اكستروژن مواد غذايي و ارزش تغذيه‏اي آن‏ها

(شرکت زرماکارون)

 متين يحيوي¹، رضا افشين پژوه²، احسان سعادتمند³

1) كارشناس مركز پژوهش‏هاي فرهيختگان زرنام، گروه صنعتي پژوهشي زر

2) معاونت پژوهشي مركز پژوهش‏هاي فرهيختگان زرنام، گروه صنعتي پژوهشي زر

3) مدير اجرايي مركز پژوهش‏هاي فرهيختگان زرنام، گروه صنعتي پژوهشي زر

  مقدمه

تكنولوژي اكستروژن مجموعه‏اي از شرايط و مواد اوليه را در اختيار متخصصان صنايع غذايي قرار مي‏دهد كه با تغيير آن‏ها مي‏توان محصولات غذايي جديدي را توليد و به بازار عرضه نمود. اگرچه اسنك‏ها جزء اولين محصولات تجاري تهيه شده با اكستروژن‏ بودند اما امروزه با استفاده از اين فرآيند، بسياري از مواد غذايي ديگر با ارزش تغذيه‏اي بالا نيز توليد مي‏شود. تا كنون مطالعه همه جانبه‏اي در مورد ميزان مصرف غذاهاي اكسترود شده در دسترس نمي‏باشد اما قابليت اكسترودرها در تهيه مواد غذايي جديد از مخلوط مواد اوليه مي‏تواند مبناي مناسبي براي توسعه غذاهاي فراسودمند و ارائه آن‏ها به بازار مصرف گردد (1).

مواد اوليه داراي خواص كاربردي معمولاً به تنهايي از خواص ارگانولپتيكي مناسبي براي مصرف مستقيم برخوردار نيستند، حال آن‏كه با استفاده از اكسترودرها مي‏توان به غذاهاي جديدي با خواص كيفي مناسب براي مصرف كنندگان دست يافت. به عنوان مثال مصرف مستقيم دانه‏هاي غلات به علت مشكلاتي همچون بافت نامناسب مورد استقبال مشتريان قرار نگرفته است، اما با استفاده از تكنولوژي اكستروژن مي‏توان مشكلات مذكور را تا حد زيادي حل و محصولات غذايي داراي خواص كيفي مناسب‏تري توليد و به بازار عرضه نمود. قاعده كلي مشخصي در مورد نحوه تأثير اكستروژن بر خواص و كيفيت تغذيه‏اي مواد غذايي وجود ندارد. بخش قابل توجه تحقيقات پايه‏اي بر روي ريزمغذي‏ها تحت شرايط اكستروژن در دهه 1990 انجام شده است كه از پارامترهاي مؤثر در خواص تغذيه‏اي مواد اكسترود شده مي‏توان به نوع قالب و طراحي آن، تزريق بخار آب، دماي بدنه اكسترودر، سرعت مارپيچ و سرعت تغذيه مواد به داخل اكسترودر اشاره نمود (2). سؤال مهمي كه در اينجا مطرح است ميزان اهميت مواد غذايي اكسترود شده در تغذيه مي‏باشد كه به در ذيل به اهم آن‏ها مي‏پردازيم.

• ·        پروتئين و اسيدهاي آمينه 

فرآيند اكستروژن از طريق غيرطبيعي كردن پروتئين‏ها باعث افزايش قابليت هضم آن‏ها مي‏شود كه علت آن افزايش محل‏هاي عمل آنزيم‏ها در ساختار پروتئين‏ مي‏باشد. بسياري از آنزيم‏ها و عوامل ضد آنزيمي به علت غير طبيعي شدن تحت اكستروژن فعاليت خود را از دست مي‏دهند. ميزان غيرطبيعي شدن پروتئين‏ها معمولاً با اندازه‏گيري حلاليت پروتئين‏ها در آب و يا ساير محلول‏هاي مشابه ارزيابي مي‏گردد. تغيير حلاليت پروتئين‏ها معمولاً تحت شرايط اعمال نيروي برشي بالا زياد مي‏شود و همچنين تحت تأثير دما و رطوبت نيز قرار مي‏گيرد. براي مثال حلاليت پروتئين‏هاي گندم حتي در شرايط دمايي پائين (نظير توليد ماكاروني) نيز كاهش مي‏يابد. دماهاي بالا و رطوبت پائين باعث افزايش ميزان واكنش‏هاي ميلارد مي‏گردد. قندهاي احيا كننده (قندهاي كوچك تشكيل شده در طي اعمال نيروي برشي) و ساكارز (پس از هيدروليز) مي‏توانند با ليزين واكنش دهند كه همين امر باعث كاهش ارزش تغذيه‏اي پروتئين‏هاي موجود در محصولات اكسترود شده مي‏گردد (3).

