Fooda.ir صنایع غذایی فودآ
اثر تکنولوژی فشار بالا بر محصولات لبنی افزایش ماده خشک و فشار، ویسکوزیته ظاهری شیر تغلیظ شده را افزایش می دهد. اسپور باکتریها نسبت به سلول های رویشی و میکروب های گرم مثبت، نسبت به گرم منفی به فشار مقاوم ترند. تغییرات به وجود آمده در فشار بالا بر روی ترکیبات شیر سبب تغییر خصوصیات در محصولات لبنی مانند ماست و پنیر می شود. سختی ژل های اسیدی با اعمال فشار بالا، افزایش می یابد. مواد خشک بدون چربی، میزان چربی شیر و فشار اعمال شده، عوامل موثر در میزان کاهش pH ماست می باشد. مهمترین اثر اعمال فرایند فشار بالا بر روی پنیر، افزایش راندمان، شتاب در رسیدن پنیر، غیر فعال کردن یا کاهش میکروب های پاتوژن و عامل فساد و در نتیجه افزایش ایمنی و ماندگاری پنیر می باشد. اسید چرب آزاد عامل اصلی ایجاد طعم و آروما در پنیر می باشد میزان لیپولیز درپنیر تولید شده از شیر تحت فرایند فشار بالا مشابه پنیر تولید شده از شیر خام بود که نسبت به میزان آن درپنیر تولید شده از شیر پاستوریژه بیشتر می باشد.
مقدمه
یکی از مهمترین تکنولوژی های نوین که در صنعت غذا استفاده شده است، کاربرد فشار بالای 100 تا 1000 مگاپاسکال می باشد(3 ). اولین مطالعه بر روی تكنولوژی فشار بالا به اواخر قرن نوزدهم بر می گردد(7). در بین پروتئین های سرمی، بتا لاکتوگلوبولین درفشار 500 مگاپاسکال و دمای 25 درجه سانتیگراد، راحت تر از بقیه پروتئین های سرمی، دناتوره می شود ولی دناتوره شدن آلفالاکتالبومین و ایمونوگلبولین فقط در فشارهای بالاتر و در دمای 50 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد. همچنین، فشار بالای 100 مگاپاسکال میزان کازیین غیر سرمی را به میزان جزئی افزایش می دهد و باعث کاهش اندازه و همچنین تغییر شکل اجزاء کروی و یا خوشه شکل میسل کازیین می شود(16).
فرایند فشار 100-500 مگاپاسکال تا دماهای 50 درجه سانتیگراد، میزان اسید چرب آزاد( حاصل از لیپولیز چربی شیر) را افزایش نمی دهد و حتی در بعضی تیمارها در دمای 50 درجه سانتیگراد، میزان اسید چرب آزاد، نسبت به شیر خام تازه، کاهش نشان داد و این پدیده، سبب حذف بوی بد حاصل از رنسید شدن چربی ها در شیر می شود. فشار بالای 500 مگاپاسکال باعث تغییر در اندازه و تخریب گلبولهای چربی شیر می شود. و این فرایند در دمای 4 درجه سانتیگراد اثر عکس دارد(5).
اعمال فشار بالا در دمای اتاق و یا دمای متوسط، فقط پیوندهای ضعیف، مثل پیوندهای هیدروژنی، هیدروفوبیک و یونی را تخریب می کند در نتیجه، مولکول های کوچک همانند ویتامینها، آمینو اسیدها، قندهای ساده وترکیبات معطر، تحت تاثیر فشار بالا قرار نمی گیرد در صورتیکه فرایند حرارتی، پیوندهای کوالانت را همانند پیوندهای غیر کوالانت تغییر می دهد(3).
تحقیق انجام شده نشان می دهد، با افزایش ماده خشک و فشار، ویسکوزیته ظاهری افزایش می یابد و این افزایش، نتیجه تغییر در خصوصیات پروتئین بر اثر اعمال فشار می باشد. و در دمای بالاتر، فرایند فشار، اثر کمتری بر روی سختی ژل برای تغلیظ دارد(15). همچنین تصاویر میکروسکوپی نشان می دهد، در صورت اعمال فشار بالاتر به شیر دارای ماده خشک یکسان، ساختار شبکه سخت تر و محکمتر می شود.
