:
مصرف کنندگان در حال حاضر خواهان انجام حداقل فرآیندها روی مواد غذایی هستند و تاکید ویژه ای بر حفظ کیفیت و خصوصیات ارگانولپتیکی مواد غذایی دارند به همین دلیل روشهای غیر حرارتی پردازش و نگهداری موادغذایی اهمیت زیادی دارند یکی از روشهای مهم و نوین نگهداری و پردازش غیر حرارتی مواد غذایی استفاده از امواج التراسوند است((1
انسان قادر است موج های صوتی با فرکانس 20 تا 20000 سیکل در ثانیه را بشنود موج های صوتی با فرکانس کمتر از 20 سیکل در ثانیه را اینفراسونیک ( فرو صوت ) و به دسته ای از امواج مکانیکی که فرکانس نوسانشان بیش از محدوده شنوایی انسان( یعنی20کیلو هرتز) باشد امواج اولتراسونیک ( فرا صوت ) گفته می شود(.(3
تکنیک فراصوت در هر دو سطح تجزیه و تحلیل و اصلاح غذاها در صنایع غذایی استفاده میشود از استفاده های دیگر فراصوت در موادغذایی غیر فعال کردن آنزیم ها و باکتریهاست.اما روند این تحقیقات هنوز کامل نشده است با این حال مطالعات نشان میدهد که ترکیبی از فراصوت با فشار یا گرما آینده روشنی را داراست(.(1
-1,1تاریخچه:
کلمه Ultrasound از لفظ لاتین ultra به معنی مافوق و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده است.در سال 1927 یک مقاله تحت عنوان "اثرات شیمیایی امواج صوتی با فرکانس بالا:بررسی مقدماتی" منتشر شد که پیشرفت هایی از کاربرد قدرت فراصوت برای استفاده در طیف وسیعی از فرآیندها از جمله اموسیفیکاسیون و تمیز کردن سطوح را بیان می کرد(.(4در سال 1960 استفاده از فراصوت در محصولات فرآوری شده به خوبی پذیرفته شد و پیشرفت در این زمینه هنوز ادامه دارد((5
-2شرح مقاله:
نحوه استفاده از امواج فراصوت در صنایع غذایی به دو گونه است:
-1 کاربرد فراصوت با شدت بالا
-2 کاربرد فراصوت با شدت پائین
امواج با شدت بالا :امواج اولتراسوند با شدت بالا که در آنها ازتوان بالا استفاده می شود به عنوان ابزاری در تغییر ویژگی های مواد غذایی نظیر هموژنیزه کردن، تمیز کردن، استریل کردن، حرارت دادن، امولسیفیه کردن، تسریع واکنش های شیمیایی ،استریلیزاسیون، مهار فعالیت آنزیم ها و میکروبها و متلاشی کردن سلول، تشدید واکنش های اکسیداسیون، اصلاح گوشت، اصلاح کریستالیزاسیون، افزایش مدت نگهداری مشروبات الکلی، کاهش آب و ...استفاده می شود. جامدات تراکم ناپذیر در معرض امواج فراصوت خرد می شوند.از این رو اعمال فراصوت طی انجماد باعث خرد شدن کریستال ها و درنتیجه کاهش اندازه آنها می شود. با انتشار امواج فراصوت در جامدات تراکم پذیر، ماده بطور متناوب فشرده و منبسط می شود (نظیر فشردن و رها کردن یک تکه اسفنج)این پدیده اثر اسفنجی نام دارد .(6)
امواج با شدت پایین:مطالعات نشان داده است که این امواج غیر مخرب هستند(.(7کاربردهای آن شامل کنترل کیفیت غذاها(اندازه گیری غیر مخرب ویژگی ها)،کنترل فرایند نظیر کنترل شدت جریان سیالات و تشخیص وجود اجسام خارجی وغیره می باشد(.(8وجود یا عدم وجود یک ماده در میان یک جفت مبدل یا بین یک مبدل و یک صفحه رفراکتومتر را می توان با اندازه گیری دامنه موج الکتریکی تعیین کرد. در صورتیکه مادهای وجود داشته باشد دامنه موج الکتریکی کاهش خواهد یافت .(9)
-2,1اولتراسونیک روشی برای نگهداری مواد غذایی:
نگهداری موادغذایی را می توان به عنوان روشی جهت افزایش مدت زمان نگهداری مواد خام و غذاهای فرآوری شده برای مدت زمان طولانی تر از مدت معمولی فساد آنها(بدون دخات انسان)تعریف کرد.این روش به عنوان رقابتی بین فرآیندهای مختلف فیزیکی،شیمیایی و بیوشیمیایی در نظر گرفته میشود.همچنین افزایش مدت زمان نگهداری بستگی به رشد و توسعه جمعیت های مختف میکروبی دارد که گاهی اوقات می توانند مفید باشند اما معمولا برای حفظ خواص مطلوب مواد غذایی مضر است .(2)
-2,2کاربرد اولتراسونیک برای مواد لبنی:
کاربرد عمده اولتراسونیک با شدت بالا در صنایع لبنیات باعث غیر فعال سازی باکتری ها و آنزیمها،هموژناسیون شیر، افزایش فرآورده های پنیری، تصفیه و... می شود.استفاده از امواج با شدت پایین برای تعیین ترکیب شیر و محصولات لبنی یعنی غلظت گلبول های چربی، مواد جامد غیر چرب و کل ماده جامد است.
