بخشی از مقاله
چکیده:
افزایش مدت زمان ماندگاری محصول و اطمینان از سلامت آن از دغدغههای اصلی تولیدکنندگان و مصرفکنندگان موادغذایی میباشد. به همین علت روشهای نگهداری و سالمسازی گوناگونی جهت تولید و فراوری موادغذایی مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. فرایند پاستوریزاسیون یکی از متداولترین روشهای فراوری مواد غذایی است که شامل حرارتدهی ماده غذایی در یک دمای معین، طی یک زمان مشخص به منظور سالم-سازی از طریق حذف کلیه پاتوژنها و افزایش مدت زمان ماندگاری محصول است. استفاده از فراوری حرارتی باعث ایجاد تغییرات نامطلوب و یا تشکیل ترکیبات جانبی، همچنین افت کیفی و تغذیهای ماده غذایی میشود.
از این رو به منظور به حداقل رساندن اثرات نامطلوب فراوری حرارتی و بهبود خواص حسی، بافتی و تغذیهای و همچنین افزایش ایمنی و مدت زمان ماندگاری محصولات مختلف، استفاده از فرایندهای نوین غیرحرارتی پاستوریزاسیون مواد غذایی درحال گسترش میباشد. مطالعات و بررسیهای بسیار زیادی در زمینهی نگهداری موادغذایی با استفاده از روشهای غیرحرارتی و با هدف جایگزینی و یا تکمیل فرایندهای معمول پاستوریزاسیون انجام شده است. در این مقاله به بررسی و شناخت اجمالی برخی از این روشها از قبیل فرآوری با استفاده از تکنولوژی فشار هیدرواستاتیک بالا1، میدانهای الکتریکی پالسی2، امواج مایکروویو، امواج رادیویی، استفاده از تکنولوژی تحت خلا3 و پلاسما پرداخته میشود.
واژههای کلیدی: پاستوریزاسیون، مدت زمان ماندگاری، فراوری غیرحرارتی
مقدمه:
فرایند پاستوریزاسیون یکی از متداولترین روشهای فراوری مواد غذایی است که شامل حرارتدهی در یک دمای معین، طی یک زمان مشخص به منظور سالمسازی محصول از طریق حذف کلیه پاتوژنها و افزایش مدت زمان ماندگاری آن است. با توجه به اثرات نامطلوب روشهای متداول پاستوریزاسیون با استفاده از حرارت - آب و بخار داغ - بر ارزش غذایی و کیفیت بافتی و ارگانولپتیکی و عدم حرارتدهی یکنواخت در برخی از محصولات، امروزه استفاده از روشهای نوین غیرحرارتی به عنوان جایگزینی مناسب پیشنهاد میشوند که هدف کلی تمامی این روشها نابودسازی میکروارگانیسمهای عامل فساد و برخی از آنزیمها مولد بروز واکنشهای شیمیایی مضر، جهت افزایش ایمنی و مدت زمان ماندگاری با ایجاد حداقل اثرات جانبی مضر بر کیفیت نهایی محصول است.
اساس و مکانیسم عمل هر کدام از روشها با توجه به ماهیت روش بهکاربرده شده متفاوت میباشد. در روش فراوری تحت فشار اساس نابودسازی میکروارگانیسم هدف و آنزیمهای موجود، قراردادن محصول در معرض فشارهای بالا و در نتیجه افزایش دمای آن میباشد. افزایش دما در روش میدانهای الکتریکی پالسی از طریق عبور جریان الکتریکی از داخل محصول حاصل میشود. گرمایش دیالکتریک که شامل امواج رادیویی و مایکروویو می باشد امکان گرمایش سریع را در مواد غذایی فراهم میسازد. مزیت گرمایش دیالکتریک نسبت به روشهای مرسوم، گرمایش سریع در اثر تعامل مستقیم بین میدان الکتریکی و ماده غذایی است.
