بخشی از مقاله
چکیده: خشککردن یکی از قدیمیترین روشهای حفاظت و نمایانگر جنبه بسیار مهمی از فراوری موادغذایی است. هدف اصلی خشک کردن، افزایش مدت زمان انبارداری، کاهش فعالیت آبی، افزایش پایداری میکروبی و کاهش وزن و حجم به ویژه برای حمل ونقل محصولات غذایی است. از روش های مختلف خشککردن میتوان به خشککنهای خورشیدی، سطح داغ، هوای داغ، منجمد خشکانی و خشککردن تحت خلأ اشاره نمود.
امروزه استفاده از امواج الکترومغناطیس همراه با روشهای فوق سبب بهبود کیفیت مواد غذایی شده است. دمای کمتر و انتقال جرم سریعتر با استفاده از خلأ و انتقال سریع حرارت از طریق امواج مایکروویو به درون ماده غذایی سبب حرارتدهی بسیار سریع، کاهش دمای خشککردن، بهبود کارایی انرژی و کیفیت بهتر محصول خشکشده میشود. اکثر تحقیقات، چروکیدگی کمتر، حفظ بهتر رنگ و آروما، دانسیته تودهای کمتر و جذب آب مناسبتر را برای روش مایکروویو تحت خلأ نسبت به سایر روشها گزارش دادهاند. با این روش میتوان تحت شرایط و امکاناتی که دسترسی به آن سادهتر وارزان تر از روش منجمد خشکانی است، فراورده های خشک با کیفیتنسبتاً خوب تولید کرد.
خشک کردن
خشک کردن به صورت "فرایند حذف رطوبت از محصول مورد نظر تا حد قابل نگهداری" تعریف میشود. خشک کردن یکی از معمولترین و باصرفه ترین روشهای فراوری مواد غذایی است. بسته به روش خشک کردن هرکدام دارای مزایا و معایبی هستند. این روش هنوز هم مؤثرترین و محبوبترین روش حفاظت است که از بابت ایمنی میکروبی محصولات بیولوژیک اطمینان ایجاد میکند.[5] زمانیکه مواد غذایی در معرض فرایندهای آبگیری مرسوم خاصه خشک کردن با مکانیسم هدایت قرار میگیرند دچار تغییرات شیمیایی مانند کاهش مواد فرار و یا تغییرات فیزیکی همچون چروکیدگی، تغییر شکل محصولات و بافتی نامطلوب مخصوصاً در مورد میوهها و سبزیجات لطیف میشوند.[1] همین امر سبب تلاش برای به کارگیری روشهای نوین و مقایسه روشهای سابق با این روشها شده است.
اهداف خشک کردن
خشک کردن یکی از مهمترین فرایندهایی است که در صنعت غذا مورد استفاده قرار میگیرد که از جمله دلایل آن میتوان به مواردی همچون کاهش وزن محصول و سهولت در بسته بندی و حمل و نقل، کاهش فعالیت آبی و حفاظت در برابر فساد میکروبی و تجزیه آنزیمی و واکنش های قهوه ای شدن آنزیمی، افزایش مدت زمان نگهداری محصول، در دسترس بودن مواد در تمام طول سال، کاهش حجم محصول و بنابراین کاهش فضای لازم برای انبارداری و بهبود خصوصیات فرایند مانند تشدید توانایی آسیاب کردن اشاره نمود.[4]
انواع خشککن
خشک کنها انواع مختلفی دارند که با مکانیسم های هدایت، همرفت، تشعشع و یا ترکیبی از آنها عمل میکنند. از جمله انواع آنها میتوان به خشک کن خورشیدی، سطح داغ، هوای داغ - تونلی، کابینتی، اسپری، پنوماتیک، بخار سوپرهیت، شناوری و... - ، منجمد خشکانی، مایکروویو و... اشاره نمود که البته میتوانند به صورت ترکیبی استفاده شوند. از آنجا که مصرف انرژی و مدت زمان انجام فرایند و تولید محصولی با کیفیت بالا حائز اهمیت میباشد، مطالعاتی برای یافتن بهترین روش خشککردن صورت گرفته است.
خشککن هوای داغ
در این روش از دمای 60-90 درجه سانتیگراد یا دمای بالاتر و زمان کمتر از یک دقیقه تا 15 ساعت یا بیشتر بسته به انداره محصول استفاده میگردد. دما و زمان زیاد در این روش سبب اثرات منفی بر واکنشهای شیمیایی و آنزیمی، کاهش ارزش تغذیه ای موادی مانند ویتامین c ، از بین رفتن ترکیبات عطری و تغییر رنگ محصول، سخت شدن سطحی و بنابراین از هم پاشیدگی ساختار محصول و در نتیجه اثر منفی بر جذب مجدد آب میشود.[3] این عوامل سبب تولید محصولی با کیفیت پایین میشود.
