مقاله کاربرد تکنولوژی فشار بالا در صنایع گوشت

بخشی از مقاله

چکیده

فناوری فشار بالا یکی از تکنولوژی های نوین صنایع غذایی بوده که امروزه به عنوان یک فرآیند غیر حرارتی به کار می رود. این تکنولوژی بر خلاف فرآیندهای معمول حرارتی نه تنها باعث حفظ مواد مغذی محصولات غذایی می شود بلکه با استفاده از این روش خصوصیات حسی محصول نیز دستخوش تغییرات زیادی نخواهد شد. با توجه به اهمیت فناوری های غیر حرارتی در صنعت غذا، در این مقاله کاربرد این تکنولوژی در صنایع گوشت و چگونگی تاثیر فشار بالا بر خصوصیات ساختاری، شیمیایی، بافتی و حسی گوشت مورد بررسی قرار می گیرد.

.1 مقدمه

تکنولوژی فشار بالا 100 - تا 1000 مگا پاسکال - فرآیندی غیر حرارتی و در حال توسعه در سیستم های غذایی و زیستی است. این تکنولوژی عمدتا به دلیل غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها و آنزیم ها در دمای کم و حفظ خصوصیات حسی و تغذیه ای مورد استفاده قرار می گیرد. اعمال فشار معمولا در یک استوانه فلزی انجام می شود که حاوی یک محیط انتقال دهنده فشار مانند آب خواهد بود و محصول نیز به دلیل اینکه بسته بندی شده است از اعمال مستقیم فشار محافظت می شود.

تاثیر فشار بالا در از بین بردن میکروارگانیسم ها به فاکتورهایی مانند مقدار فشار، دما، زمان و همچنین فاکتورهای مربوط به غذا مانند پی اچ، گونه میکروارگانیسم و سرعت رشد میکروارگانیسم بستگی دارد .[46] گرچه سرمایه گذاری اولیه در این روش بالا است اما فرایند با این روش منجر به کاهش قیمت نهایی محصول خواهد شد. به عنوان مثال با استفاده از فشار 600 مگا پاسکال، به ازای هر کیلوگرم از محصول هزینه 14 سنت یورو خواهد بود که هم شامل هزینه سرمایه گذاری اولیه و هم هزینه فرآیند می باشد. این تکنولوژی به خوبی در اروپا پذیرفته شده و تحقیقات نشان می دهد که 67 درصد مصرف کنندگان محصولات فشار دیده - در سه کشور فرانسه، آلمان و بریتانیا - از مصرف آنها رضایت داشته اند

در حدود 100 کمپانی 250 هزار تن ماده غذایی با استفاده از این روش در سال 2011 فرآیند شده است. فرآورده های سبزیجات در استفاده از این فناوری 32 درصد، محصولات گوشتی 27 درصد، ماهی و غذاهای دریایی 16 درصد، آبمیوه ها 11 درصد و بقیه محصولات غذایی 14 درصد سهم داشته اند. بیشترین کاربرد این تکنولوژی، پاستوریزه کردن سرد محصولات در بسته بندی نهایی است

در این تکنولوژی، فشار به طور ایزواستاتیک به جسم وارد شده بنابراین غذا مستقل از اندازه و شکل تحت فشار قرار می گیرد و انتقال فشار به هسته ماده غذایی مستقل از جرم و زمان بوده و حداقل فرایند بر روی ماده غذایی اعمال خواهد شد. اگر فشار فرآیند برای مثال حدود 500 تا 600 مگا پاسکال باشد، 2/5 دقیقه زمان برای رسیدن به فشار مورد نظر لازم خواهد بود، 5 دقیقه زمان اعمال فشار و 3 دقیقه نیز حذف فشار به طول می انجامد. این فرایند به عنوان یکی از فرآیندهای غیر حرارتی مطرح است چون به ازای اعمال هر 100 مگا پاسکال فشار تنها 3 درجه سلسیوس افزایش دما به وجود خواهد آمد و برای فرآیندی در حدود 600 مگا پاسکال 15 درجه افزایش دما پیش بینی می شود

فرایند فشار بالا در صنایع گوشت معمولا به عنوان یک تکنولوژی جدید غیر حرارتی که می تواند بعد از بسته بندی هم مورد استفاده قرار گیرد - مثلا برای افزایش ماندگاری و ایمنی محصولات گوشتی آماده مخصوصا وقتی استفاده از فرآیند حرارتی امکان پذیر نیست - استفاده می شود. کاربرد این تکنولوژی برای گوشت و محصولات گوشتی معمولا منجر به ایجاد تغییرات یا اصلاحاتی مانند تغییر در رنگ، بافت و توانایی نگهداری آب می شود که میزان این تغییرات به مقدار فشار بستگی دارد و تغییرات رخ داده هیچ گونه تاثیری بر خصوصیات تغذیه ای محصول نخواهند داشت. این تکنولوژی در صنایع گوشت در حدود 20 سال گذشته مطرح شده و در مقایسه با برخی از تکنولوژی ها مانند استفاده از اشعه طرفداران بیشتری دارد