• ·        كربوهيدرات‏ها 

غذاها و دانه‏هاي نشاسته‏اي منابع اصلي تأمين انرژي در بسياري از برنامه‏هاي غذايي هستند. كنترل و طراحي شرايط اكستروژن براي كنترل تغييرات مواد كربوهيدراتي و شكل نهايي آن‏ها در محصولات توليدي از اهميت خاصي برخوردار است كه علت آن تأثير فرآيند اكستروژن بر ساختار مواد نشاسته‏اي در جهت تجزيه مولكولي آن‏ها مي‏باشد. انسان به راحتي توانايي هضم و جذب نشاسته غيرژلاتينه و طبيعي را ندارد. از نظر نحوه ژلاتينه شدن نشاسته، اكستروژن تقريباً به صورت منحصر به فرد عمل مي‏كند و علت آن اين است كه در يك اكسترودر، ژلاتينه شدن نشاسته مي‏تواند نسبت به ساير فرآيندها در مقادير بسيار پائين‏تر رطوبت صورت گيرد. در طي عمليات اكستروژن، نشاسته پيش هضم مي‏گردد. شاخه‏هاي جانبي روي آميلوپكتين در طي اعمال نيروي برشي حذف مي‏گردند و كاهش وزن مولكولي هر دو پليمر نشاسته (آميلوز و آميلوپكتين) نيز گزارش شده است (4).

• ·        ويتامين‏ها 

نگراني‏هاي مربوط به از بين رفتن ويتامين‏ها در طي فرآيند اكستروژن، برخي توليدكنندگان را بر آن داشت  تا ويتامين‏ها را به صورت اسپري پس از اكستروژن به مواد غذايي اضافه نمايند. متأسفانه حرارت و اكسيژن دو عاملي هستند كه ويتامين‏ A و كاروتنوئيدهاي وابسته را تخريب كرده و از بين مي‏برند. بتاكاروتن به عنوان يك آنتي اكسيدان و پيش ساز ويتامين A تحت تأثير حرارت ناپايدار است. افزايش دماي اكسترودر از 125 به 200 درجه سانتي گراد باعث كاهش بيش از 50 درصد آن‏ها در آرد گندم مي‏گردد. ويتامين‏هاي D و K در طي فرآيند مواد غذايي نسبتاً پايدار هستند و معمولاً در مواد غذايي اكسترود شده براي مصارف انساني استفاده نمي‏شوند اما ميزان ويتامين E باقيمانده در آرد گندم اكسترود شده و خشك شده با خشك‏كن غلتكي كمتر از 20 درصد گزارش شد. در حضور حرارت و اكسيژن، ويتامين C تخريب مي‏شود. اين ويتامين در طي اكستروژن آرد گندم در دماهاي بالا در مقادير رطوبت نسبتاً پائين (10 درصد) كاهش يافت. تيامين از ويتامين‏‏هاي محلول در آب است كه بيشترين حساسيت را به حرارت دارد. در طي اكستروژن خشك مواد (بدون افزودن آب)، افت‏هاي بالاي تيامين گزارش گرديد، اين در حالي است كه نياسين و ريبوفلاوين افتي را نشان ندادند (5).

• ·        ليپيدها 

اگرچه ليپيدها به عنوان منابع ذخيره‏اي انرژي محسوب مي‏شوند اما مصرف بيش از حد آن‏ها باعث بيماري‏هاي قلبي-عروقي، سرطان و چاقي مفرط مي‏گردد. معمولاً فرمولاسيون مواد اكسترود شده داراي ميزان چربي كمتر از 10 درصد مي‏باشد زيرا ميزان چربي بالاتر باعث مشكلات تكنولوژيكي در راه‏اندازي اكسترودر مي‏گردد به طوري كه اصطكاك كم بين مواد و ديواره اكسترودر باعث عدم حركت به جلو و حركت در جاي آن‏ها مي‏گردد. آناليز شيميايي سبوس گندم و آرد كامل گندم اكسترود شده با ميزان مشخصي چربي نشان داد كه سبوس گندم اكسترود شده حاوي مقادير بيشتري چربي آزاد بوده و مقدار چربي متصل شده در آرد گندم كه نشاسته بيشتري دارد بالاتر بود (5).

