بخشی از مقاله
کاربرد مایکروویو در صنایع غذایی
مایکروویو یکی از روشهاي نوین فرآوري مواد غذایی می باشد. از انرژي مایکروویو براي حرارت دادن مواد غذایی استفاده می شود. در روشهاي حرارت دهی متداول حرارت از منبع حرارتی خارجی به ماده غذایی وارد می شود. اما در پخت با مایکروویو حرارت در داخل خود ماده غذایی تولید می شود. امواج تولید شده توسط مگنترون یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و مولکولهاي غذا مخصوصا مولکولهاي قطبی مثل آب و پروتئین ها خودشان را با تغییرات سریع میدان الکتریکی همسو می کنند. آنها حول یک محور نوسان می کنند. این نوسانات باعث ایجاد اصطکاك قابل توجهی بین مولکولها شده که نتیجه آن تولید انرژي است. سهولت استفاده و زمان فرایند کوتاه، کاربرد مایکروویو را در منازل و رستورانها افزایش داده است. از کاربردهاي مایکروویو در صنایع غذایی می توان به آنزیم بري، خشک کردن، پختن، برشته کردن، پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون و انجماد زدایی اشاره کرد. به دلیل زمان کوتاه فرایند و کاهش خروج مواد مغذي نسبت به روشهاي پخت متداول، مواد مغذي در روش پخت با مایکروویو بیشتر حفظ می شود.
کلمات کلیدي: مایکروویو، الکترومگنتیک، امواج رادیویی
مقدمه
امروزه افزایش چشمگیري در مصرف مایکرویو هاي خانگی دیده می شود. حرارت دهی سریع تر با بازده انرژي بیشتر، مزیت اصلی فرایند مایکروویو بر مواد غذایی محسوب می شود. کاربرد در صنعت شامل گرم کردن غذاهاي منجمد، پختن اولیه بیکن، پاستوریزاسیون غذاهاي بسته بندي شده و خشک کردن نهایی فرآورده هاي پاستا می باشد. فرآوري مواد غذایی بوسیله مایکروویو مزایایی نظیر زمان گرم شدن اولیه کمتر، حرارت سریع تر، کارایی انرژي بالاتر، فضاي کمتر، کنترل دقیق تر فرایند، حرات دهی انتخابی و مواد غذایی با کیفیت تغذیه اي بالاتر دارد. تفاوت هایی در مکانیزم حرارت دهی مایکروویو با حرارت دهی کانوکسیون وجود دارد. این تفاوت ها می تواند با توجه به فرایندهاي مختلف، مفید یا مضر باشد. به عنوان مثال زمان کوتاه فرایند مفید است زیرا کاهش مواد مغذي کمتر اتفاق می افتد اما در محصولات نانوایی مضر است، از آنجائیکه واکنشهاي بیوشیمیایی در طول زمان کوتاه اتفاق نمی افتد. حرارت غیر یک شکل1، کاهش توسعه رنگ و طعم، سطح خیس، کاهش رطوبت فراوان و بافت سفت از مشکلات غذاهاي فرآوري شده با مایکروویو می باشد ( 9 و .(11
مکانیزم تولید حرارت بوسیله مایکروویو:
امواج مایکروویو، قسمتی از طیف الکترومغناطیس در محدوده بین 300 MHz و 30GHz هستند .(2) مایکروویو به سرعت نور حرکت می کند. برخلاف اشعه گاما وایکس، امواج مایکروویو، غیر یونیزه کننده هستند و انرژي آن تنها براي حرکت اتم هاي یک مولکول کافی است، اما براي تغییرات شیمیایی آنها ناکافی است.مایکروویو بطور مستقیم با غذا واکنش می دهد و گرما
١
