مقاله بررسی فرآیند فشار بالا در تهیه مواد غذائی

مقاله بررسی فرآیند فشار بالا در تهیه مواد غذائی مقاله بررسی فرآیند فشار بالا در تهیه مواد غذائی در 14 صفحه ورد قابل ویرایش

دسته بندی	سایر رشته ها
فرمت فایل	doc
حجم فایل	22 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	14

مقاله بررسی فرآیند فشار بالا  در تهیه مواد غذائی در 14 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه

مصرف کنندگان مواد غذایی همیشه خواستار غذایی با طعم طبیعی و تازه  به همراه مواد مغذی و ویتامینهای آن غذا بوده‌اند و این مطالب محقق نمی‌شود مگر با تکیه بر ابداع روشها و فن‌آوری‌های جددی در عرصه تولید مواد غذایی.

تولیدات صنعتی از جمله محصولات فریز شده، خشک شده و کنسر شده تکیه به دو روش‌کلی برای تیمار محصولات غذایی دارند. این دو روش عبارتند از حرارت دادن و سرما دادن، اگر چه این روشها متضمن تولید محصولی با ضریب میکروبی  پایین هستند، اما باعث تنزل خواص کیفیتی و حسی آنها می‌شوند.

رنگ: مزه و بافت مواد غذایی که با حرارت فرآوری شده اند ممکن است به طور غیرقابل برگشتی تغییر کند. برای اصلاح این نقیصه تحقیقات بسیاری در مقیاس صنعتی و آزمایشگاهی انجام گرفته است تا روشهای ابداع کنند که در آنها از حرارت یا سرما برای تیمار محصولات استفاده نشده باشد.

در طول دو دهه گذشته مقالات بسیاری در شرح این تحقیقات به چاپ رسیده‌است و از آنجایی که در این روشها حرارت اعمال نمی‌ شود و یا اگر وجود داشته باشد بسیار کم است، این روشها را روشهای بدون حرارت  (non- thermal preservation) می‌نامند که مهمترین آنها شامل High pressure processing ، استفاده از pulsed- electric filds و pulsed- light است.

این مقاله سعی درمعرفی pressure processing  high دارد.
pressure processing  High:

در روش HPP، مواد غذایی را در معرض فشاری که 9000 بار بیشتر از فشار اتمسفر است قرار می‌دهند. این فشار به طور یکنواخت به تمام نقاط مواد غذایی اعمال می‌شود که شدت آن بستگی به حجم و مدت زمان تیمار کردن دارد.

استفاده از HPP نه تنها در صنعت غذا بلکه به طور عمومی و گسترده در صنایع تولیدات صنعتی از جمله سفال سازی، تولید الماس مصنوعی، فلزات مخصوص و تولید فلزات ورقه‌ای به کار می‌رود. فشار ایزواستاتیک بالا به طور روزمره در کارخانجات تولید مواد پلی مری مانند سنتز پلی اتیلن با چگالی پاینی و دو راکتورهای شیمیایی برای تولید کریستالهای کوله تز استفاده می‌شود.

اگر چه استفاده از HPP در صنعت غذا از ابتدای دهه 90 میلادی آغاز شد اما اثر این عملیات در نابودکنندگی میکروبها بیشتر از 1 قرن برای ما شناخته شده بود.

در سال 1899 در یکی از اولین تحقیقات از HPP در صنایع غذایی استفاده شد که در آن از فشاری در حدود 5000 تا 7000  برای کاهش بار میکروبی گوشت و شیر استفاده کردند. این تحقیقات نشان داد که با قرار دادن شیر در فشاری در حدود
 6800 میتوان 5 تا 6 چرخه لگاریتمی از بار میکروبی شیرکاست. همچنین مشاهده شده با قرار دادن گوشت در فشار  5400 ، shelf life آن را افزایش می‌یابد.

