بخشی از مقاله
چکیده
کیفیت و ایمنی مواد غذایی دو فاکتور بسیار مهم در انتخاب محصول توسط مصرف کنندگان میباشد. فرآیندهای حرارتی متداول مواد غذایی اغلب منجر به تغییرات نامطلوب از قبیل از دست رفتن بو، رنگ، آروما، بافت و ارزش تغذیهای محصول نهایی می گردند. فرآیند فشار بالا تا اندازه ای روش جدیدی برای فرآیند مواد غذایی است که برای محصولات غذایی مایع یا جامد با، یا بدون بستهبندی در فشارهای 50-1000 مگاپاسکال استفاده میشود.
تحقیقات انجام شده پتانسیل فرآیند فشار بالا را برای جایگزینی تیمارهای حرارتی نشان داده است. این مزایا در زمینههای متنوع فرآیند مواد غذایی از قبیل غیر فعالسازی میکروارگانیسمها و آنزیمها، دناتوراسیون و دگرگونی پروتئینها و تغییرات ساختاری در ماده غذایی آشکار شده است. در این مقاله به کاربرد این فرآیند در تولید و رسیدن پنیر، اثر آن بر روی میکروارگانیسمهای شیر و پنیر، خواص پنیرسازی شیر، راندمان پنیر، شاخصهای رسیدن پنیر، رئولوژی، ریزساختار و خصوصیات حسی پنیر پرداخته شده است.
مقدمه
فرآیند فشار بالا - HP - که به فشار هیدروستاتیک بالا نیز معروف است، یک تکنیک نگهداری غیرحرارتی مواد غذایی است که پاتوژنهای مضر و میکروارگانیسمهای عامل فساد رویشی را با استفاده از فشار غیرفعال می کند. HP با استفاده از فشار شدید - حدود 400-600 مگاپاسکال - در درجه حرارتهای پایین یا ملایم فرآیند - < 45 C - ، امکان نگهداری اغلب مواد غذایی با حداقل اثرات در طعم، بافت، ظاهر یا ارزش تغذیهای را فراهم میآورد. تغییرات در فرآیند به نوع محصول، درجه حرارت و سیال ناقل فشار - گاز و آب - بستگی دارد. فرآیند HPکاملاً ساده است و همانگونه که از نام آن پیداست، مواد غذایی - مایع یا جامد - تحت فشار بالاتر از 100 تا 900 مگاپاسکال و در سیستم های تجاری بین 400 و 700 مگاپاسکال قرار داده میشوند. این تکنولوژی به عنوان یکی از بهترین نوآوریها در فرآوری مواد غذایی در طی 50 سال نظر گرفته شده است.
فرآیند فشار بالا را به دو روش میتوان اعمال نمود: در روش اول - مخزن فشار بالا - ابتدا ماده غذایی در یک ظرف استریل پر میشود و پس از محکم شدن درب آن در مخزن فشار قرار میگیرد تا فشار مورد نظر اعمال گردد. پس از آنکه مخزن از مواد غذایی بسته بندی شده پر شد و درب آن مسدود گردید، مادهی ناقل به داخل آن تزریق میشود. دراغلب سیستمهای متداول، ماده ناقل فشار آب میباشد.
در روش دوم اساس عملیات شبیه هموژنیزاسیون مرسوم در صنعت لبنیات می باشد و فقط میزان فشار اعمال شده بیشتر است. برای این کار شیر با فشار بالا از میان یک مجرای بسیار باریک و با سرعت بالا عبور داده می شود. در نتیجهی این عمل گلبولهای چربی شکسته شده و با کوچکتر شدن ذرات چربی، از رویه بستن چربی جلوگیری می شود. اساس استفاده از فشارهای بالا در فرآوری مواد غذایی متراکم نمودن آب اطراف آنها میباشد. در دمای اتاق حجم آب در فشار 1000 اتمسفر تا %4، در فشار 2000 اتمسفر تا %7، در فشار4000 اتمسفر تا %11/5 و در فشار 6000 اتمسفر تا %15 کاهش مییابد.
اجزای اصلی یک سیستمHP یک مخزن فشار بالا و درب آن، پمپ های تشدید کنندهی فشار بالا، سیستم کنترل فشار و دما و یک سیستم جابهجایی مواد برای انتقال محصول به مخزن و خارج کردن آن از مخزن فشار است. ماده غذایی پس از بستهبندی در بستههای استریل در اتاقک فشار قرار میگیرد.