تفاوت اصلی امواج رادیویی و مایکروویو در طول موج میباشد که این تفاوت موجب بیشتر بودن عمق نفوذ امواج رادیویی نسبت به امواج مایکروویو میگردد. در این روشها بسته به ترکیب ماده غذایی، دو مکانیزم چرخش دو قطبی و پلاریزاسیون یونی عامل افزایش دمای محصول میباشند. در روش تحت خلا حرارتدهی برخلاف روشهای معمول، در دماهای پایین و در زمانهای بالا تحت شرایط خلا انجام میگیرد که موجب انتقال حرارت یکنواختتر و همچنین حفظ بیشتر و بهتر ترکیبات موجود در محصول میشود. مکانیسم نابودسازی سلولهای میکروبی در روش پلاسما که در سالیان اخیر مورد توجه قرار گرفتهاست، یونیزاسیون اتمهای گازی و تولید رادیکالهای آزاد می-باشد در زیر به معرفی و شناخت بیشتر هر کدام از روشهای ذکر شده در بالا میپردازیم.
فرآوری تحت فشار:
فراوری تحت فشار یک روش سالمسازی و نگهداری مواد غذایی است که طی آن، پس از قرارگیری محصول در معرض فشار بالا، میکروارگانیسم هدف و آنزیمهای موجود در آن غیرفعال میشوند. طی این فرایند ماده غذایی بستهبندی شده، داخل محفظهی استیل حاوی مایع - عمدتا آب - مجهز به پمپهای مولد فشار قرار دادهمیشود. پمپهای تعبیه شده در دستگاه به صورت مداوم و یا متناوب عمل میکنند - بروان، . - 2007 فشار بالای به کار بردهشده موجب افزایش دمای محصول میشود. به طور کلی به ازای هر 100 مگاپاسکال افزایش فشار، دمای محصول حاوی ترکیبات مایع 3 درجه سانتیگراد و دمای کره و خامه به میزان 9 درجه سانتیگراد افزایش مییابد - راسایاناگام، . - 2007
استفاده از این روش موجب نابودی بسیاری از میکروارگانیسمهای موجود در غذا میشود، برای مثال استفاده از فشار 340 مگاپاسکال به مدت حدود 15 دقیقه منجر به غیرفعالسازی مخمرها، کپکها و باکتریها میشود. اما گاهی جهت غیرفعالسازی اسپور برخی از میکروارگانیسمها نیاز به استفاده از تیمار اسیدی است از این رو این فرایند بهویژه جهت فراوری محصولات اسیدی مانند ماست و برخی از میوهها بسیار کارامد است - براون، .2007، ادامز و موس، . - 2007 این روش جهت فراوری انواع مختلفی ازمحصولات مایع و جامد مانند مربا، ژله، سسها، آب میوهها، کیک برنجی و صدف خوراکی و غیره مورد استفاده قرار میگیرد. از مزایای استفاده از این روش سالمسازی، کاهش نیاز به مصرف مواد شیمیایی مانند نگهدارندهها، افزایش مدت زمان ماندگاری محصول و همچنین حفظ مواد مغذی و خواص ارگانولپتیک میباشد. برای مثال در بررسی انجام شده توسط پولیدرا و همکاران - 2003 - ، تخریب کمتر اسید اسکوربیک و در نتیجه حفظ بیشتر فعالیت آنتیاکسیدانی در آب پرتقال فرایند شده با استفاده از روش فرآوری تحت فشار نسبت به روشهای متداول حرارتی مشاهده شدهاست.
میدانهای الکتریکی پالسی:
میدانهای الکتریکی پالسی از روشهای غیرحرارتی در فراوری مواد غذایی است که جایگزین روشهای حرارتی شده است. اساس این روش عبور جریان الکتریکی از داخل محصول و در نتیجه تولید حرارت لازم جهت غیرفعال نمودن میکروارگانیسمها است. کاربرد این تکنولوژی در فراوری مواد غذایی شامل استفاده از میدان الکتریکی پالسی ملایم جهت غیرفعالسازی باکتریها و افزایش مدت زمان ماندگاری محصول و استفاده از میدان الکتریکی پالسی به عنوان پیشتیمار فراوردههای گیاهی به منظور تسریع حذف ترکیبات از غدههای گیاهی و بهبود خشک کردن و جذب آب مجدد در محصولات گیاهی خشکشده میباشد - باربوسا-کانوواس و ژانگ، . - 2001 میدان الکتریکی پالسی تنها قادر به نابودسازی فرم رویشی باکتریها، قارچها و مخمرها بوده و بر فرم اسپور آنها اثر کشندگی ندارد - مرتن و کنور، . - 1992
