دانلود تحقیق فرآوری مواد غذایی با استفاده از فشار هیدروستاتیک بالا

مقدمه

مواد غذایی را می توان با استفاده از فرآیندهای حرارتی یا غیر حرارتی نگهداری نمد. فرآیندهای حرارتی (تحت عناوین حرارت دادن و پختن )علاوه بر غیر فعال نمودن میکروارگانیسم ها، بر کیفیت مواد غذایی نیز اثر می گذارند. این در حالی است که ،رآیند های غیر حرارتی که برای غیر فعال کردن میکرو ارگانیسم های عامل فساد مورد استفاده قرار می گیرند. تاثیری بر کیفیت ماده غذایی ندارند. فناوری فشار بالا، به علت غیر فعال کردن میکروازگانیسم ها و آنزیم ها و همچنین تولید محصولاتی با کیفیت بالا اهمیت خاصی در صنایع غذایی پیدا کرده است .

در ابتدا فناوری فشار بالا در تولید انواع سرامیک ، استیل و آلیژهای خاصی مورد استفاده قرار می گرفت . در هه گذشته، فناوری استفاده از آن در صنایع غذایی نیز گسترش یافت . اثر فشار های زیاد  در غیر فعال نمودن میکروارگانیسم ها از آغاز قرن بیستم شناخته شد. در دهه گذشته نیز تلاش های زیادی در جهت امکان استفاده گسترده از این فناوری در صنایع غذایی انجام گرفت. در فشار 9000-4000 اتمسفر آنزیم ها و باکتری ها غیر فعال می شوند ، اما این فشار تاثیری بر عطر و طعم مواد غذایی ندارد. از آن جا که اثر فشار در تمام قسمت های غذا یکسان است، همه قسمت های آن به طور یکنواخت سالم سازی می شوند. این روش بر خلاف روش حرارتی وابسته به زمان و جرم نیست ، از این رو زمان لازم برای انجام فرآیند کوتاه می باشد.

سیستم های اعمال فشار ایزواستاتیک، در سه شکل سیستم های ایزواستاتیک سرد ایزواستاتیک گرم یا ایزواستاتیک داغ وجود دارند.

فشار ایزواستاتیک سرد(cip) : این روش اساسا یک فن شکل دهی است که در صنایع فلزی، سرامیک ،کربن-گرافیک و پلاستیک استفاده می شود. مواد پودر شده در داخل قالب مخصوص (الاستومتر) پر شده، تحت فشار بالا قرار می گیرند. فشار مورد استفاده در دامنه بین 600-500 اتمسفر قرار دارد. فرآیند cip به دو روش کیسه مرطوب و کیسه خشک بکار گرفته می شود. در روش کیسه مرطوب ، قالب در خارج مخرن تحت فشار پر شده و سپس در آن قرار می گیرد. در روش کیسه خشک، قالب در مخزن تحت فشار تثبیت شده است و به وسیله یک الاستومتر از ماده ناقل فشار جدا می گردد . زمان گردش کار در روش کیسه مرطوب چند دقیقه است و در روش کیسه خشک بین60-20 ثانیه می باشد.CIP مناسبترین تکنیک جهت استفاده در صنایع غذایی است .

فشار ایزواستاتیک گرم(WIP): این روش نیز یک فن شکل دهی است . فشار ایزواستاتیک در ترکیب با درجه حرارت (بین دمای محیط تا 200 درجه سانتیگراد) بکار می رود . WIP در مواقعی استفاده می وشد که یک واکنش شیمیایی در حین اعمال فشار ، صورت می گیرد.

فشار ایزواستاتیک داغ(HIP) : این روش به طور عمده در صنایع فلزی و سرامیک بکار می رود. درجه حرارت مورد استفاده 220 درجه سانتیگراد و فشار 4000-1000 اتمسفر است . ماده ناقل فشار گازی مانند آرگون، نیتروژن ، هلیم یا هوا می باشد و به طور مهمول زمان گردش کار بین 12-6 ساعت است.

