مقاله فرایند فشار بالا در تهیه مواد غذایی

دانلود مقاله فرایند فشار بالا در تهیه مواد غذایی

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 ۹۰۰۰ 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 ۹۰ میلادی آغاز شد اما اثر این عملیات در نابودکنندگی میکروبها بیشتر از ۱ قرن برای ما شناخته شده بود.
در سال ۱۸۹۹ در یکی از اولین تحقیقات از HPP در صنایع غذایی استفاده شد که در آن از فشاری در حدود ۵۰۰۰ تا ۷۰۰۰ برای کاهش بار میکروبی گوشت و شیر استفاده کردند. این تحقیقات نشان داد که با قرار دادن شیر در فشاری در حدود
۶۸۰۰ میتوان ۵ تا ۶ چرخه لگاریتمی از بار میکروبی شیرکاست. همچنین مشاهده شده با قرار دادن گوشت در فشار ۵۴۰۰ ، shelf life آن را افزایش می‌یابد.
در اوایل قرن ۲۰ تأثیر فشار بالا ( ۶۰۰۰) 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.
۲- تجهیزات:
اجزای سیستم HPP شامل مجرای فشار، سیستم تولید فشار و تجهیزات جانبی آن است.
۲٫۱ 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 چرخه 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
۲ 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 ۲ 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 ۰ تا ۴۰۰۰ افزایش می‌یابند کاهش حجم آب ۵% 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 ۰ تا ۴۰۰۰ افزایش می‌یابد کاهش حجم آب ۵% 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 ۴ نشان داده شده است.

زمان لازم برای تحت فشار قرار دادن ماده غذایی بستگی به قابلیت تراکم‌پذیری ماده واسطه و خواص و حجم مواد غذایی دارد. از آنجائیکه که هوا نسبت به آن به طور قابل ملاحظه‌ای تراکم‌پذیری بیشتری دارد حضور هوا داخل مواد غذایی زمان تحت فشار قرار گرفتن را افرایش می‌دهد.
پس از شروع تحت فشار قرار گرفتن ماده غذایی فشار تا چند دقیقه وتازمنی مورد نظر است ادامه می‌یابد و به محض کامل شدن تیمار فشار از روی مواد غذایی به سرعت برداشته می‌شود.

