بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر، تقاضای مصرف کنندگان به محصولات غذایی مغذی، سالم و نسبتا تازه با خواص کیفی و ارگانولپتیک بالا روبه افزایش بوده است. امروزه، ظهور تکنولوژیهای غیر حرارتی توجه زیادی را بهعنوان یک روش جایگزین موثر برای روشهای حرارتی سنتی ایجاد کرده است، زیرا این روشها حداقل تاثیر را روی خواص حسی و تغذیهای مواد غذایی تازه دارند. اولتراسونیکاسیون یکی از تکنولوژیهای غیر سنتی نوید بخش است که بویژه برای نگهداری مواد غذایی مایع مناسب است. اولتراسونیکاسیون میتواند به تنهایی یا در ترکیب با سایر تکنیکهای نگهداری از جمله دماهای حرارتی ملایم و مواد ضد میکروبی استفاده شود. علاوه براین، دادهها در مورد غیرفعالسازی میکروارگانیسمهای مواد غذایی تنها از طریق اولتراسوند، کمیاب هستند زیرا اولتراسوند معمولا شدت لازم جهت تاثیر کشندگی کافی را ندارد.
مطالعات بسیاری روی این موضوع در دو دهه گذشته منتشر شده است و این بررسیها در صدد تجزیه و تحلیل تاثیرات اصلی فراصوت روی خواص میکروبیولوژیکی، تغذیهای و فیزیکوشیمیایی مواد غذایی بوده است. تاثیرات اولتراسوند معمولا نه تنها بر اساس مدت زمان و شدت تیمار بلکه بر اساس ترکیبات و بافت مواد غذایی متغیر است و بایستی هر ماده غذایی بهصورت جداگانه مورد مطالعه و ارزیابی قرار گیرد. بهطور معمول، تاثیر اولتراسوند روی ترکیبات مواد غذایی حداقل است مگر اینکه زمانهای طولانی و دامنههای بالای تیمار بهکار برده شوند. سایر پارامترها مثل مقاومت ویژه ژن میکروبی نیز در این میان نقش ایفا میکنند.
کلمات کلیدی: آبمیوه، ترکیبات زیستفعال، سونیکاسیون.
مقدمه
در طول چند سال اخیر مصرف آبمیوه افزایش داشته است و شواهد قانع کنندهای که مصرف میوهها و سبزیجات بهطور کلی برای سلامتی مفید است، وجود دارد - نتزل و همکاران، . - 2007 آنها ممکن است باعث پیشگیری از فرآیندهای تخریب، بهخصوص کاهش بروز مرگ و میر ناشی از سرطان و بیماریهای قلبی و مغزی میگردند - زافرا و همکاران، . - 2007 اثر محافظتی میوهها و سبزیجات در برابر این بیماریها به آنتیاکسیدانهای مختلف گیاهی در آبمیوهها نسبت داده شده است. آنتوسیانینها رنگدانههای گیاهی مسئول ایجاد رنگهای نارنجی، قرمز و آبی در میوهها و سبزیجات مختلف هستند - رنتزچ، . - 2007
نیازهای مصرفگنندگان موادغذایی بهطور مداوم در حال تغییر هستند. تقاضا برای مواد غذایی تازه و طبیعی با مواد مغذی بالا روبه افزایش است. بهویژه، ترکیبات زیست فعال مواد غذایی و فعالیت آنتیاکسیدانی آنها توجه بسیاری را به خود جلب کرده است - آندلائور و فورست، 2002؛ باربا، استوه و فریگولا، 2011؛ هکمن، شری و مجیا، . - 2010 فرآیندهای نگهداری مواد غذایی مایع برای حفظ کیفیت طبیعی مواد غذایی بایستی طراحی شوند. پاستوریزاسیون یا استریلیزاسیون حرارتی از مزیت حائز اهمیت سلامت مواد غذایی و نگهداری طولانی مدت در نتیجه تاثیر مخرب آن روی آنزیمها و میکروارگانیسمها برخوردارند.