اثرات بیولوژیکی فشار بالا

مطالعه اثر فشار بر موجودات زنده ، بیولوژی فشار نامیده می شود. به فشارهای بالاتر از فشار اتمسفر، فشار، بالا گفته می شود. فشار بالا تغییرات زیادی در سیستم های بیولوژیکی(مرفولوژیکی، بیوشیمیایی، ژنتیکی) ، غشای سلولس و دیواره سلولی میکروارگانیسم ها به وجود می آورد . به طور کلی باکتری های گرم منفی نسبت به باکتری های گرم مثبت در فشار های پایین تری غیر فعال می شوند.

استفاده از فشار بالا در فرآوری مواد غذایی

از فناوری فشار بالا می توان برای افزایش زمان نگهداری مواد غذایی و تغییر خواص بافتی و حسی آنها استفاده نمود.

از ،فرآوری در فشار بالا می توان برای افزایش زمان نگهداری مواد غذایی، انجادزدایی مواد غذایی منجمد و نگهداری مواد غذایی بودن استفاده از انجماد استفاده نمود. با استفاده از فشارهای مناسب ، میکرووارگانیسم ها، اسپورها و آنزیم های نامطلوب غیر فعال شده و در نتیجه زمان نگهداری مواد غذایی افزایش می یابد . بهتر است انجماد زدایی مواد غذایی منجمد به صورت یکنواحت صورت گیرد که این کار توسط فشار ایزواستاتیک بالا انجام می شود. هنگامیکه غلظت مواد جامد محلول ماده غذایی نظیر کلریدت سدیم و یا قند ها زیاد باشد انجماد زدایی در اثر فشار سریع تر صورت می گیرد.

کیفیت حسی مواد غذایی

بسته به نوع ماده غذایی اعمال فشار سبب ایجاد تغییرات حسی در آن می شود . برای مثال ساختمان داخلی گوجه فرنگی سفت می گردد، بافت فیله مرغ و ماهی مات می شود.و گوشت گوساله قبل از صلابت نعشی ترد می گردد. ار آنجا که گوشت تازه ترد نیست، باید آنرا قبل از ترد شدن به مدت 2 هفته در دمای یخچال نگهداری کرد، اما در صورت فرآوری با فشار زمان تردشدن گوشت تازه تنها 10 دقیقه خواهد بود.

طول سارکومر ماهیچه گاو که تحت فشار قرار گرفته است کوتاه تر بوده،ph و عدد وارنر براتزلر آن نیز کمتر است. تغییرات فیزیکی که در اثر فشار بالا در ماهیچه به وجود می آیند شامل از بین رفتن صفات سارکولمال، اندومیزیال، اتصالات انقباضی، از بین رفتن فضا های میو فیبریلی و بین میوفیبریلی می باشد. در اثر اعمال فشار ، گرانول های نشاسته نا پدید می شوند.میتو کندری ها ی متورم و رتیکولوم سارکوپلاسمی پدیدار می شوند و در بعضی موارد متیوکندری ها پاره می گددو واکنش متقابل بین اثرات شیمیایی و فیزیکی بر بافت ماهیچه ای ، علت اثر تردکنندگی فشار می بتشد. افزایش فعالیت آنزیم های پروتئولیتیک اندوژن ماهیچه در اثر فشار بالا نیز ممکن است در ترد شدن گوشت نقش داشته باشند. فشار بالا ساختمان نشاسته و پروتئین را تغییر می دهد .

بنابراین  برنج را می توان در مدت چند دقیقه پخت نمود.

آب گریپ فروتی که با فناوری فشار بالا تهیه شود، فاقد طعم تلخ لیمونین خواهد بود که در فرآوری متداول حرارتی وجود دارد. اگر میوه هایی نظیر هلو و گلابی به مدت 30 دقیقه در فشار 4100 اتمسفر فرآوری شده اند، حالت استریل خود را به مدت 5 سال حفظ خواهند نمود. طعم آب مرکباتی که بودن پاستوریزه شدن تحت تیمار فشار قرار گرفته اند همانند میوه تازه بوده و ویتامینC آنها حفظ می شود . همچنین ، تا 17 ماه قلبلیت نگهداری خواهند داشت .

