دید کلی

پرتو دادن و انرژی مایکروویو ، فرآیندهایی هستند که در صنایع غذایی مطرح می‌شوند. در فرآیند تشعشع و حرارت دادن مواد غذایی با میکروویو ، انرژی رادیان در مواد غذایی جذب می‌گردد. این فرآیندها ، به‌تازگی برای مواد غذایی کاربرد یافته است. گرچه در سال‌های اخیر تحقیقات دامنه داری در زمینه کاربرد این دو تکنولوژی به عمل آمده است، ولی تحقیقات بیشتری در زمینه پتانسیل بالقوه آنها باید انجام گیرد.

اگرچه پرتو دادن مواد غذایی یک روش نگهداری محسوب می‌شود، ولی دارای پتانسیل بالقوه برای قرار گرفتن در خط عملیات واحد و ایجاد تغییرات لازم در مواد غذایی دارد.

تاریخچه

پرتو دادن مواد غذایی روش جدیدی است. کشف پرتوهای مصنوعی مانند اشعه ایکس و مواد رادیواکتیو طبیعی در خلال سال‌های 1896- 1895 انجام گرفته است. استفاده از پرتو در مواد غذایی ، بعد از جنگ جهانی دوم متداول شده است. با توسعه تولید رادیو ایزوتوپ‌ها و اکسلاتورهای با انرژی زیاد تحقیقات پیگیرتری انجام گرفته است. در مدت بسیار کوتاهی بعد از جنگ جهانی دوم ، تحقیقات در زمینه پرتو دادن مواد غذایی به‌سرعت در مقایسه با سایر روشهای نگهداری مواد غذایی گسترش یافته است. بیشتر این تحقیقات در زمنیه ایمنی و سلامت ماده غذایی پرتو داده شده بوده است.

تشعشعات یونیزه و منابع آن

تشعشعات یونیزه اصلی که در مواد غذایی کاربرد دارند، اشعه گاما از عناصر رادیواکتیو و تشعشعات الکترونی بوسیله ماشین اکسلاتور تولید می‌شود. قدرت نفوذ اشعه گاما خیلی زیاد است، بطوری‌که اگر صفحه سربی ضخامت زیادی نداشته باشد، از آن عبور می‌کند. در پرتو دادن مواد غذایی ، اگر از اشعه‌هایی که قدرت نفوذ زیادی دارند استفاده شود، علاوه بر اینکه میکروبهای سطحی و آنزیم‌ها را از بین می‌برند، در درون ماده غذایی نیز تغییراتی بوجود می‌آورند.

شیوه عمل اثر پرتوها

تشعشعات یونیزه که در مواد غذایی منتشر می‌شود، بستگی به طبیعت مواد غذایی و ویژگی‌های پرتو دارد. وقتی که تشعشعات یونیزه کننده با میزان انرژی متوسط از مواد غذایی عبور می‌کند، بین اشعه و ذرات ماده غذایی تصادم در سطح مولکولی و اتمی بوجود می‌آید. وقتی که انرژی حاصل از تصادم به اندازه کافی باشد، تخلیه الکترونی در مدار اتم بوجود آمده ، مولکول تغییر می‌کند. در این حالت انرژی حاصل از تصادم ، باعث شکستن باندهای شیمیایی بین اتم‌ها می‌شود. یکی از تغییرات ، بوجود آمدن رادیکال آزاد می‌باشد.

ابتدا تصور می‌شد که اثرات انهدامی و موتاسیون حاصل از تشعشع ، مربوط به تماس و برخورد مستقیم اشعه با انرژی زیاد به مرکز سلول و بافت زنده می‌باشد. تغییرات در ماده غذایی به هنگام پرتو دادن فقط مربوط به تصادم اشعه با موجود زنده و یا غیر زنده نیست، بلکه یک‌سری تغییرات غیر مستقیم مانند برخورد اشعه به سلول یا مولکول ویژه از ماده غذایی که تولید یک جفت یون و رادیکال آزاد می‌کند، بوجود می‌آید. همین پدیده در هنگام برخورد به آب نیز پدیدار می‌شود.