در اوایل قرن 20 تأثیر فشار بالا ( 6000) در لخته شدن آلبومین تخم مرغ مشاهده شد. تحقیقات دیگری نیز بر افزایش  Shelflihe میوه‌های که با فشار بالا تیمار شده‌ بودند تأکید داشت. این تحقیقات اولیه نشان داد که اعمال فشار بالا تأثیری همانند حرارت بالا  بر روی پروتئین‌ها و بار میکروبی مواد غذایی دارد.
2- تجهیزات:

اجزای سیستم HPP شامل مجرای فشار، سیستم تولید فشار و تجهیزات جانبی آن است.
2.1 مجرای فشار:

مجرای فشار که کلیدی‌ترین قسمت این دستگاه است در واقع مکانیسمی که در آن مواد غذایی یا هر گونه محصولی درآنجا تحت تأثیر فشار بالا قرار می‌گیرد. این مجرا غالباً از فولادی با ناخالص‌های پایین که به طور روزمره در صنایع کرومیک و فلزسازی استفاده می‌شود ساخته می‌شوند. به هر حال یکی از نکات مهم و حیاتی که در رابطه با این مجرا وجود دارد این است که این مجرا بتواند هزاران چرخة فشار را در طول سال برای تیمار مواد غذایی تحمل کند.

این حجم بالای عملیات تحت فشار قرار گرفتن و برداشتن فشار در مجرا باعث افزایش فرسودگی فلز و کاهش عمر دستگاه می‌شود، بنابراین آلیاژی که مجرا از آن ساخته می‌شود باید در برابر خوردگی و اجزای شیمیایی مواد غذایی یا هر گونه پاک کننده‌ای که برای تمیز کردن کردن مجرا به کار می‌رود مقاومت داشته باشد.
Pressurizing systems2.1.2

2 مدل از سیستمهای تولید فشار در صنعت استفاده می‌شود که indirect, Direct نامیده می‌شوند. در سیستم indirect ماده واسطه که برای اعمال فشار به کار گرفته می‌شود (برای مثال آب) به وسیله یک تشدید کننده (intesiline) وارد مجرا می‌شود. همانگونه که به شکل شماره 2 نشان داده شده است. Intesifire یک پمپ تولید فشار بالا می‌باشد که برای تولید فشار به میزان مورد نیاز در سیستم به کار می‌رود.

در این سیستم Intesifire خارج از مجرای فشار و جدا از آن است که برای انتقال ماده واسطه به داخل مجرای فشار نیاز به لوله‌های اختصاص و مناسب است.

در سیستم Intesifire موتور تولید کننده فشار داخل خود مجرا قرار دارد (شکل b3) در این سیستم موتور تولید فشار و مجرای فشار هر دو در درون یک واحد قرار گرفته‌اند و اندازه مجرا تقریباً بزرگ است . فشار در این سیستم به وسیله یک پیستون به محصول منتقل می‌شود همچنین این سیستم نیاز به یک درزگیری بسیار دقیق دارد تا درمقابل حرکات پیستون بدون کوچکترین ضعف مقاومت کند. این نکته تنها محدودیت این سیستم است.

در روش wet bag configura که بیشتر در مورد مواد غذایی جاور مناسب ابتدا یک قالب در بیرون از مجرای فشار از مواد غذایی پر می‌شود، پس این قالب درون مجرای فشاری که از ماده واسطه  فشاری پر شده است قرار می‌گیرد و با استفاده از فشار ایزواستاتیک سرد و آب به عنوان ماده واسطه موادغذایی تحت فشار قرار می‌گیرند.

در روش Configuration dry bag  قالب درون خود مجرا قرار دارد، مواد غذایی داخل قالب ریخته می‌شوند و قالب به وسیله elastomer جدا از ماده واسطه فشاری قرار می‌گیرد.

