مقاله بررسی فرآيند فشار بالا در تهيه مواد غذائي

دسته بندي : فنی و مهندسی » صنایع غذایی
مقاله بررسي فرآيند فشار بالا در تهيه مواد غذائي در 14 صفحه ورد قابل ويرايش
مقدمه

مصرف كنندگان مواد غذايي هميشه خواستار غذايي با طعم طبيعي و تازه به همراه مواد مغذي و ويتامينهاي آن غذا بوده‌اند و اين مطالب محقق نمي‌شود مگر با تكيه بر ابداع روشها و فن‌آوري‌هاي جددي در عرصه توليد مواد غذايي.

توليدات صنعتي از جمله محصولات فريز شده، خشك شده و كنسر شده تكيه به دو روش‌كلي براي تيمار محصولات غذايي دارند. اين دو روش عبارتند از حرارت دادن و سرما دادن، اگر چه اين روشها متضمن توليد محصولي با ضريب ميكروبي پايين هستند، اما باعث تنزل خواص كيفيتي و حسي آنها مي‌شوند.

رنگ: مزه و بافت مواد غذايي كه با حرارت فرآوري شده اند ممكن است به طور غيرقابل برگشتي تغيير كند. براي اصلاح اين نقيصه تحقيقات بسياري در مقياس صنعتي و آزمايشگاهي انجام گرفته است تا روشهاي ابداع كنند كه در آنها از حرارت يا سرما براي تيمار محصولات استفاده نشده باشد.

در طول دو دهه گذشته مقالات بسياري در شرح اين تحقيقات به چاپ رسيده‌است و از آنجايي كه در اين روشها حرارت اعمال نمي‌ شود و يا اگر وجود داشته باشد بسيار كم است، اين روشها را روشهاي بدون حرارت (non- thermal preservation) مي‌نامند كه مهمترين آنها شامل High pressure processing ، استفاده از pulsed- electric filds و pulsed- light است.

اين مقاله سعي درمعرفي pressure processing high دارد.
pressure processing High:

در روش HPP، مواد غذايي را در معرض فشاري كه 9000 بار بيشتر از فشار اتمسفر است قرار مي‌دهند. اين فشار به طور يكنواخت به تمام نقاط مواد غذايي اعمال مي‌شود كه شدت آن بستگي به حجم و مدت زمان تيمار كردن دارد.

استفاده از HPP نه تنها در صنعت غذا بلكه به طور عمومي و گسترده در صنايع توليدات صنعتي از جمله سفال سازي، توليد الماس مصنوعي، فلزات مخصوص و توليد فلزات ورقه‌اي به كار مي‌رود. فشار ايزواستاتيك بالا به طور روزمره در كارخانجات توليد مواد پلي مري مانند سنتز پلي اتيلن با چگالي پايني و دو راكتورهاي شيميايي براي توليد كريستالهاي كوله تز استفاده مي‌شود.

اگر چه استفاده از HPP در صنعت غذا از ابتداي دهه 90 ميلادي آغاز شد اما اثر اين عمليات در نابودكنندگي ميكروبها بيشتر از 1 قرن براي ما شناخته شده بود.

در سال 1899 در يكي از اولين تحقيقات از HPP در صنايع غذايي استفاده شد كه در آن از فشاري در حدود 5000 تا 7000 براي كاهش بار ميكروبي گوشت و شير استفاده كردند. اين تحقيقات نشان داد كه با قرار دادن شير در فشاري در حدود
6800 ميتوان 5 تا 6 چرخه لگاريتمي از بار ميكروبي شيركاست. همچنين مشاهده شده با قرار دادن گوشت در فشار 5400 ، shelf life آن را افزايش مي‌يابد.

