سالم سازي سرد شير؛ چطور بدون حرارت دادن ممکن است؟

در این مقاله مروري بر روش هاي سالم سازي سرد شير (شیر سرد) خواهیم داشت. شاید هم شما با برخی از این روش ها آشنایی داشته باشید.

مقدمه سالم سازي سرد شير

شير به دليل دارا بودن مواد مغذي ضروري و شرايط محيطي مطلوب، محيط مناسبي براي رشد تعداد زيادي از ميكروارگانيسم ها بوده و جزء غذاهاي فسادپذير سريع به حساب مي آيد.

مهم ترين ميكروارگانيسم هاي عامل فساد و پاتوژن كه ممكن است در شير وجود داشته باشد عبارتنداز:

اشرشياكلي ،استافيلوكوكوس اورئوس ،ليستريا مونوسيتوژنز و باسيلوس سرئوس.

پاستوريزاسيون

روش معمول و سنتي جلوگيري از فساد و افزايش زمان ماندگاري شير خام، پاستوريزاسيون است كه در طي اين فرايند اكثر باكتري هاي بيماريزا و عامل فساد از بين مي روند. با اين حال، اين فرايند سبب نابودي كامل باكتري هاي ترموديوريك و اسپورزا نمي شود. از سوي ديگر برخي از باكتري ها آنزيم هاي خارج سلولي مانند پروتئاز، ليپاز و فسفوليپاز توليد مي كنند كه در برابر حرارت مقاوم بوده و در طي نگهداري شير پاستوريزه در شرايط يخچالي فعال مي شوند. همچنين تعدادي از باكتري ها كه به صورت نسبي تخريب شده اند ترميم يافته و تكثير مي يابند. به طور كلي براي غلبه بر اين مشكلات بايستي از فرايند حرارتي شديدتري استفاده نمود كه اين فرايند حرارتي نيز سبب ايجاد تغييرات نامطلوب در خصوصيات حسي و تركيبات مغذي شير مي شود.

روش هاي غير حرارتي یا سالم سازي سرد شير

امروزه افزايش توجه مصرف كنندگان به ارزش غذايي و ويژگي هاي حسي محصولات غذايي و تمايل به استفاده از مواد غذايي فراوري شده با بالاترين ارزش تغذيه اي و بيشترين شباهت از نظر ويژگي هاي ارگانولپتيكي به محصولات دست نخورده، توجه توليد كنندگان را به استفاده از روش هاي غير حرارتي به منظور افزايش ماندگاري مواد غذايي بدون اينكه تأثير منفي بر روي خواص حسي آنها داشته باشند، جلب كرده است. شير نيز از جمله مواد غذايي است كه استفاده از روش هاي غيرحرارتي براي كاهش بار ميكروبي و افزايش ماندگاري آن روز به روز در حال گسترش است.

استفاده از فناوري فشار بالا، اِعمال ميدان الكتريكي ارتعاشي  ،(PEF) فناوري غشايي و ميكروفيلتراسيون، پرتو دهي و استفاده از گاز  CO2 از جمله روش هايي هستند كه گزارش‌هاي زيادي در مورد استفاده موفقيت آميز از آنها براي كاهش بار ميكروبي شير و افزايش ماندگاري آن وجود دارد؛ بدون اينكه تأثير خاصي بر كاهش ارزش غذايي و خواص ارگانولپتيكي آن داشته باشند.

برخي از اين روش ها سبب سالم سازي كامل شير شده و برخي نيز به عنوان يك روش كمكي عمل مي كنند. در اين مقاله، هركدام از اين روش هاي سالم سازي سرد شير مورد بررسي قرار گرفته و به مكانيسم عمل، معايب و مزايا و مثال هايي از كاربرد هر كدام از آنها در مورد شير اشاره خواهد شد.

