بخشی از مقاله
چکیده:
فرآیند حرارت دهی اهمیک روشی است که در آن مواد غذایی با عبور جریان الکتریکی به عنوان مقاومت عمل نموده و گرم می گردد. اساس کار در فرآیند اهمیک بر مبنای حضور یون ها و انتقال جریان الکتریکی به واسطه این حضور بوده و نمک کلرید سدیم از متداول ترین منبع تامین یونها در این سیستم است. گرمایش اهمی در تیمار حرارتی سیستم های غذایی دو فاز به دلیل آنکه می تواند ذرات جامد را سریع تر از مایع گرم سازد به عنوان روش جایگزین بالقوه حرارت دهی معمول می باشد و به دلیل کاهش رسوب در تماس بخار با سطح غذا مشکل نسبتا کمتری برای تمیز کردن آن وجود دارد. این روش در مواد غذایی کاربرد هایی از قبیل خشک کردن مواد غذایی، بلانچینگ، تخمیر، افزایش استخراج مواد از بافت ها، استریلیزاسیون، پاستوریزاسیون و حرارت دهی در حد پیش تیمار برای فرایندهای اصلی حرارت دهی و ... دارا می باشد.
مقدمه:
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 و این فرآیند حرارتی با نام های حرارت دهی ژول، حرارت دهی مقاومت الکتریکی، حرارت دهی مقاومت الکتریکی مستقیم و یا حرارت دهی رسانایی الکتریکی نیز شناخته می شود این سیستم برای فرآیندهای مختلفی نظیر تیمار مواد غذایی ویسکوز، مایعات حاوی قطعات جامد - تا 1 اینچ - ،مواد غذایی پروتئین دار و بسیاری از مواد غذایی دیگر مناسب می باشد و نتایج خوبی از ترکیب این روش با بسته بندی اسپتیک در پردازش غذاهای حاوی ذرات معلق با ماندگاری بالا از خود نشان داده است و عمر مفید از غذاهای پردازش شده با روش اهمیک قابل مقایسه با محصولات کنسرو و استریل شده در شرایط استریل می باشد و طبق مطالعه ی پریرا و همکاران - 2006 - هیچ گونه نفاوتی بین ترکیبات شیمیایی ماده ی غذایی فرآیند شده با روش اهمیک و دیگر روش ها وجود ندارد.
اساس کار طی حرارت دهی اهمیک بر مبنای حضور یونها و انتقال جریان الکتریکی به واسطه این حضور بوده و نمک کلرید سدیم از متداولترین منبع تامین یونها در این سیستم است و یکی از مشکلات عمده در طی استفاده از نمک در سیستم اهمیک ایجاد خوردگی در الکترودها به واسطه حضور یونهای سدیم و کلرید و عبور جریان الکتریسته بوده که این خوردگی با افزایش میزان نمک موجود در محیط و افزایش ولتاژ ورودی تسریع می گردد. خوردگی یا به عبارت دیگر مهاجرت یونهای فلزی از الکترودها به ماده غذایی مشکلات تکنولوژیکی و تغذیه ایی را به همراه دارند. خوردگی الکترودها سبب کاهش توان حرارت دهی سیستم شده و الکترودها نیز باید بعد از زمان کوتاهی تعویض گردد همچنین مهاجرت یونها می تواند سلامتی مصرف کننده را تهدید نماید.
الکترودهای مورد استفاده در سیستم حرارت دهی اهمیک باید دارای توانایی انتقال جریان الکتریکی، قیمت پائین، میزان خوردگی پائین، قابل استفاده در سیستم های غذایی بوده تا بتوان آنها را در فرآوری مواد غذایی استفاده نمود. بیشتر سیستم های حرارتی اهمیک شامل واحد حرارتی، بخش تامین قدرت و صفحه کنترل می باشند و طراحی تجهیزات فاکتور بسیار مهمی بوده و در طراحی ها اخیر قرارگیری الکترودها در مسیر، به دو صورت در طول مسیر و هم جهت با جریان محصول و به صورت ستونی و عمودی در مسیر جریان می باشد. امروزه در ساده ترین ساختار سیستم حرارت دهی اهمیک که شامل چهار محفظه الکترود و سه لوله رابط است، از الکترودهایی از جنس بلوک جامدپلی تترا فلورو اتیلن - PTFE - استفاده می شود.