در ژاپن از فرآوری در فشار بالا برای تهیه مربا و سس توت فرنگی و مارلاد پرتقال استفاده می شود. ظرف پلاستیکی مناسب با مخلوطی از مواد خام شامل میوه، آب میوه، شکر و مواد اسیدی پر می شود و پس از دربندی، به مدت 30-1 دقیقه تحت فشار 6000-4000 اتمسفر قرار می گیرد. برای تهیه مربای توت فرنگی از فشار 4000 اتمسفر به مدت 15 دقیقه و برای تهیه پوره ان از فشار 4000 اتمسفر به مدت 10 دقیقه استفاده می شود. مربای تهیه شده در فشار بالا برخلاف مرباهایی که به روش پخت معمولی تهیه می شوند، طعم و رنگ میوه تازه را حفظ می کنند . فشار نظیرروش های متداول نگهداری مربا، امکان نفوذ محلول قندی به داخل میوه را فراهم می کند .

در حین اعمال فشار، میوه هایی نظیر گلابی و خرمالو نرم، شفاف و شیرین می شوند.

البته، رنگ میوه ها و سبزی هایی نضیر گلابی، سیب، سیب زمینی و سیب زمینی شیرین  بعد از اعمال فشار بالا تیره می گردد. رنگ قطاعات گلابی 30 دقیقه بعد از اعمال فشار در 4000 اتمسفر به مدت 10 دقیقه و دمای25 درجه سانتیگراد تیره می شود. فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز(ppo) در میوه ها و سبزی هایی که تحت فشار فرآوری شده اند پنچبرابر میوه ها و سبزی های تازه می باشد. فعالیتppo با تکرار اعمال فشار افزایش نمیابد.

بافت سیب زمینی، سبزی های ریشه ای و سیب زمینی شیرین هنگامیکه در دمای اتاق به مدت 15 دقیقه در معرض فشار 5000 اتمسفر قرار می گیرند نرم می شوند. البته، فشار موجب تسریع قهوه ای شدن آنزیمی در سیب زومینی می گردد.

غیر فعال شدنppo بوسیله فشار به نوع محلول، میوه ویا سبزی بستگی دارد. برای مثالppo در آب یونزدایی شده، آب حاوی یون کلسیم یا آب حاوی دی اکسید یا آب حاوی اسکید کربن، در فشار 4000 اتمسفر و دمای 50 درجه سانتیگراد غیر فعال نمی شود.ppo در محلول 5/0 درصد و دمای 20 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه تحت فشار 4000 اتمسفر قرار بگیرد کاملا غیر فعال می شود.

فشار بالا ممکن است مقدار بنزآلئید میوه ها را افزایش دهد. کیفیت طعمی میوه ها در ارتباط با غلظت افزایش یافته بنزآلئید می باشد.

ژلاتینه شدن پروتئین ها

چنانچه زرده تخم مرغ در دمای 25 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه در معرض فشار 4000 اتمسفر قرار گیرد. ژل تشکیل می شود. فشار 5000 اتمسفر سفیده تخم مرغ را تا حدی منعقد و مات می کندو فشار 6000 ژلاتینه شدن کامل آن م یگردد. ژل های سفیده تخم مرغ که در اثر فشار تشکیل می شوند دارای طعم طبیعی بوده و ویتامین ها و اسیدهای آمینه آنها تخریب نمی شوند و در مقایسه با ژل های حاصل از حرارت ، آسانتر هضم می گردد. این ژل ها رنگ اولیه زرده یا سفیده را حفظ می کنند و در مقایسه با ژل های حاصل از حرارت، نرم، براق، و چسبنده هستند. چسبندگی ژل با افزایش فشار (علی رغم افزایش قدرت آن )کاهش می یابد. البته قئرت سخت ترین ژلی که در اثر فشار(5000 اتمسفر) تشکیل می شود یک ششم قدرت ژلی است که در اثر حرارت شکل می گیرد. حالت صمغی ژل ها حاصل از فشار6000و7000 اتمسفر تولید می شوند بدون اینکه شکسته شوند به راحتی تغییر شکل می یابد . پیوستگی ژل های حاصل از فشار با افزایش فشار مورد استفاده افزایش می یابد. نمودار های نیرو- تغییر شکل ژل های زرده و سفیده تخم مرغ که در اثر فشار یا  حرارت تشکیل شده اند .