افزایش ایمنی محصولات غذایی با فناوری‌های نو

روش‌های سالم‌سازی فرآورده‌های لبنی در ایران

محسن معصومی: امروزه تمایل مصرف‌کنندگان به ارزش غذایی و ویژگی‌های حسی محصولات غذایی و استفاده از مواد غذایی فرآوری شده با بالاترین ارزش تغذیه‌ای در حال افزایش است.

تولیدکنندگان محصولات غذایی از راهکارهای مختلفی برای پاسخ به نیاز مصرف‌کنندگان استفاده می‌کنند. یکی از این راه‌حل‌ها افزایش ماندگاری مواد غذایی بدون اینکه تاثیر منفی بر خاصیت حسی آنها داشته باشد، با استفاده از روش‌های غیرحرارتی است.
فناوری نانوکویتاسیون ازجمله روش‌های پاستوریزاسیون غیرحرارتی است. بیشتر روش‌های سالم‌سازی سرد، ضمن کاهش بار میکروبی اثر نامطلوبی روی ویژگی‌های حسی و شیمیایی ندارد. در انتخاب روش‌های غیرحرارتی به‌منظور افزایش ماندگاری، باید موارد زیادی موردتوجه قرار گیرد که مهم‌ترین آنها عبارتند از هزینه فرآیند و صرفه اقتصادی آن، وجود سایر تیمارهای کمکی، نوع میکروارگانیسم هدف و نوع استفاده‌ای که برای محصول هدف درنظر گرفته شده است. به‌دلیل افزایش آگاهی مصرف‌کننده و تمایل او به مصرف فرآورده‌های غذایی سالم و طبیعی با ارزش تغذیه‌ای بالا، انتظار می‌رود استفاده از روش‌های سالم‌سازی سرد، جای خود را در صنعت تولید باز کرده و در آینده نزدیک به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.


 فناوری نانوکویتاسیون
در این فناوری با عبور سیال از راکتوری با مهندسی ویژه، بخشی از سیال به بخار تبدیل می‌شود. این بخارها به‌صورت حباب‌هایی در سیال ظاهر می‌شوند. حباب‌های منفجر شده به صورت موضعی باعث ایجاد حرارت و فشار لحظه‌ای بسیار بالایی در نقاطی از سیال می‌شود که باعث هموژنیزاسیون و پاستوریزاسیون می‌شود. در صنایع غذایی (پاستوریزاسیون غیرحرارتی و هموژنیزاسیون)، صنایع آرایشی- بهداشتی ازجمله تولید انواع کرم و لوسیون، صنایع دارویی مانند تولید انواع نانوداروها، صنایع رنگ و رزین، صنایع نفت، صنایع شیمیایی و صنایع تصفیه آب قابل‌استفاده است.
روش هموژنیزاسیون و پاستوریزاسیون سرد همزمان با استفاده از فناوری نانوکویتاسیون روشی نوین در جهان به‌شمار می‌رود که بهبود کیفیت و ارزش مواد غذایی و کاهش هزینه انرژی مصرفی از مزایای بارز آن به‌شمار می‌آید. یکی از کاربردهای نانوکویتاسیون حذف آلاینده‌های میکروبی از سیال است. هنگامی‌که حباب در نزدیکی یک میکروب منفجر می‌شود، باعث ایجاد فشاری شدید روی سلول‌ها شده و آنها را مختل می‌کند.


- مزایای نانوکویتاسیون:
فشار عملیاتی پایین تا حداکثر ۲۵ بار
کاهش مصرف برق تا یک‌پنجم
کیفیت بهتر فرآیند
کاهش هزینه‌های نگهداری


