بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به تقاضای مصرف کنندگان برای مصرف مواد غذایی بدون افزودنی،با کیفیت بالا و حداقل تغییرات، در این مقاله به مقایسه اثر فرایندهای پالس الکتریکی، فشار بالا و تیمارهای حرارتی بر روی آب پرتقال که منبع غنی از ویتامین C، کارتنوئیدها - پیش ساز ویتامین - A و فلاونون آنتی اکسیدانت ها - نارنجنین ، هسپرتین - میباشد و حفظ این ترکیبات در طول فرایند آماده سازی امری مهم به شمار می آید پرداخته شد. فرایند فشار بالا باعث آزاد شدن کارتنوئید ها و افزایش ویتامین A میشود؛ در حالیکه فرایند پالس الکتریکی و فرایند های حرارتی باعث تغییری در میزان کارتنوئیدها و ویتامین A نمی شوند.
فرایند فشار بالا باعث افزایش نارینجنین و هسپرتین می شود در حالیکه PEF هیچگونه اثری بر روی آن ها ندارد. فرایند های پاستوریزاسیون و انجماد باعث کاهش میزان نارینجنین میشوند ولی بر مقدار هسپرتین اثری ندارند. فرایند های فشاربالا،پاستوریزاسیون با شدت کم، انجماد و پاستوریزاسیون با شدت بالا همراه با انجماد، - -38 C/15 min - و پالس الکتریکی اثری بر رو ی خاصیت آنتی اکسیدانی موجود - ظرفیت مهار رادیکال ها - ندارند، در حالیکه فرایند پاستوریزاسیون با شدت بالا باعث کاهش خاصیت آنتی اکسیدانی می شود.
اگرچه میزان کاهش ویتامینC در بین کلیه ی تیمار ها کمتر از %9 بود ولی میزان کاهش آن در فرایند پاستوریزاسیون با شدت بالا نسبت به دیگر فرایند ها بیشتر بوده است.تکنولوژی های پالس الکتریکی و فشار بالا در حفظ مواد زیست فعال ومدت زمان نگهدار آب پرتقال بسیار مؤثر تر از تیمار های حرارتی عمل میکنند.
واژه های کلیدی: آب پرتقال،پالس الکتریکی،فشار بالا،پاستوریزاسیون،ترکیبات زیست فعال.
مقدمه
مصرف روزانه میوه و سبزی در رژیم غذایی باعث پیشگیری بسیاری از بیماری ها از جمله بیماری های قلبی و عروقی و بسیاری از سرطان ها میشود - . - 4 مطابق گزارش سازمان بهداشت جهانی مصرف پایین میوه و سبزی باعث حدود 2/7 میلیون مرگ و میر در میان 10 عامل خطرناک میباشد - . - 5 بنابر شواهد فعلی ارتباط معنی داری بین مصرف میوه وسبزی با سلامت است و مصرف حداقل پنج وعده میوه و سبزی در هر روز توصیه می شود که این عمل محافظتی به ترکیبات زیست فعال که خاصیت آنتی اکسیدانی دارند نسبت داده می شود که از این میان ویتامین C مهمترین ماده مغذی آنتی اکسیدانی محلول در آب است که باعث دفاع آنتی اکسیدانی در برابر عوامل اکسیداتیو می شود و این حقیقت به توانایی آن به عنوان عامل کاهنده و جذب کننده اکسیژن است می باشد. آب میوه طبیعی در بسیاری از کشورها مصرف میشود که از این میان آب پرتقال % 60 از کل مصرف اروپای غربی را به خود اختصاص میدهد .
در ایالات متحده در درجه اول آب پرتقال و سپس آب سیب از محبوبیت خاصی برخوردارند - . - 2 آب پرتقال یک منبع غنی از ترکیبات فعال زیستی بویژه ویتامین - 3 - C و یک منبع طبیعی از کاروتنوئید میباشد .بنابراین محتوای اسید آسکوربیک معمولا به عنوان یکی از مهمترین شاخص کیفیت برای تعریف کردن عمر مفید آب پرتقال می باشد کاروتنوئیدهای آب پرتقال دارای عملکرد و وظیفه بیولوژیکی متنوع از قبیل فعالیت آنتی اکسیدانی، فعالیت پروویتامینی A - آلفا و بتا کاروتن و آلفا و بتا کریپتوگزانتین - و حفاظتهای ماکولایی - لوتئین و زآگزانتین - می باشد . - 8 - علاوه بر این آب پرتقال یک منبع اصلی از آنتی اکسیدان فلاوونون - عمدتا هسپریدین و ناریروتین - در رژیم غذایی کشورهای توسعه یافته می باشد.
