بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند حرارت دهی اهمیک به عنوان یک روش حرارت دهی بوده که در آن مواد غذایی با عبور جریان الکتریکی به عنوان مقاومت عمل نموده و گرم می گردد. با تبدیل انرژی الکتریکی به حرارت در این روش، حرارت دهی یکنواخت و سریعی ایجاد می شود.
میزان حرات دهی در این روش به ذرات جامد موجود در سیستم مادهی غذایی و هچنین اندازهی مقاومت الکتریکی آنها دارد. هدایت الکتریکی یکی از شاخصهای اصلی مواد غذایی فرایند شده با این روش میباشد. با توجه به تاثیر مستقیمی که در این روش بین جریان الکتریکی و مادهی غذایی رخ میدهد امکان تغییرات خصوصیات بافتی و رئولوژیکی قابل تصور است.
در این تحقیق به مرور مفاهیم این روش نوین حرارت دهی و تاثیراتی که این فرایند میتواند بر خصوصیات بافتی و رئولوژیکی مواد غذایی ایجاد کند پرداخته شده و ارتباط بین این شاخصهای بیوفیزیکی با تغییرات ایجاد شده طی فرایند اهمیک در محصولات غذایی مختلف با مرور تحقیقات انجام گرفته در این زمینه بررسی میگردد.
مقدمه
حرارتدهی اهمیک فرآیندی است که در آن جریان برق متناوب از ماده غذایی عبور میکند و ماده غذایی به عنوان مقامت عمل کرده و حرارت میبیند. این شیوه حرارتدهی نیازی به انتقال گرما ندارد زیرا انژی الکتریکی به طور مستقیم در ماده غذایی تبدیل به گرما میشود. میزان حرارت ایجاد شده در مواد تابعی از مقاومت الکتریکی مواد غذایی و پتانسیل به کار رفته است .
در مورد مواد غذایی ذرهای که درون سیالات معلقاند، در طول حرارتدهی به روش معمول، انتقال حرارت به سیال سریعتر از ذرات جامد است و سیال زودتر به دمای استرلیزاسیون میرسد در حالی که مرکز ذرات جامد هنوز به دمای استرلیزاسیون نرسیده است و باید زمان بیشتری حرارت ببیند در نتیجه آسیب جدی به کیفیت محصول وارد میشود و ارزش تغذیهای آن کاهش پیدا میکند.
در فرآیند اهمیک حرارتدهی مواد غذایی با سرعت بالایی انجام میشود - از چند ثانیه تا چند دقیقه - . حرارتدهی اهمیک امکان استفاده از تکنیکهای استرلیزاسیون را برای مواد غذایی ذرهای معلق در سیالات و سیالات ویسکوز بدون آسیب به کیفیت و ارزش تغذیهای آنها فراهم میکند که این ویژگی در حرارتدهی به روش معمول به سختی بدست میآید. زمانی که مواد به اندازه کافی آب و الکترولیت دارند و میتوانند جریان الکتریسیته را از خود عبور دهند میتوان از این روش برای حرارتدهی آنها استفاده کرد .
همان طور که اشاره شد، حرارت دهی اهمیک به معنی تولید حرارت از انرژی الکترومغناطیس - یا حتی انرژی الکتریکی - در فرکانسهای الکتریکی کم، از صفر تا چندین هزار هرتز است. معمولاً از توان فرکانس عادی جریان الکتریکی متناوب 50 - AC - یا 60 هرتز، بسته به کشور، به علت قابل دسترس بودن استفاده می شود
حرارتدهی اهمیک، همان طور که از نامش مشخص است، بر اساس اصل فیزیکی تولید حرارت به وسیله عبور دادن جریان الکتریکی و در اثر مقاومت الکتریکی ایجاد میشود. در مورد حرارتدهی اهمیک در ماده غذایی، مقاومت اهمیک خود غذا بوده، و بنابراین وجود ماده غذایی برای قرار گرفتن در معرض حرارتدهی اهمیک الزامی است.
بنابراین، بافت محصول بخشی از مدار الکتریکی می باشد. با توجه به مطالب ذکر شده و تاثیر مستقیمی که جریان الکتریکی در طی این فرایند با مادهی غذایی دارد، میتوان شکستهای سلولی و بافتی و تغییرات عمده در خصوصیات رئولوژیکی محصولات غذایی را محتمل دانست. بنابراین در این تحقیق ضمن تبیین ارتباط بین فرایند اهمیک و تغییرات خصوصیات بافتی و بیوفیزیکی مواد غذایی به راهکارهای ارائه شده توسط محققان برای بهترین کیفیت محصولات تولید شده ارائه خواهد گردید.
هدایت الکتریکی
این فاکتور برای مواد غذایی مختلف متفاوت است. هدایت الکتریکی برای اکثر مواد غذایی با افزایش دما افزایش پیدا میکند. برای اینکه بتوان ازحرارتدهی اهمیک استفاده کرد، مواد غذایی باید به اندازه کافی آب و الکترولیت داشته باشند تا بتوانند جریان الکتریسیته را از خود عبور دهند .
