مقاله تاثیر فرآیند فشار بالا ر وی برخی خواص شیر

بخشی از مقاله

چکیده:
از لحاظ تعریفی به فشارهای بالاتر از فشار اتمسفر فشار بالا گفته میشود خصوصیت غیرحرارتی این فناوری امکان تولید محصولات جدید و نوین با کیفیت حسی و تغذیهای بالا را امکانپذیر میسازد.محدوده فشار مورد استفاده برای کاربردهای صنایع غذایی 100 – 1000 مگاپاسکال، دما حدود 5 oC الی 90 oC و مدت زمان از چند ثانیه تا 30 دقیقه میباشد که به دو صورت مداوم و غیرمداوم برای فرآوری محصولات، مورد استفاده قرار میگیرد.

طبق بررسیهای به عمل آمده فراوری انواع مواد غذایی از قبیل میوهجات، آبمیوهها، فراوردههای گوشتی، مربا، ماست و ... با فناوری فشار بالا نتیجه بخش بوده است . معذالک به دلایل مشکلات عدیده این فناوری، از قبیل طراحی ظروف بستهبندی و نیز هزینه سرمایهگذاری بالا توسعه کاربرد این روش محدود شده است. با این حال با توجه به پروژههای تحقیقاتی بسیار گسترده در کشورهای صنعتی به ویژه ژاپن، دورنمای کاربردی وسیعی را برای فناوری فشار بالا میتوان پیشبینی نمود. این مجموعه به طور اجمالی به بررسی تأثیر فرآیند فشار بالا روی خواص مختلف شیر خواهد پرداخت.

مقدمه:

افزایش تقاضای مصرف کنندگان به استفاده از محصولاتی با ماندگاری طولانی و کیفیت بالا مهمترین عامل پیشرفت صنایع تولید مواد غذایی میباشد. در این میان فناوری فشار بالا1، به دلیل مزایای خاص خود از همان ابتدا توجه زیادی را از بین سایر روشهای جدید فرآوری و نگهداری مواد غذایی به خود معطوف ساخت.فرآیند تحت فشار میتواند برای نگهداری محصولاتی که با روشهای مرسوم از جمله فرآیند حرارتی به خوبی قابل فرآیند نیستند مورد استفاده قرار گیرد. محصولات فرآوری شده با این روش کاملاً کیفیت حالت اولیه خود را که با روشهای فرآیند حرارتی یا نگهداری با مواد شیمیایی امکانپذیر نمیباشد، حفظ میکنند. بطوریکه امروزه میتوان محصولاتی تولید کرد که کیفیت اصلی و اولیه خود را حفظ کردهاند.

علاوه بر موارد ذکر شده، این محصولات زمان ماندگاری بیشتری نیز دارند. همچنین با استفاده از این روش و بدون اعمال فرآیند حرارتی میتوان محصولاتی تولید کرد که از نظر عطر و طعم و ارزش غذایی، رنگ، بافت و ویتامینها مانند محصول اولیه میباشند . - 11 - انواع مرباها، ژلههای حاوی تکههای میوه، انواع آب میوه، تکههای گوشت، انواع صدفها و اخیراً انواع فرآوردههای لبنی از جمله مواد غذایی فرآوری شده با فناوری فشار بالا میباشند.

- تأثیر فرآیند فشار بالا بر روی برخی خواص شیر -1 تأثیر روی مواد معدنی

شیر حاوی 0.9 gr/100 ml مواد معدنی میباشد که مهمترین آنها از نظر تغذیهای و خواص انعقادی شیر، کلسیم میباشد که به اشکال مختلفی در شیر وجود دارد.

-    کلسیم کلوئیدی: که باعث اتصال اجزاء میسل کازئین به هم میشود.

-    کلسیم محلول: که به شکل سیترات و فسفات در شیر وجود دارد و کلسیم غیریونیزه هم نامیده میشود.

-کلسیم یونیزه :  مقدار کلسیم و فسفر محلول در اثر اعمال فرآیند فشار بالا در شیر افزایش مییابد و دلیل آن، تجزیه

میسل کازئین و انحلال کلسیم فسفات کلوئیدی می باشد - نقل از منبع 3 و. - 9 بنابراین از نظر حلالیت کلسیم محلول، فرآیند حرارتی و فشار بالا برعکس هم عمل میکنند. به این ترتیب که فرآیند حرارتی مقدار آنرا کاهش داده و فرآیند فشار بالا آنرا افزایش میدهد. این تأثیر معکوس توسط محققان بسیاری به اثبات رسیده است 