مطالعات زیادی بر روی غیر فعال کردن میکروبهای پاتوژن و عامل فساد شیر بوسیله فرایند فشار بالا انجام و به وضوح، نشان داده شد، میزان فشار، مدت زمان فرایند، دما و مخصوصا خصوصیات فیزیولوژیک میکروارگانیسم از عوامل موثر در میزان اثر این فرایند در کاهش میکروارگانیسم می باشد. شکل رویشی کپک ومخمر هم به فشار حساس است(14).
شیر خام تحت فرایند فشار400-600 مگاپاسکال، میزان میکروبی قابل قبولی در مقایسه با شیر پاستوریزه در دمای 72 درجه ساتیگراد به مدت 15 دقیقه دارد(2). اما تولید شیر استریل با اعمال فشار، بعلت مقاومت اسپورها به فشار، مقدور نمی باشد(11).
سختی ژل های اسیدی با اعمال فشار بالا بیشتر از ژل هایی است که این فرایند روی آنها اعمال نشده است(َ1). ماست حاصل از شیر تحت فرایند فشار بالا، دارای سختی، ویسکوزیته و چسبندگی بیشتر است. با اعمال فشار، آب در ژل، بهتر نگهداری می شود و در نتیجه ظرفیت نگهداری آب بیشتر و سینرسیس کمتر می شود. دمای فرایند، میزان ماده جامد و دمای انکوباسیون، عوامل اصلی موثر در رئولوژی ژلهای اسیدی حاصل از شیر های تحت فشار می باشد همچنین، ماده خشک بدون چربی، میزان چربی شیر و فشار اعمال شده، عوامل موثر در میزان کاهش pH ماست می باشد.. با این فرانید، دو تکنولوژی، به نامهای میکرواسیون (MFZ) و هموژنیزاسیون تحت فشار بالا (HPH) وجود دارد که تفاوت آنها در میزان فشاری است که ایجاد می کند(به ترتیب 150و 25 مگاپاسکال). در هر دو، میسل کازیین و گلبولهای چربی می شکند ولی با HPH گلبولهای چربی تخریب نمی شود. تفاوت در اندازه گلبولهای چربی باعث تفاوت، در خصوصیات کیفی ماست مانند بافت می شود. MFZ با تخریب میسل کازیین، باعث افزایش تعداد ذرات و سطح کل می شود که شبکه مستحکم در ماست ایجاد می کند. از لحاظ خصوصیات بافتی، تفاوت زیادی بین فرایند فشار یا حرارت به تنهایی، مشاهده نشد ولی استفاده همزمان آنها، اثر سینرژیستی بر هم دارند. که بعلت دناتوره شدن بیشتر پروتئین می باشد.
استفاده از فشار بالا، صرفنظر از میزان فشار، شرایط مطلوبتری برای باکتری استرپتوکوکوس ترموفیلوس نسبت به لاکتوباسیلوس بولگاریکوس فراهم می کند. به طور کلی، در محصولات سنتی تعداد سلولهای لاکتوباسیلوس بولگاریکوس نسبت به استرپتوکوکوس ترموفیلوس بیشتر است که منجر به تولید زیاد اسید می شود و کاهش نامطلوب pH می شود که باعث افزایش سینرسیس در طول انبار مانی سرد می شود،. این تصور وجود دارد که با استفاده از فرایند فشار بالا می توان جلوی پیشرفت مداوم اسیدیفیکاسیون ناشی از رشد باکتریهای استارتر را در ماست، گرفت.
مهمترین اثر اعمال فرایند فشار بالا بر روی پنیر، شتاب در رسیدن پنیر، غیر فعال کردن یا کاهش میکروبهای پاتوژن و عامل فساد، افزایش ایمنی و ماندگاری پنیر می باشد(15(. پنیر تولید شده تحت فرایند فشار بالا بعلت افزایش پروتئین و رطوبت بازده بیشتری دارد(12). اعمال فشار بالا، سبب می شود، میسل کازیین و گویچه های چربی بسیار نزدیک به هم، متصل نشوند و اجازه میدهند که رطوبت در پنیر حفظ شود(4).
