نقش فرآیندهای نوین در حفظ ویتامین‌ها

یکی از اهداف تولیدکنندگان مواد غذایی توسعه و به‌کار بردن تکنولوژی‌هایی است که خصوصیات حسی و کیفی مطلوب را نگه می‌دارند یا ایجاد می‌کنند یا تغییرات نامطلوب ناشی از فرآیند را کاهش می‌دهند. استفاده از روش‌های محافظت فیزیکی (حرارت دادن، انجماد، دهیدراسیون، خشک کردن یا بسته بندی) یا شیمیایی (مانند کاهش pH یا استفاده از محافظت کننده‌های شیمیایی) همچنان ادامه دارد و پیشرفت‌های تکنولوژیکی برای بهبود بازده اثرگذاری این فرآیندها با سرعت زیاد در حال انجام است. پایه و اساس این روش‌های سنتی و معمول کاهش رشد میکروبی و ممانعت از متابولسیم برای بازداری از تغییرات شیمیایی نامطلوب در غذا است. بیش‌تر روش‌های معمول حفاظت از مواد غذایی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند تیمارهای حرارتی (پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون) می‌باشد. هر چند حرارت دادن غذا به‌طور موثری مقدار میکروارگانیسم‌ها از جمله باکتری‌های بیماریزا را کاهش می‌دهد اما چنین فرآیندهایی می توانند ماهیت طعم و مزه غذا را نیز دگرگون سازند و باعث نابودی ویتامین‌ها گردند. بنابراین تکنولوژی‌های نوینی در حال ظهورند که به پیشرفت در فراهم کردن ایمنی، غذاهایی با طعم تازه و حفظ مواد مغذی بدون استفاده از حرارت یا مواد حفاظت کننده شیمیایی کمک می‌کند. این فرآیندهای غیر حرارتی برای محافظت از غذا امروزه مورد توجه بسیاری از تولید کنندگان مواد غذایی قرار گرفته اند (هوگان و همکاران 2005).

پژوهش‌های بسیار زیادی در مورد روش‌های غیر حرارتی نگهداری موادغذایی به منظور بررسی امکان استفاده از آن‌ها به‌عنوان یک روش جایگزین و یا مکمل روش‌های مرسوم انجام شده است. به طور معمول اکثر موادغذایی به کمک حرارت با قرار گرفتن در دامنه حرارتی 60 تا 100 درجه سانتی گراد به مدت چند ثانیه تا چند دقیقه فرآوری می‌شوند. در طول زمان فرآیند حرارتی مقدار زیادی انرژی به ماده غذایی منتقل می‌‌شود. این انرژی ممکن است واکنش‌های ناخواسته‌ای در ماده غذایی به‌وجود آورد و سبب ایجاد تغییرات نامطلوب یا تشکیل ترکیبات جانبی می‌شود. به عنوان مثال شیری که به روش حرارتی فرآوری شده، ممکن است دارای طعم پختگی باشد که در کنار آن ویتامین‌ها، مواد معدنی ضروری و مواد مولد طعم از بین می‌روند. این حقیقت که علاوه بر عمر انبارمانی، کیفیت غذا نیز از نظر مصرف کننده اهمیت دارد، سبب پیدایش روش‌های غیر حرارتی نگهداری مواد غذایی شده است. به منظور حذف (یا به حداقل رساندن) عوامل کاهش دهنده کیفیت مواد غذایی که از فرایند‌های حرارتی ناشی می‌شوند، استفاده از روش‌های غیر حرارتی نگهداری مواد غذایی در حال گسترش است.

. فرآیندهای غیر‌حرارتی هم‌چون فن‌آوری فشار بالا، میدان‌های الکتریکی پالسی قوی، استفاده از اشعه و فراصوت در دهه‌های گذشته با هدف نهایی به‌کار بردن آ‌ن‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در صنعت در حال توسعه هستند. هر تکنولوژی اصول عمل خود را دارد و در زمینه‌های غذایی مختلف می‌تواند تاثیرات بسیار متفاوت و غیر قابل پیش‌بینی بگذارند. با این وجود در بین این فن‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آوری‌ها، تیمار فشار بالا و استفاده از اشعه اخیرا به‌صورت تجاری بیشتر به‌کار گرفته شده‌ اند (اولیو و همکاران 2012).

اگر چه مدت مدیدی است که از این فناوری‌ها برای غیر فعال کردن میکروارگانیسم‌ها و یا نگه‌داری مواد غذایی استفاده می‌شود، اما شناسایی آن‌ها به‌عنوان روش‌های غیر حرارتی نگهداری مواد غذایی در سال‌های اخیر صورت گرفته است (مرتضوی و همکاران، 1381).