۲٫۲٫۱ Bateh روش ناپیوسته: روش Batch در HPP مزایای دارد که شامل:
۱- در این روش مواد غذایی مختلفی بدون احتمال انتقال آلودگی از ماده‌ای به ماده‌دگیر قابل انجام است.
۲- نیازی به پاک کردن دستگاه بین دو مرحله نیست.
۳- تجهیزات دستگاه نسبتاً ساده است.
۴- خطری در این مورد وجود ندارد که مقداری زیادی از مواد غذایی ما بر اثر نادرست عمل کردن دستگاه از بین برود.
چندین سیستم Bntch در کنار هم برای افزایش راندمان و کاهش زمان تولید حجم زیادی از محصول به کار گرفته می‌شود و از آنجاییکه تنها عیب سیستم Batch راندمان پایین است و این مسأله نیز با به کار گرفتن چندین دستگاه در کنار هم حل شده است امروزه بیشتر از روش Bntch در صنایع استفاده می‌شود.
این عملیات متناوب باعث کاهش عمر تجهیزات و خوردگی فلزات می‌شود همچنین برای تولید فشار بالای ۴۰۰۰ نیاز به دستگاههای با وزن زیاد در نتیجه قیمت زیاد داریم که این نیز از مسائل نگران‌کننده در HPP است.
۲٫۲٫۲ روش تیمار نیمه پیوسته:
دست‌آورد دیگری که در استفاده از HPP در تولیدات مواد غذایی به دست آمده استفاده از روش نیمه پیوسته در تیمار مواد غذایی مایع است. این سیستم شامل چندین مجرای فشار است که به دنبال یکدیگر قرار دارند و جریانی پیوسته را ایجاد می‌کنند.
همانگونه که در شکل ۵ نشان داده می‌شود هنگامی که یکی از مجراها تحت فشار قرار دارد مجرای دیگر در مرحله برداشتن فشار از روی مواد غذایی است از این روش در صورت تجاری در کمپانی‌هایی مانند واکایاما در ژاپن برای فرآوری نارنگی استفاده می‌شود. در این سیستم سه مجرای فشار هر کدام به ظرفیت ۵۰ لیتر تحت عمل قرار می‌گیرند تا تولیدی با سرعت ۴۰۰۰ لیتر در ساعت داشته باشند.
سیستم دیگری که به نام ACB شناخته می‌شود دارای یک محفظه با حجم ۴ لیتر است و تیمار تحت فشار قرار دادن تا بالاترین فشار تا MP 400 انجام می‌شود. در این سیستم از دستگاههایی برای کنترل عملیات و تنظیم مقدار فشار، تنظیم حرارت دستگاه و …. استفاده می‌‌شود.
کاهش هزینه در سیستم نیمه پیوسته برای تولید ۵۰۰ لیتر محصول در ساعت ۲۷% بیشتر نسبت به سیستم ناپیوسته است.
نوع دیگری از سیستم HPP شامل لوله های از جنس فولاد ضد زنگ و به طول ۵ متر است که شکلی پیچ خورده دارند و تا mpa 700 فشار را تحمل می‌کنند. یک پمپ هیدرولیک مایع مورد نظر را داخل این لوله‌ها تزریق می‌کند و مایع در یک سیستم بسته تحت فشار قرار می‌گیرد، این سیستم بدون یک حمام آب قرار دارد که دمای آن از ۵۰ تا قابل تغییر است در نهایت با باز کردن شیر تخلیه محصول از لوله‌ها خارج و وارد مرحله بعدی تولید می‌شود.
سایر نوآوری‌ها در طراحی سیستم‌های پرفشار استفاده از ضربانهای پرفشار است. مجرای فشار در این سیستم شبیه به مجراهای است که در سیستم isoestatic Cold استفاده می‌شود.
خصوصیت بر مبتدای که در این سیستم وجود دارد یک دستگاه کاهش فشار Air-driven است که ما را قادر به تغییر ناگهانی در فشار سیستم می‌نماید، به علاوه یک شیر فشار شکن به مجرای فشار اضافه شده‌ اشت که برای خارج کردن آب تحت فشار قرار گرفته مفید است با وجود این شیر فشار شکن امکان ایجاد این ضربانها میسر می‌شود.
محققان توانسته‌اند بر فشاری معادل mpa بستگی به ۵۰۰ در ۱۰ ثانیه به دست آورند که با افزایش دما زمان تحت فشار قرار دادن کمتر خواهد شد. هزینه استفاده از HPP بستگی به جمع هزینه‌های تولید فشار با زمان نگهداری تحت فشار به دمایی که فشار باید در آن اعمل شود بستگی دارد. بنابراین این متغیرها باید به دقت انتخاب شوند.
هزینه فرایند در یک دستگاه بزرگ پایین‌تر از هزینه فرآیند که چندین دستگاه کوچکتر است که به همسان یکدیگر استفاده می‌شوند. علت کاهش هزینه می‌تواند به این خطر باشد که هزینه ساخت یک دستگاه بزرگ از جمع هزینه‌های چندین دستگاه کوچکتر کتر است.
۲٫۳ 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.

فهرست مطالب
مقدمه
pressure processing High:
۲- تجهیزات:
۲٫۱ مجرای فشار:
Pressurizing systems2.1.2 3
۲٫۲٫۱ Bateh روش ناپیوسته: روش Batch در HPP مزایای دارد که شامل:
۲٫۲٫۲ روش تیمار نیمه پیوسته:
۲٫۳ مثالهایی از مقیاس صنعتی استفاده از HPP
ملاحظات تجاری در استفاده از HPP:
کنتیک میکروبی در غیر فعال سازی توسط روشهای غیرحرارتی:
۱ High pressure processing 12
مکانیسم غیر فعال‌سازی توسط HPP :