طراحی فرآیند اهمیک شامل: نمودار جریان، طراحی تجهیزات کلیدی و کنترل فرایند است. مواد غذایی غلیظ و ویسکوز که حاوی ذرات معلق می باشند از طریق یک تغذیه کننده ناودانی وارد سیستم فراوری حرارتی اهمیک می گردند، سپس این مواد وارد ستون اهمیک شده و از یک سری الکترودها عبور می کنند. در این الکترودها ماده غذایی تا دمای فراوری حرارت می بیند و متعاقبا محصولات وارد لوله های نگه داری جهت دستیابی به استریلیزاسیون تجاری از نظر زمانی می گردند. سپس این محصولات از لوله های نگه داری به سرد کننده های لوله ای و سپس به تانک های نگهداری، جایی که قبل از پر کردن و بسته بندی، به صورت اسپتیک نگه داری می شوند، انتقال می یابند.
طراحی اصلی حرارت دهی اهمیک باید مطابق موارد زیر باشد:
- 1 ویژگی های محصول : - product Characteristics - هدایت الکتریکی محصول مورد نظر و تغییراتش هنگام افزایش دما، از مهمترین پارامترها برای طراحی است زیرا سطح مقاومت الکتریکی محصول، میزان جریان عبوری را تعیین خواهد کرد. هم چنین مقاومت الکتریکی ایجاد شده در حرارت دهی اهمیک تابعی از مقاومت محصول و ساختار هندسی - ژئومتری - آن بوده و هدایت الکتریکی پوره ی میوه با افزایش درجه حرارت بصورت خطی افزایش می یابد.
هنگامی که یک ذره کشیده با هدایت کمتر از مایع حامل عمود بر الکترودهای هیتر قرار گیرد، ذره سریع تر از سیال گرم شده و هنگامی که همان ذرات موازی با الکترودها قرار گیرند آهسته تر از سیال گرم می شود. عکس این مطلب نیز برای یک ذره با هدایت الکتریکی بالاتر از سیال صادق است. تغییر در نسبت جامد/ مایع سیال منجر به تغییر در میزان حرارت برای هر فازشده و هنگامی که غلظت ذرات با هدایت حرارتی کم افزایش می یابد، میزان حرارت دادن ذرات در ابتدا آهسته تر از سیال بوده اما پس از آن سیال به عنوان افزاینده ی دمای محصول عمل می کند.
- 2 سرعت جریان : - flow rate - بیشترین سرعت جریان عبوری از محصول غذایی در سیستم اهمیک، قدرت لازم برای اثرگذاری افزایش دمای مناسب را تعیین خواهد کرد. کوچکترین اختلاف در جریان مواد غذایی می تواند منجر به تفاوت بالایی در دمای آن ها شود. این حالت هنگامی ایجاد می گردد که برش عرضی محصول یکپارچه نبوده و در نتیجه سرعت عبور جریان متفاوت باشد. به همین جهت اجتناب از تفاوت های کوچک در سرعت جریان در مقطع عرضی بسیار مهم است.
- 3 افزایش دما : - temperature rise - دمای محصول هنگام ورود و خروج از هیتر، قدرت و توان لازم را از نظر دمایی تعیین می کند.
- 4 زمان نگه داری : - holding time - استفاده از سیستم حرارت دهی اهمیک می تواند شرایطی را برای افزایش دما به بالاتر از آن چه در صفحات حرارتی مرسوم به کار می رود، ایجاد کند. همان طور که می دانیم استفاده از دماهای بالا نیاز به زمان نگه داری کوتاه تری دارند و به همین جهت تولید دماهای بالای بی سابقه در سیستم حرارت دهی اهمیک منجر به زمان نگه داری کوتاه تر برای رسیدن به استریلیزاسیون و پاستوریزاسیون می گردد.
تاثیرات محتویات ماده ی غذایی بر سرعت حرارت دهی اهمیک :
غلظت نمک: افزایش میزان نمک سبب بالا رفتن سرعت حرارت دهی می گردد ولی در صورت افزودن مقدار6/0 درصد امکان ایجاد خوردگی در الکترودها زیاد می گردد.