اثرات کلی پرتوهای یونیزه

تشعشع دادن باعث تغییرات نامطلوب در ساختمان آلی و بیوشیمیایی لازم برای ادامه حیات می‌شود. همچنین پرتوهای یونیزه باعث انهدام گیاهان ، کشته شدن حیوانات و از بین رفتن میکرو ارگانیزم می‌گردند. در مواد غذایی ، دوز زیاد ، تغییرات نامطلوبی روی پروتئین‌ها ، هیدراتهای کربن ، چربی‌ها ، ویتامین‌ها ، رنگدانه‌ها ، مواد معطر ، آنزیم‌ها و غیره می‌گذارد.

همچنین دوز زیاد ، باعث تغییر خواص بعضی از مواد بسته بندی مانند فیلم‌های پلاستیکی و لاک داخل قوطی‌ها می‌شود. در هر حال ، در حالت دوم ، میزان دوز مصرفی بیش از نیازهای استریلیزاسیون یا پاستوریزاسیون که برای مقبولیت محصول ضروری است، می‌باشد.

کاربرد پرتوهای یونیزه

به‌علت توان پرتوهای یونیزه در تغییر مولکولها و ایجاد واکنش‌های شیمیایی ، این پرتوها کاربرد وسیعی یافته‌اند. یکی از موارد مصرف پرتو که تقریبا نقش نگهداری دارد، رهایی از اثر مخرب میکروبهای پاتوژن مانند سالمونلا و باکتری آنتراکس در مواد غذایی و خوراک دام می‌باشد. پرتو یونیزه علاوه بر خاصیت انهدام میکروبها ، پروتئین‌ها را هیدرولیز کرده ، باعث اصلاح آن و تولیدنشاسته و سلولز می‌شود.

در نتیجه ، از پرتوها برای بهبود ارزش تغذیه‌ای بعضی از فراورده‌های گیاهی ، نرم کردن گوشت و سبزی‌ها و کاهش روشهای سوخاری کردن دانه‌های قهوه و افزایش بهبود قدرت جذب آب فرآورده‌های خشک غذایی استفاده می‌شود. تشعشعات یونیزه واکنشهای پلیمریزاسیون را نیز تسریع می‌کنند. افزایش قدرت کشش پذیری و مقاومت در برابر تورم و جذب آب ، از موارد کاربرد پرتو در بسته بندی مواد غذایی است.

مقایسه روش مایکروویو و روش‌های معمولی حرارت دادن

در روش‌های حرارت دادن معمولی مانند روش استفاده از شعله ، تماس مستقیم با صفحه داغ و غیره است. منبع حرارتی باعث می‌گردد که مولکول ماده غذایی از قسمت سطحی به سمت داخل به ترتیب گرم شوند. در این نحوه گرم کردن درجه حرارت گرادیانت تولید شده و سطح خارجی ماده غذایی قبل از گرم شدن قسمت داخلی ، سوختگی پیدا می‌کند. در این روش تا چندین سانتی‌متر در عمق مواد غذایی منتشر شده ، تمام قسمت‌های آن یکنواخت گرم می‌شود. در اثر این سرعت انتشار ، رطوبت به حالت جوش از ماده غذایی تبخیر می‌گردد.

سپس بخار ایجاد شده به‌صورت هدایت ، مولکولهای جامد را گرم می‌کند، تا وقتی که آب آزاد وجود داشته باشد، به بخار تبدیل شده ، درجه حرارت ماده غذایی بیش از درجه حرارت آب نمی‌شود. در نتیجه به علت شرایط فوق ، برشته شدن سطحی در این روش حرارت دادن به وجود نمی‌آید. در تولید نان ، طبخ گوشت و مواد غذایی مشابه که کیفیت آنها با سوخاری و قهوه‌ای شدن مقبولیت بیشتری پیدا می‌کند، در روش حرارت دادن با امواج مایکروویو ، این حالت به بوجود نمی‌آید. در فرآیندهایی که نیاز به پوسته و قهوه ای شدن داشته باشند ، بعد از استفاده از مایکرو ویو از یک روش توام دیگر نیز استفاده می‌شود.