همچنین از معایب دیگر این روش عدم توانایی آن در نابودسازی برخی از آنزیمهاست در نتیجه احتمال فساد محصول پس از استفاده از فرایند میدان الکتریکی پالسی به دلیل فعالیت آنزیمی همواره وجود دارد - اسچوتن، . - 2004 اثرات ضدمیکروبی این فرایند به نوع میکروارگانیسم، شدت میدان الکتریکی، شکل موج پالس، افزودن موادضدمیکروبی، دما و زمان فراوری بستگی دارد - اسمیت و همکاران، . - 2001 در مطالعهای اثر پاستوریزاسیون به روش 4HTSTو میدانهای الکتریکی پالسی روی آب سیب مورد بررسی قرارگرفت. نتایج این آزمون نشان میدهد که هر دو روش به کاربردهشده موجب کاهش بیش از 5 سیکل لگاریتمی در جمعیت اشریشیا کلای5 میشود. اما در روش میدان الکتریکی پالسی pH محصول بیشتر حفظ شده اما میزان pH در زوش دیگر افزایش یافتهاست - چارلز- رودیگوئز و همکاران، . - 2007
مایکروویو:
امواج مایکروویو شامل امواج با فرکانس 300 مگاهرتز تا 300 گیگاهرتز میباشد. حرارتدهی با استفاده از امواج مایکرویو به طور گستردهای در صنعت غذا، داروسازی، مهندسی شیمی مورد استفاده قرار میگیرد. کاربردهای رایج این امواج در فراوری مواد غذایی شامل ذوب کردن، خشک کردن، اکسیداسیون روغنها، پختن، رفع انجماد و پاستوریزاسیون و بسیاری دیگر میباشد - کومار و همکاران، . - 2008 در حرارتدهی با استفاده از این روش دو مکانیسم اصلی پلاریزاسیون یونی و چرخش دو قطبی دخالت دارند. در پلاریزاسیون یونی، بر اثر تصادم ناشی از حرکت یونهای موجود در ترکیب ماده غذایی به سمت میدان الکتریکی با بار مخالف، تولید حرارت میکند. هرچه تعداد دفعات برخورد در واحد زمان افزایش یابد حرارت بیشتری تولید میگردد. اما در مکانیسم گرم شدن ناشی از چرخش دو قطبی، با جذب انرژی امواج، مولکولهای قطبی به ویژه آب با میدان همراستا میشوند.
طی این جابهجایی و تصادم مولکولی حرارت تولید میشود. در نهایت پس از جذب انرژی امواج مایکروویو، حرارت تولید شده بسته به ماهیت ماده غذایی با روشهای جابجایی، هدایت و یا ترکیبی از آن دو به سایر قسمتها منتقل میشود. از عوامل موثر بر حرارتدهی با استفاده از امواج مایکروویو خصوصیات دیالکتریک، شکل، اندازه، محل قرارگیری ماده غذایی در محفظه مایکروویو و نیز توان مایکروویو است میباشند - رومانو و همکاران، . - 2005 با استفاده از این روش به دلیل کاهش زمان فرایند نسبت به روشهای معمول، موجب کاهش افت ویتامینها، مواد معدنی، طعم و رنگ میشود - برادی، . - 2011 لائو و تانگ - 2002 - با مطالعه بر روی پاستوریزاسیون مارچوبه شور داخل بطری با استفاده از امواج مایکروویو دریافتند که زمان فرایند و اندیس پخت6 و در نتیجه تخریب بافتی محصول به طور قابل ملاحظهای نسبت به روش پاستوریزاسیون با آب کاهش مییابد.