لوپز فاندینو 2 و همکاران - نقل از منبع - 3 گزارش کردند که غلظت کلسیم، منیزیم و فسفر به شکل محلول، در نتیجه اعمال فشاری به اندازه 300 MPa افزایش قابل توجهی مییابد ولی فشارهای بالاتر، حدود 400 MPa مقدار آنرا کاهش میدهد. در مورد غلظت کلسیم یونیزه محققان بیان کردند که فشارهای کمتر از 600 MPa هیچ تأثیری روی غلظت کلسیم یونیزه ندارند 

-2 تأثیر بر روی پروتئینهای سرمی1

مقدار پروتئینهای سرمی محلول توأم با افزایش فشار کاهش مییابد که علت آن منقلب شدن2 و نامحلول شدن آنها میباشد . - 3 - مهمترین پروتئینهای سرمی در شیر، بتا- لاکتوگلوبولین - βlg - و آلفا- لاکتوآلبومین - αla - میباشند. فرآیند فشار بالا تأثیر زیادی روی αla ندارد و تنها در فشارهای بالای 300 MPa تأثیر اندکی دارد . - 2 - اعمال فشار تا حدود MPa 100 انعقادی در βlg ایجاد نمیکند اما فشارهای بالاتر شدیداً باعث منقلب شدن آن میشوند . - 2 - انعقاد آن در فشارهای 200 و 300 MPa بترتیب 20 و 60 درصد میباشد

حداکثر میزان منقلب شدن در فشار 300 MPa میباشد و در فشارهای بالاتر فقط افزایش اندکی در منقلب شدن βlg نسبت به 300 MPa اتفاق میافتد . - 3 - نتایج بدست آمده از تحقیقات نشان میدهند که اعمال فشار 300 MPa در دمای 50 oC باعث منقلب شدن 100 درصد βlg میشود و با کاهش دما انعقاد نیز کاهش مییابد. تغییر pH هم، روی انعقاد βlg موثر است. بطوریکه کاهش pH تا حدود 5/5-6 قبل از فرآیند، انعقاد را کاهش داده و برعکس با افزایش pH به حدود 7 - نسبت به 6/7 حالت طبیعی - آنرا افزایش می دهد.

آریاس و همکاران - نقل از منبع - 3 علت این امر را افزایش واکنش گروههای سولفیدریل آزاد در pH قلیایی بیان کردند. از اینرو مشاهده میشود که تنظیم pH قبل از فرآیند میتواند در انعقاد پروتئینهای سرمی و بالتبع خواص انعقادی رنین شیر نقش بسزایی ایفا کند. تحقیقات بیشتر نشان دادند که شیرهای گونههای مختلف نیز از نظر مقاومت به فرآیند فشار متفاوتند.

بیشترین منقلب شدن در اثر اعمال فشار بالا در شیر بز مشاهده شد.پژوهشگران علت بالا بودن مقاومت به فشار αla نسبت به βlg را به ساختمان مولکولی آنها نسبت دادند و بیان کردند که αla دارای گروههای سولفیدریلی آزاد اندکی نسبت به βlg میباشد. در مورد انعقاد سایر پروتئینهای سرمی اطلاعات اندکی وجود دارد. تحقیقات فیلیپ3 و همکاران نشان داد که 4BSA به فشار 400 MPa هم مقاوم است ولی ایمونوگلوبولینها5 تا
فشار 300 MPa مقاوم بوده و در فشار 400 MPa، 35 درصد آنها منقلب میشود .

-3 تأثیر روی میسل کازئین

اندازه میسل کازئین در اثر اعمال فرآیند فشار بالا کاهش مییابد 3 - ، 7، 8، 4 و . - 10تحقیقات بیشتر توسط دسوبری6 و همکاران - نقل از منبع - 3 هم نشان داد که فشار در دامنه 150-200 MPa تأثیر چندانی روی اندازه میسل کازئین ندارد. اما فشار 200- 250 MPa کاهشی به مقدار 9 درصد و فشار 250-600 MPa کاهشی به میزان 40-50 درصد در اندازه میسل کازئین ایجاد میکند.

لازم به ذکر است که این محققان آزمایشات را با روش میکروسکوپ الکترونی انجام دادند. در حالت اندازهگیری به روش کدورت سنجی نیز همین نتایج تائید شد، یعنی تا فشار حدود 150 MPa تغییر چندانی در کدورت ایجاد نشد اما فشار 200-300 MPa موجب کاهش کدورت شد - یعنی قطر میسلهای کازئین کاهش یافت - و در فشارهای MPa 400-500 مقدار این کاهش بیشتر مشاهده شد.

