بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه، با افزایش تقاضا براي محصولات با حداقل اتلاف در مواد مغذي، طعم و مزه، استفاده از فرآیندهاي غیرحرارتی در فرآوري مواد غذایی، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفتهاند. پاستوریزاسیون توسط حرارت یکی از روشهاي متداول در جهت افزایش مدت ماندگاري شیر است. اما مشخص شده است که شیر به حرارت حساس بوده و خواص حسی و مواد مغذي آن تحت تأثیر حرارت قرار میگیرد.
از طرفی نیاز جدي به تکنولوژيهاي دوستدار محیط زیست نیز سبب پیشرفت روشهاي جایگزین براي فرآیندهاي حرارتی در نگهداري و محافظت از شیر شده است. یکی از ابتکاري-ترین و جدیدترین تکنولوژيها در فرآوري محصولات حساس به حرارت به خصوص شیر، بکارگیري میدانهاي الکتریکی پالسی - - PEF میباشد.
این فرآیند در دماهاي پایین انجام میشود بنابراین حرارت کمتري به شیر رسیده و خواص حسی و کیفیت تغذیهاي آن حفظ میشود. همچنین با از بین رفتن میکروارگانیسمهاي مضر و آنزیمهاي نامطلوب مدت زمان ماندگاري افزایش مییابد.
.1 مقدمه
شیر داراي رنگ طبیعی سفید متمایل به خامهاي، عاري از بوهاي غیر طبیعی و طعمهاي نامطلوب - فلزي، تندي، تلخی و ترشی - است. شیر داراي ارزش تغذیهاي بالایی است و حاوي پروتئینها، کربوهیدراتها، مواد معدنی و ویتامینهاي مطلوبی براي رفع نیازهاي انسان میباشد که از لحاظ غنی بودن محیط مناسبی براي رشد میکروارگانیسمها نیز میباشد، به همین دلیل بلافاصله بعد از دوشش تا زمان مصرف لازم است مجموعه تدابیري براي جلوگیري از فساد سریع آن به کار رود.
براي این منظور به طور معمول از فرآیندهاي حرارتی مثل پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون در سطح وسیع براي نابودي میکروارگانیسمهاي بیماريزا و غیرفعالسازي آنزیمهاي شیر استفاده میشود. این فرآیندهاي حرارتی میتوانند باعث ایجاد تغییرات برگشت ناپذیري در ترکیبات شیر مانند کاهش کلسیم، دناتوره شدن پروتئینهاي سرمی و کاهش ویتامینها و طعمهاي نامطلوب شده که منجر به برهم خوردن تعادل فیزیکوشیمیایی شیر میشوند.
از آنجایی که امروزه مصرف کنندگان علاقه وافر به غذاهایی نشان میدهند که داراي طعم و ارزش تغذیهاي اولیه خود باشند، روشهاي غیرحرارتی در فرآوري شیر مورد توجه خاصی قرار گرفته است. در بین این فرآیندها، تکنیک میدانهاي الکتریکی پالسی بیشتر در فرآوري محصولات حساس به حرارت و غذاهاي مایع مانند شیر کارایی بیشتري داشته و مورد توجه بسیاري از محققان و بخش صنعت غذا قرار گرفته است. این فرآیند برخلاف فرآیندهاي حرارتی، ارزش تغذیهاي شیر را حفظ کرده و تغییرات فیزیکوشیمیایی آن را به حداقل میرساند
.2 کاربرد فرآیند میدان الکتریکی پالسی - - PEF
اولین تلاش در زمینه پاستوریزاسیون شیر توسط جریان الکتریسیته با ولتاژ 220 در دهه 1920 صورت گرفت این فرآیند حالت میدان الکتریکی پالسی نداشت و در آن زمان به نام Electropure در سطح اروپا و آمریکا شناخته میشد، فرآیند میدان الکتریکی پالسی در دههي ٠196 توسط Doevenspeck آلمانی به عنوان روشی براي نابودي میکروبها در سوسیس معرفی شد در سالهاي بعد محققان دیگري به گسترش و بهبود این فرآیند و نقش آن در غیر فعالسازي میکروارگانیسمها پرداختند که تا به امروز، گسترش و کاربرد زیادي در زمینه مواد غذایی - پاستوریزاسیون شیر و آب پرتقال و... - ، مهندسی ژنتیک - در سطح میکروبی و گیاهی - ، بیوتکنولوژي و تولیدات دارویی یافته است.