شرایط زمان- دما در حفظ پتانسیل ترکیبات زیست فعال فرآورده‌های خام اثر زیادی دارد. گزارشات زیادی در مورد اثر زیان بار تیمارهای حرارتی روی این ترکیبات وجود دارد و تحقیقات در زمینه پیشرفت و بهینه سازی این فرآیندها در حال انجام است. واضح است که غلظت و فعالیت بیولوژیکی اغلب ترکیبات سلامت بخش به طور چشمگیری با افزایش شدت حرارتی کاهش می‌یابد. با این وجود فاکتورهای داخلی و خارجی نیز مانند اکسیژن، نور، pH و حضور آنزیم‌های ویژه، می‌توانند تغییراتی را در ترکیبات زیست فعال غذا ایجاد کنند. حساسیت هر یک از این ترکیبات برای این شرایط زمانی که هدف ارزیابی اثر فرایند است باید در نظر گرفته شود. معمولا اکثر تکنولوژی‌های غیر حرارتی روی ترکیبات زیست فعال غذایی مانند ویتامین‌ها و کارتنوئیدها نقش محافظتی را دارند. البته بسته به زمینه غذایی ممکن است نتایج متفاوتی به‌دست آید (اولیو و همکاران 2012).

هر یک از فن‌آوری‌های غیر حرارتی برحسب نوع ماده غذایی مورد فرآوری کاربردهای خاصی دارند. برای مثال فناوری فشار بالا هم در فرآوری مواد غذایی مایع و هم در فرآوری مواد غذایی جامد قابل استفاده می‌باشد. این در حالی است که میدان‌های الکتریکی پالسی اغلب برای مواد غذایی مایع و اشعه دهی برای مواد غذایی جامد مناسب هستند. همچنین اشعه را می‌توان برای برای فرآوری مواد غذایی بسته بندی شده نیز به‌کار برد و بدین ترتیب خطر آلودگی در حین بسته بندی و یا پس از فرآوری را کاهش داد. بنابراین فن‌آوری‌های غیر حرارتی برای فرآوری تمام مواد غذایی مناسب نیستند و هر یک از روش‌های غیر حرارتی مزایا و معایب خاصی را دارند.

مهم‌ترین نکته در ا‌ستفاده از فن‌آوری‌های غیرحرارتی در سطح تجاری، اثبات ایمنی استفاده از آن‌ها است. غذاهایی که به روش‌‌های غیرحرارتی یا فرآوری می‌شوند باید قبل از فروش یا مصرف با قوانین ایمنی مواد غذایی که توسط سازمان‌های نظارتی هر کشور تعیین شده‌اند مطابقت داده شوند. بنابراین توسعه یک روش فرآوری مواد غذایی که تنها مطابق با نیازهای پاستوریزاسیون یا استریلیزاسیون باشد کافی نیست، بلکه باید از بی خطر بودن فرآیند برای اواپراتور تجهیزات و مصرف کننده‌ها اطمینان حاصل شود. واضح است که به هنگام کار با سیستم‌های ولتاژ قوی و یا فشار بالا انجام کنترل‌های ایمنی ضروری است.

دمای ماده غذایی در طول فرآیند غیر حرارتی کمتر از دماهایی است که به‌طور متداول در فرآیند حرارتی استفاده می‌شوند. بنابراین کاهش کیفیتی که در نتیجه استفاده از دماهای بالا به‌وجود می‌آید، در فرآیندهای غیر حرارتی به حداقل می‌رسد. انتظار می‌رود که ویتامین‌ها در حین فرآیندهای غیر حرارتی بدون تغییر باقی مانده یا حداقل تغییرات را متحمل شوند. علاوه بر این فرآیندهای غیر حرارتی در مقایسه با فرآیندهای حرارتی به انرژی کمتری نیز نیاز دارند (مرتضوی و همکاران، 1381).

 

1-2-  فرآیند فشارهیدرواستاتیک بالا

. در جستجو برای روش‌های فرآیندی نوین، به‌خصوص برای فرآورده‌های ویژه، کاربرد فرآیند فشار بالا، پتانسیل قابل توجهی را به‌عنوان یک تکنولوژی برای تیمارهای حرارتی، برحسب اطمینان از کیفیت و توجه به ویژگی‌های کیفی در فرآورده‌های غذایی حداقل فرآیند شده است. تقاضای مصرف کننده برای فراورده‌های غذایی با فرآیند حداقل، در حال حاضر یک چالش برای فرآیند کنندگان مواد غذایی است (هوگان و همکاران 2005).