عامل محدودکننده در استفاده از تکنولوژی فشار بالا هزینه بالای تجهیزات میباشد. محدودیت دیگر نیاز به سرمایهگذاری بزرگ است که با بهره برداری کارخانجات HP در ظرفیت کامل برطرف شده است
کاربرد فرآیند فشار بالا در تولید و رسیدن پنیر
برخلاف فرآیند حرارتی، استفاده از HP در غذاها باعث افت ناچیز در ارزش تغذیهای، مزه، رنگ، طعم یا محتوای ویتامینی میگردد. زیرا فقط پیوندهای غیرکووالانسی در مواد بیولوژیکی توسط HP تخریب میگردند. به این ترتیب، مولکولهای کوچک مانند اسیدهای آمینه، ویتامینها و ترکیبات مولد عطر و طعم تحت تأثیر HP قرار نمیگیرند، در حالیکه ساختار مولکولهای بزرگ مانند پروتئینها، آنزیمها، پلی ساکاریدها و اسیدهای نوکلئیک ممکن است تغییر یابد.
سه حوزه اصلی در مورد استفاده از فشار هیدرواستاتیک بالا به عنوان یک تکنیک فرآوری جدید مواد غذایی وجود دارد:
✓ HP قادر به غیرفعال کردن میکروارگانیسمهاست، زیرا موجب تغییراتی در مورفولوژی، واکنشهای بیوشیمیایی، مکانیسم ژنتیکی، غشای سلولی و دیوارهی میکروارگانیسمها میگردد.
✓ HP روی نیروهای برهمکنشی غیرکووالانسی که ساختار بیوپلیمرهایی مانند پروتئینها و پلیساکاریدها را پایدار میکند، عمل میکند. در نتیجه، HP ممکن است دناتوراسیون، تجمع و تشکیل ژل ماکرومولکولهای مواد غذایی را القا کند.
✓ HP بر روی فعالیت آنزیمی، به علت غیرفعالسازی آنزیمها و یا تغییر در کونفورماسیون سوبستراهای آنزیم تأثیر میگذارد.
اثر فشار بالا بر روی میکروارگانیسم های شیر
تحقیقات اولیه در مورد فرآیند فشار بالای شیر با هدف ایجاد یک جایگزین برای پاستوریزاسیون انجام شد. هایت و همکاران - 1914 - کاهش 5-6 سیکل لگاریتمی را در تعداد میکروبهای شیر زمانی که تحت فشار 680 مگاپاسکال به مدت 10 دقیقه دردمای اتاق قرار گرفت، گزارش کردند . - 2 - کاربرد ترکیبی از فشار هیدرواستاتیک بالا و حرارت - 67- 71 C - ماندگاری شیر را بیشتر افزایش داد.
رادماکر و کسلر - 1997 - به این نتیجه رسیدند که به منظور دستیابی به ماندگاری شیر پاستوریزه شده از طریق حرارت یعنی 10 روز در دمای 10 C اعمال فشار 400 مگاپاسکال به مدت 15 دقیقه یا 500 مگاپاسکال به مدت 3 دقیقه لازم بود . - 3 - غیر فعال شدن لیستریا اینوکوا در شیر گوسفند 6 - چربی - پس از فرآیند در 500-200 مگاپاسکال به مدت 0-60 دقیقه مورد مطالعه قرار گرفت . - 4 - کاهش 6 و 5 سیکل لگاریتمی در تعداد سلول های زنده در فرآیند در 450 مگاپاسکال به مدت 5 دقیقه به ترتیب در دماهای 25 و 2 C به گزارش شد، در حالی که فرآیند در 300 مگاپاسکال به مدت 15 دقیقه در دمای 50 C منتج به کاهش 7 سیکل لگاریتمی گردید.
کازال و همکاران - 1999 - اثر فشار بالا را بر روی قابلیت زیستی و فعالیت پپتیدولیتیکی باکتریهای اسید لاکتیک جدا شده از پنیر شیر بز مورد مطالعه قرار دادند. سلولهای فاز ثابت لاکتوکوکوس یا لاکتوباسیلها - 108 cfu / ml - تحت فرآیند فشار بالا 100-400 - مگاپاسکال به مدت 20 دقیقه در دمای - 20 C در شیر پس چرخ باز ساخته شدهی 10 قرار گرفتند. در فشار 100-350 مگاپاسکال، لاکتوکوکوسها حساستر از لاکتوباسیلها بودند، حتی در فشارهایی که بر روی قابلیت زیست آنها تأثیر نداشت، در سلولهای فرآیند شده با فشار پایین، سرعت تولید اسید پایینتر بود.