روش هاي سالم سازي سرد شير

فناوري فشار بالا یکی از روش های سالم سازي سرد شير

فناوري فشار بالا يكي از مناسب ترين روش هاي جايگزين براي تيمار حرارتي مواد غذايي به ويژه شير، استفاده از فناوري فشار بالا است. طي سال هاي اخير استفاده از اين روش در مورد فراورده هاي شير از اين نظر مورد توجه قرار گرفته است كه هم داراي اثر ضد ميكروبي بوده و هم تغييري در ويژگي هاي حسي و تغذيه اي ماده غذايي ايجاد نمي كند.

Hite و همكاران اولين محققاني بودند كه تأثير مثبت اين تكنيك را در كاهش ميكروارگانيسم هاي ماده غذايي به اثبات رساندند. آنها مشاهده نمودند كه با قرار دادن شير خام در معرض فشار بالا (۶۵۰مگا پاسكال  MPa ) بار ميكروبي آن به طور چشمگيري كاهش مي يابد. امروزه با توجه به حفظ ارزش غذايي و خواص حسي فراورده هاي توليد شده با استفاده از فناوري فشار بالا، استفاده از اين روش در فراوري مواد غذايي روز به روز در حال گسترش است.

اساس فناوري فشار بالا، فشرده كردن مايع اطراف ماده غذايي و اعمال فشار به محصول غذايي است. ماده غذايي در مخزني كه قادر است فشار مورد نظر را تحمل كند، قرار گرفته و درون مايعي كه به عنوان ماده حد واسط انتقال دهنده فشار شناخته مي شود، غوطه ور مي گردد. اين مايع ممكن است آب، روغن سيليكون، اتانول، گليكول و… باشد. فشار اعمال شده، بسته به نوع ماده غذايي و ميكروارگانيسم مورد نظر، بين  ۱۰۰تا ۱۰۰۰ MPa متغير است. اما مشاهده شده است كه فشار  ۳۰۰-600MPa براي غير فعال سازي ميكروارگانيسم هاي مولد فساد و بيماريزا كافي خواهد بود.

مكانيزم هاي پيشنهاد شده براي غيرفعال سازي ميكروارگانيسم ها توسط اين فرايند شامل تخريب ديواره و غشاي سلولي، تغيير ومرفولوژي سلول ها، غير طبيعي كردن پروتئين ها، ممانعت از مكانيزم هاي ژنتيكي و تخريب ريبوزوم ها مي باشد. در اثر اعمال فشار، غشاي ميكروارگانيسم ها آسيب ديده و قابليت نفوذپذيري انتخابي خود را از دست مي دهد. همچنين غير طبيعي شدن آنزيم ها نيز ممكن است در متابوليسم سلول ها ايجاد اختلال كند.

ميزان تأثير تيمار فشار بالا بر روي ميكروارگانيسم ها به عوامل مختلفي بستگي دارد كه مهمترين آنها عبارتند از:

شرايط فرايند

در اين فناوري شرايط فرآيند (فشار، دما و مدت زمان اعمال فشار) نقش مهمي در ميزان كاهش فعاليت ميكروارگانيسم ها دارند. با افزايش ميزان فشار و زمان فرآيند ميزان كاهش فعاليت بيشتر مي شود ولي اثر دما روي كاهش فعاليت ميكروارگانيسم ها متفاوت است. برخي از ميكروارگانيسم ها در دماي اتاق و برخي ديگر در دماي پايين تر به اعمال فشار حساس مي باشند. براي مثال ليستريا اينوكوآ ، پسودوموناس فلورسنس و لاكتوباسيلوس هلوتيكوس در دماي  ۴ Cºو استافيلوكوكوس اورئوس و اشرشياكلي در دماي اتاق حساسيت بيشتري به فشار نشان مي دهند.