سرعت و تضعیف امواج اولتراسونیک در لبنیات به ساختمان میکروسکوپی و ترکیب آنها بستگی دارد. اندازه گیری میزان تضعیف اولتراسونیک روش مفیدی در تعیین زمان انعقاد شیر و تغییرات ویسکوزیته ظاهری حین انعقاد شیر به صورت غیر تخریبی است. زمانی که شیر منعقد می شود ضریب تضعیف آن به شدت کاهش می یابد. از امواج اولتراسوند در بررسی نحوه رسیدن پنیر، ضایعات ساختمان و تشکیل حفرات توخالی در پنیر استفاده می شود زیرا خواص پنیر در تعیین سرعت و تضعیف اولتراسوند اثر می گذارد. علاوه بر این برای تخمین اندازه و غلظت حبابهای موجود در خامه زده شده و ماست از این روش استفاده می شود.
اثر اولتراسوند در افزایش هیدرولیز لاکتوز در شیر تخمیری توسط لاکتو باسیلوس دلبروکی زیر گونه بولگاریکوس بررسی شده است. شیرهای تخمیر شده حاوی مقادیر کمی لاکتوز برای افرادی هستند که نمی توانند لاکتوز را تحمل نمایند(.(10
شیرهای خام و پاستوریزه تیمارشده با فراصوت دارای طعم ومزه یکسان یا کمتراز شیرهای فرآوری نشده با حرارت هستند اگر چه شیر حرارت دیده اگر برای 2دقیقه تحت التراسوند قرار گیرد در روز چهارم نگهداری طعم و مزه بهتری نسبت به همتای فراوری نشده خود خواهد داشت .(11)
2,3 -اساس عمل امواج اولتراسونیک:
در امواج صوتی و مافوق صوتی تکان دادن های شدید همراه یا بدون افزودن ذرات کوچک خنثی (ازقبیل گلوله های کوچک شیشه ای یا ساچمه ها) ممکن است سبب تخریب و کشتن اشکال رویا یا هاگ دار باکتریها (عمدتا باسیل های گرم منفی) می شود. مکانیسم اثر این امواج تشکیل موقتی حفرات گاز در پیکر باکتریها و نیز تشکیل اکسیژن تکی و پراکسیدهیدروژن و شکست DNA می باشد.
-2,4سنتیک غیر فعل سازی میکروارگانیسم های مواد لبنی:
در صنعت مواد غذایی به طور کلی تمرکز بر روی غیر فعال کردن آنزیمها یا کشتن میکروارگانیسمها است.عمدتا استفاده از حرارت کاربرد و تاثیر زیادی در نگهداری موادغذایی دارد اما می تواند به موادغذایی آسیب برساند برای مثال می توان به از دست رفتن برخی مواد مغذی و کاهش خصوصیات ارگانولپتیکی مواد غذایی اشاره کرد.بنابراین جامعه علمی به دنبال روشهایی امواج فراصوت از طریق پدیده حفره زایی (کاویتاسیون)سبب کوچک ترشدن اندازه ذرات می شوند .در سامانه های ناهمگنی مثل شیر،تأثیرات جایگزین برای نگهداری موادغذایی برمبنای اصول مختلف فیزیکی می باشد.تلاش برای استفاده از فراصوت جهت نگهداری موادغذایی موضوع جدیدی نیست اما در 10 سال گذشته پیشرفت های زیادی کرده و نسبتا احیا شده است تحقیقات اولیه استفاده از فراصوت در صنایع غذایی به مهمترین عامل موثر در مواد غذایی یعنی جمعیت های میکروبی اختصاص داده شده است(.(12
شوکهای الکتریکی میکرومکانیکی بوسیله ساختن و شکستن حبابهای میکروسکوپی تحریک شده با فشارهای نوسانی تحت فرآیند فراصوت ایجاد می گردد. این شوکهای الکتریکی تخریب کننده ساختار سلولی و غیر فعال کننده میکروارگانیسم است.
غیر فعال سازی میکروارگانیسم ها در صورتی اثر بیشتری دارد که سیستم فراصوت به همراه روش های دیگری مورد استفاده قرار گیرد.مانند ترکیب فشار، گرما و اولتراسونیک که این فرآیند را (MTS) مونو، ترموسونیکیشن می نامند.در این حالت فرآیند((MTS اثر مهلکی روی مقاومت گرمایی بعصی از باکتریها و آنزیمها دارد.