در اوايل قرن 20 تأثير فشار بالا ( 6000) در لخته شدن آلبومين تخم مرغ مشاهده شد. تحقيقات ديگري نيز بر افزايش Shelflihe ميوه‌هاي كه با فشار بالا تيمار شده‌ بودند تأكيد داشت. اين تحقيقات اوليه نشان داد كه اعمال فشار بالا تأثيري همانند حرارت بالا بر روي پروتئين‌ها و بار ميكروبي مواد غذايي دارد.
2- تجهيزات:

اجزاي سيستم HPP شامل مجراي فشار، سيستم توليد فشار و تجهيزات جانبي آن است.
2.1 مجراي فشار:

مجراي فشار كه كليدي‌ترين قسمت اين دستگاه است در واقع مكانيسمي كه در آن مواد غذايي يا هر گونه محصولي درآنجا تحت تأثير فشار بالا قرار مي‌گيرد. اين مجرا غالباً از فولادي با ناخالص‌هاي پايين كه به طور روزمره در صنايع كروميك و فلزسازي استفاده مي‌شود ساخته مي‌شوند. به هر حال يكي از نكات مهم و حياتي كه در رابطه با اين مجرا وجود دارد اين است كه اين مجرا بتواند هزاران چرخة فشار را در طول سال براي تيمار مواد غذايي تحمل كند.

اين حجم بالاي عمليات تحت فشار قرار گرفتن و برداشتن فشار در مجرا باعث افزايش فرسودگي فلز و كاهش عمر دستگاه مي‌شود، بنابراين آلياژي كه مجرا از آن ساخته مي‌شود بايد در برابر خوردگي و اجزاي شيميايي مواد غذايي يا هر گونه پاك كننده‌اي كه براي تميز كردن كردن مجرا به كار مي‌رود مقاومت داشته باشد.
Pressurizing systems2.1.2

2 مدل از سيستمهاي توليد فشار در صنعت استفاده مي‌شود كه indirect, Direct ناميده مي‌شوند. در سيستم indirect ماده واسطه كه براي اعمال فشار به كار گرفته مي‌شود (براي مثال آب) به وسيله يك تشديد كننده (intesiline) وارد مجرا مي‌شود. همانگونه كه به شكل شماره 2 نشان داده شده است. Intesifire يك پمپ توليد فشار بالا مي‌باشد كه براي توليد فشار به ميزان مورد نياز در سيستم به كار مي‌رود.

در اين سيستم Intesifire خارج از مجراي فشار و جدا از آن است كه براي انتقال ماده واسطه به داخل مجراي فشار نياز به لوله‌هاي اختصاص و مناسب است.

در سيستم Intesifire موتور توليد كننده فشار داخل خود مجرا قرار دارد (شكل b3) در اين سيستم موتور توليد فشار و مجراي فشار هر دو در درون يك واحد قرار گرفته‌اند و اندازه مجرا تقريباً بزرگ است . فشار در اين سيستم به وسيله يك پيستون به محصول منتقل مي‌شود همچنين اين سيستم نياز به يك درزگيري بسيار دقيق دارد تا درمقابل حركات پيستون بدون كوچكترين ضعف مقاومت كند. اين نكته تنها محدوديت اين سيستم است.

در روش wet bag configura كه بيشتر در مورد مواد غذايي جاور مناسب ابتدا يك قالب در بيرون از مجراي فشار از مواد غذايي پر مي‌شود، پس اين قالب درون مجراي فشاري كه از ماده واسطه فشاري پر شده است قرار مي‌گيرد و با استفاده از فشار ايزواستاتيك سرد و آب به عنوان ماده واسطه موادغذايي تحت فشار قرار مي‌گيرند.

در روش Configuration dry bag قالب درون خود مجرا قرار دارد، مواد غذايي داخل قالب ريخته مي‌شوند و قالب به وسيله elastomer جدا از ماده واسطه فشاري قرار مي‌گيرد.

در HPP گاز بي‌اثر و آب معمول‌ترين مواد انتقالي فشار هستند. با توجه به تراكم‌پذيري كم آب در مقايسه با گاز در اغلب موارد از آب به عنوان ماده واسطه استقاده مي‎شود. وقتي كه فشار در دماي از 0 تا 4000 افزايش مي‌يابند كاهش حجم آب 5% است. اين كاهش حجم در مقايسه با گاز بي‌اثر بسيار زياد حجم گاز مي‌تواند خطرناك باشد آب به گاز بي‌اثر ترجيح داده مي‌شود. ناچيز است و به علت اينكه تراكم بالا و كاهش از 0 تا 4000 افزايش مي‌يابد كاهش حجم آب 5% است. اين كاهش جحم در مقايسه با گاز بي‌اثر بسيار زياد حجم گاز مي‌تواند خطرناك باشد آب به گاز بي‌اثر ترجيح داده مي‌شود.

