بخشی از مقاله
چکیده
در حال حاضر، صنعت تولید عصاره و کنسانتره بر پایه فرآیند حرارتی استوار است . این در حالیست که ترکیبات موثر در طعم و مواد آنتی اکسیدانی موجود در عصاره میوه و سبزیجات نسبت به حرارت بسیار حساس بوده و منجر به تغییرات نامطلوبی در آنها می گردد. علاوه بر اینها واکنشهای ناخواسته ای نظیر کاهش میزان اسید اسکوربیک و تخریب رنگ نیز رخ می دهد .
امروزه تر کیبی از فرآیندهای غشائی مختلف نظیر اولترافیلتراسیون، میکروفیلتراسیون، اسمز معکوس، تبخیر اسمزی، تقطیر اسمزی، تقطیر غشایی و تبخیر غشائی در صنایع تولید عصاره و کنسانتره مختلف بمنظور شفاف سازی، پایدارسازی، پکتین زدائی، پاستوریزاسیون و یا استریلیزاسیون سرد امکان پذیر گردیده است . از مهمترین ویژگی های تکنیک های غشایی می توان به فعالیت در دمای محیطی، افزایش راندمان، قابلیت تولید محصولات مختلف، مصرف پائین انرژی و کاربرد آسان اشاره نمود.
نتایج بررسی ها نشان می دهد سرمایه گذاری در فرآیندهای غشائی در مقایسه با روشهای حرارتی بمراتب کمتر بوده و از سویی دیگر از سود آوری بیشتری برخوردار است . بر همین اساس همواره بعنوان تکنیکی موثر برای ج ایگزینی روش سنتی مطرح بوده است . اما بکارگیری سیستم غشائی دارای مشکلاتی است و همچنان تحقیقات گسترده ای در حال انجام است.
از آن جمله می توان به گرفتگی فیلترها و کاهش جریان عبوری اشاره نمود . استفاده از غشاء های جدید، بکارگیری تکنیک های مهندسی در طراحی غشاء ها و بهینه سازی شرایط فرآیند توانسته تا حد زیادی بر این مشکل فائق آید . در این مقاله ضمن مقایسه روشهای سنتی تولید عصاره و کنسانتره با روشهای غشایی، تکنیک های جدید فرآیند غشایی نیز بررسی گردیده است.
-1 مقدمه
از مهمترین نوشیدنیهای مغذی می توان به عصاره میوه ها و سبزیجات اشاره نمود. این عصاره ها با دارا بودن مقادیر بالای املاح، ویتامینها، و سایر ترکیبات مغذی بر سلامتی انسان تاثیر مثبت دارند . ترکیب عصاره تا حدود بسیاری به وار یته گیاه، شرایط محیطی، شرایط داشت، نحوه فرآیند و انبارداری بستگی دارد. در صنعت تولید عصاره، حفظ مواد مغذی به همان اندازه نگهداری ترکیبات موثر در طعم اهمیت دارد .
در روشهای صنعتی رایج، ابتدا پس از پرس ساده عصاره بدست آمده را بکمک فرآیند حرارتی تغلیظ نموده وپ س از بازسازی بتدریج به خط تولید منتقل میشود . در این روش ترکیبات موثر در طعم و نیز ترکیبات مغذی به دلیل استفاده از فرآیند حرارتی تا حدود زیادی از بین میروند . در مقایسه روشهای غشایی قابلیتهای مناسبی در حفظ کیفیت عصاره دارند . امروزه روشهای غشایی بگونه ای توسع ه یافته اند، که امکان حفظ کیفیت ماده غذایی، کاهش مصرف انرژی و حفظ محیط زیست را فراهم ساخته اند . در این مقاله فرایندهای سنتی و غشایی تولید عصاره با تاکید بر مبحث کیفیت و نیز پارامتریهای اقتصادی مورد بررسی قرار گرفته اند.