اكسيداسيون چربي‏ها يكي از دلايل عمده افت خواص كيفي و تغذيه‏اي مواد غذايي مي‏باشد. اگرچه به نظر مي‏رسد كه به علت زمان كوتاه فرآيند در طي اكستروژن، اكسيداسيون چربي‏ها صورت نمي‏گيرد اما در طي نگهداري محصولات اكسترود شده توليدي اكسيداسيون رخ مي‏دهد (2). تأثير نسبي آنتي اكسيدان‏هاي مختلف بر اكسيداسيون چربي‏ها در جدول ذيل مقايسه شده است.

جدول 1: مقايسه نسبي آنتي اكسيدان‏هاي مختلف در مواد اكسترود شده (2)

• ·        مواد معدني 

غذاهاي داراي فيبر بالا ممكن است در طي اكستروژن، قسمت‏هاي داخلي پوسته اكسترودر و مارپيچ را سائيده و همين امر باعث افزايش مواد معدني در مواد اكسترود شده مي‏گردد.  اكستروژن و هرگونه تغييرات حاصل از آن بر روي مواد معدني بر ميزان دريافت و مصرف عناصر آهن و روي سبوس گندم تأثيري نداشت (6)، از سوي ديگر عمليات اكستروژن تأثيري در دسترس بودن بيولوژيكي عنصر روي در مخلوط سمولينا نداشت. در حقيقت افت در دسترس بودن بيولوژيكي مواد معدني ممكن است در مواد غذايي حاوي مقادير بالاي فيبر تغذيه‏اي و فيتات رخ دهد. تحقيقات به عمل آمده حاكي از آن بود كه تغيير سرعت مارپيچ تأثيري روي ميزان باقيمانده فيتات در سبوس گندم نداشت اما ميزان فيبر غير محلول در سبوس جوي دوسر و برنج پس از اكستروژن كاهش يافت. جدا كردن فيتات از اين نمونه‏ها باعث شد سبوس اكسترود شده جوي دوسر و برنج قدرت باند كردن مقدار بيشتري كلسيم و روي در شرايط آزمايشگاهي را داشته باشد اما بر روي مس تأثيري نداشت (2).

نتيجه‏گيري

تحقيقات بسيار متنوعي در زمينه تغذيه و اكستروژن با توجه به نيازهاي گسترده در اين عرصه قابل تصور و پيش‏بيني مي‏باشد. انجام پژوهش‏ها بر روي اين فرآيند در ظرفيت‏هاي بالا به منظور بررسي امكان توسعه نتايج تحقيقات پيشين لازم و ضروري تلقي مي‏گردد. برخلاف سرعت توليد نمونه‏ها، بررسي تأثير اكستروژن بر فاكتورهاي تغذيه‏اي، معمولاً زمان‏بر و پرهزينه است. استفاده همزمان از علوم تغذيه، صنايع غذايي و مهندسي، در توليد موفق هر محصول اكسترود شده جديد يك فاكتور كليدي و مهم مي‏باشد. قرن حاضر امكانات و فرصت‏هاي گوناگوني را براي بهبود و توسعه تغذيه انسان‏ها فراهم كرده است و اكسترودرها ابزارهاي مفيدي در اين راه محسوب مي‏شوند.

 منابع و مراجع 

 Della Valle, G., Quillien, L. and Gueguen, J. (2006). Relationships between processing conditions and starch and protein modifications during extrusion-cooking of pea flour. Journal of Sci Food Agric, 64(4), 509-517.

1. Bjorck, I., Asp, N. (2007). The effect of extrusion cooking on nutritional value. Journal of Food Engineering, 2(4), 281-308.
2. Areas, J. (2000). Extrusion of food proteins. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 32(4), 365-392.
3. Akdogan, H. (1999). High moisture food extrusion. International Journal of Food Science and Technology, 34 (3), 195-207.
4. Camire, M. E., Van Chuyen, H. (2004). Chemical changes during extrusion cooking. Process-induced chemical changes in food. New York, Plenum Press.
5. Fardet, A., Abecassis, J. Hoebler, C. and Baldwin, P. M. (2003). Influence of technological modifications of the protein network from pasta on in vitro starch degradation. Journal of Food Science, 30(2), 33-145.