مباحث مرتبط با عنوان

• امواج مایکروویو
• امواج مادون قرمز
• انرژی مایکروویو
• اشعه ایکس
• رادیواکتیویته
• رادیو ایزوتوپ‌
• طیف الکترومغناطیسی
• صنایع غذایی
• گرم کردن ماکروویوی مواد غذایی
• مواد رادیواکتیو
• مواد غذایی

• مایکرو ویو در صنایع غذایی

دید کلی

پرتو دادن و انرژی مایکرو ویو فرآیندهایی هستند که در صنعت مواد غذایی مطرح می شوند. در فرآیند تشعشع و حرارت دادن مواد غذایی با میکرو ویو ، انرژی رادیان در ماده غذایی جذب می گردد. در این فرآیندها ، به تازگی برای مواد غذایی کاربرد یافته است. گرچه در سال های اخیر تحقیقات دامنه داری در زمینه کاربرد این دو تکنولوژی به عمل آمده ولی تحقیقات بیشتری در زمینه پتانسیل بالقوه آنها باید انجام گیرد. گرچه پرتو دادن مواد غذایی یک روش نگهداری محسوب می شود. ولی دارای پتانسیل بالقوه برای قرار گرفتن در خط عملیات واحد و ایجاد تغییرات لازم در مواد غذایی دارد.

تاریخچه

پرتو دادن مواد غذایی روش جدیدی است. کشف پرتوهای مصنوعی مانند ایکس ری و مواد رادیو اکتیو طبیعی در خلال سال های 1896- 1895 انجام گرفته است. استفاده از پرتو در مواد غذایی ، بعد از جنگ جهانی دوم متداول شده است. با توسعه تولید رادیو ایزوتوپ ها و اکسلاتورهای با انرژی زیاد تحقیقات پیگیرتری انجام گرفته است. در مدت بسیار کوتاهی بعد از جنگ جهانی دوم ، تحقیقات در زمینه پرتو دادن مواد غذایی به سرعت در مقایسه با سایر روشهای نگهداری مواد غذایی گسترش یافته است. بیشتر این تحقیقات در زمنیه ایمنی و سلامت ماده غذایی پرتو داده شده بوده است.

تشعشعات یونیزه و منابع آن

تشعشعات یونیزه اصلی که در مواد غذایی کاربرد دارند. اشعه گاما از عناصر رادیو اکتیو و تشعشعات الکترونی به وسیله ماشین اکسلاتور تولید می شود. قدرت نفوذ اشعه گاما خیلی زیاد است. به طوری که اگر صفحه سربی ضخامت زیادی نداشته باشد از آن عبور می کند. در پرتو دادن مواد غذایی اگر از اشعه هایی که قدرت نفوذ زیادی دارند استفاده شود ، علاوه بر اینکه میکروبهای سطحی و آنزیم ها را از بین می برند ، در درون ماده غذایی نیز تغییراتی بوجود می آورند.

شیوه عمل اثر پرتوها

تشعشعات یونیزه که در مواد غذایی منتشر می شود بستگی به طبیعت مواد غذایی و ویژگیهای پرتو دارد. وقتی که تشعشعات یونیزه کننده با میزان انرژی متوسط از ماده غذایی عبور می کند ، بین اشعه و ذرات ماده غذایی تصادم در سطح مولکولی و اتمی بوجود می آید. وقتی که انرژی حاصل از تصادم به اندازه کافی باشد ، تخلیه الکترونی در مدار اتم بوجود آمده و مولکول تغییر می کند. در این حالت انرژی حاصل از تصادم باعث شکستن باندهای شیمیایی بین اتم ها می شود. یکی از تغییرات بوجود آمدن رادیکال آزاد می باشد. ابتدا تصور می شد که اثرات انهدامی و موتاسیون حاصل از تشعشع مربوط به تماس و برخورد مستقیم اشعه با انرژی زیاد به مرکز سلول و بافت زنده می باشد. تغییرات در ماده غذایی به هنگام پرتو دادن فقط مربوط به تصادم اشعه با موجود زنده و یا غیر زنده نیست ، بلکه یکسری تغییرات غیر مستقیم مانند برخورد اشعه به سلول یا مولکول ویژه از ماده غذایی که تولید یک جفت یون و رادیکال آزاد می کند ، به وجود می آید. همین پدیده در هنگام برخورد به آب نیز پدیدار می شود.