-2 روش سنﱵ
روش صنعتی رایج، تولید عصاره با انتخاب واریته، برداشت، انتقال به کارخانه و شستشو آغاز و با مراحل عصاره گیری، بازیافت آروما، شفاف سازی و و تغلیظ عصاره دنبال می شود . در مرحله عصاره گیری ابتدا میوه ها و سبزیجات - به استثناء مرکبات - پس از شستشو، خردشده و سپس بکمک پرس، عصاره آن استخراج می گردد . عصاره خام، جهت بازیافت آروما به اواپراتورهای مخصوص با دمای 70 & منتقل می گردد. آرومای جمع آوری شده در مخازن مخصوص ذخیره و سپس به محصول نهایی اضافه می گرد ند.
کدورت1 پارامتر کلیدی در تعیین شفافیت عصاره های بدست آمده است . عصاره حاصل از پرس بسیار کدر، تیره و ویسکوز است . بنابراین قبل از ارائه به بازار ضروریست که شفاف سازی شود . این مرحله در فرآیندهای تلخی زدایی ، تارت زدایی 2 ، اسید زدایی، بازیافت ترکیبات رنگی و تغلیظ بسیار مهم می باشد . در بسیاری از عصاره ها جداسازی ترکیبات معلق باعث افزایش بازارپسندی می شود. ترکیبات متعددی همچون بیوپلیمرهای نشاسته، پکتینها، سلولز ، همی سلولز و پروتئینها نقش اساسی در کدورت دارند .
برای از بین بردن اثر منفی این بیوپلیمرها از مخلوط آنزیمی حاوی سلولاز ، همی سلولاز، پکتیناز و آمیلاز استفاده میشود . در این مرحله کمپلکس پکتین - پروتئین شکسته شده و در نتیجه باعث کاهش ویسکوزیته میشود . تیمار آنزیمی معمولا در دمای 50œC برای مدت 2 ساعت و یا دمای 20œC برای مدت 12-18 ساعت انجام میشود . - 3 - پس از تیمار آنزیمی و بمنظور تسهیل در حذف ترکیبات معلق، مواد رسوب دهنده ای مانند بنتونیت 3 ، ژلاتین، اسید تانیک4، سلیکا سول5 و پلی وینیل پیرولیدون به میزان 50 - 500g/m3 بکار میرود . - 4 -
در پاره ای از موارد از خاک دیاتومه6 برای جداسازی کلیه ذرات معلق از جم له آنزیمها استفاده میشود 1 - ،. - 12 تحقیقات نشان داده روش شفاف سازی سنتی باعث کاهش % 20-27 آنتوسیانینها و سایر ترکیبات پل فنلیک آنتی اکسیدانت 7 میشود - . - 21 از جمله سایر مضرات این روش می توان به عدم قابلیت استفاده مجدد از آنزیمها، هزینه بر بودن و ایجاد آلودگیهای زیست محیطی اشاره نمود . - 4 - عصاره بدست آمده از این مرحله با هدف کاهش وزن و حجم محصول نهایی و درنتیجه کاهش هزینه های حمل و نقل، نگهداری و بسته بندی به بخش تغلیظ منتقل می گردد 1 - ،. - 8 فرآیند تغلیظ در دمای حدود 85œC انجام می شود .
چنین شرایطی می تواند به بد طعمی، از بین رفتن ترکیبات حساس و مصرف بالای انرژی منجر گردد 1 - ،. - 11 لازم بذکر است در مرحله تغلیظ مقداری از ترکیبات مولد آروما استخراج می گردد . در این روش عصاره تغلیظ شده مجددا بازسازی شده و پس از پاستوریزاسیون در دمای حدود 90œC بسته بندی و به بازار ارائه می گردد. در روش سنتی بدلیل کاربرد حرارت بالا تغییرات نامطلوبی در طعم، ویتامینها و آنتی اکسیدنتها خصوصا در حضور اکسیژن پدید می آید که عمده این تغییرات غیرقابل برگشت هستند 71 - ،. - 7
-3 فرآیند غشایی توامان8
امروزه بکارگیری تکنیکهای غشایی مختلف بمنظور شفاف سازی، پایدارسازی، دپکتینیزاسیون 9، پاستوریزاسیون و یا استریلیزاسیون سرد امکان پذیر گردیده است . - 1 - فرآیندهای غشایی دارای سیستمهای مختلف اولترافیلتراسیون 10، میکروفیلتراسیون 11، اسمز معکوس 12، تبخیر اسمتیک 13، تقطیر اسمتیک14، تقطیر غشایی15 و غشاء تبخیری16 می باشند 9 - ،. - 10 این تکنیک توانایی مناسبی در شفاف سازی و تغلیظ بسیاری از عصاره ها را داراست، و می تواند بعنوان جای گزین روش سنتی مطرح گردد . - 9 - در این فرآیند غشاء های مختلفی در کنار یکدیگر استفاده میشوند. تصویر پائین - شکل - 1 طرح شماتیکی از این فرآیند را نشان میدهد.