مطالعات اخیر نشان میدهد که مصرف آب پرتقال بهبود یافته با دانسیته بالای لیپوپروتئین، سطح کلسترول خون را در افراد با کلسترول بالا - 10 - و اکسیداسیون چربی را در افراد سیگاری کاهش میدهد.آب پرتقال تازه ی پاستور نشده عمر مفید محدودی دارد بسوی طولانی کردن عمر مفید آب پرتقال رایج ترین روش برای غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها و آنزیم ها، پردازش حرارتی است. با این حال ازدست دادن ترکیبات عطر و طعم در آب پرتقال مربوط به درجه حرارت فرایند و در طول ذخیره سازی می باشد.
با توجه به خواسته ی مصرف کننده، بررسی روش های پردازش ابتکاری با حداقل عملیات حرارتی برای افزایش بازار دادوستد با بهبود خواص تغذیه و کیفیت عطر و طعم آب پرتقال و در کل صنعت آب مرکبات بوده است . با توجه به توسعه ی تکنولوژی از قبیل فرایند فشار بالا - HP - ، فرایند میدان الکتریکی متناوب - - PEF در طول چند دهه ی کذشته توجه بیشتری شده است فرآیند میدان الکتریکی پالسی - PEF - ، یک روش بدون حرارت در نگهداری مواد غذایی است که در این روش توسط انفجارهای کوتاه الکتریکی، میکروارگانیسمها غیرفعال شده و اثرگذاری آنها بر کیفیت مواد غذایی حداقل یا بی اثر میشود.
این روش برای مواد غذایی مایع یا نیمه مایعی که قابلیت پمپاژ دارند قابل استفاده است و باعث نگهداری مواد غذایی، با کیفیت بالا، طعم عالی و ارزش غذایی و ماندگاری بالا میشود، در این روش مواد غذایی بین الکترودهایی با ولتاژ پالسی بالا در حدود 20-80 کیلووات معمولاً به مدت یکی دو میکرو ثانیه قرار میگیرند. استفاده از یک میدان خارجی به مدت یک میلیونیوم ثانیه - میکروثانیه - سبب شکستهشدن سریع غشای سلولی میگردد. و در این شرایط میکروارگانیسمها غیرفعال می شوند. تیمار PEF تأثیرات مهلکی بر انواع باکتریهای رویشی، قارچها و مخمرها دارد. تأثیرگذاری این روش بر غیرفعال کردن اسپورها بوسیلهی ترکیب این روش با حرارت و یا روشهای ممانعتکنندهی دیگر در حال بررسی و تحقیق است.
بعضی از پالسهای ولتاژ بالا میتوانند غشای اسپورهای میکروارگانیسمهای رویش را در محیط مایع توسط ایجاد منافذی بر آن بشکند.ایجاد منافذ، به عواملی چون شدت میدان الکتریکی، طول پالس و تعداد پالسها بستگی دارد. غشاهایی سلولی که تحت فرآیند PEF قرار میگیرند، به ملکولهای کوچک نفوذپذیر میشوند و نفوذپذیری سبب تورم و احتمالاً غشای سلولی میشود. کاربرد فرآیند PEF محدود به محصولات غذایی بدون حبابهای هوا و با رسانایی الکتریکی پایین میباشد.
ماکزیمم اندازه ی ذرات در مایع باید کمتر از شکاف اتاق - محفظهی - فراوری باشد، تا فراوری به طور مناسبی تضمین شود.میدان الکتریکی متناوب یک روش پیوستهی فراوری مواد غذایی است که برای محصولات غذایی جامد که قابلیت پمپاژ ندارند مناسب نمی باشد. میدان الکتریکی متناوب همچنین برای عصارههای شکر و دیگر عصارههای به دست آمده از سلولهای گیاهی مانند چغندر قند، مورد استفاده است.میدان الکتریکی متناوب در کاهش حجم فاضلاب نیز کاربرد دارد.در پاستوریزاسیون به روش میدان الکتریکی متناوب، میکروارگانیسمها و بعضی از آنزیمها غیرفعال میشوند. محصولات پاستوریزه شده به روش میدان الکتریکی متناوب - به جز محصولات اسیدی - به نگهداری در یخچال نیاز دارند.
مثلاً در محصولاتی مانند شیر، برای جلوگیری از رشد اسپورها، نگهداری در یخچال ضروری میباشد. اما برای غذاهای اسیدی، نگهداری در یخچال ضروری نمیباشد، اما به منظور افزایش عمر ماندگاری محصول نگهداری در یخچال مؤثر است.فرآیند میدان الکتریکی متناوب، برای اولین بار در ایالات متحده، نصب و بهره برداری شد.اولین سیستم ظرفیتی معادل 500 تا 2000 لیتر در ساعت داشت که متعلق به دانشگاه Ohio ایالات متحده بود.دستگاههای میدان الکتریکی متناوب، هیچ گونه ضرری برای کاربران ندارد و هیچگونه محصول فرعی مضری تولید نمیکنند.