امواج رادیویی:
گرمایش با امواج رادیویی در مقایسه با روشهای مرسوم حرارتدهی که در آنها ابتدا محیط اطراف ماده غذایی گرم میشود، خود محصول به صورت مستقیم مورد تیمارقرار میگیرد. در واقع چون داخل ماده غذایی نسبت به سطح سریعتر گرما را جذب میکند بنابراین، تیمار با امواج رادیویی بیشتر باعث خروج رطوبت از داخل ماده و متعادل کردن رطوبت در تمام سطح و جلوگیری از حرارتدهی بیش از حد و آبزدایی سطح محصول می-شود. در سیستم گرمایش امواج رادیویی مولدها میدان الکتریکی متناوبی بین دو الکترود برقرار میکنند و ماده مورد نظر برای گرم شدن بین دو الکترود قرار میگیرد و دو مکانیزم چرخش دو قطبی و پلاریزاسیون یونی باعث تولید گرما میشود - بارکر، . - 1983 سیستم گرمایش امواج رادیویی از دو جزء تشکیل شده است: مولد7 و اعمالگر.8 مولد قسمتی است که امواج رادیویی در آن تولید میشوند و اعمالگر هم قسمتی است که ماده مورد نظر برای گرم شدن در آن قرار میگیرد - تانگ و وانگ، . - 2005
گرمایش دیالکتریک امواج رادیویی دو کاربرد عمده در فرآوری مواد غذایی دارد: خشک کردن و گرمایش. همچنین تحقیقات به سمت کاربردهایی نظیر ذوب کردن غذاهای منجمد، آنزیمبری سبزیجات، پاستوریزاسیون و استرلیزاسیون متمایل شدهاست - ژانگ و سندییپ، . - 2000 نخستین آزمایشات انجامگرفته به کمک گرمایش امواج رادیویی توسط کاتکارت و همکاران - 1947 - بر روی پاستوریزاسیون واستریلیزاسیون گزارش شدهاست. در این مطالعه تکهای از نان سفید و نان قهوهای بوستون467 - 9 گرم - پس از بستهبندی در پوششهای کاغذی در معرض امواج رادیویی با خروجی 3 کیلووات و فرکانس بین 17-14 مگاهرتز قراردادهشد. دمای نمونه از دمای اتاق تا دمای 60 درجه سانتیگراد در مدت 47 ثانیه افزایش یافت. بعد از 10 روز نگهداری در دمای 29-24 درجه سانتیگراد هیچ گونه رشد کپکی در دو طرف نان ها مشاهده نشد.
تحت خلا:
تحت خلاعبارتی فرانسوی و به معنی پخت مواد غذایی خام یا مواد غذایی خام همره ا با مواد نیمپز در داخل پاچهای مقاوم به گرما تحت خلا و در شرایط کنترل شده دما و زمان است. پخت با این روش در دمای پایینتر و زمان طولانیتر - با توجه به نوع ماده غذایی - نسبت به سایر روشهای معمول پخت انجام میگیرد. پخت مواد غذایی با این روش دارای مزایای بسیاری از قبیل، انتقال یکنواختتر گرما از محیط حرارتی - آب یا بخار - به محصول، افزایش مدت زمان ماندگاری ماده غذایی با کاهش خطر آلودگی ثانویه، جلوگیری از بروز بد طعمی ناشی از اکسیداسیون و افت ترکیبات فرار مولد طعم و بو و رطوبت طی پخت، جلوگیری از رشد باکتریهای هوازی، کاهش آسیب حرارتی مواد مغذی حساس به حرارت مانند پروتئینها و لیپیدها و بهبود بافت محصول در مقایسه با روشهای پخت سنتی میباشد - استی و همکاران، .2006،
لاسن و همکاران، . - 2002 این روش پخت معمولا به دو صورت پخت- مصرف و پخت- انجماد انجام میگیرد. پخت- مصرف به معنی آمادهسازی ماده غذایی، بستهبندی آن تحت شرایط خلا، حرارتدهی، توقف حرارتدهی و در نهایت مصرف غذای تهیهشده است. اما در پخت- انجماد پس از حرارتدهی محصول سریعا سرد شده و سپس در یخچال یا فریزر نگهداری میشود و میتوان با گرم نمودن مجدد، آن را مصرف کرد - بالدوین، . - 2012 یکی از محدودیتهای این روش، عدم تشکیل طعم و پوستهای با رنگ قهوهای مطلوب ناشی از واکنش میلارد است. از معایب دیگر این روش، امکان رشد کلستریدیوم بوتولینم10 تحت شرایط خلاء و همچنین برخی دیگر از میکروارگانیسمهای بیهوازی اسپورزا مانند باسیلوس سرئوس11 و کلستریدیوم پرفریجنس12 است - بورچ و اریندر، . - 2002
پلاسما:
پلاسما یک روش پاستوریزاسیون غیرحرارتی است که اخیرا در فراوری مواد غذایی مورد استفاده قرارمیگیرد. زمانی که گازهای مورد استفاده در پلاسما - نیتروژن، دیاکسید کربن و هوا - در معرض میدان الکترومغناطیسی فرکانس بالا قرار گیرند، الکترونها از اتمها جدا و مخلوطی از الکترون-های آزاد و یونها ایجاد میشوند که این شرایط مواد پلاسما نامیده میشود. این روش از طریق ایجاد رادیکالهای آزاد و یونهای واکنشپذیر اثر