درتحقیق انجام شده بر روی خصوصیات كواگولاسیون رنت در شرایط فشار و دمای متفاوت (فشار 100-400 مگا پاسكال و دمای 60-25 درجه سانتیگراد )، گزارش شد، اعمال فشار در دمای بالا، زمان كواگولاسیون را به تاخیر می اندازد, سختی ژل را تضعیف می كند و همجنین پروتئین و آب محبوس شده را در قطعات پنیر، افزایش می دهد. اعمال فشار در دمای محیط، میزان بتا لاكتو گلوبولین را افزایش می دهد و در دمای بالاتر، حدود 50 درجه سانتیگراد آلفا لاكتالبومین هم شروع به دناتوره شدن می كند كه افزایش میزان پروتئین دناتوره شده با افزایش دما باعث به تاخیر افتادن زمان اثر آنزیم هیدرولیز بر روی كاپاكازیین می شود(9). و می توان نتیجه گرفت، فرایند فشار بالا با کاهش اندازه و همچنین تغییر شکل اجزاء کروی و یا خوشه شکل میسل کازیین، می تواند مسئول افزایش کواگولاسیون باشد. به نظر عده ای از دانشمندان، استحکام کمتردلمه های پنیر از شیرهای حرارت ندیده فرایند شده در فشار 600 مگاپاسکال نسبت به شیر تیمار شده در فشار 400مگاپاسکال و شیر تیمار نشده، بعلت اتصال آلفالاکتالبومین دناتوره شده با میسل های کازیین می باشد. پروتئین آلفا لاکتالبومین در حرارت 90 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه، نسبت به اعمال فرایند فشار 600 مگاپاسکال به مدت 30 دقیقه، به میزان کمتری دناتوره می شود (16).
نتیجه و بحث
آنما در سال 2010، با اعمال فشار در pH متفاوت گزارش کرد، میزان دناتوره شدن با افزایش pH افزایش یافت و دناتوره شدن بتالاکتوگلوبولین در همه فشارهای اعمال شده، اتفاق افتاد و دناتوره شدن پروتئین های سرمی و تخریب میسل کازیین خصوصیات ژل اسیدی را تغییر نداد. در مورد ارتباط بین pH و اعمال فشار بالا بیان شده که میزان دناتوره شدن پروتئین سرمی در شیر تحت فرایند فشار بالا در pH بالاتر (1/7) بیشتر از زمانی می باشد که شیر در pH پایین تر (1/6-7/6) تحت فرایند فشار بالا قرار بگیرد و یا زمانی که شیر در pH پایین بدون اعمال فشار باشد. و با اعمال فشار به شیر با pH بین 4/6و3/7 و اسیدی کردن آن نشان داد کازیین در کلیه pH ها تخریب شد و میزان زیادی از آن به سرم شیر منتقل شد. همچنین در شیر با درصد ماده خشک متفاوت، گزارش کرد ، بیشترین تغییرات در اندازه و پراکندگی کازیین در 5 دقیقه اول اتفاق می افتد. که در این زمان کمترین تغییر در شیر به نسبت ادامه فرایند به وجود می آید. با افزایش ماده خشک، اثر فشار روی اندازه میسل کازیین، کمتر مشاهده می شود ولی با افزایش فشار به بالای 400 مگاپاسکال، پراکندگی ذرات، افزایش می یابد و این مشخصه با افزایش زمان فرایند، بیشتر می شود.
در تحقیقی دیگر نشان داده شد که اعمال فشار 250مگاپاسکال باعث افزایش سایز میسل کازیین تا 30 درصد می شود که احتمالا به علت تجمع پروتئین کازیین می باشد و اعمال فشار 400-600 مگاپاسکال باعث کاهش اندازه به میزان 50 درصد می شود(8).
اسپور باکتریها نسبت به فرایند فشار بالا از سلولهای رویشی مقاومتر هستند، و در فشار 1000 مگاپاسکال زنده می ماند و حتی در فشار 50-300 مگاپاسکال شروع به جوانه زدن می کنند. میکروب های گرم مثبت، نسبت به گرم منفی به فشار مقاومترند. میکروب های گرم مثبت تحت فشار 500-600 مگاپاسکال در دمای 25 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه از بین می روند ولی میکرب های گرم منفی با این شرایط در فشار 300-400 مگا پاسکال از بین می روند.
سیرا در سال 2007 نشان داد که اعمال فشار بیشتر از 200 مگاپاسکال باعث افزایش سختی ژل و کاهش سینرژیس می شود و افزایش در ویسکوزسته ماست با چربی کمتر از 3 درصد، با افزایش فشار مشاهده شد که بعلت افزایش ذرات چربی، میسل کازیین و افزایش پروتئین های سرمی دناتوره شده می باشد.
پنا و همکاران در سال 2006، شیر ماست پروپیوتیک را تحت فرایند های فشار بالا، حرارت و هر دو فرایند قرار دادند که تفاوت معنی داری در pH نهایی و سرعت کاهش آن در دو تیمار فشار و حرارت به تنهایی گزارش نکردند. ولی اعمال هر دو فرایند منجر به کاهش بیشتر pH شد.