اثرات کلی پرتوهای یونیزه

تشعشع دادن باعث تغییرات نامطلوب در ساختمان آلی و بیوشیمیایی لازم برای ادامه حیات می شود. همچنین پرتوهای یونیزه باعث انهدام گیاهان ، کشته شدن حیوانات و از بین رفتن میکرو ارگانیزم می گردند. در مواد غذایی ، دوز زیاد ، تغییرات نامطلوبی روی پروتئین ها ، هیدراتهای کربن ، چربیها ، ویتامین ها ، رنگدانه ها ، مواد معطر ، آنزیم ها و غیره می گذارد. همچنین دوز زیاد باعث تغییر خواص بعضی از مواد بسته بندی مانند فیلم های پلاستیکی و لاک داخل قوطی ها می شود. در هر حال ، در حالت دوم میزان دوز مصرفی بیش از نیازهای استریلیزاسیون یا پاستوریزاسیون که برای مقبولیت محصول ضروری است ، می باشد.

کاربرد پرتوهای یونیزه

به علت توان پرتوهای یونیزه در تغییر مولکولها و ایجاد واکنش های شیمیایی ، کاربرد وسیعی یافته است. یکی از موارد مصرف پرتو که تقریبا نقش نگهداری دارد ، رهایی از اثر مخرب میکروبهای پاتوژن مانند سالمونلا و باکتری آنتراکس در مواد غذایی و خوراک دام می باشد. پرتو یونیزه علاوه بر خاصیت انهدام میکروبها ، پروتئین ها را هیدرولیز کرده و باعث اصلاح آن و نشاسته و سلولز می باشد. در نتیجه از پرتوها برای بهبود ارزش تغذیه ای بعضی از فراورده های گیاهی ، نرم کردن گوشت و سبزی ها و کاهش روشهای سوخاری کردن دانه های قهوه و افزایش بهبود قدرت جذب آب فرآورده های خشک غذایی استفاده می شود. تشعشعات یونیزه واکنشهای پلیمریزاسیون را نیز تسریع می کنند. افزایش قدرت کشش پذیری و مقاومت در برابر تورم و جذب آب از موارد کاربرد پرتو در بسته بندی مواد غذایی است.
مقایسه روش مایکرو ویو و روش های معمولی حرارت دادن:
در روش های حرارت دادن معمولی مانند روش استفاده از شعله ، تماس مستقیم باصفحه داغ و غیره منبع حرارتی باعث می گردد که مولکول ماده غذایی از قسمت سطحی به سمت داخل به ترتیب گرم شوند. در این نحوه گرم کردن درجه حرارت گرادیانت تولید شده و سطح خارجی ماده غذایی قبل از گرم شدن قسمت داخلی ، سوختگی پیدا می کند. در این روش تا چندین سانتی متر در عمق مواد غذایی منتشر شده و تمام قسمت های آن یکنواخت گرم می شود. در اثر این سرعت انتشار رطوبت به حالت جوش از ماده غذایی تبخیر می گردد. سپس بخار ایجاد شده به صورت هدایت ، مولکولهای جامد را گرم می کند. تا وقتی که آب آزاد وجود داشته باشد ، به بخار تبدیل شده و درجه حرارت ماده غذایی بیش از درجه حرارت آب نمی شود. در نتیجه به علت شرایط فوق برشته شدن سطحی در این روش حرارت دادن به وجود نمی آید. در تولید نان ، طبخ گوشت و مواد غذایی مشابه که کیفیت آنها با سوخاری و قهوه ای شدن مقبولیت بیشتری پیدا می کند ، در روش حرارت دادن با مایکرو ویو این حالت به بوجود نمی آید ، در فرآیندهایی که نیاز به پوسته و قهوه ای شدن داشته باشند ، بعد از استفاده از مایکرو ویو از یک روش توام دیگر نیز استفاده می شود.