خشک کن مایکروویو
در این نوع خشککن حرارت به سطح ماده منتقل نمیشود بلکه به داخل ماده منتقل میشود. ماده غذایی در معرض امواج الکترومغناطیس با طول موج 122 میلیمتر و فرکانس 2450 هرتز قرار میگیرد. در نتیجهی امواجی با فرکانس بالا، مولکولهای دوقطبی آب تغییر جهت داده و این تغییر جهت سبب اصطکاک شده و حرارت کافی را برای خروج رطوبت از محصول فراهم میآورد.[8] از جمله مزایای این روش میتوان به استفاده بهینه از انرژی، سرعت مناسب، نیاز به فضای کمتر %20-35 - نسبت به خشک کن های هوای داغ - جلوگیری، از ایجاد ترک های سطحی مخصوصاً برای مواد خمیری و افزایش سرعت مرگ باکتریها به دلیل افزایش سریع دما - شوک حرارتی - و به معایبی همچون ایجاد نقاط داغ بر اثر میدان الکترومغناطیس غیریکنواخت، آسیب به بافت بر اثر انتقال جرم بسیار سریع و هزینه زیاد راه اندازی آن اشاره نمود2]،.[3 سرعت انتقال حرارت بسیار بالا در این روش میتواند آسیبهایی را به دنبال داشته باشد. در مرحله انتهایی خشک کردن دمای محصول سریعاً افزایش یافته و سبب سوختگی محصول میگردد.
منجمد خشکانی - freeze drying -
این روش بر اساس تصعید و تبدیل مستقیم ذرات یخ به گاز صورت میگیرد. از جمله ویژگیهای مطلوب این روش نسبت به سایر روشهای خشک کردن میتوان عواملی مانند دانسیته توده ای کم، تخلخل زیاد، حفظ بهتر کیفیت مواد غذایی ازجمله آروما و رنگ محصول، خصوصیات جذب آب بهتر، عدم سخت شدن سطحی - case hardening - ، ساختار میکروسکوپی مناسب و عدم تغییر زیاد بافت را نام برد. مشکلات اصلی این روش مصرف زیاد انرژی، هزینه های بالای سرمایه گذاری، نیاز به تجهیزات خاصی مانند پمپ خلأ هستند.
یکی دیگر از مشکلاتی که برای این روش عنوان شده است آسیب گسترده به مواد معطر فرار میباشد تا حدی که برخی مطالعات محصولات حاصل از روش منجمد خشکانی را بی مزه "tasteless" توصیف نموده اند[.5]علت افزایش زمان خشک شدن در این روش کُند بودن سرعت انتقال جرم و حرارت است. استفاده از این دستگاه گران تمام شده و در نتیجه تنها برای محصولات با ارزش به کار گرفته می شود.[8]
خشک کن تحت خلأ
در این روش رطوبت با کاهش فشار حذف خواهد شد. خلأ سبب انبساط هوا و بخار آب موجود در ماده غذایی شده و ساختاری متخلخل ایجاد می کند. از مزایای کاهش فشار، کاهش دما و کیفیت بالاتر میباشد. این روش برای مواد حساس به حرارت مانند میوه هایی با میزان بالای شکر مناسب ارزیابی شده است.[5]
خشک کن مایکروویو تحت خلأ
در سال های اخیر این سیستم به عنوان یک روش مناسب برای به دست آوردن محصولات خشک شده با کیفیت بهتر با مصرف انرژی کمتر از سایر تکنیک ها شناخته شده است. این روش مزایای حرارت دهی با مایکروویو و خشک کردن تحت خلأ را با یکدیگر ترکیب میکند.[3] در طی این روش، انرژی مایکروویو به وسیله آبی که در کل ماده غذایی مستقر است جذب شده و خشک میشود. بر اثر این جذب انرژی توسط آب، فشار بخار بالایی در مرکز ماده ایجاد میشود که سبب انتقال سریع رطوبت به خلأ موجود شده و از هم گسیختگی ساختار ماده غذایی صورت نمیگیرد. این فرایند تحت عنوان "puffing" شناخته میشود که سبب کاهش دانسیته محصول نهایی میگردد. میزان تبدیل انرژی حرارتی به قدرت میدان مغناطیسی و خصوصیات دیالکتریک مادهای که حرارت میبیند بستگی دارد.[8]
خلأ با ایجاد دمای کمتر و انتقال جرم سریعتر و مایکروویو با انتقال سریع حرارت، حرارت دهی بسیار سریع، کاهش دمای خشک کردن، بهبود کارایی انرژی و کیفیت بهتر محصول خشک شده را سبب میشود. این روش سرعت حرارت دهی را 20-30 مرتبه نسبت به روش منجمد خشکانی افزایش می-دهد و بعلاوه زمان مورد نیاز برای خشک کردن کامل را بیش از %30 در مقایسه با روشهای مرسوم بدون تأثیر منفی بر کیفیت ماده غذایی کاهش میدهد.