این کاهش کدورت به طور غیرمستقیم بیانگر کاهش قطر میسلهای کازئین است . - 3 - تأثیر فرآیند فشار بالا، روی اندازه میسلها به دما نیز بستگی دارد. بطوریکه اعمال فشار در 20 oC تأثیری روی بیشتر شدن کاهش اندازه میسل کازئین در نتیجه اعمال فشار بالا ندارد، دمای 40 oC کاهش اندازه میسل را به تعویق انداخته و دمای 4 o C آنرا تسریع میکند 

در توجیه این مسأله میتوان چنین بیان کرد که دمای بالا با منقلب کردن بیشتر βlg و اتصال بیشتر آنها به میسل کازئین تأثیر فشار بالا را در این مورد - کاهش اندازه میسل - کمتر میکند. اما دماهای پائین مثلاً oC 4-5 بعلت افزایش حلالیت فسفات کلسیم کلوئیدی 7 و وارد شدن آن به سرم شیر حساسیت میسل را به کاهش اندازه در نتیجه فرآیند فشار بالا بیشتر میکند .

پژوهشگران نشان دادند که افزایش غلظت کلسیم، با افزودن کازئینات کلسیم، موجب افزایش مقاومت میسل در مقابل تجزیه در برابر فرآیند فشار بالا میشود که علت این امر را تغییر تعادل کلسیم شیر از فرم کلوئیدی به فرم محلول دانستند . - 3 - طبق بررسیهای انجام شده تجزیه اجزاء میسل کازئین در شیر گاو به صورت β  K  αS1   α S2  و در شیر بز به صورت K β  αS1   αS2  میباشد. در توجیه این مسأله دانشمندان بیان کردند

عواملی که باعث تجزیه میسل کازئین میشوند بیشتر به محتوای سرین و فسفات کازئینها مربوط میشود. بطوریکه هر چه این مقدار بیشتر باشد کازئینها دارای پیوندهای محکمتر با فسفات کلسیم کلوئیدی بوده و به مقدار کمتری تجزیه میشوند در شیر گاو علت بیشتر بودن تجزیه β کازئین نسبت به K نیز به این علت است که پیوندهای عرضی با فسفات کلسیم کلوئیدی β کازئین در شیر گاو نسبت به K - در مقایسه با شیر بز - کمتر میباشد. همچنین تجزیه کازئینها در شیر تحت فشار بوسیله تغییرات pH نیز تحت تأثیر قرار میگیرد به طوریکه میزان کازئین محلول در شیر با 5/5 pH و یا 7 نسبت به حالت طبیعی - 6/7 - بیشتر میباشد، که این امر احتمالا به دلیل تجزیه فسفات کلسیم کلوئیدی - در - pH = 5/5 و افزایش دافعه الکتروستاتیکی کازئین - در - pH = 7 میباشد.

-4 تأثیر فرآیند فشار بالا روی چربی شیر

اندازه گویچههای چربی در نتیجه فرآیند فشار بالا همانند میسلهای کازئین کاهش مییابد 4 - ،3 و. - 10
به طوری کهاندازه گویچههای چربی از 3-5 میکرومتر در شیر پاستوریزه به 100 نانومتر در شیر فشار دیده میرسد. سپس این گویچههای چربی ریز با میسلهای کازئین به صورت کمپلکس در می آیند.کاهش اندازه گویچههای چربی اجازه اتصال بیشتر به میسل کازئین میدهد بنابراین، پنیرهای حاصله از چنین شیرهایی دارای بافت سفتتر، الاستیکتر و چسبندهتر نسبت به پنیرهای تهیه شده از شیرهای پاستوریزه میباشند . - 4 -

تحقیقات انجام شده بر روی کریستالی شدن چربی شیر در نتیجه فرآیند فشار بالا نیز نشاندهنده اینست که میزان تشکیل کریستالها با افزایش فشار کاهش مییابد

چون اولاً با افزایش فشار نقطه تبدیل چربی جامد به مایع به درجات بالاتر تغییر پیدا میکند. طوریکه به ازاء هر 100 MPa افزایش فشار، نقطه ذوب چربی oC 15/5 افزایش مییابد. ثانیاً کاهش رشد کریستالها میتواند بعلت کاهش تحرک مولکولی گویچههای چربی در فشارهای بالا باشد .

-5 تأثیر بر روی آنزیمهای شیر

همانطوریکه غیرفعال شدن فسفاتاز قلیایی به عنوان شاخص فرآیند پاستوریزاسیون محسوب میشود غیرفعال شدن آنزیم پلاسمین نیز به عنوان شاخص فرآیند فشار بالا کاربرد دارد. طبق بررسیهای انجام شده فسفاتاز قلیایی به دنبال اعمال فشاری حدود 400 MPa حتی به مدت 60 دقیقه هم غیرفعال نمیشود و تنها فشارهای 800 MPa و بالاتر میتوانند آنرا غیرفعال کنند. لاکتوپر اکسیداز طبیعی شیر و فسفوهگزوسیزومراز و γ گلوتامیل ترانسفراز نیز به فشار 400 MPa مقاومند مقاومت نسبتاً بالای آنزیمهای مذکور باعث شده از آنزیم دیگری به عنوان شاخص استفاده شود که این آنزیم پلاسیمن می باشد.