.2 مزایا و معایب فشار بالا

از مزایای این روش می توان به زمان کوتاه تر آن نسبت به فرآیند حرارتی، مستقل بودن از شکل و حجم ماده غذایی و مصرف انرژی کم اشاره کرد. همچنین در این روش محصول غذایی از نظر مصرف کننده ایمن خواهد بود و ظاهر، طعم، بافت و مواد مغذی محصول حفظ خواهد شد. عدم از بین رفتن پیوندهای کوالانسی بر خلاف فرآیند حرارتی و امکان پاستوریزه کردن محصولات حساس به حرارت از دیگر مزایای آن است. در این روش از آب استفاده می شود، روشی ایمن برای کارگران بوده و ترکیبات شیمیایی جدید یا محصولات جانبی تولید نخواهد شد 32]، 43، .[45 معایب این روش شامل هزینه بالای سرمایه گذاری اولیه و تغییر در برخی از خصوصیات حسی مانند رنگ است که باعث می شود گوشت تازه پخته به نظر برسد

.3تاثیر فشار بالا بر گوشت و محصولات گوشتی

.1.3 تاثیر فشار بالا بر رنگ گوشت: رنگ گوشت بستگی به ویژگی های نوری سطح گوشت و همچنین میزان میوگلوبین دارد، درحالیکه رنگ محصولات گوشتی عمل آوری شده مربوط به رنگدانه نیتروز میوگلوبین است که نتیجه واکنش اکسید نیتریک - حاصل از نیترات و یا نیتریت سدیم - و میوگلوبین می باشد. تحقیقات نشان می دهد که تغییرات ایجاد شده در رنگ گوشت تازه تیمار شده با فشار بالا قابل توجه است اما تغییر رنگ محصولات گوشتی عمل آوری شده کمتر بوده و بستگی به میزان آب محصول و فعالیت آبی دارد .[46] به طور کلی فشار بالا باعث افزایش روشنایی گوشت و کاهش قرمزی آن می شود که این تغییرات موجب عدم پذیرش رنگ گوشت تازه فشار دیده توسط مصرف کننده می گردد. گر چه اگر این گوشت ها در مرحله بعد برای تولید محصولات گوشتی به کار روند این تغییرات رنگ قابل ملاحظه نخواهند بود.

رنگ گوشت تحت تاثیر فشار تغییر خواهد کرد که این تغییر رنگ به دلیل دناتوره شدن گلوبین، میوگلوبین و جایگزینی یا حذف گروه هم و اکسیداسیون آهن اتفاق می افتد. دناتوره شدن دیگر پروتئین ها مانند اکتین و میوزین منجر به مات شدن بیشتر رنگ گوشت و ضعیف تر شدن ظاهر گوشت خواهد شد. بر خلاف گوشت قرمز، گوشت ماکیان به دلیل وجود مقدار کمتری از میوگلوبین کمتر تحت تاثیر فشار بالا قرار می گیرد

جانگ وهمکاران، - 2003 - بیان کردند که افزایش در روشنایی - L* - از فشار 200 مگا پاسکال شروع و در فشارهای معادل با 300 تا 400 تثبیت می شود. دلیل این مساله دناتوراسیون پروتئین های گوشت و جایگزین شدن یا آزاد شدن گروه هم در گلوبولین بیان شد. کاهش در قرمزی - a* - نیز ناشی از افزایش در میزان مت میوگلوبولین به دلیل تغییر ظرفیت Fe2+ به Fe3+ که باعث تغییر رنگ به قهوه ای می شود، گزارش ش

در پژوهشی که توسط کارلز و همکاران - 1995 - انجام گرفت نیز L* گوشت در محدوده فشار بین 200 تا 350 مگا پاسکال افزایش یافت و رنگ قرمز گوشت به رنگ صورتی تغییر کرد a* .نیز در فشار بین 400 تا 500 مگا پاسکال کاهش یافت که باعث تغییر رنگ گوشت به خاکستری- قهوه ای شد. همچنین در فشار 200 تا 500 مگاپاسکال میزان گلوبین کاهش و مت میوگلوبین افزایش یافت. می توان با حذف اکسیژن و یا تشکیل نیتروزمیوگلوبین از تشکیل مت میوگلوبین جلوگیری کرد