فشار هيدرواستاتيك بالا شيوه‏اي نوين در فراوري غيرحرارتي دانه گندم

(شرکت زرماکارون)

متين يحيوي¹، امير وكيلي نظامي¹،‌ رضا افشين پژوه²، احسان سعادتمند ³

1) پژوهشگر مركز پژوهش‏هاي فرهيختگان زرنام، گروه صنعتي پژوهشي زر

2) مدیر واحد تحقیق و توسعه گروه توسعه صنعتي پژوهشي زر و پژوهشگر مركز پژوهش‏هاي فرهيختگان زرنام

3) مدير اجرايي گروه توسعه صنعتی و پژوهشی زر و پژوهشگر مركز پژوهش‏هاي فرهيختگان زرنام

ظهور و پيشرفت روش‏هاي غيرحرارتي نوين در صنایع غذایی، به دليل تأثيرات سوء حرارت، اهمیت خاصی در دهه‏هاي اخير پیدا کرده است. فرآیند فشار هيدرواستاتيك بالا[1] يا پاسكاليزاسيون[2]، یکی از مهمترین تکنولوژی‏های كنوني مي‏باشد كه در آن مواد غذايي با هدف از بين بردن ميكروارگانيسم‏‏هاي پاتوژن و همچنين غيرفعال كردن آنزيم‏هايي كه باعث تغييرات نامطلوب مي‏شوند و افزايش كيفيت، در معرض فشار بالا (معمولاً بين 100 تا 1000 مگاپاسكال) قرار مي‏گيرند (1). سابقه استفاده از فشار بالا به قرن نوزدهم برمي‏گردد. در سال 1899، Hite به طور موفقيت آميزي از فشارهاي هيدرواستاتيك بالا براي بهبود و حفظ كيفيت شير استفاده نمود. بنابراين كاربرد اين فرآيند در كنترل ميكروارگانيسم‏ها و نگهداري مواد غذايي تاريخچه‏اي طولاني دارد  (2). از اوايل دهه 1990، حدود ده ماده غذايي فرآوري شده به روش HHP شامل پوره ميوه‏ها، مرباها، آبميوه‏ها و كيك‏ها به صورت تجاري در ژاپن توليد مي‏شود. عملكرد يكنواخت در تمام محصول،‌ بهبود خواص تغذيه‏اي در محصولات فرآوري شده همراه با پارامترهاي كيفي بهتر، بي‏تأثير بودن اندازه نمونه‏ها بر روي زمان فرآيند و همچنين بهبود خواص كاربردي نظير بافت، امولسيفيه شدن، كف كردن و خواص شكل‏دهي، از مزاياي عمده اين تكنولوژي نسبت به ديگر روش‏هاي فرآيند و نگهداري است  (3). براي فرآوري در فشار بالا از فشارهاي بالاي هيدرواستاتيك استفاده مي‏شود. وسيله مورد نياز جهت اين فرآيند يك محفظه مكانيكي (استوانه از جنس استيل) و يك پمپ جهت توليد فشار تا چند صد مگاپاسكال (MPa[3]) مي‏باشد. پس از اين كه ماده غذايي در ظرف مناسبي قرار داده و دربندي شد، بسته مورد نظر را در استوانه‏اي قرار مي‏دهند كه داراي مايعي با قابليت تراكم كم (نظير آب) مي‏باشد. فشار به كمك يك پمپ توليد مي‏شود كه ممكن است به طور دائم (استاتيك) و يا ناپيوسته به كار رود. در حالت اخير ممكن است از دو يا سه سيكل اعمال فشار با زمان‏هاي متفاوت استفاده نمود (4).

  مطالعات چنداني بر روي كاربرد روش فشار هيدرواستاتيك بالا در حوزه غلات و فرآورده‏هاي آن انجام نشده است اما گزارشات متعددي در خصوص تأثير اين تكنيك بر گلوتن و نشاسته گندم به انجام رسيده است (5). روش‏هاي جديد نگهداری، جوابگوي نیازهای مصرف کنندگان برای حصول فرآورده‏هاي مغذي، کاهش مصرف نگهدارنده‏ها، عمر نگهداري مناسب و همچنين سهولت حمل و نقل هستند. هدف از این مقاله، بازتاب متفاوت تأثير فرآیند فشار هیدرواستاتیک بالا از نقطه نظر تکنولوژیکی و كيفي مي‏باشد.