-‌ مهم‌ترین ویژگی‌های پاستوریزاسیون غیرحرارتی و هموژنیزاسیون فشار پایین:
نیاز نداشتن به تجهیزات جانبی هزینه‌بر مانند دیگ بخار، چیلر و آیس بانک به دلیل حرارت‌ ندادن به سیستم
حفظ ارزش غذایی محصول پس از طی فرآیند پاستوریزاسیون و هموژنیزاسیون
کاهش قابل‌توجه مصرف انرژی و همچنین کاهش فضای موردنیاز برای انجام فرآیند مطلوب
یکی از شرکت‌های فعال در این زمینه شرکت پیام‌آوران نانوفناوری فردانگر است که در سال ۱۳۸۶ با هدف ایجاد و توسعه فناوری پیشرفته نانو در کشور تاسیس شده است. این شرکت در زمینه فرآیندهای فناوری نانو و اصلاح محصولات نانو ازجمله فناوری نانوکویتاسیون، طرح‌های گوناگونی را دنبال کرده است. یکی از این طرح‌ها پاستوریزاسیون غیرحرارتی آبمیوه‌ها است. پاستوریزاسیون آب گوجه‌فرنگی در فضای مورد کنترل اتاق تمیز ایجاد شده موردبررسی قرار گرفته است که در فاز مطالعاتی نتیجه مثبتی از آزمون میکروبیولوژیکی و همچنین خواص فیزیکی ‌و شیمیایی و ارزش غذایی این آبمیوه حاصل شد. پاستوریزاسیون غیرحرارتی آب هندوانه (در دمای کمتر از ۴۵ درجه سانتی‌گراد) هم با موفقیت انجام شده که نتیجه آن از سوی آزمایشگاه مرجع سازمان غذا و دارو مورد تایید است. این فرآیند با حفظ خواص ظاهری و ارزش غذایی آب هندوانه همراه بوده است. این شرکت در سال ۱۳۹۳ تفاهمنامه همکاری با پژوهشکده بیوفناوری کشاورزی ایران برای بررسی کاربرد فناوری نانوکویتاسیون در پاستوریزه و هموژنیزه کردن شیر با حمایت ستاد توسعه فناوری نانو به امضاء رسانده است. برای تکمیل آزمون‌های موردنیاز، دستگاهی در محل پژوهشکده بیوفناوری کشاورزی ایران نصب و راه‌اندازی شده است. تاکنون امکان پاستوریزاسیون و هموژنیزاسیون شیر به‌وسیله کارشناسان پژوهشکده بیوفناوری کشاورزی ایران به وسیله سیستم نانوکویتاسیون به اثبات رسیده است. چند سالی است که پژوهشکده بیوفناوری به عنوان مشاور فنی ستاد توسعه فناوری نانو در استفاده یا توسعه کاربردهای نانوفناوری در صنایع غذایی و کشاورزی فعالیت می‌کند. از فعالیت‌های این پژوهشکده می‌توان به استفاده از پلاسمای سرد به‌منظور ضد عفونی‌کردن محصولات غذایی اشاره کرد. این پژوهشکده در قالب قرارداد توسعه کاربرد با ستاد ویژه توسعه فناوری نانوپلاسمای سرد را برای کاهش بار میکروبی انواع ادویه و سبزیجات خشک مورداستفاده قرار داده است. پژوهشکده بیوفناوری کشاورزی در زمینه افزایش ماندگاری مواد غذایی، میوه و گوشت پروژه‌های دیگری نیز در دست اجرا دارد که براساس آن ماندگاری گوشت مرغ تا ۲ برابر افزایش داده می‌شود.