در حالی که ایمنی غذا و ماندگاری اغلب وابسته به کیفیت میکروبی است دیگر پدیده‌ها مانند واکنش آنزیمی و تغییرات ساختاری می‌توانند به‌طور معنا‌داری روی کیفیت مورد نظر مصرف کننده اثر بگذارند. فرآیندهای مرسوم حرارتی شامل شامل نفوذ حرارتی کند گسترش یافته تا مرکز (نقطه سرد) فراورده و سرد کردن بعد از آن است. این فرآیند حرارتی شامل تغییراتی در کیفیت به طور گسترده وابسته به فراورده تیمار شده و دماهای به‌کار برده شده است. این تغییرات شامل تولید بوی نامطبوع، نرمی بافت و هم چنین نابودی ویتامین‌ها و رنگ است. بر خلاف حرارت، استفاده از تیمار با فشار متوسط روی خصوصیات حسی و کیفی غذا تغییری ایجاد نمی‌کند. بنابراین این فرآیند در صنعت غذا تکنولوژی است که می‌تواند خصوصیات ایمنی تیمار شده حرارتی را ایجاد کند، در ضمن اینکه تقاضای مصرف کننده برای غذاهایی با مزه تازه‌تر را نیز حفظ می‌کند.

فرآیند فشار بالا بعضی اوقات تحت عنوان فشار هیدرواستاتیک بالا[1] یکی از فرآیندهای غیر حرارتی نسبتا جدید است که روی غذاهای جامد یا مایع ، همراه یا بدون بسته بندی، تحت فشاری بین 50 تا 1000 مگاپاسکال قرا می‌گیرند. تحقیقات گسترده‌ای دررابطه با فواید بالقوه فرآیند فشار بالا به‌عنوان یک گزینه جایگزین برای فرآیندهای حرارتی در حال انجام است. این فواید در زمینه‌های مختلف فرآیند غذا مانند غیر فعال سازی میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها، دناتوراسیون پروتئین‌های کاربردی و تغییرات ساختاری برای مواد غذایی است (هوگان و همکاران 2005).

از فشار هیدرواستاتیک بالا به منظور غیر فعال کردن میکروارگانیسم‌ها، برخی آنزیم‌ها و نیز افزایش عمر انبارمانی مواد غذایی استفاده می‌شود. در فشار بالا جوانه زدن اسپورها تشدید می‌شود ولی درجه حرارت بالا اسپورهای جوانه زده را غیر فعال می‌سازد. از کاربردهای فن‌آوری فشار بالا می‌توان به اصلاح خصوصیات بافتی و حسی موادغذایی، ترد کردن گوشت گاو قبل از جمود نعشی، ژله‌ای کردن سوریمی، تولید پوره مربا و ژله از توت فرنگی، تولید مارمالاد از پرتقال و طولانی کردن زمان نگه‌داری شیر را نام برد. یکی از مهم‌ترین مشکلات در استفاده از فن‌آوری فشار بالا، ساخت لوله‌ها و دوخت‌هایی است که تحمل فشارهای بالا در حین اعمال فشار و حذف آن را داشته باشد (مرتضوی و همکاران، 1381).

این فرآیند در صنعت غذا به دو صورت سیستم مداوم و غیر مداوم انجام می گیرد. در شکل 3-2 شمایی از فرآیند فشار بالا به صورت مداوم آورده شده است (پاترسون و همکاران، 2006).

 

شکل 3-1- شمایی از یک فرآیند مداوم فشاربالا (اقتباس از پاترسون و همکاران، 2006)

 

مطالعات در مورد اثر فشار بالا روی غذا به سال 1899 برمی‌گردد. برت هیت از یک ایستگاه تحقیقات کشاورزی در ویرجینیای غربی در ایالات متحده امریکا، واحد فشار بالا را برای پاستوریزه کردن شیر و دیگر فرآورده‌های غذایی ایجاد کرد. هیت ماشین‌هایی را تولید کرد که می‌توانستند فشار بالایی حدود 6800 اتمسفر (تقریبا 700 مگاپاسکال) تامین کنند. هیت و همکارانش پتانسیل استفاده از فشار بالا را برای رنج گسترده‌ای از غذاها و نوشیدنی‌ها و به‌کار بردن فشار برای غیر فعال کردن ویروس‌ها آزمایش نمودند. در مقایسه با تجهیزات فشار بالای امروزی، سیستم‌های نمونه‌های اولیه به‌کار برده شده به‌وسیله هیت، بسیار ساده و اولیه بودند. با پیشرفت‌های صورت گرفته آنالیز استرس و تولید مواد جدید، سیستم‌های فشار با ظرفیت بالا می‌توانند برای تیمار مطمئن فرآورده‌های غذایی حتی در فشارهای بالاتر نیز به‌کار روند.