این دستگاهها شامل چند جزء از جمله: واحد جابهجایی مایع -2 ژنراتور تولید پالس با ولتاژ بالا -3 اتاقهای فراوری -4 PEF ماشین بستهبندی میباشند. واحد انتقال مایع - اتاقک فراوری - ، قابلیت CIP دارد و شامل حداقل دو الکترود از جنس تیتانیوم میباشد که غذا از بین آنها عبور کرده و ژنراتور، پالسهایی بالا، به داخل مایع غذایی داخل اتاقک میفرستد و سپس مواد غذایی به صورت پیوسته، بستهبندی میشوند. این روش توسط HACCP در بیشتر نوشیدنیها، نوشابهها و آبمیوهها مناسب و قابل اجرا میباشد. میدان الکتریکی پالسی - - PEF، یک فرآیند بدون حرارت است،که میتواند میکروارگانیسمها و آنزیمها را در مواد غذایی مایع مانند شیر و آب میوه جات غیرفعال کند.
در ضمن اینکه کمترین تأثیرگذاری را بر خواص کیفی و تغذیهای مواد غذایی دارد. در این فرآیند، انرژی مؤثر بر غیرفعالسازی میکروارگانیسمها، حرارتهای ملایم بوسیلهی انفجارهای کوتاه میدان الکتریکی شدید در مادهی غذایی که در بین دو الکترود جاری است، تأمین میشود. که این جریان انفجارهای کوتاه سبب ایجاد یک شار بلند الکتریکی در مایع غذایی میشوند. فراوریهای گرمایی استفادهشده جهت افزایش عمر ماندگاری مواد غذایی، کیفیت مواد غذایی را تغییر میدهد. روش پاستوریزاسیون دمای بالا زمان کوتاه - - HTsT به منظور افزایش عمر ماندگاری مواد غذایی، دهها سال است که مورد استفاده میباشد.
برای غیرفعال کردن باکتریهای بیماریزا با درجههای بیماریزایی مختلف به کار میرود.اما به موازات افزایش تقاضای مشتریان به مصرف محصولاتی با طعم تازه، تلاش تولیدکنندگان به استفاده از روش هایی به منظور کاهش مصرف انرژی نیز افزایش یافته و این دلیل اصلی افزایش استفاده از روشهای بدون حرارت، در فراوری به منظور افزایش عمر ماندگاری مواد غذایی شدهاست. روشهای بدون حرارت شامل: یونیزاسیون رادیویی، فشار بالا، میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی، مواد شیمیایی ضد میکروبی، پلیمرهای پلی کاتونیک، آنزیمهای لیتیک و PEF میباشند.
سیستم معمول PEF شامل اجزای زیر است: -1 پاور ولتاژ بالا، -2 تولیدکنندهی پالس -3 خازن ذخیرهی انرژی -4 اتاقک فراوری - به صورت پیوسته یا غیرپیوسته - که مکان الکترودهاست -5 پمپ به منظور جاری سازی مادهی غذایی مایع در اتاقک فراوری - ارگانیسم پیوسته باشد - -6حمام های سرد کننده یا گرم کننده -7ابزارهای اندازه گیری. -8 واحد فراوری مرکزی برای کنترل دستگاه توسط اوپراتور،اتاقکهای فراوری، توسط عایق از یکدیگر جدا شدهاند که جنس عایق ممکن است سرامیک یا پلیمر باشد. هوا اتاقک، شامل دو الکترود، در دو طرف مایعی که در اتاقک جریان دارد میباشد و مایع غذایی را در معرض میدان شدید قرار میدهد.
بر طبق نظریهی ، مکانیسم اساسی در غیرفعالسازی میکروارگانیسمها بوسیلهی سیستم PEF، آسیب رساندن به غشای میکروارگانیسمها می باشد و غیرفعالشدن میکروارگانیسمها بستگی به تغییر در غشای سلولی و پایداری الکترومکانیکی آن دارد.دو مکانیسم در اثرگذاری PEF بر غشای سلولهای میکروبی مطرح است:-1 نفوذ الکتریکی -2 شکستن الکتریکی، که هر دو مکانیسم سبب سوراخ شدن غشا و نشت سیتوپلاسم به خارج از سلول و در نتیجه مرگ سلول می شوند و یا بغد از ایجاد منافذ در غشای سلولی طبق پدیده ی اسمز آب از منافذ وارد سلول می شود و سلول ورم کرده و سپس غشا پاره شده و سلول غیر فعال می گردد.