گروهی از محققین، فشار 150-750 مگاپاسکال به شیر با چربی 2 تا 8 درصد و ماده خشک بدون چربی 3-6 درصد اعمال کردند و نتیجه گرفتند، در صورت افزایش فشار تا 450 مگاپاسکال، چربی تا 5 درصد و ماده خشک بدون چربی تا 4 درصد، کاهشpH به چشم می خورد. اعمال فشار 100 مگاپاسکال به مدت 15 دقیقه بر اسیدی شدن ماست کم چرب همزده، در حین نگهداری در سردخانه به مدت 20 روز، باعث کاهش pH شده است که البته نسبت کاهش pH، در ماست شاهد بیشتر بوده است. در حالی که در فشارهای 200،300 و 400 مگاپاسکال در همان مدت زمان، تغییر معنی داری در pH ماست، ایجاد نکرد که به دلیل، کاهش فعالیت اسیدی استارترها، بعد از اعمال فشار می باشد. سرعت تولید اسید کمتر در سلولهایی که تحت فشار قرارگرفتند و حتی آنهایی که با اعمال فشار، تعداد سلولهای زنده آنها، تغییر نکرده است، مشاهده شده است.
قدرت تجمع در ماست به میزان کل ماده جامد شیر و pH بستگی دارد. با کاهش pH، افزایش در سختی ماست گزارش شده که بدلیل اثر pH بر بار الکتریکی کازیین است. محققین گزارش کردند، با کاهش pH نهایی از 5/4 به 8/3، افزایش 20 درصدی سختی ژل ماست بوجود می آید. در توضیح آن، فرض کردند، این پدیده به علت افزایش بار مثبت در pH پایین تر از نقطه ایزوالکتریک و در نتیجه، دفع بین میسلی می باشد که باعث تورم ذرات کازیین و افزایش سختی ژل می شود. این دانشمندان، تخلخل بیشتر در شبکه پروتئین در pH کمتر، مشاهده کردند که برهمکنش بین میسلی را کاهش داده و ساختار باز و حساس به تشکیل بافت دانه ای و کلوخه ای را در ژل همزده به وجود می آورد. این چنین ساختاری متخلخلی جداسازی اولیه سرم را نیز آسان تر می کند(6).
گنزالس وهمکاران در سال 2007 گزارش کردند، که میزان پروتئین موجود درسرم پنیر حاصل از شیر تحت فرایند فشار 600 مگاپاسکال، نسبت به نمونه شاهد 30درصد، کمتر می باشد که بعلت باقی ماندن پروتئین در پنیر در طول فرایند، می باشد. و در این فشار میزان رطوبت فطعات پنیر، افزایش می یابد که می توانند، دلایل افزایش بازده پنیر باشد. با اعمال فشار 300 و 400 مگاپاسکال به مدت 30 دقیقه، به ترتیب، وزن قطعات پنیر14 و 20 درصد و بازیافت پروتئین درسرم پنیر، به میزان 5/7 و 15 درصد افزایش یافت.
زوبریس و همکاران در سال 2005 نشان دادند با اعمال فشار 100-250 مگاپاسکال، زمان کواگولاسیون همانند نمونه شاهد می باشد و فشار 400 مگاپاسکال اثر بسیار کمی بر روی آن دارد ولی با اعمال فشار بالاتر تا 600 مگاپاسکال زمان کواگولاسیون افزایش می یابد ولی در شیری که فاقد پروتئین سرمی، می باشد ویا با استفاده ازعواملی که باعث جلوگیری از ارتباط کاپا کازیین با بتا لاکتوگلوبولین دناتوره می شود، مانند اکسید سولفیدریل، اعمال فشار اثری بر زمان کواگولاسیون ندارد. همچنین افزایش دما(5 یا10 درجه سانتیگراد نسبت به 20 درجه سانتیگراد) در این فشار، باعث کاهش زمان کواگولاسیون می شود. درشیرهای بدون اکسید سولفیدریل در فشار بین 250-400 مگاپاسکال بیشترین سختی ژل را داریم اما در شیرهای حاوی اکسید سولفیدریل زمانی که فشار به 400 مگاپاسکال می رسد، بیشترین سختی ژل مشاهده می شود.