فناوری‌های نو در لبنیات
در سایر شرکت‌های دانش‌بنیان و مراکز علمی و دانشگاهی کشور طرح‌های مختلفی در زمینه صنایع غذایی به‌ویژه صنایع لبنی، با استفاده از فناوری‌های نو، طراحی و به اجرا درآمده است. از این طرح‌ها می‌توان به طراحی سامانه نانوغشاهای سرامیکی برای تولید کنسانتره پروتئین‌های آب‌پنیر اشاره کرد. درحال‌حاضر بیش از ۱۰۰ شرکت تولید مواد لبنی در کشور در حال فعالیت هستند که سالانه ۴۵۰ هزار تن پنیر تولید می‌کنند. حجم آب ‌پنیر تولیدی از سوی این شرکت‌ها به میزان ۲ تا ۳ میلیون تن در سال می‌رسد. این شرکت‌ها آب پنیر را خشک کرده و به پودر تبدیل می‌کنند. تبدیل آب ‌پنیر به پودر از یک‌سو موجب ضرر اقتصادی است و از سوی دیگر رهاسازی آن در طبیعت به‌عنوان پساب، آلودگی زیست‌محیطی را در پی دارد. تبدیل این حجم از آب‌ پنیر به کنسانتره پروتئین می‌تواند موجب افزایش قابل‌توجه ارزش‌افزوده این محصول لبنی شود. شرکت دانش‌پژوهان صنعت نانو، سامانه‌ای مبتنی بر نانوغشاهای سرامیک ساخته است که می‌توان با راه‌اندازی آن در مقیاس نیمه‌صنعتی، روزانه ۱۰۰ لیتر کنسانتره پروتئینی آب‌ پنیر تولید کرد. کنسانتره پروتئین آب ‌پنیر یکی از محصولات آب‌ پنیر است که به دلیل دارا بودن خصوصیاتی مانند قابلیت هضم، حلالیت بالا، قابلیت تشکیل ژل و قابلیت زدن و تشکیل کف از ارزش بالایی برخوردار است و کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف ازجمله صنایع تولید محصولات لبنی، صنایع نانوایی و فرآورده‌های گوشتی دارد. این محصول که از حذف مواد معدنی و لاکتوز از آب‌ پنیر به‌دست می‌آید، می‌تواند حاوی درصدهای مختلف پروتئین باشد و به‌صورت محلول یا پودر در دسترس خواهد بود. خواص عمل‌کنندگی آن در مواد غذایی بسته به میزان پروتئین آن متفاوت خواهد بود.


نانو سیالات در مبدل‌ها
از دیگر طرح‌ها که به کاربرد فناوری‌های نو در صنایع غذایی پرداخته، طرح استفاده از نانوسیالات در انواع مبدل‌ها و تلاش برای کاهش مصرف انرژی در صنایع لبنی است. این طرح از سوی پژوهشگران دانشگاه فردوسی مشهد، دانشگاه تبریز و دانشگاه صنعتی شاهرود به مرحله اجرا درآمده است. یکی از تجهیزات مصرف‌کننده انرژی در بسیاری از صنایع، تجهیزات خنک‌کننده و گرم‌کننده است. در این نوع تجهیزات از یک سیال به‌عنوان واسط انتقال حرارت استفاده می‌شود. کارآیی بالای این سیالات در انتقال حرارت می‌تواند نقش اصلی را در صرفه‌جویی مصرف انرژی ایفا کند. قدم‌های بسیاری در استفاده از فناوری نانو در این حوزه از علم برداشته شده است. هدف از طرح یاد شده افزایش نرخ انتقال حرارت آب به‌عنوان سیال واسط به کمک نانولوله‌های کربنی چند دیواره و نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم بوده است. عملکرد این نانوسیال در صنایع تولید فرآورده‌های لبنی و به‌طور خاص در فرآیند پاستوریزه کردن شیر مورد آزمایش قرار گرفته است. ازآنجایی‌که این طرح سبب صرفه‌جویی در مصرف انرژی به‌ویژه در مقیاس‌های صنعتی می‌شود، اجرای آن می‌تواند در طول زمان موجب کاهش هزینه‌های مربوط به تولید انرژی و حتی کاهش پیامدهای زیست‌محیطی حاصل از مصرف انرژی نیز شود. به‌علاوه با توجه به بهبود بازدهی حرارتی ناشی از کاربرد نانوسیال، ابعاد سیستم‌های انتقال حرارت شامل مخازن، پمپ‌ها، لوله و اتصالات کاهش پیدا کرده و هزینه‌های اولیه اجرای فرآیند پاستوریزه کردن شیر نیز می‌تواند کمتر شود. در این طرح ابتدا فرآیند کلی پاستوریزه کردن شیر در مقیاس آزمایشگاهی ساخته و تجهیزات مورد نیاز برای اندازه‌گیری پارامترهای هدف تعبیه شد. در مرحله نخست آزمایش‌هایی با سیال متداول یعنی آب خالص به‌منظور انجام فرآیند گرم کردن و سرد کردن شیر انجام شد و بعد از تهیه نانوسیال پایدار و تزریق آن به سیستم آزمایشگاهی، اندازه‌گیری‌های لازم در شرایط عملیاتی مختلف انجام شد. پس از انجام آزمون‌های مربوط، اقدامات لازم برای محاسبه میزان افزایش بازدهی حرارتی، تغییرات افت فشار، افزایش انتقال حرارت و همچنین تغییر پارامترهای مهم طراحی بر اثر استفاده از نانوسیال، مطالعه و گزارش شد.