در ابتدا فن‌آوری فشار بالا در تولید انواع سرامیک، استیل و آلیاژهای خاصی مورد استفاده قرار می‌گرفت. در دهه‌های گذشته، این فن‌آوری در صنایع غذایی نیز گسترش یافت. اثر فشارهای بالا در غیر فعال کردن میکروارگانیسم‌ها از آغاز قرن بیستم شناخته شد. در دهه‌های گذشته نیز تلاش‌های زیادی در جهت امکان استفاده گسترده از این فن‌آوری در صنایع غذایی انجام گرفت. از آن‌جا که اثر فشار در تمام قسمت‌های غذا یکسان است، همه قسمت‌های آن به‌طور یکنواخت سالم سازی می‌شوند. این روش برخلاف روش حرارتی وابسته به زمان و جرم نیست. از این رو زمان لازم برای انجام فرآیند کوتاه می‌باشد.

استفاده تجاری از فرآیند فشار بالا در حال افزایش است، فرصت‌ها و امکاناتی برای کاربردهای تازه و پیشرفت‌هایی در تولید فرآورده‌های غذایی در این زمینه وجود دارد و فشار بالا می‌تواند کاربرد مولکول‌های پروتئین‌ها و کربرهیدرات‌ها را از مسیرهایی منحصر به‌فرد تحت تاثیر قرار دهد و امکان تولید محصولات غذایی نوین را فراهم سازد. در حال حاضر تعداد محصولاتی که به‌وسیله این تیمار به‌طور تجاری تولید می‌شوند کم است. اما فرصت‌های زیادی برای گسترش تولید دامنه گسترده‌ای از فرآورده‌ها‌ با این تیمار در آینده وجود دارد.

این فناوری شامل به‌کار بردن یکنواخت فشار در سراسر یک محصول است. در صنایع غذایی از تکنیک فشار ایزواستاتیک برای اعمال فشار استفاده می‌گردد. سیستم‌های اعمال فشار ایزواستاتیک، در سه شکل سیستم‌های ایزواستاتیک سرد، ایزواستاتیک گرم یا ایزواستاتیک داغ وجود دارند (مرتضوی و همکاران، 1381).

بزرگترین مشکل تیمار فشار بالا در غذاهای جامد، استفاده از فرآیندهای غیر مداوم یا نیمه مداوم و هزینه‌های بالای لوله‌های با تحمل فشار بالااست.  این فرآیند سازگار با محیط زیست، تکنولوژی جدید با قابلیت صنعتی شدن که می‌تواند جایگزینی برای فرآیند معمول رنج گسترده‌ای از فرآورده‌های غذایی مختلف باشد. این روش ماندگاری و عمر انبار مانی را طولانی می‌کند. این در حالی است که همزمان با غیر فعال شدن میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها، کیفیت ارگانولپتیک حفظ می‌شود و مولکول‌های کوچکی مانند مولکول‌های عطر و طعم و ویتامین‌ها دست نخورده باقی می‌مانند.

این تکنولوژی مزایای بسیاردارد، به‌ویژه برای فرآورده‌های غذایی با ارزش افزوده بالا، هدف گذاری شده برای گروه رو به رشدی از مصرف کنندگان که تقاضای برای بالاترین میزان ایمنی و کیفیت در فرآورده‌های خریداری شده را دارند (هوگان و همکاران 2005).

1-2-1- تاثیر فرآیند فشار بالا در ماندگاری ویتامین‌های فرآورده‌های گیاهی

هرچند استفاده از این فرآیند در بعضی از فرآورده‌ها مانند سالادها هنوز امکان پذیر نیست اما در امریکا و اروپا یک گزینه جایگزین برای پاستوریزاسیون غذاهای آماده و سس‌ها است. فشار بالای 600 مگاپاسکال می‌تواند مخمرها، قارچ‌ها و باکتری‌های گرم مثبت (شامل پاتوژن‌ها) را غیر فعال کند، در حالی که مولکول‌های کوچک مانند ویتامین‌ها را بدون تغییر نگه‌ می‌دارد. از آنجا که سبزیجات منبعی غنی‌ از این مواد هستند، بنابراین این فرآیند به‌ویژه در این نوع مواد جهت حفظ ویتامین‌ها حایز اهمیت است (پاندرانگی و بالاسوربرامینیان، 2005)

بسیاری نویسندگان گزارش کرده‌اند که ویتامین C در فرآورده‌های تهیه شده از سبزی‌ها و میوه‌ها به‌طور معنا داری تحت تاثیر فرآیند فشار بالا قرار نمی‌گیرند.