در HPP گاز بی‌اثر و آب معمول‌ترین مواد انتقالی فشار هستند. با توجه به تراکم‌پذیری کم آب در مقایسه با گاز در اغلب موارد از آب به عنوان ماده واسطه استقاده می‎شود. وقتی که فشار در دمای    از 0 تا 4000  افزایش می‌یابند کاهش حجم آب 5% است. این کاهش حجم در مقایسه با گاز بی‌اثر بسیار زیاد حجم گاز می‌تواند خطرناک باشد آب به گاز بی‌اثر ترجیح داده می‌شود.  ناچیز است و به علت اینکه تراکم بالا و کاهش از 0 تا 4000  افزایش می‌یابد کاهش حجم آب 5% است. این کاهش جحم در مقایسه با گاز بی‌اثر بسیار زیاد حجم گاز می‌تواند خطرناک باشد آب به گاز بی‌اثر ترجیح داده می‌شود.

هنگامی که از آب به عنوان ماده واسطه استفاده می‌شود، آب فشاری یکنواخت و آنی به تمام نقاط ماده غذایی وارد می‌کند. گاهی نیز قطرات روغن به داخل آب به منظور روان‌سازی و همین مانعی در برابر زنگ زدگی  فلز مجرا به داخل مجرا اضافه می‌شود.

یک مدل ساده از فرآیندهای که در طول HPP انجام می‌شود در شکل 4 نشان داده شده است.
3 مثالهایی از مقیاس صنعتی استفاده از HPP .

تجهیزات HPP که به سیستم ABB ساخته میِوند به طور گسترده در کارخانجات تولید الماس مصنوعی، ورقه‌های فلز و استخراج فلز استفاده می‌‌شوند.

تجهیزاتی که به طور خاص  در صنایع غذایی کاربرد داشته باشند دستگاهای QUINTUS هستند. در این سیتم مجرای فشار با استفاده از یک فنر از جنس فولاد پیش فشار داده می‎شود که این فشار دستگاههای حتی در مرحله اصلی فشار نیز ادامه دارد. یک آستر قابل تعویض نیز برای اطمینان بیشتر د اخل سیلندر قرار می‌گیرد و یک قالب فنری که به دور فنر پیش فشار پیچ خورده است برای اطمینان بیشتر از ثابت نگهداری درهای بالا و پایین دستگاه است. فشار به وسیله یک پمپ خارجی یا داخل اعمال می‎شود.

مثالهایی از مقیاس آزمایشگاهی استفاده HPP یک دستگاه فشار فوق‌ بالای آزمایشگاهی که توسط کمپانی Flow ساخته شده است در شکل شماره 8 نشان داده شده است.

این دستگاه برای مواد غذایی که قابلیت پمپ شدن دارند طراحی شده است . مواد غذایی داخل مجرای فشار پمپ می‌شوند وسپس فشار برای یک دوره زمانی مورد نظر بر روی موادغذایی اعمال و سپس با استفاده از یک سیستم کامپیوتری از دستگاه خارج و داخل بسته‌بندی مورد نظر پر می‌شود. دستگاه فوق می‌توانند. شامل چندین مجرای فشار برای به دست آوردن حداکثر راندمان و سرعت بالا در تولید باشد.
ملاحظات تجاری در استفاده از HPP:

برخی از نیازهای که برای ایجاد یک شرایط مناسب در استفاده از HPP  مؤثر هستند به شرح زیر است.

       ·داشتن یک چرخه زمانی کوتاه برای غیر فعال سازی MO ها و آنزیم‌ها.

       ·هنگام کار کردن بی‌خطر باشد.

       ·به آسانی پاک شود

       ·کنترل فرایند دقیق و قابل اطمینان باشد.

       ·هزینه عملیات و سرمایه‌گذاری پایین باشد.

استفاده تجاری از HPP در سال 1922 در ژاپن آغاز شد، هنگامی که شرکت ژاپنی (Meidiya food) مرباجات خود را که با این روش تیمار شده بود به بازار عرضه کرد.

این محصولات به خوبی از طرف مصرف‌کنندگان مورد قبول واقع شدند و از آن به بعد محصولاتی که به این روش تیمار شده بودندمانند آب میوه‌جات ، بستی، شراب برنج تصفیه نشده ژاپنی و کیک‌های برنجی حاوی سبزی مانند Yomogimochi وارد بازار شدند.