با وجودیکه پلاسمین خالص در بافر فسفات کاملاً به فشار حتی 600 MPa مقاوم است. اما در حضور βlg در شیر غیرفعال شدن قابل توجهی را در 400 MPa نشان میدهد. این امر بیانگر اینست که مقاومت به فشار آنزیم پلاسمین در حضور βlg کاهش مییابد 

تأثیر اندک فشارهای کمتر از 400 MPa بر روی پلاسمین، توسط لوپز1 و همکاران نیز تائید شده بود - نقل از منبع . - 8 منقلب شدن βlg تا حدود 60 درصد که برابر فشاری تقریباً برابر 300 MPa میباشد تأثیری در فعالیت پلاسمین ندارد ولی فشارهای بالاتر که انعقاد بیشتری را در βlg ایجاد میکنند - تقریباً - 400 MPa موجب افت شدیدی در فعالیت پلاسمین میشوند و از این به بعد با افزایش منقلب شدن βlg فعالیت پلاسمین نیز کاهش مییابد، ولی افت ناگهانی آن در فشار 400 MPa - انعقاد تقریباً 70 درصد - βlg است که این نقطه به عنوان شاخص محسوب میشود 

-6 تأثیر فرآیند فشار بالا روی میکروارگانیسمهای شیر

حدود یک قرن پیش پژوهشگران دریافتند که با اعمال فشار 460 MPa بر روی شیر میتوان آنرا به مدت 4 روز در
دمای اتاق نگهدرای کرد 4 - و. - 7 در حالت کلی میکروارگانیسمها حساسیت متفاوتی به فرآیند فشار بالا دارند به طوریکه میکرواگارنیسمهای گرم مثبت نسبت به گرم منفی مقاومترند و اسپورها نیز نسبت به سلولهای رویشی مقاومترند .

در واقع فشار بالا را میتوان به عنوان یک روش پاستوریزاسیون سرد برای غیرفعال کردن انواع میکروارگانیسمها دانست بدون اینکه تغییری در مواد مغذی و خواص حسی آن ایجاد کند . - 9 - همچنین مح ققان نشان دادند که فشارهای بالای 300 MPa باعث کاهش عملکرد حیاتی میکروارگانیسمها میشوند به طوریکه تا مدتها نمیتوانند بازسازی شوند. ایشان گزارش دادند که فشار بالای 200 MPa باعث متلاشی شدن دیواره سلولی مخمرها و صدمه دیدن میتوکندری میشود. لازم به ذکر است که حساسیت باکتریها در فارلگاریتمی رشدشان، بسیار بیشتر از سایر فازها میباشد

در صورتیکه استریلیزاسیون محصولات غذایی مد نظر باشد میتوان از مواردی همچون کاربرد نوسانی فشار و یا فرآیندهای ترکیبی مثل استفاده از CO2، حرارت، لیزوزیم، اشعه ونیسین استفاده کرد . - 5 - مطالعات در زمینه تأثیر فرآیند فشار بالا بر روی توانایی زنده ماندن و فعالیت اسیدی باکتریهای لاکتیکی نشان داد که لاکتوکوکوسها حساسیت بیشتری نسبت به لاکتوباسیلها دارا میباشند

لیستریامونوسیتوژنز در شیر دارای حساسیت کمتری به فشار بالا در مقایسه با بافر فسفات میباشد و به این نتیجه رسیدند که شیر دارای ترکیبات محافظت کنندهای است که تأثیر فشار بالا را روی میکروارگانیسمها کم میکند .

همچنین بررسی تأثیر فرآیند فشار بالا روی غیرفعال شدن لیستریا نشان داد که تعداد میکروارگانیسمهای زنده طی اعمال فشار 450 MPa بمدت 5 دقیقه در حدود 5 سیکل لگاریتمی و طی اعمال 300 MPa به مدت 15 دقیقه به میزان 7 سیکل لگاریتمی کاهش مییابد .این مسأله بیانگر آنست که تأثیر زمان فرآیند روی غیرفعال شدن میکروارگانیسمها بیشتر از فشار اعمالی است.

-7 تأثیر بر روی خواص انعقادی شیر

مطالعات زیادی در زمینه تأثیر فرآیند فشار بالا روی فاز اولیه و ثانویه انعقاد و نیز زمان انعقاد رنینی 2 - RCT - انجام گرفته است. نتایج نشان میدهند که فشارهای کمتر از 150 MPa به مقدار جزئی موجب کاهش زمان انعقاد آنزیمی میشود. اما بعد از فرآیند در 200-300 MPa افزایش قابل توجهی مییابد.