• ·         تأثیر فشار بالا بر روی پارامترهای رنگ خمیر گندم

مقادیر مختلف فشار و زمان بر روی پارامترهای متفاوت رنگ (L, a, b) خمیر بررسی شده است. رنگ خمیر تحت تأثیر HHP قرار می‏گیرد، با این وجود تفاوت‏های جدی بین داده‏های آزمایش نسبتاً کم هستند. روشنی (L) نمونه‏ها با تغییر میزان فشار و زمان نگهداری در فشار ثابت تغییر می‏کند، این در حالی است که تغییرات چندانی بین نمونه‏های شاهد و خمیرهای تیمار شده مشاهده نشده است. فشار 100 و 150 MPa بیشترین اثر را بر روی پارامترهای a و b می‏گذارد که به ترتیب نشان‏دهنده تمایل به رنگ قرمز و زرد است. از سوی دیگر افزایش مدت زمان تیمار موجب کاهش پارامتر a می‏شود، اما تغییر چشمگیری در پارامتر b مشاهده نمی‏گردد. فشار اعمال شده به خمیر، تنها در بالاترین مقدار آزمایش شده (MPa 250) موجب تغییر رنگ کل می‏شود (6).

• ·         تأثیر فشار بالا بر روی جمعیت میکروبی خمیر گندم 

اثرات فشار بالا بر روی غیر فعال‏سازی میکروبی به فاکتورهای متعددی از جمله نوع میکروارگانیسم، مدت زمان تیمار، دما و ساختار ماده غذایی بستگی دارد. بنابراین انتخاب فشار مناسب جهت ازبین بردن و غیرفعال کردن عوامل فساد و سلول‏های رویشی اجتناب ناپذیر است. اثر درجات مختلف HHP در مدت زمان‏های متفاوت بر روی تعداد کلی باکتری‏های مزوفیل هوازی[4] مورد بررسی قرار گرفت. بر طبق نتایج به دست آمده، پس از یک دقیقه اعمال فشار، کاهش شدیدی در تعداد میکروارگانیسم‏ها مشاهده گردید. این در حالی است که با افزایش مدت زمان فرآیند، کاهش چندانی گزارش نگردید (7) معمولاً افزایش فشار منجر به غیر فعالسازی بیشتر میکروارگانیسم‏ها می‏شود اما توجه به این نکته ضروری است که باید آستانه فشار مورد نیاز برای غیرفعال کردن هر میکروارگانیسم تعیین شود. با این وجود فشار کمتر از MPa 200 موجب جوانه زدن اسپورهای برخی گونه‏های خاص، افزایش تعداد سلول‏ها در مرحله رشد و همچنین افزایش تعداد کلنی‏ها می‏شود (8). از سوی دیگر، کپک‏ها و مخمرها به فشار بالا بسیار حساس هستند، چرا که غشای خارجی آن‏ها تحت تأثیر قرار می‏گیرد. نتایج حاصل از بررسی‏ها نشان داد کاربرد فشار MPa 500 باعث آسیب و تخریب دیواره سلولی آن‏ها می‏شود (9).

• ·         تأثیر فشار بالا بر روی ژلاتیناسیون نشاسته گندم 

وقتی نشاسته در یک محیط آبی و در فشار اتمسفر حرارت داده می‏شود، فرآیند ژلاتیناسیون صورت می‏گیرد. به طور کلی ژلاتینه شدن نشاسته یک فرآیند غیر قابل برگشت است که شامل تورم گرانول، ذوب کریستال طبیعی، فقدان انکسار مضاعف و همچنین عدم قابلیت حل شدن نشاسته می‏باشد. البته تحقیقات صورت گرفته نشان می‏دهد استفاده از فشار بالا (تا MPa 650) نیز می‏تواند موجب تغییر شکل غیرقابل برگشت ناحیه کریستالی در گرانول‏های نشاسته گردد که در نتیجه منجر به تخریب ساختار گرانولی می‏شود (10). Katopo و همکاران در سال 2002، تأثیر فشار MPa 690 را به مدت 5 دقیقه بر روی خصوصیات ژلاتیناسیون سوسپانسیون نشاسته گندم مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد ژل تشکیل شده از سوسپانسیون 1:1 (نسبت نشاسته به آب) بسیار ترد و شکننده بود و با افزایش نسبت آب، میزان ژلاتیناسیون نشاسته نیز افزایش می‏یابد (10). Hongsheng و همکاران در سال 2009 به این نتیجه رسیدند که فشار موجب کاهش آنتالپی ژلاتیناسیون می‏شود اما این کاهش خطی نیست. به گونه‏ای که آنتالپی در ابتدا بسیار سریع کاهش یافته ولی با افزایش فشار، به تدریج تغییر می‏کند. این نتایج نشان می‏دهد برخی ساختارهای ضعیف‏تر نشاسته آسیب می‏بیند اما بخش‏های مستحکم‏تر آن در طول تیمار با فشار، تغییری نمی‏کند (11). Bauer و Konrr در سال 2005، تغییرات پارامتر هدایت الکتریکی[5] را در سوسپانسیون 5% نشاسته گندم پس از قرار گرفتن در معرض فشار MPa 530 مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد با افزایش مقدار فشار، هدایت الکتریکی نیز به دلیل آزادسازی یون‏ها افزایش می‏یابد. بین پارامتر هدایت الکتریکی و ژلاتیناسیون سوسپانسیون نشاسته گندم رابطه مثبتی وجود دارد، بدین معنی که درجه ژلاتیناسیون نشاسته را می‏توان با استفاده از فاکتور هدایت الکتریکی تعیین نمود (12).