گزارش شده است که ماندگاری آسکوربیک اسید در آب پرتقال بعد از تیمار با فشار بالا در 400 مگاپاسکال 40 درجه و مدت زمان ده دقیقه 91 درصد بوده است. اتلاف ویتامین C در نوشیدنی‌های بر پایه سبزیجات بعد از تیمار با فشار بالا (100، 200، 300 و 400 مگاپاسکال) در زمان‌های مختلف به‌کار برده شده نسبت به تیمار‌های حرارتی از مقدار اندکی تجاوز نکرده است (باربا و همکاران، 2010).

مطالعه روی آب گوجه فرنگی نشان داده است که فرآیند فشار بالا (300 تا 500 مگاپاسکال) و نگه‌داری به مدت 28 روز در دمای 4 درجه سانتی گراد می‌تواند ویتامین C را نسبت به فرآیندهای حرارتی بهتر حفظ نماید و از دست رفتن این ویتامین بعد از تیمار فشار بالا معمولا بستگی به شدت دما و زمان به‌کار برده شده در فرآیند دارد (هسو و همکاران، 2008).

مطالعات روی اثر فشار 600 مگاپاسکال در ترکیب با دماهای بالا روی ویتامین‌ها و پیگمان‌های سه نوع سبزی صورت گرفته است. بروکلی تیمار شده 600 مگاپاسکال به مدت 40 دقیقه در دمای 75 درجه سانتی گراد هیچ گونه کاهشی را در کلروفیل نوع  a وb  در مقایسه با نمونه‌های تیمار نشده نداشته است. همین‌طور گوجه فرنگی تیمار شده در ترکیب فشار 600 مگاپاسکال و دمای 85 درجه سانتی گراد به مدت 60 دقیقه در مقدار لیکوپن و کارتنوئید مشابه نمونه‌های تیمار شده در (95 درجه سانتی گراد و 60 دقیقه) بوده است. ماندگار بالای اسید آسکوربیک (82 درصد) در نمونه‌های تیمار شده نخود سبز با 900 مگاپاسکال فشار به مدت 5 تا 10 دقیقه در دمای 20 درجه سانتی گراد مشاهده شد (پاندرانگی و بالاسوربرامینیان، 2005).

اثر فشار بالا روی مقدار ویتامین C و ظرفیت آنتی اکسیدانی آن در لوبیای چشم بلبلی خام و جوانه زده در 300 و 500 مگاپاسکال به مدت 15 دقیقه در دمای اتاق مورد مطالعه قرار گرفت. مقدار قابل توجه ویتامین در لوبیای جوانه زده نسبت به دانه‌های خام یافت شد و مشخص شد که تیمار فشار بالای اندکی اصلاح شد، کاهش در مقدار ویتامین C در فشار کمتر از 500 مگاپاسکال و بعد از پاستوریزاسیون در این فشار مشخص نبوده است (دوبالدو و همکاران، 2007).

در مورد سینتیک تخریب ویتامین C در طول فرآیند فشار هیدرواستاتیک بالا نیز گزارش‌های بسیاری وجود دارد. فشار به‌تنهایی اثر معناداری را روی غلظت ویتامین C آب پرتقال ندارد. فقط هنگامی که دما بالای 60 درجه سانتی گراد است تخریب آسکوربیک اسید در طول این فرآیند مشاهده می‌شود. اثر فشار هیدرواستاتیک بالا روی کیفیت بعد از فرآیند آبمیوه نیز یک نکته مهم مورد مطالعه بوده است. ماندگاری آب میوه‌های مختلف می‌تواند با به‌کار بردن فشار هیدرو استاتیک بالا، نسبت به نمونه‌های غیر تیمار شده افزایش یابد. در مطالعه‌ای ماندگاری آب پرتقال بازسازی شده پاستوریزاسیون شده حرارتی معمول (80 درجه سانتی گراد و 3 ثانیه) و تیمار شده با فشار هیدرواستاتیک بالا (500 مگاپاسکال و 35 درجه سانتی گراد در 5 دقیقه) مورد بررسی قرار گرفت. میزان کاهش آسکوربیک اسید در طول نگه‌داری در 0 تا 15 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد. سرعت تخریب آسکوربیک اسید در آبمیوه‌های پاستوریزه شده با فشار بالا نسبت به تیمار حرارتی کمتر بود و منجر به افزایش ماندگاری نسبت به آبمیوه‌های پاستوریزه شده با روش حرارتی معمول گردید (پولیدرا و همکاران، 2003).