اسید چرب آزاد عامل اصلی ایجاد طعم و آروما در پنیر می باشد در آزمایش انجام شده بر روی میزان اسید چرب آزاد در پنیر تولید شده از شیر خام, شیر پاستوریزه و شیر تحت فشار( دمای 20 درجه سانتیگراد, زمان 15 دقیقه و فشار 500 مگاپاسكال) نشان داده شد كه اسید چرب آزاد، در هر سه نوع پنیر بوجود آمد. اسیدهای چرب اصلی تولید شده شامل، پالمتیك, اولئیك, میرستیك وكاپریك اسید, بودند. میزان لیپولیز درپنیر تولید شده از شیر تحت فرایند فشار بالا مشابه پنیر تولید شده از شیر خام بود و میزان آن درپنیر تولید شده از شیر پاستوریزه كمتر بود كه این رفتار را می توان بوسیله حساسیت حرارتی توضیح داد(2 ).
منابع:
1-Anema. Skelte G. 2010, Effect of pH at pressure treatment on the acid gelation of skim milk, Food Science & Emerging Technologies, Volume 11, Issue 2, Pages 265-273.
2-Buffa, M., Guamis, B., Pavia, M., & Trujillo, A.J. (2001a). Lipolysis in cheese made from raw, pasteurised or high-pressure-treated goats’ milk. International Dairy Journal, 11(3), 175 –179.
3-Cheftel, J.C. (1992). Effects of high hydrostatic pressure on food constituents: an overview. In: C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans, and P. Masson editors, ‘High Pressure and Biotechnology’ (pp195–209). London, UK: Colloque INSERMyJohn Libbey Eurotext.
4-Drake, M.A., Harrison, S.L., Asplund, M., Barbosa Canovas, G. Swanson, B.G. (1997). High pressure treatment of milk and effects on microbiological and sensory quality of Cheddar cheese. Journal of Food Science, 62(4), 843 –845.
5-Gervilla, R., Ferragut, V., & Guamis, B. (2001). High hydrostatic pressure effects on color and milk-fat globule of ewe’s milk, Journal of Food Science, 66(6), 880 –885.
6-Harwalkar, V.R. and Kalab, M. 1986. Relationship between micro- structure and susceptibility to syneresis in yogurt made from reconstituted nonfat dry milk. Food Microstruct. 5, 287–294.
7-Hite, B.H. 1899 . The effect of pressure in the preservation of milk West Virginia Agricultural Experimental Station Bulletin, 58,15, 35.
8-Huppertz. Thom , F. Fox Patrick and Alan L. Kelly, 2003, Properties of casein micelles in high pressure-treated bovine milk, Food Chemistry, Volume 87, Issue 1, Pages 103-110.
9-Pandey P. K., Ramaswamy H. S., and St-Gelais D., 2000, Water-holding capacity and gel strength of rennet curd as affected by high-pressure treatment of milk, Food Research International Volume 33, Issue 8, Pages 655-663.
10-Penna A.L.B., gurram S., Barbosa-Canovas G. V., 2006, Effect of high hydrostatic pressure processing on rheological and textural properties of probiotic low-fat yoghurt fermentation by different starter culture, Journal of food process Engineering, 29: 447-461.
11-Rademacher B., & Kessler H.G., (1997). High pressure inactivation of microorganisms and enzymes in milk and milk products, Journal of Food Science and Technology, 16: 293-291.
12- San Martín-González M.F., Rodríguez J.J., Subbarao Gurram, S. Clark, B.G. Swanson and G.V. Barbosa-Cánovas, 2007, Yield, composition and rheological characteristics of cheddar cheese made with high pressure processed milk, LWT – Food Science and Technology, Volume 40, Issue 4, Pages 697-705.
13-Sierra, I., Vidal Valverde, C., & Lopez Fandino, R. (2000). Effect of high pressure on the vitamin B and B content in milk. Milchwis- senschaft, 55(7), 365 –367.
14-Smelt, J.M. 1998 . Recent advances in the microbiology of high pressure processing. Trends in Food Science & Technology, 9:152-158.
15-TRUJILLO, A.J., CAPELLAS, M., SALDO, J., GERVILLA, R. and GUAMIS, B. 2002. Applications of high-hydrostatic pressure on milk and dairy products: A review. Innovative Food Sci. Emerging Technol. 3,295–307.
16- Zobrist M.R., Huppertz T., Uniacke T., Fox P.F. and Kelly A.L., 2005, High-pressure-induced changes in the rennet coagulation properties of bovine milk, International Dairy Journal, Volume 15, Issues 6-9, June-September 2005, Pages 655-662
Review Overview
بازدیدها: 9