حرارت میتواند بر خواص کیفی و حسی مواد غذایی تاثیر بگذارد و خواص اصلی آنها را تغییر دهد - باربا و همکاران، 2012؛ لودیخویزه و هندریکس، . - 2002 اما تقاضای مصرف کنندگان برای غذاهای مغذی که حداقل پروسس را دیده و به طور طبیعی فرآوری شدهاند، منجر به ایجاد فنآوریهای غیر حرارتی شد. به منظور اجتناب از تاثیرات ناخواسته حرارت، صنعت غذا و محققان مواد غذایی، روش جایگزین جدیدی را جستجو کردهاند که بتواند فعالیت میکروارگانیسمهای موجود در مواد غذایی و نیز آنزیمهای خاص مورد توجه را بدون تخریب ترکیب غذایی و حسی که عموما طی تیمار حرارتی تحت تاثیر قرار میگیرند را غیر فعال نمایند.
به عنوان مثال، نشان داده شده است که اولتراسونیکاسیون به تنهایی و یا ترکیب با سایر تکنیکهای نگهداری همچون مواد ضد میکروبی و دماهای ملایم - کمتر از - 50 C یک تکنولوژی جایگزین نوید بخش برای فرآوری مواد غذایی هستند - ماسون، ریر، ورست و لوپز-بوازا، . - 2005 همچنین نشان داده شده است که اولتراسوند در مقابل میکروارگانیسمهای آلاینده مواد غذایی مایع موثر است - چنگ، سو، لیو و ته، 2007؛ والرو و همکاران، - 2007 و میتواند شرط کاهش 5 سیکل لگاریتمی برای عوامل آلاینده - مثل اشرشیاکلی در آبمیوهها - که توسط وزارت غذا و داروی آمریکا وضع شده است را برآورده نماید - صالح-مک و روبرتز، . - 2007 اولتراسوند به صورت امواج صوتی غیر قابل شنیدن در فرکانسهای بالای 20 kHz تعریف میشوند.
برای نگهداری مواد غذایی، امواج اولتراسوند ا فرکانس پایین 18-100 kHz - ، - 145 mm و شدت 10-1000 w/cm² موثرترین موارد هستند - دوجمیک و همکاران، . - 2013 تاثیر نگدارندگی اولتراسوند با پدیده پیچیده کاویتاسیون - حفرهزایی - در ارتباط است که تولید و تکامل میکروحبابها در یک مایع متوسط رخ میدهد - گالاناکیس، . - 2012 کاویتاسیون در مناطق مجاور به مایع رخ میدهد که در معرض فشارهای با دامنه بالا بهصورت متناوب قرار میگیرند. طی نیمه منفی چرخه فشار، مایع در معرض یک نیروی کششی قرار میگیرد و طی نیمه مثبت، متحمل فشار میشود و تشکیل منقطع نشده ریز حبابها حاصل میشود که اندازه آنها هزاران برابر طی اصلاح چرخههای فشار افزایش پیدا میکند.
میکروحبابها که به اندازه اصلی میرسند به شدت منفجر شده و به اندازه اصلیشان باز میگردند که باعث آزادسازی کل انرژی جمع شده میشود و افزایش دمای محلی را موجب میگردد که بدون افزایش قابل توجه در دمای مایع تیمار شده پراکنده میشوند، اما انرژی آزاد شده و شوک مکانیکی مرتبط با این پدیده بر ساختار سلولهای حاضر در محیط میکرو تاثیر میگذارند. با این وجود، تاثیر اولتراسوند روی عوامل فساد مواد غذایی محدود است و وابسته به عوامل بسیاری بوده و ازاینرو کاربرد آنها به سمت ترکیب همزمان یا متعاقب با سایر تکنیکهای حفظ و نگهداری مواد غذایی متمرکز شده است.
کاربرد اولتراسوند و تیمارهای حرارتی ملایم - کمتر از 100 °C، معمولا - 50 -60 °C باعث ایجاد فرآیندی بهنام ترموسونیکاسیون - سونیکاسیون حرارتی - شده است. ترکیب با افزایش فشار - کمتر از - 600 MPa بهعنوان سونیکاسیون همراه با فشار - مانوسونیکاسیون - شناخته شده است، در حالیکه استفاده از سه تیمار با هم مانوترموسونیکاسیون نامیده میشود - کنور، زنکر، هینز و لی، . - 2004 در سالهای اخیر، گروههای تحقیقاتی مختلفی نحوه تاثیر اولتراسوند روی غیر فعال سازی میکروبی - جوسه و همکاران، - 2014 و خواص فیزیکوشیمیایی و تغذیهای در مواد غذایی مایع - تائو و سان، - 2015 از جمله آبمیوهها و سبزیجات، شیر و دیگر نوشیدنیها را مورد مطالعه قرار دادهاند. پیشتر نشان داده شده است که رفتار انواع مختلف مواد غذایی بسته به بافت و ترکیب آنها متغیر بوده است و از اینرو ارزیابی هر محصول قبل از اینکه بتواند به بازار فرستاده شود، ضروری است.