اجزاي سیستم PEF در پاستوریزاسیون شیر شامل منبع انرژي با ولتاژ بالا، خازن ذخیره کننده انرژي، یک منبع تولید کننده پالس، محفظه فرآیند، سیستم خنک کننده، بخش کنترل و نظارت بر ولتاژ، شدت میدان و جریان الکتریکی و سیستم انتقال نمونه میباشد .
انرژي الکتریکی از منبع وارد خازن - که ممکن است بصورت سري یا موازي به هم اتصال داشته باشند - با ولتاژ بالا میشود که شارژ شدن آهسته و دشارژ شدن سریع این خازنها به درون محفظه فرآیند سبب ایجاد میدان الکتریکی پالسی با شدت بالا میشود. در محفظه فرآیند شیر یا هر ماده غذایی دیگري قرار میگیرد در این محفظه حداقل دو الکترود وجود دارد که یکی داراي ولتاژ بالا و دیگري داراي ولتاژ پایین میباشد، این دو الکترود بوسیله عایق از هم جدا میشوند. محفظهها به شکل صفحات موازي، صفحات هم-محور و استوانههاي هم-خط وجود دارند که از بین آنها صفحات موازي کاربرد بیشتري دارند و میدان الکتریکی یکنواختی را ایجاد میکنند که مانع از بوجود آمدن نقطه سرد در مواد غذایی میشوند
شکل -1 تبدیل انرژي الکتریکی به میدان الکتریکی پالسی با شدت بالا توسط ژنراتور در فرآیند PEF
در فرآیند PEF با ایجاد پالسهاي الکتریکی کوتاه مدت در حد میکروثانیه و برخورداري از شدت میدان الکتریکی بالا kV/cm - ٠-7 - 30 میتوان شیر را بین دو الکترود در محفظه فرآیند - بصورت مداوم یا غیر مداوم - فرآوري کرد. تأثیر میدان الکتریکی پالسی بر شیر دماي آنرا اندکی بالا میبرد که با عبور از یک حمام آب سرد این حرارت تعدیل میشود. در فرآیند PEF بر پاستوریزاسیون شیر متغیرهایی چون شدت میدان الکتریکی - E - ، پهناي پالس، زمان فرآوري، تکرر پالس - فرکانس - ، شکل موج و دماي فرآیند نقش اساسی دارند در حالت کلی افزایش در هر کدام از این متغیرها سبب افزایش کارایی میشود. چون فرآیند پاستوریزاسیون شیر در دماي پایین صورت میگیرد سبب حفظ ارزش تغذیهاي، طعم بهتر، کیفیت و ایمنی بالاتري براي مصرف کننده میشود
شکل - 2 دیاگرام دستگاه میدان الکتریکی پالسی - PEF - در پاستوریزاسیون شیر
.3 اثر PEF در پاستوریزاسیون شیر
اثر فرآیند میدان الکتریکی پالسی در پاستوریزاسیون شیر را میتوان با بررسی در سطح میکروارگانیسمهاي بیماریزاي شیر بعد از فرآوري، میزان غیر فعالسازي آنزیمهاي نامطلوب، مدت ماندگاري شیر بعد از فرآوري، کیفیت حسی و تغذیهایی ارزیابی کرد.
.1.3 اثر بر میکروارگانیسمهاي شیر
در حالت عادي به علت تجمع بارهاي مخالف در دو طرف غشاء اختلاف پتانسیل الکتریکی در حدود 10 mV در غشاء ایجاد میشود در این حالت وقتی غشاء در معرض میدان الکتریکی قرار میگیرد تعادل پتانسیل دي الکتریک دو طرف آن دچار اختلال شده و غشاء تا حدي این تغییر را تحمل میکند اما اگر از یک حدي بگذرد - بیش از - 1 V باعث تخریب دائمی غشاء میشود. به همین خاطر فرآیند PEF میتواند با ایجاد حفرههایی در غشاء سلولهاي رویشی و آندوسپور هاي باکتریایی، سیستم انتقال مواد در غشاء را دچار اختلال کرده و در نهایت باعث نابودي میکرو ارگانیسم ها شود