هنگامي كه از آب به عنوان ماده واسطه استفاده مي‌شود، آب فشاري يكنواخت و آني به تمام نقاط ماده غذايي وارد مي‌كند. گاهي نيز قطرات روغن به داخل آب به منظور روان‌سازي و همين مانعي در برابر زنگ زدگي فلز مجرا به داخل مجرا اضافه مي‌شود.

يك مدل ساده از فرآيندهاي كه در طول HPP انجام مي‌شود در شكل 4 نشان داده شده است.
3 مثالهايي از مقياس صنعتي استفاده از HPP .

تجهيزات HPP كه به سيستم ABB ساخته ميِوند به طور گسترده در كارخانجات توليد الماس مصنوعي، ورقه‌هاي فلز و استخراج فلز استفاده مي‌‌شوند.

تجهيزاتي كه به طور خاص در صنايع غذايي كاربرد داشته باشند دستگاهاي QUINTUS هستند. در اين سيتم مجراي فشار با استفاده از يك فنر از جنس فولاد پيش فشار داده مي‎شود كه اين فشار دستگاههاي حتي در مرحله اصلي فشار نيز ادامه دارد. يك آستر قابل تعويض نيز براي اطمينان بيشتر د اخل سيلندر قرار مي‌گيرد و يك قالب فنري كه به دور فنر پيش فشار پيچ خورده است براي اطمينان بيشتر از ثابت نگهداري درهاي بالا و پايين دستگاه است. فشار به وسيله يك پمپ خارجي يا داخل اعمال مي‎شود.

مثالهايي از مقياس آزمايشگاهي استفاده HPP يك دستگاه فشار فوق‌ بالاي آزمايشگاهي كه توسط كمپاني Flow ساخته شده است در شكل شماره 8 نشان داده شده است.

اين دستگاه براي مواد غذايي كه قابليت پمپ شدن دارند طراحي شده است . مواد غذايي داخل مجراي فشار پمپ مي‌شوند وسپس فشار براي يك دوره زماني مورد نظر بر روي موادغذايي اعمال و سپس با استفاده از يك سيستم كامپيوتري از دستگاه خارج و داخل بسته‌بندي مورد نظر پر مي‌شود. دستگاه فوق مي‌توانند. شامل چندين مجراي فشار براي به دست آوردن حداكثر راندمان و سرعت بالا در توليد باشد.
ملاحظات تجاري در استفاده از HPP:

برخي از نيازهاي كه براي ايجاد يك شرايط مناسب در استفاده از HPP مؤثر هستند به شرح زير است.

·داشتن يك چرخه زماني كوتاه براي غير فعال سازي MO ها و آنزيم‌ها.

·هنگام كار كردن بي‌خطر باشد.

·به آساني پاك شود

·كنترل فرايند دقيق و قابل اطمينان باشد.

·هزينه عمليات و سرمايه‌گذاري پايين باشد.

استفاده تجاري از HPP در سال 1922 در ژاپن آغاز شد، هنگامي كه شركت ژاپني (Meidiya food) مرباجات خود را كه با اين روش تيمار شده بود به بازار عرضه كرد.

اين محصولات به خوبي از طرف مصرف‌كنندگان مورد قبول واقع شدند و از آن به بعد محصولاتي كه به اين روش تيمار شده بودندمانند آب ميوه‌جات ، بستي، شراب برنج تصفيه نشده ژاپني و كيك‌هاي برنجي حاوي سبزي مانند Yomogimochi وارد بازار شدند.