گزارش شده است که در بسیاری از آبمیوه‌ها، تیمار فشار بالا نسبت به تیمار معمول حرارتی باعث ماندگاری بیشتر ویتامین C شده است. آب پرتقال‌های تیمار شده با فرآیند فشار بالا (400 مگا پاسکال در 40 درجه سانتی گراد به مدت 1 دقیقه)، نسبت به آبمیوه‌های پاستوریزه شده (70 درجه سانتی گراد، 30 دقیقه) درطول نگه داری در یخچال ویتامین C را بهتر حفظ کرده اند (پلازا و همکاران، 2006).

در یک تحقیق اثر سه سطح فشار (300 و 400 و 500 مگاپاسکال) روی خصوصیات کیفی از جمله ویتامین E و C در ژل آلوئه ورا ارزیابی شد. نتایج نشان داد که فشار هیدرواستاتیک بالا تاثیر مشخصی روی مقدار این ویتامین‌ها نداشته است. بعد از 35 روز نگه‌داری در همه نمونه‌های نگه‌داری شده و تیمار شده با فشار 500 مگاپاسکال یک کاهش در مقدار این دو ویتامین مشاهده شد (گالوز و همکاران، 2011).

در مطالعه‌ای روی خصوصیات فیزیکو شیمیایی، تغذیه‌ای و میکروبی پوره یک نوع سیب تیمار شده با سیستم فشار بالا در مقیاس صنعتی و در طول سه هفته نگه‌داری آن در یخچال نشان داده شده است که دو تیمار 400 . 600 مگاپاسکالی در 5 دقیقه و دمای 20 درجه سانتی گراد و تیمار پاستوریزاسیون ملایم در 75 درجه سانتی گراد به‌مدت 10 دقیقه با ارزش پاستوریزاسیون (5/8 =7570 (P انجام گرفت و اثر آن روی مقدار کل ویتامین و اسید آسکوربیک بررسی شد. مقدار ویتامین C و آسکوربیک اسید به‌وسیله تیمار فشار بالا 400 مگاپاسکال و تیمار پاستوریزاسیون ملایم تحت تاثیر قرار نگرفتند (لندل و همکاران، 2010).

در مطالعه‌ای دیگر، به‌کار بردن فرآیند فشار بالا (400 و 600 مگاپاسکال در یک دوره 20 دقیقه) هیچ تاثیری در مقدار کارتنوئید در هویج، بروکلی و لوبیا نداشته است (گارسیا و همکاران، 2001).

همچنین آب گوجه فرنگی تیمار شده در 5 دقیقه با 500 و 800 مگاپاسکال هیچ تاثیری را در مقدار غلظت کل لیکوپن و بتاکاروتن نداشته است (باربا و همکاران، 2010).

گزارش شده است که کارتنوئید کل به‌طور جزئی تحت تاثیر فشار بالا قرار می‌گیرد. آب سبزیجات غیر فرآیند شده تولید شده از گوجه سبز، فلفل، پیاز، هویج، لیمو و روغن زیتون، مقدار بالاتری کارتنوئید کل را نسبت به نمونه‌های تیمار شده با فشار بالا دارد. راجع به پایداری کارتنوئیدها از طریق نگه‌داری آبمیوه‌های پاستوریزه شده به‌وسیله فرآیند فشار بالا در یخچال تغییرات معناداری برای حداقل 10 روز نگه‌داری در آب پرتقال تیمار شده در 100 مگاپاسکال در 60 درجه سانتی گراد به مدت 5 دقیقه گزارش شده است. این در حالی است که کاهش قابل توجهی (56/20 و 16/9 درصد) در پایان دوره نگه‌داری نمونه‌های فرآیند شده در 350 مگاپاسکال، 30 درجه سانتی گراد، در 5/2 دقیقه و 400 دقیقه، 4 درجه سانتی گراد در 1 دقیقه مشاهده شده است (پلازا و همکاران، 2011).

گزارش شده که آب پرتقال‌های تیمار شده با فشار بالا مقدار بالاتری از کارتنوئیدها را نسبت به آبمیوه‌های پاستوریزه شده حرارتی در طول نگه‌داری در دمای 4 درجه سانتی گراد نشان داده‌اند. بنابراین، ارزش ویتامین A، افزایشی بیشتر از 40 درصد ارزش نمونه‌های غیر تیمار شده نشان داده است. غیر فعال سازی آنزیم‌هایی که باعث کاهش کارتنوئیدها در طول نگه‌داری و بهبود استخراج ایجاد شده با تیمار فشار بالا دلیلی برای توضیح نتایج به‌دست آمده دیگر محققان بوده است. تغییر در غلظت کارتنوئیدها وابسته به حضور ویتامین C می‌باشد که به‌نظر می‌رسد آن‌ها را از اکسیداسیون محافظت می‌کند (د انکوس و همکاران، 2002).