3.2.    تاثیر فشار بالا بر پیوندها و ساختار پروتئین ها: اعمال فشار بالا منجر به ایجاد تغییراتی در ساختار پروتئین می شود. به عنوان یک مکانیسم کلی، فشار بالا منجر به باز شدن ساختار پروتئین می شود که می تواند بعد از رفع فشار، ساختار پروتئین دوباره بسته و به حالت اولیه برگردد. این مساله به نوع پروتئین، شرایط فرایند و تغییرات در بر همکنش های الکترواستاتیک بستگی دارد که منجر به دناتوره شدن جزئی و یا کامل پروتئین می شود. بر اثر اعمال فشار بیشتر بر هم کنش هایی که منجر به کاهش حجم می شوند رخ خواهند داد

پیوندهای کووالانسی به دلیل اینکه قابلیت کمی در فشرده شدن دارند، خیلی کمتر تحت تاثیر فشار بالا قرار می گیرند. پیوندهای یونی توسط فشار بالا تجزیه شده - به دلیل ایجاد تغییرات الکترواستاتیکی در ساختار پروتئین - و همچنین بخشی از پیوندهای هیدروفوبیک هم از بین می روند، اما به نظر می رسد پیوندهای هیدروژنی تحت تاثیر فشار بالا تقویت می شوند. ساختار چهارم پروتئین ها توسط پیوندهای هیدروفوبیک ایجاد شده اند بنابراین این ساختار به فشار بالا بسیار حساس است

به طور کلی پیوندهای هیدروفوب و الکترواستاتیک پیوندهایی هستند که بیشترین تغییرات را متحمل می شوند اما پیوندهای هیدروژنی که در تشکیل ساختارهای ماپیچ آلفا و صفحات بتا نقش دارند و همچنین پیوندهای کووالانسی تحت تاثیر قرار نمی گیرند، بنابراین مواد مغذی و مولکول های کوچکی که مسئول ایجاد طعم هستند از بین نمی روند که مزیتی بزرگ برای صنایع غذایی محسوب می شود زیرا تحت فشار بالا تغییرات کمی در خصوصیات حسی محصول ایجاد می شود

تغییرات قابل توجه در ساختار سوم پروتئین در فشار بالاتر از 200 مگا پاسکال و تغییر در ساختار ثانویه پروتئین ها تنها در فشارهای بالاتر از 700 مگا پاسکال رخ می دهد. ساختار پروتئین های ماهیچه از جمله پروتئین های میوفیبریلی تا فشار 300 مگا پاسکال باز شده و فشارهای بالاتر از این مقدار منجر به افزایش دناتوراسیون، تشکیل ژل و آگلومریزه شدن پروتئین ها می شود. این مساله می تواند در تولید محصولات گوشتی مورد توجه قرار گیرد زیرا می توان در این محصولات با استفاده از فشار بالا ژلی مقاوم و با توانایی بالا در نگهداری آب ایجاد کرد

3.3.    تاثیر فشار بالا بر بافت گوشت: فشار بالا باعث ایجاد تغییرات بافتی در گوشت و محصولات گوشتی می شود که دلیل این پدیده ایجاد تغییر در ساختار پروتئین های میوفیبریلی گوشت و ویژگی های تشکیل ژل این پروتئین ها است. تغییر در خصوصیات تشکیل ژل پروتئین ها می تواند منجر به تولید محصولات جدید و افزایش ارزش اقتصادی از نظر زمان و انرژی در تولید محصولات گوشتی جدید شود .[46] فشار بالا از دو طریق بر بافت گوشت تاثیر گذار است:

- 1 در حالت کلی فشار کم - پایین تر از 200 مگا پاسکال - می تواند باعث تردی گوشت پری ریگور شود در حالیکه ترد کردن گوشت با فشار بالا بعد از گذراندن مرحله ریگور تنها می تواند در دماهای بالاتر صورت گیرد. تاثیر فشار بر گوشت تحت تاثیر دما و زمان اعمال فشار، مرحله ریگور و ترکیب آنها قرار دارد. ترد کردن گوشت توسط فشار بالا احتمالا مربوط به پاره شدن لیزوزوم و آزاد شدن آنزیم های درون آن و تاثیر پروتئازها بر گوشت می باشد. فشار می تواند باعث افزایش تردی گوشت پری ریگور - که حاصل فعالیت آنزیم های کاتپسین و کالپائین است- شود. فشار بالا می تواند غشاء لیزوزوم - محل استقرار این آنزیم ها در سلول - را تخریب کرده و موجب تردی گوشت شود. به کارگیری فشار بالا برای ترد کردن گوشت پیش از مرحله ریگور می تواند در تردی این گوشت بسیار موثر باشد گرچه مستلزم انجام استخوان گیری گرم است

- 2 استفاده از فشار بالا می تواند برای افزایش توانایی نگهداری آب گوشت و در نتیجه کاهش استفاده از نمک و همچنین در تولید محصولاتی با بافت بهتر و افت پخت کمتر مورد استفاده قرار گیرد. همانطور که قبلا بیان شد ساختار پروتئین های ماهیچه از جمله پروتئین های میوفیبریلی در فشار بالا دناتوره و باز شده میگردد.