اين موفقيت تجاري در زمينه استفاده از HPP باعث ترغيب بيشتر محققان براي مطالعه روي HPP شد به گونه‌اي كه هم اكنون بيش از 70 شركت تجاري و تحقيقاتي در ژاپن در حال مطالعه روي اين روش هستند و دست آمدها و توليداتي در مقياس صنعتي و آزمايشگاهي داشتند.

اين موفقيت تجاري در زمينه استفاده از HPP بر روي اجزاي تشكيل دهنده مواد غذايي مانند آنزيم‌هاي ليپيدها و …. و مواد آلوده كننده مواد غذايي از جمله MO هاي فاسد‌كنده مواد غذايي، پاتوژن‌هاي مواد غذايي به چاپ رسيده است

انواع مختلفي از مواد غذايي نيزمانند آب ميوه‌جات . مرباجات سبزي‌جات، شير، ماست، ماهي گوشت گاو و خوك در معرض آزمايشات HPP قرار گرفته اند.

در مقايسه با فرآيندهاي حرارتي كه براي نگهداري طولاني مدت مواد غذايي انجام مي‌شود، HPP پيوندهاي كوالان مواد غذايي را نمي‌‌شكند در نتيجه باعث حفظ طعم و مزه طبيعي مواد غذايي مي‌شود. تأثير مهم HPP در كنتيك آنزيم‌ها و واكنش‌هاي شيميايي مانند مايلارد و اكسيداسيون ليپيدها در حال جريان است.

اغلب تحقيقات مبين اين مطلب بودند كه HPP در فشار بالا Mpa 400 سودمند است. سلول باكتري‌هاي سبزيجات در فشاري در حدود 400 تا 600 Mpa نابوده مي‌شوند. ديواره سلولي اين ميكرارگانيسم‌ها در اين فشار آسيب مي‌بينند و ديگر توانايي ترميم آنرا ندارند، در نتيجه اين آسيب ديواره سلولي انتقال آب و يونها به داخل سلول بدون كنترل سلول انجام مي‌شود و اين انتقال به داخل سلول باعث متلاشي شدن سلول مي‌شود. البته اين امكان وجود دارد كه در شرايط مناسب سلولها بتوانند خود را ترميم كنند.

براي غيرفعال كردن اسپورها فشاري بالاي Mpa 800 لازم است، اعمال فشاري در حدود Mpa 408 در مدت 12 دقيقه براي از بين بردن log 6 از ميكروارگانيسم‌هاي آب سيب از قبيل مخرمها و Ecoli كافي است.

مواد غذايي را مي‌توان به شكل باز و فله‌اي يا بسته‌بندي شده در معرض HPP قرار داد.سودمندي و مضرات اين دو روش در مقالات بسياري مورد بحث قرار گرفته است. هنگامي كه مواد غذايي را ابتدا بسته‌بندي كنيم و سپس پاستوريزه نماييم ديگر نگراني از آلوده شدن مواد غذايي در مراحل بعدي پروسه توليد نداريم. عمده موداي كه در بسته‌بندي مواد غذايي در اين سيستم استفاده مي‌شود اتيلن رينيل الكل كوپلي مر (EVOH) و پلي وينيل الكل (PVOH) است.

يك فن آوري جالبي كه در مورد HPP به كار گرفته شده تحت فشار قرار دادن مواد غذايي در زير دماي انجماد بدون منجمد شدن مواد غذايي است. دماي انجمادآب با افزايش فشار كاهش مي‌يابد بنابراين اگر ماده‌اي تحت فشار حتي در زير دماي انجماد خود قرار گيرد در فاز غيرمنجمد قرا ردارد. اين روش باعث حداقل آسيب كريستالهاي يخ به ماده غذايي مي‌شود.

با توجه به سرعت بالاي انتقال فشار در HPP به ماده غذايي، شكل هندسي و اندازة قطعات ماده غذايي كه بايد تيمار شوند در مقايسه با روشهاي حرارتي يك مساله بحراني (critical) نيست. در سيستم HPP مساله كاهش اندازه موادغذايي با توجه به اينكه هر چه ماده غذايي كوچكتر شدت از دست دادن مواد مغذي و ميزان آلودگي محيطي بيشتر مي‌شود بر طرف شده است.