بصورت حجمی2 تولید می شود. مکانیزم حرارت دهی با مایکروویو می تواند به گروه تقسیم شود: چرخش دو قطبی و هدایت یونی.برخی از ترکیبات دي الکتریک مانند آب، حاوي دي پلهاي دائمی هستند که تمایل به جهت یابی تحت تاثیر یک زمینه متغیر دارند، در نتیجه باعث جهت یابی پلاریزه می شوند. حرارت به عنوان نتیجه اي از عدم توانایی مولکولهاي چرخیده، به نگهداشتن موقعیت با زمینه متناوب، تولید می شود. در هدایت یونی هر ذره باردار در ماده غذایی، یک نیروي متناوب در میزان فرکانس مایکروویو تجربه می کند که ذره را در یک جهت و سپس در جهت مقابل شتاب می دهد. ذرات شتاب گرفته با ذرات مجاور برخورد کرده و حرکت آشفته بیشتري را بوجود می آورند و گرما تولید می شود. در مواد غذایی حرارت داده شده با مایکروویو، پروفایل زمان-دما بدلیل جذب انرژي الکتریکی از مایکروویو، حرارت در داخل محصول تولید می شود و حرارت بوسیله هدایت و جابجایی منتقل می گردد. دماي سطح ماده غذایی حرارت داده شده با مایکروویو خنک تر از قسمت داخلی است، زیرا فقدان حرارت محیط و اثر خنک کنندگی تبخیر وجود دارد.آب بصورت انتخابی انرژي جذب می کند. آب موجود در محصولات با رطوبت متوسط و بالا، انرژي جذب می کند. اگرچه بدلیل ظرفیت گرمایی بالا، آنها تمایل دارند که بصورت ناهمگن حرارت ببینند. در محصولات خشک، نمک حل شده در آب باقیمانده غلیظ می شود. اگر مواد جامد از سطح اشباع تجاوز و رسوب کنند، هدایت یونی آنها محدود می شود. محصولات با رطوبت کم به دلیل ظرفیت گرمایی پایین،معمولاً یکنواخت تر حرارت می بینند.گوناگونی در میدان الکترومغناطیس، ترکیبات موجود در ماده غذایی و جایگاه ماده غذایی در مایکروفر، می تواند منجر به تولید حرارت غیر یکنواخت و بقاي میکروارگانیسم شود 10) و .(12
کاربرد مایکروویو در فرآوري مواد غذایی
فرایند مایکروویو در مقیاس تجاري بطور موفقیت آمیزي براي پختن گوشت، پخت اولیه بیکن، انجماد زدایی گوشت، مرغ، ماهی، خشک کردن اسنک ها و سبزیجات و پاستوریزه کردن غذاهاي آماده و پاستاها بکار برده می شود .(11)
پختن محصولات آردي بوسیله مایکروویو
مشکلات کیفی مشاهده شده در محصولات آردي طبخ شده بوسیله مایکروویو، بافت سفت و سخت، بیات شدن سریع، کاهش تشکیل رنگ پوسته و یک محصول خشک است. بافت سفت مربوط به تغییرات در گلوتن، بیرون آمدن آمیلوز بالا در طول پخت و ژلاتینه شدن ناکافی نشاسته است. مکانیزم بیات شدن سریع در محصولات پخته شده هنوز کاملا مشخص نیست. خروج آمیلوز بالا در طول پخت با مایکروویو در مقایسه با پخت معمولی یکی از دلایل بیات شدن سریع است .(1)زمان کوتاه در فرایند پخت با مایکروویو اجازه کامل شدن واکنش میلارد را نمی دهد. در نتیجه رنگ قهوه اي بوجود نمی آید. درفرآوري با مایکروویو زمان کوتاه است، گرما بوسیله غذا جذب می شود و هواي اطراف محصول سرد است. بنابراین مولکولهاي آب تبخیر شده از غذا مستقیماًبه هواي سرد اطراف ماده غذایی برخورد کرده و کندانسه می شوند که از قهوه اي شدن و واکنش کریپسی 3 جلوگیري می
کندمقدار. نسبتاًبالاي حرارت داخلی، فشار درونی قابل توجه و شیب غلظت را بوجود می آورد که جریان مایع را از درون ماده غذایی به سطح افزایش می دهد. در نتیجه غذاهاي پخته شده با مایکروویو رطوبت بیشتري را از دست می دهند .(10) مطالعات در سالهاي اخیر درباره پخت با مایکروویو شامل بهبود کیفیت محصولات آردي پخته شده است. مقدار گلوتن فاکتور مشخصی در تاثیر بر روي سفتی نانهاي پخته شده با مایکروویو تعیین شده است. استفاده از آرد با مقدار گلوتن پایین باعث تولید نان نرمتر با
٢