ميزان مقاومت ميكروارگانيسم هاي مورد مطالعه توسط Trujilloو همكاران در برابر تيمار فشار بالا متفاوت بوده و به ترتيب زير از ميزان مقاومت آنها كاسته مي شود: پسودوموناسفلورسانس، اشرشياكلي، ليستريا اينوكوآ، لاكتوباسيلوس هلوتيكوس، استافيلوكوكوساورئوس. نوع ميكروارگانيسم ها و خصوصيات فيزيولوژيك آنها شدت فشار مورد استفاده در فرايند و ميزان تأثير آن بر روي ميكروارگانيسم ها، به نوع آنها و همچنين به خصوصيات فيزيولوژيك آنها بستگي دارد.

ميزان مقاومت ميكروارگانيسم هاي مختلف در برابر تيمار فشار بالا به اين صورت است:

اسپورهاي باكتريايي< سلول هاي رويشي باكتري ها < ويروس ها < كپك ها و مخمرها.

سلول هاي در حال رشد نسبت به سلول هايي كه در فاز سكون هستند حساسيت بيشتري نسبت به اعمال فشار دارند. همچنين باكتري هاي گرم مثبت نسبت به گرم منفي ها در مقابل اعمال فشار مقاومت بيشتري از خود نشان مي دهند كه علت آن مربوط به تركيبات ديواره سلولي آنها مي باشد. باكتري هاي ميله اي شكل نسبت به باكتري هاي كروي نيز حساسيت بيشتري نسبت به فشار دارند.

تركيب ماده غذايي

يكي از تركيبات مهم كه فرآيند غيرفعال سازي ميكروارگانيسم ها را تحت تاثير قرار مي دهد چربي مي باشد. محتواي چربي روي ميكروارگانيسم ها اثر محافظت كنندگي و تخريبي توأم دارد. اثر محافظت كنندگي شامل جذب شوك حاصل از فشار و ممانعت از تبادل مواد بين غشاء داخل و خارج سلول مي باشد. اثر تخريبي به صورت افزايش غلظت مواد محلول در چربي با اثر ضد ميكروبي و جايگزيني تري گليسريدهاي شير با ليپوپروتئين هاي غشاء سلولي و درنتيجه آسيب پذيرتر شدن غشا مي باشد كه تأثير نهايي آن از مجموع اين دو رفتار حاصل مي شود.

به نظر مي رسد اثر چربي تحت تاثير شرايط فرآيند، گونه ميكروبي، درصد چربي و نوع شير قرار مي گيرد. در سال هاي اخير مطالعات گسترده اي روي غير فعال شدن ميكروارگانيسم هاي بيماري زا و مولد فساد شير توسط تيمار فشار بالا انجام شده است. نتايج به دست آمده نشان مي دهند كه كيفيت ميكروبي شير خام تحت فشار  ۴۰۰-600MPa قابل مقايسه با شير پاستوريزه مي باشد اما به دليل مقاومت بالاي اسپورها نمي توان از اين فرآيند به منظور استريليزاسيون استفاده نمود.

پژوهش ها نشان مي دهند كه تيمار فشار بالا در  400Mpa به مدت  ۱۵ دقيقه در  ۴۰-۶۰ Cº فعاليت پروتئولتيك باكتري هاي شير را كاهش مي دهد و در  ۲۵ Cº ويژگي هاي ارگانولپتيك را بهبود مي دهد. پيشنهاد شده است كه اين تيمار مي تواند شير با خصوصيات حسي خوب و زمان ماندگاري بالا توليد كند.

در مطالعه اي ديگر مشاهده گرديد زمان ماندگاري شير تيمار شده با  ۳۵۰ MPa در  ۰ Cºتا  ۲۵روز، در  ۵ Cºتا  ۱۸روز و در  ۱۰ Cºتا  ۱۲روز افزايش مي يابد.

تيمار فشار بالا تنها پيوندهاي غيركووالانسي (شامل پيوندهاي هيدروژني، يوني و آبگريز) را تحت تأثير قرار داده و روي پيوندهاي كووالانسي بي تأثير است. بنابراين در بين تركيبات شيميايي ماده غذايي، تنها تركيباتي كه داراي وزن مولكولي بالا بوده و ساختارهاي سوم را دارند (نظير پروتئين ها و آنزيم ها) نسبت به فشار حساس بوده و دچار تغيير مي شوند. در حالي كه تركيبات با وزن مولكولي پايين از جمله ويتامين ها، اسيدهاي آمينه و قندهاي ساده و تركيبات عطر و طعم در اثر تيمار فشار بالا بدون تغيير باقي مي مانند.