 

1-2-2- تاثیر فرآیند فشار بالا در ماندگاری ویتامین‌های فرآورده‌های حیوانی

تمایل به استفاده از فشار بالا در شیر و محصولات لبنی نیز به تازگی در حال رشد است. فشار بین 300 تا 600 مگاپاسکال یک روش موثر برای غیر فعال کردن میکروارگانیسم‌ها شامل بیشتر پاتوژن‌های غذایی است. به‌علاوه برای تخریب میکروبی گزارش شده است که فشار بالا رنت یا کوآگولاسیون اسیدی شیر را بدون اثر تخریبی روی خصوصیات کیفی مهم مانند مزه و طعم و ویتامین‌ها بهبود می‌بخشد (تروجیلو و همکاران، 2002).

برخلاف تیمارهای حرارتی که پیوندهای کووالانس و غیر کووالانس را تحت تاثیر قرار می‌دهند، تیمار فشار بالا در دمای اتاق یا دماهای ملایم فقط باندهای شیمیایی ضعیف مانند پیوند هیدروژنی، پیوندهای هیدروفوبی و پیوندهای یونی را از می‌گسلد. بنابراین مولکول‌های کوچکی مانند ویتامین‌ها و اسیدهای آمینه و ترکیبات طعمی توسط این تیمار بدون تغییر باقی می‌مانند. تیمار فشار بالا در 400 مگاپاسکال به‌مدت 30 دقیقه در 25 درجه سانتی گراد و با سرعت 5/2 مگاپاسکال بر ثانیه هیچ کاهش معناداری را در ویتامین‌های B6 و B1 شیر ایجاد نکرد (تروجیلو و همکاران، 2002).

سیستم‌های مولتی ویتامین شامل سطوح مختلفی از ویتامین‌های محلول در آب مانند آسکوربیک اسید، تیامین و ویتامین B6 (پریدوکسال) و سیستم‌های غذایی (زرده تخم مرغ) شامل سطوح طبیعی از ویتامینC  در معرض فشار در رنج بین 200 تا 600 مگاپاسکال به مدت 30 دقیقه برای تعیین اثر این فرآیند روی ویتامین‌ها مورد مطالعه قرار گرفتند. در سیستم مدل از دست رفتن و کاهش ویتامین C حدود 12درصد بود در حالی که در مدل غذایی این کاهش معنا دار نبود. در مقایسه با فرآیند استریلیزاسیون معمول، تیمارهای فشار بالا ویتامین‌ها را بهتر نگه می‌دارند. تیامین و پریدوکسال در سیستم مدل تحت تاثیر فشار بالا قرار نگرفتند. این تحقیق در واقع تاییدی بر این حقیقت است که فرآیند فشار بالا کمترین اثر را روی مواد مغذی از جمله ویتامین‌ها دارد (سانچو و همکاران، 1999).

 

1-3-  میدان‌های الکتریکی پالسی قوی

میدان‌های الکتریکی پالسی (PEF)[2] یکی از تکنولوژی‌های جدیدی است که می‌تواند به‌عنوان یک گزینه جایگزین در غیر‌فعال سازی میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها در غذاهای مایعی همچون شیر مور استفاده قرار گیرد. در مقایسه با فرآیندهای حرارتی بازه انرژی بهتری دارد. در این تکنولوژی میدان الکتریکی در بازده زمانی کوتاه روی جریان غذاهای مایع که بین دو الکترود قرار گرفته‌اند، به‌کار برده می‌شود. از سال 1990 مطالعات گسترده‌ای روی پیشرفت این فرآیند در صنعت غذا انجام گرفته است (شمسی و همکاران، 2009).

کاربرد فرآیند میدان‌های الکتریکی پالسی قوی به‌عنوان یک تکنیک نفوذپذیری غشایی در طول دهه‌های اخیر در فرآیند غذایی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در بین تکنولوژی‌های  جدید کاربردآن یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های فرآیند است. دمای پایین فرآیند و زمان کوتاه می‌تواند باعث غیر فعال سازی موثر میکروارگانیسم‌ها شود و همزمان کیفیت فرآورده را نیز حفظ کند. توانایی برای نفوذپذیری بافت سلولی در زمان کوتاه می‌تواند به‌عنوان جایگزین انرژی و زمان طولانی در روش‌های معمول، روش‌های مکانیکی یا فرآیندهای آنزیمی به‌کار برده شود. افزایش تقاضای مصرف کنندگان برای غذاهایی با ارزش تغذیه‌ای بالا و طعم مشابه غذاهای تازه منجر به پیشرفت فرآیندهای ملایم و جایگزین‌هایی برای تکنیک‌های معمول مانند تیمارهای حرارتی محافظت از غذا شده است

استفاده از یک میدان الکتریکی خارجی در مدت زمانی در حد میکروثانیه، تغییرات موضعی و ساختاری یک تجزیه سریع غشای سلول را باعث می‌شود. این پدیده الکتروپوریشن[3] نامیده می‌شود.