استفاده از فشار هيدرواستاتيك بالا با حفظ يكپارچگي گلوتن،‌ موجب بادكردگي نشاسته مي‏گردد. به طوري كه ويژگي‏هاي رئولوژيكي و ساختاري اين نوع نشاسته در مقايسه با انواع حرارت ديده تفاوت داشت (13). مقدار بادكردگي نشاسته بستگي به نوع نشاسته، ميزان فشار و همچنين مدت زمان انجام اين روش دارد (13).

علاوه بر اين،‌ نتايج به دست آمده از ويژگي‏هاي حرارتي نشاسته‏هاي تحت فشار حاكي از كاهش دماي ژلاتيناسيون و آنتالپي مي‏باشد. علاوه بر اين، گرانول‏هاي نشاسته حالت كريستالي خود را از دست داده و تمايل به تجمع پيدا مي‏كنند (14). تحقيقات ديگر در اين خصوص  نشان داد استفاده از مقادير پائين فشار (MPa 200) تأثير چنداني بر روي گلوتن ندارد،‌ اما افزايش فشار و درجه حرارت (MPa800 و ^oC60) نتايج عكسي را موجب گرديد. به گونه‏اي كه به هم پيوستگي ساختار گلوتن از بين خواهد رفت (4).

• ·         تأثیر فشار بالا بر روی اجزای تشکیل دهنده دانه گندم 

مطالعات چندانی بر روی کاربرد HHP و اثر آن روی ریزمغذی‏ها در دانه غلات انجام نشده است اما تجزیه ویتامین‏های محلول در آب در طول تیمار با فشار و حرارت، توسط  Sancho و همکاران در سال 1999 بررسی شده است. علت انتخاب این ویتامین‏ها حساسیت به عوامل فیزیکی بوده است چرا که استفاده از آن‏ها در فرآیندهای حرارتی معمولی، با محدودیت‏هایی مواجه می‏شود (15). کاربرد HHP اثر زیادی بر روی کاهش پیریدوکسال و تیامین دارد، به گونه‏ای که سیستم تیمار نشده شامل 475/1 ویتامین B₁ است اما پس از تیمار در فشار MPa 600 و ^OC20 به مدت 30 دقیقه شامل 468/1 می‏باشد. ویتامین C پس از تیمار با فشار، کاهش چشمگیری نشان می‏دهد البته با افزایش میزان فشار از 200 به 600  MPa میزان باقیمانده ویتامین از 83/87% به 58/88% افزایش می‏یابد (15). در همین راستا، Gomes و همکاران در سال 1998 مشاهده کردند که اعمال فشار MPa 600-400 به مدت 10 تا 20 دقیقه در دمای محیط، افزایش چشمگیری در میزان این دو ترکیب را به همراه دارد. از سوی دیگر، در فشار MPa 800-700 میزان قندهای احیاکننده نسبت به کربوهیدرات‏های محلول کل کمتر می‏گردد (16). Galazka و همکاران در سال 1995، گلوتن هیدراته را به مدت 60-20 دقیقه در معرض فشار MPa 800-200 قرار دادند.  بررسی پروفایل بافت[6] به عنوان شاخصی برای دناتوراسیون پروتئین انتخاب شد و در تشخیص خمیر ضعیف و قوی مورد استفاده واقع شد. ژل‏های تشکیل شده با گلوتن فرآوری شده با حرارت، بسیار متفاوت بودند چرا که دارای الاستیسیته بیشتر و مدول الاستیسیته بالاتر بودند (17). تحقیقات Kieffer و همکاران در سال 2007 نشان داد در دمای ^OC20، تنها مقادیر فشار بالاتر از MPa 200 می‏تواند ساختار گلوتن را تغییر دهد (4). بر طبق مطالعات Barcenas و همکاران در سال 2010،  تغییرات در ساختار گلوتن به پیوندهای دی سولفیدی نسبت داده می‏شود. تیمار گلوتن باعث ایجاد پیوندهای دی سولفیدی اضافی می‏گردد که در کنار پیوندهای هیدروفوب و هیدروژنی، موجب تغییراتی در شبکه گلوتن می‏شود که با تغییرات ایجاد شده توسط حرارت متفاوت است. تیمار HHP تا MPa 150 به مدت 4 دقیقه باعث تغییرات میکروسکوپی خمیر می‏شود که احتمالاً به دلیل بازشدگی پروتئین است (5).