افزایش کارآیی غشاها
 یکی دیگر از طرح‌های به اجرا درآمده در زمینه صنایع غذایی طرح افزایش کارآیی غشاهای مورداستفاده در صنایع لبنی با فناوری نانو است. فناوری غشایی با مزایای گوناگونی که دارد، موردتوجه صنایع مختلف قرار گرفته است. از این مزایا می‌توان سهولت کاربری، بازدهی بالا و مصرف انرژی کم را عنوان کرد که از مزایای اصلی استفاده از این فناوری برای انجام عملیات جداسازی استفاده می‌شود. پیشرفت فناوری نانو توانسته است کارآیی فناوری غشایی را ارتقا بخشد. می‌توان با افزودن نانوذرات به ساختار غشاها موجب ایجاد یا افزایش خاصیت آبدوستی غشاها شد. در این زمینه پژوهشگرانی از دانشگاه خوارزمی با همکاری پژوهشگرانی از سنگاپور طرحی را به مرحله اجرا درآورده‌اند. در این طرح از غشاهای پلیمری از جنس پلی‌وینیلیدن فلوراید (PVDF) به‌عنوان نمونه‌های خام استفاده شده و درصدهای مختلفی از ۴ نوع نانوذره سیلیکا، دی‌اکسید تیتانیم، نانولوله کربنی و نانورس اصلاح‌شده به درون ساختار غشا تزریق شده است. سپس ساختار غشا به کمک میکروسکوپ الکترونی و نیروی اتمی و عملکرد غشا به کمک روش‌های مختلف ارزیابی مانند آزمون تعیین میزان فلاکس آب و محلول پروتئینی و همچنین میزان پس‌زنی آلبومین گاوی سنجیده شده است. این نانوذرات به دلیل برخورداری از خاصیت آبدوستی از یک‌سو، بهبود توزیع و اندازه تخلخل‌ها از سوی دیگر موجب می‌شوند بازدهی فیلتراسیون این غشاها به‌طور قابل‌توجهی بهبود یابد. نانوذرات وقتی به ساختار غشا اضافه می‌شوند، موجب افزایش چشمگیر عمر آنها می‌شوند. پژوهشگران دانشگاه خوارزمی چند سال پیش هم روشی کم‌هزینه، ساده و سریع برای اندازه‌گیری ترکیبات سمی در محصولات لبنی به‌ویژه شیر ارائه دادند. آفلاتوکسین M۱ از مشتقات یکی از خطرناک‌ترین سموم مواد غذایی یعنی آفلاتوکسین B۱ است. این ترکیب که در شیر و محصولات آن مانند شیرخشک، پنیر، ماست و... ظاهر می‌شود، بسیار پایدار بوده و در اثر حرارت دادن از بین نمی‌رود. وجود این آفلاتوکسین در شیر و فرآورده‌های آن منجر به ایجاد بیماری‌های فراوانی ازجمله سرطان کبد می‌شود. به همین دلیل در جهان مقررات سختگیرانه‌ای در زمینه میزان مجاز این ترکیب در شیر و مواد لبنی وجود دارد. با توجه به نقش حیاتی شیر و محصولات آن در برنامه غذایی روزانه افراد (نوزادان، کودکان و افراد بزرگسال) و همچنین مشکلات فراوان اندازه‌گیری آفلاتوکسین‌ها، ازجمله گران بودن وسایل و تجهیزات و زمان‌بر بودن روش‌‌های آنالیز، ایجاد یک روش سریع، ساده و ارزان‌قیمت برای تعیین مقدار آن بسیار ضروری است. یکی از اهداف این طرح، حذف ستون‌های گران‌قیمت و یک‌بار مصرف ایمونوافینیتی و ایجاد یک روش سریع، ساده و ارزان‌قیمت برای اندازه‌گیری ترکیب آفلاتوکسین M۱ بوده است. از نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن اصلاح شده به عنوان جاذب استفاده شده است.



چاپ