HP فعالیت هیدرولیتیکی لاکتوکوکوس و لاکتوباسیل را در برابر انتهای کربوکسیلی -ßکازئین که منجر به تلخی در پنیر است، افزایش داد. حداکثر افزایش فعالیت برای هر دو میکروارگانیسم پس از فرآیند در فشارهای بالاتر از 300مگاپاسکال، احتمالاً به علت افزایش لیز سلولی و یا افزایش نفوذپذیری غشاء مشاهده گردید. این محققان بیان کردند که سلولهای فرآیند شده با فشار میتوانند در طول پنیرسازی به آن اضافه شوند تا به عنوان یک منبع اضافی از آنزیمهای با خواص تلخیزدایی مورد استفاده قرار گیرند
پتانسیل ترکیب HP با سایر تکنولوژیها جهت کاهش فشار مورد نیاز برای غیر فعال کردن میکروبهاً کانون توجه کارهای پژوهشی زیادی شده است. اثر ترکیبی فشار بالا و باکتریکشهای وسیعالطیف، لاکتیسین بر روی غیر فعالسازی استافیلوکوکوس اورئوس در شیر پسچرخ باز ساخته شده 10 یا لیستریا اینواکوا در پودر آبپنیر املاحزدایی شدهی باز ساخته شدهی %20 مورد بررسی قرار گرفت. زمانی که هر دو تیمار به صورت ترکیبی مورد استفاده قرار گرفتند، اثر سینرژیستی برای هر دو گونه باکتریایی ثابت شد.
مطالعات غیر فعال شدن استافیلوکوکوس اورئوس نشان داد که فرآیند در 250 مگاپاسکال به تنهایی باعث کاهش 2/2 سیکل لگاریتمی گردید، در حالی که کاربرد لاکتیسین به تنهایی باعث کاهش 1 سیکل لگاریتمی شد. با این حال، هنگامی که فشار 200 مگاپاسکال در ترکیب با لاکتیسین مورد استفاده قرار گرفت، کاهش 6 سیکل لگاریتمی در شمارش به دست آمد. نتایج مشابهی برای لیستریا مونوسیتوژنز حاصل شد. این داده ها نشان می دهد که روش ترکیبی ممکن است روش مناسبی جهت کنترل فلور میکروبی شیر بدون تأثیر منفی بر روی خواص پنیرسازی آن باشد
اثر فشار بالا بر روی خواص پنیرسازی شیر خواص انعقاد رنینی و تشکیل دلمه
فرآیند HP شیر به طور غیرمستقیم بر روی مراحل انعقاد و خواص پنیرسازی آن از طریق اثرات بر روی پروتئینهای شیر، از جمله کاهش در اندازه میسلهای کازئین و دناتوراسیون بتالاکتوگلوبولین و برهمکنش با کاپاکازئین میسلی تأثیر میگذارد. اغلب مطالعات انجام شده بر این توافق دارند که زمان انعقاد رنینی شیر در فرآیند در فشار تا حدود 200 مگاپاسکال کاهش می یابد. به طور کلی گزارش شده است که زمان انعقاد رنینی شیر فرآیند شده در 400 مگاپاسکال نزدیک به شیر فرآیند نشده است.
نیدز و همکاران - 2000 - گزارش کردند که فرآیند شیر در600-500 مگاپاسکال زمان انعقاد رنینی را نسبت به شیر فرآیند نشده افزایش داد . - 7 - لوپز و همکاران - 1997 - گزارش کردند که فرآیند HP آزاد شدن کازئینوماکروپپتید را در فشار حدود 200 مگاپاسکال کاهش داد که بیانگر این نکته است که فاز اولیه و ثانویه ی انعقاد به طور متفاوتی تحت تأثیر فرآیند HP قرار می گیرند.
در واقع طبق گزارشهای محققان فاز ثانویه انعقاد - تجمع کازئینها - تحت فشار به تعویق افتاد. اثر منفی فرآیند HP بر روی مرحله تجمع میسلها در فشارهای بالاتر از 300 مگاپاسکال ممکن است به علت کمپلکس بتالاکتوگلوبولین دناتوره شده با میسلهای کازئین باشد. عامل دوم که ممکن است بر روی فاز ثانویه انعقاد شیر تاثیر گذارد، کاهش اندازهی میسلهای کازئین پس از فرآیند HP است. کاهش قطر میسلهای کازئین، همراه با تغییرات کنفورماسیونی از ذرات کروی به زنجیرهای ممکن است باعث تسریع تجمع و در نتیجه کاهش زمان انعقاد رنینی شیر گردد
به طور کلی، دو اثر مخالف فرآیند HP شیر ممکن است بر روی فاز ثانویه انعقاد رنینی تأثیر گذارد: - الف - . اثر مستقیم فشار روی خواص میسلها که باعث افزایش تجمع میگردد. - ب - . افزایش دناتوراسیون بتالاکتوگلوبولین که به تدریج باعث کاهش میزان تجمع، احتمالاً از طریق تداخل با فرآیند تشکیل ژل باشد.
تفاوت در ریزساختار دلمههای تشکیل شده از شیرهای فرآیند نشده و فرآیند شده با HP در 600 مگاپاسکال گزارش شده است. ژلهای ساخته شده از شیر فرآیند شده با HP متشکل از یک شبکهی متراکم از رشتههای ریز است که به نظر میرسد در طول فاصلههای دراز پیوسته باشند.