• ·         ساختار ميكروسكوپي خمير تحت فشار بالا

دستگاه SEM[7] براي تعيين اثر HHP بر روي ساختار ميكروسكوپي خمير استفاده مي‏شود. خمير تيمار نشده ساختار پيوسته‏اي با گرانول‏هاي نشاسته دست نخورده و تثبيت شده در شبكه پروتئيني دارد. پس از تيمار HHP اين شبكه پيوسته، متلاشي شده و گرانول‏هاي نشاسته به عنوان ساختار مجزايي تشخيص داده مي‏شود. با اين وجود شكل گرانول‏هاي نشاسته با افزايش فشار بيشتر، از حالت طبيعي خارج مي‏شود. خمير تيمار شده در فشار 50 و 150 MPa، گرانول‏هاي نشاسته را كاملاً قابل تشخيص با اندازه‏هاي متنوع نشان مي‏دهد و همچنين ساختارهاي احاطه كننده كه عمدتاً طبيعت پروتئيني دارند به شدت كاهش مي‏يابند و گرانول‏ها را روي هم انباشته مي‏كنند. در فشار MPa 250 تغييرات شديدي در خمير تيمار شده مشاهده مي‏گردد، به طوري كه گرانول‏هاي نشاسته به عنوان ساختارهاي مجزا ناپديد شده و فيلم ناپيوسته‏اي مانند آنچه بعد از تورم و ژلاتيناسيون اتفاق مي‏افتد ايجاد مي‏كند (5). اثر فشار بالا بر روي گرانول‏هاي نشاسته منجر به تورم محدود شده كه وابستگي بسياري به پارامترهاي فشار، رطوبت، زمان و همچنين نوع نشاسته دارد.  يافته‏هاي Mozhaev و همكاران در سال 1994 نشان مي‏دهد فشار برابر يا بيشتر از MPa 2000-1000  اثر زيادي بر روي پيوندهاي كووالان ندارد (18). از سوي ديگر  Hoover‌ و همكاران نيز در سال 1989 به اين نتيجه رسيدند كه پيوندهاي هيدروژني ايجاد شده و اتصالات هيدروفوبي تمايل به پايدار شدن در فشارهاي بالاتر از MPa 1000 دارند.  با توجه به اين كه HHP باعث باز شدن پروتئين‏هاي اليگومر مي‏شود، بنابراين اصلاحاتي در ساختار پروتئين‏ها مورد انتظار خواهد بود. Barcenas و همكاران در سال 2010 مشاهده كردند تيمار HHP تا MPa 150 به مدت 4 دقيقه باعث تغييرات ميكروساختاري خمير مي‏شود كه علت آن را به بازشدگي پروتئين نسبت دادند اما جهت اصلاح نشاسته، نياز به درجات بالاتر فشار (MPa 250) مي‏باشد (5).

نتيجه گيري

 كاربرد روش HHP با توجه به مزيت‏هايي نظير ارائه محصولاتي با كيفيت، بهبود خواص كاربردي و همچنين جلوگيري از واكنش‏هاي ناخواسته شيميايي، در صنعت غذا داراي روندي رو به رشد مي‏باشد. استفاده از اين نوع فناوري‏هاي نوين از جمله اعمال فشارهاي بالا سبب تحولات اساسي در بعضي از فرآيندهاي مواد غذائي از جمله سالم سازي غيرحرارتي، بهبود ويژگي‏هاي كيفي، بافتي و ارزش تغذ يه‏اي مواد غذائي مي‏گردد. به وضوح مي‏توان دريافت كه گسترش اين تكنولوژي، به راحتي مي‏تواند جوابگوي نیازهای مصرف کنندگان برای حصول فرآورده‏هاي مغذي با عمر نگهداري مناسب و سهولت حمل و نقل باشد.