از جمله مزایای این روش افزایش قابل ملاحظه سرعت خشک کردن و میزان مواد غذایی ورودی به فرایند، خسارت حرارتی بسیار کمتر به علت کوتاه شدن زمان خشک کردن، محدود شدن چروکیدگی و بهبود در جذب مجدد آب، ایجاد ساختاری متخلخل و کاهش دانسیته محصول و جلوگیری از اکسیداسیون با جذب هوا و حفظ مطلوب ارزش تغذیه ای، رنگ و عطر طبیعی محصول و در نتیجه کیفیت بهتر محصول میشود.
[10] به طور خاص در مورد سخت شدن سطحی میتوان گفت که این مورد در نتیجه سرعت بالای تبخیر از سطح در مقایسه با سرعت دیفوزیون آب است که سبب مرکز مرطوب و سطح بیرونی خشک میشود که مانند مانعی برای خروج رطوبت عمل میکند، این رخداد در میوههای خشک شده نقص محسوب میشود. در روش خشککردن با مایکروویو این پدیده رخ نمیدهد که همین امر به کیفیت بیشتر محصول میانجامد. تنها مشکل این روش کاهش مواد مغذی گزارش شده است.[9]
از دیگر فاکتورهای مؤثر بر چگونگی اثر مایکروویو بر مواد غذایی دمای آغاز، اندازه، شکل، کمیت و یکنواختی ماده غذایی میباشد. هرچه دمای آغاز بالاتر باشد ماده غذایی سریعتر فراوری میشود. اگر اندازه و شکل مواد یکسان و یکدست باشد حرارتدهی سریعتر رخ میدهد. کارایی حرارتی زمانیکه حجم مواد بیشتر باشد بالاتر میرود. مواد غذایی متخلخل و با دانسیته کم نسبت به مواد غذایی با دانسیته بالاتر سریعتر حرارت میبینند. اگر ماده غذایی از رطوبت بسیار بالایی برخوردار باشد به دلیل ظرفیت حرارتی آن به سمت حرارت غیریکنواخت و نامساوی پیش میرود. تغییرات در میدانهای الکتریکی، ساختار ماده غذایی و محل غذا در مایکروویو میتواند به حرارتدهی غیریکنواخت منجر شود.
خشک کردن یک روش جایگزین برای تولید محصولات اسنک بدون روغن است. اگر از هوای داغ استفاده شود محصول مورد نظر از کیفیت مناسبی برخوردار نخواهد بود و مشکلاتی از جمله بافت سخت، رنگ تیره و چروکیدگی را خواهد داشت، به منظور بهبود کارایی فرایند و کیفیت محصول نهایی از مایکروویو تحت خلأ به عنوان جایگزین میتوان بهره برد در این صورت امواج مایکروویو میتواند به اعماق ماده غذایی نفوذ کند و تمامی آن به سرعت از درون گرم شود در نتیجه آب سریعاً تبخیر شود و زمان فرایند نیز کوتاه گردد.[1]
در برخی منابع استفاده از مایکروویو تحت خلأ را به صورت صنعتی ناموفق اعلام داشتهاند و از جمله دلایل آن را از یک سو گرانبودن انرژی به فرم مایکروویو و از سوی دیگر یونیزه شدن گازها در محفظه و تغییرات زیانبار بر روی ماده غذایی و نیز کاهش قدرت مفید مورد استفاده دانستهاند. همچنین استفاده از خلأ را نیز به سبب بهکارگیری کندانسورهایی که در دمای بسیار پایین کار میکنند گران ارزیابی نمودهاند و اعلام داشتهاند که سرعت خشک کردن موادغذایی در این فشارهای پایین بسیار آهسته خواهد بود.
گیری و پراساد در سال 2007 کاهش %70-90 زمان خشک شدن قارچ را هنگام بکارگیری مایکروویو تحت خلأ نسبت به هوای داغ گزارش نموده اند.[3] سونیکا و همکاران در سال 2004 رنگ قرمزتر و بافتی نرمتر برای زغال اخته خشک شده با مایکروویو تحت خلأ در مقایسه با هوای داغ را گزارش کردند.[7] بررسیهای شام و همکاران در سال 2001 افزایش تردی و تخلخل چیپس سیب خشک شده با مایکروویو تحت خلأ را نشان می-دهد.[6] از این روش برای تولید کنسانتره آبمیوه، پودر چای و آنزیمها میتواند استفاده گردد.