هدایت الکتریکی مواد تابعی از محتوای یونی آنها میباشد. برای افزایش هدایت الکتریکی خیساندن یا بلانچینگ مواد جامد در محلول های نمکی - به عنوان یک عملیات مقدماتی قبل از فرایند اهمیک - یا اضافه کردن اسید و سایر الکترولیت به کار میرود. اگر هدایت الکتریکی صفر باشد - چربی ها و روغنها - حرارتدهی اهمیک امکان پذیر نیست. اگر محصول ترکیبی از ذرات جامد و مایع باشد هدایت الکتریکی همه فازها مورد توجه قرار می گیرد .
میزان حرارتدهی ذرات در یک سال به حجم نسبی فازها و هدایت الکتریکی این فازها بستگی دارد. چون هدایت الکتریکی ذرات پایینتر از سیالات است .با افزایش غلظت ذرات در فرمولاسیون، این ترکیبات سریعتر از سیال حرارت میبینند، چون با افزایش غلظت، مسیر حرکت انرژی الکتریکی در سیال پیچیدهتر میشود و درنتیجه ذرات انرژی بیشتری دریافت میکنند. بنابراین با تغییر غلظت ذرات میتوان الگوهای حرارتی را تنظیم نمود .[6] هدایت الکتریکی وابستگی زیادی را به تعادل اجزاء نشان میدهد و باید برای هر فرمولاسیون جداگانه اندازهگیری شود. در مورد هدایت الکتریکی مایعات فاکتورهایی ماننددما، فرکانس و عناصر موجود موثرند و برای مواد جامد علاوه بر موارد ذکر شده ،ساختار میکروسکوپی بافت نیز تاثیرگذار میباشد.
هدایت الکتریکی و تغییرات رئولوژیکی مواد غذایی طی فرایند اهمیک
هدایت الکتریکی با افزایش دما، زیاد میشود، این تغییر برای مایعات به صورت خطی است اما درمورد مواد جامد، به ساختار سلول بستگی دارد و تغییرات آن با دما به حضور یا عدم حضور این ساختار بستگی دارد. اگر ساختار بافت سالم و دست نخورده باشد دراثر میدان الکتریکی شکست ساختاری رخ میدهد، ولی اگر بافت توسط عملیات حرارتی یا الکتریکی قبلی تخریب شده باشد، شکست بیشتری در اثر فرایند اهمیک رخ نمیدهد و تغییر هدایت الکتریکی با دما مانند مایعات به صورت خطی است .
هدایت الکتریکی تابعی از ساختار مواد است و اغلب با حرارتدهی - یا پخت - تغییر میکند. واکنش مواد مختلف به این فرآیند متفاوت است هرچند در بعضی از غذاها تاثیر کلی حرارتدهی ممکن است خصوصیات هدایت الکتریکی را به مقدار کمی تغییر دهد. مثلا در طول بلانچنگ سبزیجات و تخریب سلولی، محتوای سیتوپلاسم آزاد میشود و محتوای یونی کاهش پیدا میکند در نتیجه هدایت الکتریکی کم میشود. در نقطه مقابل همان طور که گفته شد اگر بلانچینگ در محلول نمک صورت گیرد، محتوای یونی و درنتیجه هدایت الکتریکی سبزیجات افزایش پیدا میکند .
اما در مورد مرغ یا قارچ حرارتدهی آن ها در محلول نمک، افزایش هدایت الکتریکی را به دنبال ندارد. علت این امر نوعی جمعشدگی و کاهش تخلخل در بافت این مواد است، که علی رقم افزایش محتوای یونی به علت کم بودن تحرک و نفوذ یونها به درون بافت، هدایت الکتریکی کاهش پیدا میکند. ناپایداری غشاء سلولی به عنوان علت اصلی تغییر هدایت الکتریکی ذکر شده است. اما عوامل دیگر مانند ترکیدن سلول، جمع شدگی بافت، تغییر فاز، آبزدایی، ژلاتینه شدن نشاسته، غلظت و تحرک یون های نمکی، مقدار رطوبت و سیالیت آن، pH و حضور چربی و سایر مواد غیر هادی روی تغییر هدایت الکتریکی موثرند .
تاثیر فرایند حرارت دهی اهمیک بر خصوصیات رئولوژیکی مواد غذایی
در طراحی و راهاندازی سیستمهای حرارتدهی اهمیک، ویژگیهای رئولوژیکی هیدروکلوئیدها از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. افزودن نمک به هیدروکلوئیدها کارایی فرایند اهمیک را تشدید میکند. ویژگیهای رئولوژیکی پروفایل سرعت سیستم را تحت تاثیر قرار میدهند .
ستون حرارتدهی اهمیک مداوم را میتوان مانند یک لوله معمولی یا لولهماند توصیف کرد که در آن جریان وجود دارد. پالمر و جانسون - 1976 - روش تخمین طول لوله ماند لازم برای یک فرایند مشخص که به وسیلهی ویژگیهای رئولوژیکی محیطهای مایع - نیوتنی و غیرنیوتنی - تحت تاثیر قرار میگرفتهاند را شرح دادهاند .
بر اساس وضعیت جریان که خطی یا اشفته باشد، برای سیالات نیوتنی و رقیق شونده با برش باید ملاکهای ایمنی میکروبیولوژیکی تامین شود ولی برای سیالات دایلاتانت لازم نیست .[10] ویژگیهای رئولوژیکی سیالات در مطالعات مکانیک سیالات برای تعیین نوع جریانی که از سیستم مداوم حرارتدهی اهمیک عبور میکند ضروری است