تکنولوژی فشار هیدرواستاتیک بالا بعنوان یک تکنیک غیرحرارتی منافع زیادی را در حفظ ارزش‏های کیفی و حسی ماده غذایی ایجاد می‏کند. با توجه به قیمت بالای این تکنولوژی امید است که با ترکیب این سیستم و روش‏های دیگر در فرآیند مواد غذایی بتوان هزینه‏های عمل آوری را جبران نمود. 

 منابع و مراجع

 Farr, D. (1990). High pressure technology in the food industry. Trends in Food Science and Technology, 1, 14-17.

1.  Norton, T., & Sun D.W. (2007). Recent advances in the use of high pressure as an effective processing technique in the food industry. Food Bioprocess Technology, DOI: 10.1007/s11947-007-0007-0.
2. Balasubramaniam, V.M., and Farkas, D. 2008. High Pressure Processing. Food Sci. and Technol. Int. In press.
3. Kieffer, R., Schurer, F., Köhler, P., & Wieser, H. (2007). Effect of hydrostatic pressure and temperature on the chemical and functional properties of wheat gluten: studies on gluten, gliadin and glutenin. Journal of Cereal Science, 45(3), 285-292.
4. Bárcenas M.E., Altamirano-Fortoul R., Rosell M.R. (2010). Effect of high pressure processing on wheat dough and bread characteristics. LWT - Food Science and Technology, 43, 12-19.
5. Palou, E., Lo pez-Malo, A., Barbosa-Ca novas, G. V., Welti-chanes, J., Davidson, P.M., & Swanson, B.G. (1998). High hydrostatic pressure come-up time and yeast viability. Journal of Food Protection, 61 (12), 1657-1660.
6. Ahn, J., Balasubramaniam, V.M., and Yousef, A.E. 2007. Inactivation kinetics of selected aerobic and anaerobic bacterial spores by pressure-assisted thermal processing. Int. J. of Food Microbiol. 113(3): 321-329.
7. Black, E.P., Setlow, P., Hocking, A.D., Stewart, C.M., Kelly, A.L., and Hoover, D.G. 2007. Response of spores to high-pressure processing. Comp. Rev. Food Sci. Food Safety 6(4): 103-119.
8. Sullivan, J. W., & Johnson, J. A. (1964). Measurement of starch gelatinization by enzyme susceptibility. Cereal Chemistry, 41, 73-7.

10.  Katopo, H., Song, Y., & Jane J. L. (2002). Effect and mechanism of ultrahigh hydrostatic pressure on the structure and properties of starches. Carbohydrate Polymers, 47, 233-244.

11.  Liu, Hongsheng; Yu, Long; Simon, George; Dean, Katherine; Chen, Ling. Carbohydrate Polymers vol. 77 issue 3 July 11, 2009. p. 662-669.

12.  Bauer B.A., knorr D (2005). The impact of pressure, temperature and treatment time on starches: pressure-induced starch gelatinization as pressure time tempreture indicator for high hydrostatic pressure processing. Journal of Food Engineering, 68, 329-334.

13.  Stolt, M., Oinonen, S., & Autio, K. (2000). Effect of high pressure on the physical properties of barley starch. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 1, 167-175.

14.  Wang, B., Li, D., Wang, L., Chiu, Y.L., Chen, X.D., & Mao, Z. (2008). Effect of high pressure homogenization on the structure and thermal properties of maize starch. Journal of Food Engineering, 87, 436-444.

15.  Sancho, F., (1999). Effect of ultra-high hydrostatic pressure on hydro soluble vitamins. Journal of Food Engineering, 39(3), 247-253.

1. Gomes, M.R., Clark, A., & Ledward, D.A. (1998). Effects of high pressure on amylases and starch in wheat and barley flours. Food Chemistry, 63, 363-372.

17.  Galazka, V.B., and Ledward, D.A. )1995. (Development in high pressure processin. Food Technology International Europe, 12:123–125.

18.  Mozhaev, V., Heremans, K. (1994). Exploiting the effect ofs of high hydrostatic pressure in biotechnological applications. Trends in biotechnology, 12, 493-501.