ایمنی مواد غذایی
استفاده از اولتراسوند برای غیرفعالسازی میکروارگانیسمها در اواخر دهه 1920 گزارش شد - هاروی، - 1929، اما تاثیر محدود مهلک روی سلولهای میکروبی، استفاده از آنرا بهعنوان روشی برای استریلیزاسیون مختل کرد. بهبود تکنولوژیهای اولتراسوند طی دو دهه گذشته توجه به غیرفعال سازی میکروبی با استفاده از این تکنولوژی را برانگیختهاند - پگان و همکاران، . - 1999 امروزه تیمار اولتراسوند یک تکنولوژی ضدعفونی کننده با پتانسیل بالا مورد توجه قرار گرفته و مزایای اصلی آن در فرآوری مواد غذایی مایع، کاهش مصرف انرژی و آب، کاهش یا حداقل اتلاف در طعم و مواد مغذی و افزایش یکنواختی محصول میباشد - سوریا و همکاران، . - 2010
مکانیسم اصلی مسئول در غیرفعالسازی میکروبی، فشارهای فیزیکی ناشی از پدیده کاویتاسیون - حفرهسازی - صوتی است. سطوح آبگریز که میتوانند در میکروارگانیسمها یافت شوند به انهدام حبابهای کاویتاسیونی تشکیل شده طی اعمال اولتراسونیکاسیون کمک کرده و منجر به آسیب شدید به دیواره سلولی میشوند. علاوهبراین، فساد دیوارههای سلولی و متعاقبا غیرفعالسازی میکروبی توسط تاثیرات جریانهای میکرو و نیز حفرهزایی بین سلولی را موجب میگردند - چاندراپالا و همکاران، . - 2012 جدا از جنبههای فیزیکی، پدیدههای شیمیایی مثل تشکیل گونههای واکنشی و رادیکالهای آزاد، روی پوشش سلولی توسط از هم گسیختن دیوارههای سلولی عمل کرده و ازاینرو فساد و زوال سلولی را میسر میسازند - سانگو و همکاران، . - 2014
گزارشات در مورد آسیب سلولی القا شده توسط اولتراسوند نشان میدهد که سلولهای آسیب دیده و متلاشی شده با این روش نمیتوانند احیا شده و زنده بمانند که متناظر با یک مزیت بر سایر روشهای فرآوری غیر حرارتی مواد غذایی میباشد.در کل، اسپورها نسبت به سلولهای گیاهی بر تاثیرات کاویتاسیون مقاومتر هستند. قارچها مقاومتر از باکتریها، میکروارگانیسمهای هوازی بسیار مقاوم-تر از میکروارگانیسمهای غیر هوازی و باکتریهای کروی استقامت بالاتری را نسبت به باکتریهای میلهای در نتیجه رابطه سطح و حجم نشان میدهند - چاندراپالا و همکاران، . - 2012 یافتهها در ارتباط با تاثیر اولتراسوند روی باکتریهای گرام مثبت و گرام منفی بحث برانگیز هستند.
طبق برخی مطالعات، باکتریهای گرام مثبت مقاومتر از باکتریهای گرام منفی هستند و احتمالا به علت دیواره سلولی ضخیمتر آنها میباشد که حمایت بهتری در مقابل تاثیرات اولتراسوند را ایجاد میکند - ویلامیل و همکاران، . - 2000 درحالیکه سایر محققان هیچ تفاوت معنیداری را بین این گروهها گزارش نداده-اند - اسچربا و همکاران، . - 1991 بهعلاوه این نکته باید ذکر شود که مقاومت میکروارگانیسمهای مختلف بسیار وابسته به سایر عوامل مثل خواص محیط کشت و پارامترهای فرآیند میباشد. تاثیر اولتراسوند روی آلودگیزدایی میکروبی محصولات غذایی مایع انتخاب شده در جدول 1 آمده است.