در اینجا مراحل تولید عصاره مشابه روش سنتی است . این فرآیند اساسا شامل مراحل شفاف سازی عصاره خام در راکتور غشایی آنزیمی 17، تغلیظ اولیه توسط اسمز معکوس، بازیافت آروما، تغلیظ اولیه - غشاء تبخیری - و مرحله تغلیظ نهایی تا بریکس 72حدود توسط تبخیر کننده های چند بدنه رایج است. برای برخی از میوه ها و سبزیجات مانند مرکبات و هویج تکنیک تقطیر اسم زی می تواند جایگزین فرآیند حرارتی شده و غلظتی تا حد - w/w - %60-63 ایجاد نماید . - 20 -
-1-3 شفاف سازی
این مرحله تاثیر بسزایی در کیفیت محصول نهایی دارد بدین منظور از تکنیکهای میکروفیلتراسیون و اولترافیلراسیون استفاده میشود . این سیستمها در فشار و درجه حرارتهای ملایم فعالیت نموده و نقش مهمی در حفظ کیفیت نهایی محصول بلحاظ طعم و آروما دارند 12 - ، . - 24 ثابت شده میکروفیلتراسیون بر pH تاثیری نداشته و برای تولید عصاره شفاف با ارزش تغذیه ای بالا موثر است، اما ویتامین ث را بمقدار جزئی کاهش میدهد . - 7 - فرآیند میکروفیلیتراسیون نوعی فرآیند پاستوریزاسیون سرد نیز محسوب میشود .
بررسیها نشان داده عصاره شفاف شده حاصل از میکروفیلتراسیون در هر گرم حاوی 10 CFU مخمر، قارچ و باکتریهای مزوفیل و همچنین تنها حاوی 0/3 عدد کلیفرم بوده و در 25 گرم فاقد سالمونلا می باشد . بنابراین میکروفیلتراسیون روش مناسبی برای فرآیند پاستوریزاسیون است 5 - ،. - 6 در 25 سال اخیر، از اولترافیلتراسیون بفراوانی در فرآیند شفاف سازی عصاره ها استفاده شده است . - 23 -
این ممبراینها همانند انواع میکروفیلتر قابلیت جداسازی میکروبهای مولد فساد، فیبرها، چربیها، پروتئینها، و ترکیب ات کلوئیدی را دارند در حالیکه ترکیباتی مانند ویتامینها، نمکها، شکرها، اسیدها، آنتی اکسیدانتها، همراه با آب از آن خارج میشوند . این تکنیک قابلیت جداسازی حدود %99 ذرات جامد سوسپانسیون را بدون هر گونه تغییر در خواص فیزیکو شیمیایی عصاره خام را داراست .
این تکنیک در حفظ ترکیبات فرار - آروما - موجود در پرمیت موثر است . اولترافیلتراسیون امکان حذف آلودگی میکروبی از پرمیت را فراهم نموده و از فرآیند حرارتی بی نیاز می سازد، که تفاوت چندان محسوسی با عصاره های بدست آمده از میکروفیلت راسیون ندارد 3 - ،. - 9 اولترافیلتراسیون در فرآ یند غشایی یکپارچه ضمن جداسازی ذرات جامد سوسپانسیون، باعث بهبود شدت جریان عبوری 18 در فرآیندهای غشایی بعدی میشود . - 20 -