استفاده از شدت بالای میدان‌های الکتریکی پالسی می‌تواند برای غیر فعال سازی میکروارگانیسم‌ها به‌وسیله یک تخریب غیر قابل برگشت دیواره سلولی به‌کار برده شود. در صنایع غذایی این تشکیل غیر قابل برگشت منافذ دیواره سلولی می‌توان برای غیر فعال سازی میکروارگانیسم‌ها به‌کار برده شود. این فرآیند غیر قابل برگشت می‌تواند به‌عنوان یک تکنیک محافظت کننده ملایم برای غذاهای مایع و همچنین به‌عنوان جایگزین برای روش‌های تجزیه سلولی معمول مانند آسیاب کردن یا تیمار آنزیمی به‌عنوان یک پیش تیمار برای بهبود انتقال قبل از خشک کردن، استخراج با فشار به‌کار برده شود.

اثر ضد باکتری یک جریان الکتریکی در پایان قرن 19 بررسی شد. اثرات کشندگی به‌وسیله به‌کار بردن جریان مستقیم یا متناوب با فرکانس پایین از تاثیرات حرارتی و الکتروشیمیایی ناشی می‌شود. در سال 1920 یک فرآیند که الکتروپور[4]  نامیده شد در اروپا و امریکا معرفی گردید. یکی از نخستین کاربردهای استفاده از الکتریسیته در صنایع غذایی در پاستوریزاسیون شیر بود. این کار به‌وسیله به‌کار بردن یک (غیر پالسی) جریان متناوب 220 ولتی با محفظه تیمار الکترود کربن انجام شد.

غیر فعال شدن میکروارگانیسم‌ها توسط میدان‌های الکتریکی پالسی به چند عامل بستگی دارد که مهمترین آن‌ها شدت جریان میدان الکتریکی، زمان فرآیند، درجه حرارت ماده غذایی و نوع میکروارگانیسم می‌باشند. سرعت غیر فعال شدن میکروارگانیسم‌ها با افزایش شدت میدان الکتریکی، زمان تماس و درجه حرارت ماده غذایی افزایش می‌یابد. البته بهتر است که با درنظرگرفتن یک سیستم سرمایش، درجه حرارت در زیر 30 تا 40 درجه سانتی‌گراد حفظ شود باکتری‌های مختلف حساسیت‌های متفاوتی نسبت به میدان الکتریکی دارند. به‌طور کلی باکتری‌های گرم مثبت و مخمرها نسبت به باکتری‌های گرم منفی مقاومت بیش‌تری دارند. شرایط بهینه برای رسیدن به بیشترین میزان سرغت غیرفعال‌سازی یک میکروارگنیسم خاص، پس از انجام آزمایش‌های اولیه مشخص می‌شود (مرتضوی و همکاران، 1381).

مهمترین اجزای مورد نیاز برای میدان‌های الکتریکی پالسی یک سیستم تولید کنننده محرک آنی و یک محفظه فرآیند است. پیش نیاز برای تولید صنعتی و کارا، توانایی عملکرد مداوم با سرعت جریان بالا است که تولید و پیشرفت محفظه‌های مداوم این امر را امکان پذیر کرده است. غذا در هنگام پمپ شدن در محفظه در معرض جریان الکتریکی قرار می‌گیرد. قبل از تیمار، مبدل حرارتی برای پیش گرم کردن محیط استفاده می‌شود و بعد از تیمار نیز انرژی پراکنده شده ممکن است منجر به افزایش دمای شود که باید قبل از بسته بندی آسپتیک دما حذف شود. بسته بندی آسپتیک برای جلوگیری از آلودگی ثانویه لازم است. یکی از مهمترین مزایای این تیمار قابلیت مداوم بودن آن همراه با زمان بسیار پایین فرآیند است. بنابراین به‌آسانی می‌تواند در خطوط تولید به‌کار برده شود. در شکل 3-2 شمایی از این فرآیند آورده شده است (توپل و همکاران، 2005).

[1] High hydrostatic pressure

[2] Pulsed electric feild

[3] Electropurtion

[4] Electropure