مایکرو ویو در خدمت صنعت مواد غذایی

• نانوایی: درجه حرارت دادن سریع باعث می شود که درجه حرارت نهایی مواد به سرعت دلخواه برسد. امواج مایکرو ویو را می توان با اشعه مادون قرمز یا هوای داغ توام کرد.
• تغلیظ: می توان مواد غذایی حساس به حرارت مانند مایعات را به سرعت غلیظ نمود.
• پختن: با پخت مایکرو ویوی می توان قطعات بزرگ مواد غذایی را بدون درجه حرارت گرادیانت که بین سطح و عمق در روش های معمولی ایجاد می شود ، حرارت داد.
• عمل آوردن: می توان لفاف های مختلف را که برای بسته بندی های چند لایه به کار می روند با این روش به وسیله چسب به هم متصل کرد.
• خشک کردن: در روش مایکرو ویو چون فقط به طور مستقیم آب موجود در ماده غذایی گرم می شود ، سایر ترکیبات کمتر در معرض حرارت مستقیم قرار می گیرند.
• خنثی کردن آنزیم ها: حرارت دادن سریع باعث می گردد که واکنش های آنزیمی تحت کنترل درآیند. یکی از مزایای استفاده از مایکرو ویو برای خنثی کردن آنزیم ها این است که می توان سبزی ها و میوه ها را بدون تراوش مواد مغذی آنها که در روش های معمولی وارد آب می شود و ضایعات زیادی دارد ، حرارت داد. از سوی دیگر حرارت بیش از اندازه به قسمت های سطحی محصول وارد نمی شود.
• خشک کردن نهایی: اغلب بعد از اینکه تقریبا بیشتر آب ماده غذایی با روش های معمولی جدا شد ، از پرتو مایکرو ویو برای استخراج سریع باقی مانده آب استفاده می شود. مزیت این روش در این است که از سوختن مواد غذایی خشک به علت اینکه در لحظات نهایی حساسیت بیشتری پیدا می کند جلوگیری می شود.
• خشک کردن انجمادی: قدرت انرژی مایکرو ویو در انتخاب کریستال های یخ برای حرارت دادن آنها باعث می شود که مرحله نهایی خشک شدن خیلی سریع تر صورت گیرد.
• حرارت دادن: اغلب مشکلات انتقال حرارت را می توان با استفاده از مایکرو ویو به علت سرعت انتشار آن برطرف نمود.
• پاستوریزاسیون: می توان با حرارت دادن سریع و یکنواخت از مشکلات سوختن سطحی جلوگیری کرد.
• پیش پخت کردن: از مایکرو ویو می توان برای پختن مواد غذایی و تولید غذاهای آماده به نحو احسن استفاده نمود. مصرف کنندگان با حرارت دادن این فرآورده ها در منزل بعد از چند لحظه قادرند که غذاهای آماده را مصرف کنند.
• پف کردن و ایجاد کف: حرارت دادن با مایکرو ویو باعث می گردد که بین خروج بخار و ورود حرارت عدم توازن به وجود آید. وقتی میزان انتقال حرارت بیش از میزان خروج بخار شود قسمت داخلی محصول شروع به پف کردن می کند.
• استخراج حلال: بسیاری از حلال ها را می توان با پرتو مایکرو ویو در درجات حرارت پایین تری خارج کرد.
• استریلیزاسیون: برای مواد غذایی اسیدی که زود به درجه حرارت لازم می رسند ، می توان با مایکرو ویو از سیستم درجه حرارت زیاد و زمان کم استفاده نمود. به علت قدرت انتخابی مایکرو ویو ، در حرارت دادن میکروارگانیزم های حاوی رطوبت امکان استریلیزاسیون ظروف شیشه ای پلاستیکی که خود ظروف گرم نمی شوند وجود دارد. این کاربرد امواج مایکرو ویو باید به دقت مورد استفاده قرار گیرد زیرا بخار تبخیر شده از بدن میکروب ، قدرت انهدامی زیادی ندارد.
• مشروط کردن: به علت اینکه اثر پرتو مایکرو ویو تقریبا برابر با میزان رطوبت می باشد ، به وسیله آن می توان میزان رطوبت را در محصولی که یکنواخت خشک نشده متعادل نمود.
• ذوب کردن: ذوب کردن سریع مواد غذایی یخ زده به آسانی به علت قدرت نفوذ سریع پرتو مایکرو ویو امکان پذیر می باشد.

مباحث مرتبط با عنوان