در ترکیب اولتراسونیک با گرما به این صورت عمل می شود که ابتدا امواج را قبل از گرم کردن (به منظور حساس ساختن میکروارگانیسم ها به رفتار گرمایی بعد از آن) به کار می برند.
دانشمندان اسپانیا در ابتدا با گرم کردن انواع فرآورده ها به رفتار اولتراسونیک و بدون آن فقط در دماهای پاستوریزه توجه کردند.نتایج این آزمایش این بود که باعث افزایش اثرمهلکی روی باسیلوس سابتیلیس شد که این اثر در نتیجه کاهش مقاومت باکتری بود(.(13
-2 .5هموژنیزه کردن به وسیله اولتراسونیک:
یکی از اهداف اصلی امواج اولتراسونیک هموژنیزه کردن شیر است.و دلیل استفاده از این امواج، تقسیم گلبولهای چربی به اندازه کوچکتر است. در این روش انرژی مصرفی کم می شود، همچنین انرژی تلف شده نیز کاهش می یابد.موج اولتراسونیک نمی تواند به طور مستقیم باعث تحریک و به ارتعاش (لرزش) درآوردن گلبولهای چربی شود اما باعث حفره سازی و پوکی شدیدی می شود و در نتیجه باعث شکستن حباب های مایع می گردد.
امواج فراصوت به کاویتاسیون منظم و نامنظم نسبت داده می شود. از هم پاشیدن حباب های کاویتاسیون گرمای موضعی شدید و فشار بالایی تولید می کند.این تنش ها و از هم پاشیدن مکرر حباب ها به دیواره مواد آسیب می رساند این آسیب های شدید، تنش های مکانی و زودگذری را بر سطح ذرات تحمیل می کنند و درنهایت به قطعه قطعه شدن ذرات می انجامند(.(14
استفاده از امواج فراصوت در حداکثر سطح انرژی و زمانهای طولانی با تکرار عبور امواج باعث ایجاد گلبولهای چربی با اندازه کوچکترمی شود.اولین کاربرد فراصوت در هموژنیزاسیون توسط chambers(1937) مطرح شد وی این روش را برای کاهش اندازه ی گویچه های چربی مؤثر بیان کرد(Schmidt (1985) .(15 هم اثرهموژنیزاسیون امواج فراصوت بر شیر را در دمای 60°c بررسی ومشاهده کرد که اندازه گویچه های چربی کمتر از1میکرومتر شد(.(16
Ertgut(2004) و Sungel نیز تاثیر هموژنیزاسیون با امواج فراصوت 20 کیلوهرتز را مطالعه و نتایج را با هموژنایزرهای مرسوم مقایسه کردند . اندازه ذرات چربی بعد از هموژنایزر مرسوم2- 5 m بود.انها نتیجه گرفتند که فراصوت در مقایسه با هموژنایزرهای مرسوم نتیجه بهتری در هموژنیزاسیون شیر دارند و با افزایش زمان،تاثیر ان افزایش می یابد .(17)
-2 .6محصولات تخمیری:
امروزه در سراسر دنیا مصرف محصولات لبنی تخمیری به دلیل خوشمزگی و ارزش غذایی که دارند افزایش پیدا کرده است.و به همین دلیل برای تولید این فرآورده ها باید از روش های جدیدی جهت بهبود کیفیت ،طعم و بسته بندی استفاده کرد. هموژنیزه کردن یک پیش رفتار مهم و لازم برای آماده سازی شیر، ماست و بستنی است زیرا این کار از خامه بستن در طول دوره نهفتگی و ذخیره سازی جلوگیری می کند.((1990 Tobaگزارش کرد که فراصوت عملکرد لاکتوباسیلی را حدود 50% بهبود داده و همچنین اثر شیرین کردن ماست بدون افزایش محتوای کالری را القاء میکند .(18)
-2 .6 .1اثر اولتراسوند بر محصولات تخمیری:
-1تغییرات : pH وقتی انرژی فراصوت برای8 دقیقه مورد استفاده قرار می گیرد در باکتری لبنیات واکنش پذیری انجام نمی گیرد و تا حدودی تحریک کننده تکامل اسیدی است و بیشتراسیدهای لاکتیک در اینجا تولید می شود و در نتیجه زمان تخمیر را به نیم ساعت کاهش می دهد.
-2ظرفیت نگهداری آب:فراصوت باعث افزایش فزاینده ای در ظرفیت نگهداری آب میشود.
-3ویسکوزیته: فراصوت می تواند تغییرات برجسته ای بر روی غلظت لبنیات ایجاد کند و باعث افزایش غلظت لبنیات میشود.
-4سینرسیز(آب انداختن): همان تاثیر تجزیه مایع از ترش شدگی لبنیات است که یک مشخصه نامطبوع یا زیان بار محسوب می شود.همگن سازی به دلیل تغییر در ظرفیت نگهداری آب پروتئین های شیر است که باعث کاهش سینریس می شود(.(18