غلظت نشاسته: حضور نشاسته تاثیر اندکی بر افزایش سرعت حرارت دهی دارد و بین افزایش درجه حرارت و زمان مانند افزودن نمک رابطه خطی وجود دارد با کاهش مقدار نشاسته سرعت حرارت دهی به میزان کمی کاهش می یابد.
حضور روغن: افزودن روغن سبب کاهش سرعت حرارت دهی می شود و با افزایش میزان روغن به سبب اثر پوششی آن، فشار درون محفظه نیز افزایش می یابد. زل و همکاران در سال 2009 در تحقیقی که بر روی پخت گوشت در یک سیستم اهمیک انجام دادند، مشاهده نمودند که افزایش میزان چربی سبب افزایش زمان پخت می گردد و توجیه این محققان نیز برای این پدیده، کاهش انتقال حرارت به سبب اثر عایق چربی بود.
حرارت دهی اهمیک و مرگ میکروب ها:
لی و یون اولین افرادی بودند که نشان دادند تراوش اجزای درون سلولی مخمر ساکارومایسس سرویزیه تحت حرارت دهی اهمیک نسبت به حرارت دهی های مرسوم در آب جوش، بیشتر است. هم چنین پالانیپان هیچ تفاوتی بین تیمار حرارتی اهمیک با سایر روش های متداول در سرعت مرگ سلول های مخمر زیگوساکارومایسس بیلی مشاهده نکرد و سرعت غیرفعال سازی اسپورهای باسیلوس سوبتیلیس با روش حرارت دهی اهمیک تسریع می گردد.
علت سرعت بالای مرگ میکروارگانیزم ها پدیده ی Electroporation می باشد که تحت میدان های با قدرت پایین صورت می گیرد اثر مضاعف تیمار اهمیک به دلیل استفاده از فرکانس های پایین Hz 60-50 می باشد که اجازه می دهد دیواره ی سلول های باکتری از نظر بار الکتریکی تقویت شده و حفراتی در دیواره ی آن ایجاد شود هنگامی که از فرکانس هایی با طول موج بلند استفاده می شود، هر سمت دیواره ی سلولی مدت زمان بیشتری در بار همنام خود - چه مثبت و چه منفی - باقی می ماند و این زمان برای اعمال اثر دافعه ی بارهای همنام و ایجاد حفره داخل دیواره ی سلولی میکروارگانیزم ها کافی است و این اثر در موارد با فرکانس بالا کمتر مشاهده می شود در این موارد میدان الکتریکی ، قبل از این که تقویت کافی بار در آن رخ دهد ، معکوس می گردد،
بنابراین غشای سلول ها گسسته نمی گردد همچنین تحت تیمار دو مرحله ای اهمیک - تیمار حرارتی و متعاقب آن زمان نگه داری قبل از دومین تیمار حرارتی - سرعت مرگ میکروارگانیزم ها به شدت افزایش می یابد. این آزمایش در مورد باکتری اشرشیاکلی انجام شد و مشاهده گشت تحت یک پیش تیمار ملایم، نیاز به غیر فعال سازی بعدی در اشرشیاکلی به شدت کاهش یافت. در شکل های زیر مقایسه D Value و Z Value باکتری باسیلوس سرئوس و مخمر زیگوساکاومایسس بیلی، تحت تیمارحرارتی اهمیک و دیگر حرارت دهی های رایج نشان داده شده است همان گونه که مشاهده می شود D Value یعنی زمان لازم بر حسب دقیقه برای از بین رفتن 90 درصد از باکتری های زنده، در تیمار اهمیک کمتر از سایر روش هاست.
این بدان معنا است که با بکارگیری حرارت دهی اهمیک در زمان کمتر ولی با ایجاد دمای بالاتر، می توان به نتیجه ی مطلوب از نظر بار میکروبی رسید. همچنین با افزایش دما در هر دو روش کاهش D Value را شاهدیم که امری قابل انتظار است. اما درمورد Z Value مطابق نتایج به دست آمده در جداول، برای سیستم حرارت دهی اهمیک تحت زمان کمتر، دمای بیشتری حاصل شد و اعداد حاصله تاییدکننده ی برتری حرارت دهی اهمیک بر سایر رو شهای مرسوم است.