این موفقیت تجاری در زمینه استفاده از HPP باعث ترغیب بیشتر محققان برای مطالعه روی HPP شد به گونه‌ای که هم اکنون بیش از 70 شرکت تجاری و تحقیقاتی در ژاپن در حال مطالعه روی این روش هستند و دست آمدها و تولیداتی در مقیاس صنعتی و آزمایشگاهی داشتند.

این موفقیت تجاری در زمینه استفاده از HPP  بر روی اجزای تشکیل دهنده مواد غذایی مانند آنزیم‌های لیپیدها و …. و مواد آلوده کننده مواد غذایی از جمله MO های فاسد‌کنده مواد غذایی، پاتوژن‌های مواد غذایی به چاپ رسیده است

انواع مختلفی از مواد غذایی نیزمانند آب میوه‌جات . مرباجات سبزی‌جات، شیر، ماست، ماهی گوشت گاو و خوک در معرض آزمایشات HPP قرار گرفته اند.

در مقایسه با فرآیندهای حرارتی که برای نگهداری طولانی مدت مواد غذایی انجام می‌شود، HPP پیوندهای کوالان مواد غذایی را نمی‌‌شکند در نتیجه باعث حفظ طعم و مزه طبیعی مواد غذایی می‌شود. تأثیر مهم HPP در کنتیک آنزیم‌ها و واکنش‌های شیمیایی مانند مایلارد و اکسیداسیون لیپیدها در حال جریان است.

اغلب تحقیقات مبین این مطلب بودند که HPP در فشار بالا Mpa 400 سودمند است. سلول باکتری‌های سبزیجات در فشاری در حدود 400 تا 600 Mpa نابوده می‌شوند. دیواره سلولی این میکرارگانیسم‌ها در این فشار آسیب می‌بینند و دیگر توانایی ترمیم آنرا ندارند، در نتیجه این آسیب دیواره سلولی انتقال آب و یونها به داخل سلول بدون کنترل سلول انجام می‌شود و این انتقال به داخل سلول باعث متلاشی شدن سلول می‌شود. البته این امکان وجود دارد که در شرایط مناسب سلولها بتوانند خود را ترمیم کنند.

برای غیرفعال کردن اسپورها فشاری بالای Mpa 800 لازم است، اعمال فشاری در حدود Mpa 408 در مدت 12 دقیقه برای از بین بردن log 6  از میکروارگانیسم‌های آب سیب از قبیل مخرمها و Ecoli کافی است.

مواد غذایی را می‌توان به شکل باز و فله‌ای یا بسته‌بندی شده در  معرض HPP قرار داد.سودمندی و مضرات این دو روش در مقالات بسیاری مورد بحث قرار گرفته است. هنگامی  که مواد غذایی را ابتدا بسته‌بندی کنیم و سپس پاستوریزه نماییم دیگر نگرانی از آلوده شدن مواد غذایی در مراحل بعدی پروسه تولید نداریم. عمده مودای که در بسته‌بندی مواد غذایی در این سیستم استفاده می‌شود اتیلن رینیل الکل کوپلی مر (EVOH) و پلی وینیل الکل (PVOH) است.

یک فن آوری جالبی که در مورد HPP به کار گرفته شده تحت فشار قرار دادن مواد غذایی در زیر دمای انجماد بدون منجمد شدن مواد غذایی است. دمای انجمادآب با افزایش فشار کاهش می‌یابد بنابراین اگر ماده‌ای تحت فشار حتی در زیر دمای انجماد خود قرار گیرد در فاز غیرمنجمد قرا ردارد. این روش باعث حداقل آسیب کریستالهای یخ به ماده غذایی می‌شود.

با توجه به سرعت بالای انتقال فشار در HPP به ماده غذایی، شکل هندسی و اندازة قطعات ماده غذایی که باید تیمار شوند در مقایسه با روشهای حرارتی یک مساله بحرانی (critical) نیست. در سیستم HPP مساله کاهش اندازه موادغذایی با توجه به اینکه هر چه ماده غذایی  کوچکتر شدت از دست دادن مواد مغذی و میزان آلودگی محیطی بیشتر می‌شود بر طرف شده است.