پارامترهای زیادی بر غیرفعال شدن شدن میکروارگانیسمها، در روش PEF تأثیر گذارند. که شامل نوع میکروارگانیسم، شدت میدان، شکل موج پالس، رسانایی محیط اطراف میکروارگانیسم، دمای فراوری، PH، زمان فراوری و انرژی ورودی میباشد.باکتریهای گرم مثبت به فراوری PEF، مقاومت بیشتری نشان میدهند.که این به دلیل وجود پوشش پپتیدوگلیکانی بر سطح آنها می باشد.مخمرها، نسبت به باکتری ها، حساسیت بیشتری به میدان الکتریکی دارند که این به دلیل بزرگتر بودن اندازهی آنها نسبت به باکتریها میباشد.شدت میدان الکتریکی به کاررفته در مادهی غذایی نیز، یکی دیگر از فاکتورهای اصلی تأثیرگذار در غیرفعالسازی میکروارگانیسمها محسوب میشود.
سلولهای کوچکتر برای غیرفعال شدن، به جریان شدیدتری نیاز دارند. برای مثال، ، به حداقل، برای غیرفعال شدن نیاز دارد، در صورتیکه یک سلول بزرگتر، مانند به کمتر از kw/cm 4-2 نیاز دارد .همچنین میلهایشکل شدن باکتریها نیز، در جهت یا در خلاف جهت جریان نیز، یکی از عوامل تأثیرگذار بر شدت جریان مورد نیاز، محسوب میشود. عطر و طعم و کیفیت تغذیه ای آب پرتقال معمولا تحت تاثیر این تکنولوژی ها میباشد، هرچند میکروارگانیسم ها و آنزیم ها ممکن است غیرفعال شوند. در تحقیقات نشان از حفظ پایداری ویتامین C و فعالیت آنتی اکسیدانی در آب پرتقال تازه بوسیله تکنولوژی فشار بالا و میدان الکتریکی متناوب انجام پذیر می باشد است. در این میان استفاده گسترده از رادیکال 2و2 دیفنل1پیکریل هیدرازیل - DPPH - به عنوان مدل مهار کننده سریع و دقیق توصیه می شود.
نتایج و بحث
فرایند فشار بالا باعث آزاد شدن کاروتنوئیدها و افزایش ویتامین A می شود؛ در حالیکه فرایند پالس الکتریکی و فرایند حرارتی باعث تغییری در میزان کارونتوئیدها و ویتامین A نمیشود. فرایند فشار بالا باعث افزایش نارنجین و هسپرتین میشود در حالیکه میدان الکتریکی متناوب هیچگونه اثری بر روی آنها ندارد. فرایندهای پاستوریزاسیون و انجماد باعث کاهش میزان نارنجین می شوند ولی بر مقدار هسپرتین اثری ندارند.
فرایندهای فشار بالا، پاستوریزاسیون با شدت کم، انجماد و پاستوریزاسیون با شدت بالا همراه با انجماد - -35درجه سانتیگراد در 15 دقیقه - و پالس الکتریکی اثری بر روی خاصیت آنتی اکسیدان موجود - ظرفیت مهار رادیکال ها - ندارند، در حالیکه فرایند پاستوریزاسیون با شدت بالا باعث کاهش خاصیت آنتی اکسیدانی می شود. اگرچه میزان کاهش ویتامین C در بین کلیه ی تیمارها کمتر از %9 بود ولی میزان کاهش آن در فرایند پاستوریزاسیون با شدت بالا نسبت به دیگر فرایندها بیشتر بوده است.
نتیجه گیری کلی
فرایند میدان الکتریکی متناوب بر غیر فعال سازی بسیاری از میکروارگانیسم های درون زا در آب پرتقال موثر می باشد و باعث گسترش عمر نگهداری آب پرتقال میشود. هر دو میدان الکتریکی 30 و 50 کیلوولت در سانتیمتر نشان دهنده غیرفعال سازی میکروارگانیسمهای مختلف در آب پرتقال است که بسیار کمتر از فرایند پاستوریزاسیون است. از جمله میکروارگانیسمهای موجود در آب پرتقال میتوان به آسکوسپور ساکارومایسز سروزیه اشاره کرد که بسیار حساس به میدان الکتریکی متناوب است در حالیکه لوکونوستوک مزنتریئیدیس کمترین حساسیت را نسبت به دیگر باکتریها و اشرشیا کلی و لیستریا نشان میدهد. در نتیجه تکنولوژی پالس الکتریکی و فشار بالا در حفظ مواد زیست فعال و مدت زمان نگهداری آب پرتقال بسیار موثرتر از فرایند های حرارتی عمل میکنند.