حجم بیشتر می شود. در یک مطالعه، افزایش چربی، امولسیفایر و گلوکز کاهش وزن کیک پخته شده در مایکروویو را کم می کند .(6)
خشک کردن بوسیله مایکروویو
اگرچه هدف اصلی خشک کردن مواد غذایی نگهداري آن می باشد، دماي بالا و زمان طولانی خشک کردن در خشک کردن با هوا ممکن است باعث صدمات جدي به رنگ، طعم، مواد مغذي و ظرفیت جذب آب دوباره محصول خشک شده شود. خشک کردن با مایکروویو ممکن است یک جایگزین براي کاهش صدمات محصول باشد .(12) مکانیزم فیزیکی که در خشک کردن با مایکروو دخیل است با مکانیزم خشک کردن کانوکسیون متفاوت است. حرارت درونی تولید شده در طول حرارت دهی مایکروویو، فشار بخاري را در محصول بوجود می آورد و رطوبت را به سطح محصول پمپ می کند. سخت شدن پوسته به دلیل پمپ شدن رطوبت در حرارت دهی مایکروویو بوجود نمی آید. بنابراین افزایش سرعت خشک کردن بدون افزایش دماي سطح و بهبود کیفیت محصول بدست می آید. حرارت غیر یکنواختمشکل دیگري است که کاربرد تجاري خشک کردن با مایکروویو را به تاخیر انداخته است. کاربرد معمول مایکروویو در فرایند خشک کردن در انتهاي دوره نزولی خشک کردن نهایی است .(9)
پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون بوسیله مایکروویو
حرارت تولید شده بوسیله مایکروویو بطور چشم گیري زمان لازم براي پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون تجاري را کاهش می دهد که باعث تولید محصول با کیفیت بهتر می شود. اگرچه استریلیزاسیون با مایکروویو مشکلاتی نظیر توزیع انرژي غیر یکدست، و مشکلاتی در بازرسی و پیش بینی الگوي حرارت دهی در طول فرایند دارد. بنابراین پیشرفت در استریلیزاسیون بوسیله مایکروویو در سطح صنعتی کند است. ارزیابی کیفیت استریلیزلسیون در مایکروویو مشکل است زیرا نقطه سرد مانند استرلیزاسیون در اتوکلاو محاسبه نمی شود. پروفایل دما و زمان در مایکروویو بسته به خواص دي الکتریک، اندازه، شکل، ترکیبات و غیره دارد. ولی دستیابی به حرارتهاي سریع در بطریهاي شیشه اي با استفاده از فرایندهاي معمول مشکل است. به عبارت دیگر، بطریهاي شیشه اي مقاومت اضافی براي حرارت دهی مایکروویو بوجود نمی آورند زیرا مایکروویو می تواند مستقیماً بر مواد غذایی در بطریهاي شیشه اي اثر کند .(9)
اثر مایکروویو در غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها
اگرچه کارایی مایکروویو در تخریب میکروارگانیسم ها گزارش شده است اما مکانیزم اصلی غیر فعال کردن آنها هنوز کاملا مشخص نیست. بعضی از دانشمندان گرماي تولید شده از امواج مایکروویو را علت کشتن میکروارگانیسم ها می دانند، در حالیکه برخی دیگر اثر غیر حرارتی ( میدان الکترومغناطیس) را پیشنهاد می دهند. دانشمندانی که حرارت را علت نابودي میکروارگانیسم ها می دانند معتقد هستند که حرارت از طریق دناتوره شدن پروتئین ها، اسیدهاي نوکلئیک و سایر ترکیبات حیاتی و همچنین تخریب غشا عمل میکند.همانند فرایند حرارتی، باکتریها نسبت به کپک ها و مخمر ها مقاوم تر به مایکروویو هستد و اسپور باکتریها نیز مقاومت بیشتري از سلولهاي رویشی دارد. به علت حرارت دادن غیر یکنواخت غذاها، الگوي حرارتی بی قاعده و زمان کوتاه حرارت دیدن نسبت به روشهاي معمول حرارت دادن، میکروارگانیسم ها ممکن است زنده بمانند هرچند دماي محصول به حد کافی رسیده باشد .(3)