به طور كلي سالم سازي سرد شير با استفاده از فناوري فشار بالا، نسبت به روش تيمار حرارتي مزاياي زيادي دارد كه از مهمترين آنها مي توان به اين موارد اشاره نمود:

حذف و يا كاهش استفاده از دماهاي بالا و در نتيجه جلوگيري از تجزيه حرارتي تركيبات ماده غذايي، عدم ايجاد تغيير در ويژگي هاي حسي و تغذيه اي ماده غذايي، كمك به حفظ عطر و طعم و رنگ طبيعي محصولات، تيمار سريع و يكنواخت و مطمئن همه قسمت هاي ماده غذايي و كاهش نياز به استفاده از افزودني هاي شيميايي.

تيمار ميدان الكتريكي ارتعاشي

استفاده از   PEF به عنوان يك فرايند غيرحرارتي مي تواند در سالم سازي شير مورد استفاده قرار گيرد. اين تكنيك براي اولين بار به صورت صنعتي جهت كاهش بار ميكروبي و افزايش ماندگاري آبميوه ها مورد استفاده قرار گرفته است. اين روش در دماي پايين  (<60 ˚C) و زمان كوتاه سبب غير فعال سازي ميكروارگانيسم ها و آنزيم ها مي گردد بدون اينكه تأثيري بر روي كيفيت تغذيه اي و خواص ارگانولپتيكي ماده غذايي داشته باشد و بيشتر در مورد مواد غذايي مايع مورد استفاده قرار مي گيرد. در نتيجه مي تواند در سالم سازي شير به عنوان جايگزين مناسبي براي روش هاي زمانبر و انرژي بر حرارتي مورد توجه قرار گيرد.

فرايند  PEF شامل تيمار با پالس هاي الكتريكي خيلي كوتاه در ميدان الكتريكي قوي و در دماي ملايم مي باشد.

تجهيزات  تيمار  PEF

تجهيزاتي كه براي تيمار  PEF مورد استفاده قرار مي گيرد شامل توليد كننده ارتعاش با ولتاژ بالا، محفظه تيمار، سيستم انتقال مايع و وسايل كنترل و نمايش فرايند مي باشد. پارامترهاي مشخص اين تيمار شامل ميدان الكتريكي با شدت  ،۱۵-۵۰ kV/cmارتعاش با عرض  ۱-۵ µsو بسامد  ۲۰۰- ۴۰۰ Hz مي باشد. كاربرد تجاري اين روش شايد به دليل نبود قوانين مصوب، نياز به سرمايه اوليه بالا و هزينه بالاي فرايند توسعه نيافته است.

استفاده از فرايند  PEF سبب ايجاد حفره هايي در غشاء سلول مي شود كه موجب نابودي ميكروارگانيسم ها می گردد. تئوري هاي زيادي براي توضيح چگونگي شكل گيري اين حفره ها وجود دارد ولي شواهد روشني مبني بر اينكه ايجاد حفره در شبكه پروتئيني است يا ليپيدي در دسترس نمي باشد. آنچه با اطمينان مي توان گفت اين است كه ميدان الكتريكي سبب تغيير ساختار سلول هاي ميكروبي و ديواره ميكروارگانيسم ها با مكانيزم متفاوت از تيمار حرارتي مي شود.

تيمار حرارتي سبب آسيب به اجزاي سلولي مي شود؛ در صورتي كه در فرايند  PEF گسيختگي در ساختارها مشاهده مي شود. قابل پذيرش ترين نظريه در مورد نحوه اثر فرايند  PEF بر غشاي سلول ها، تئوري ارائه شده مي باشد. طبق اين Tsong  و Zimmermann توسط نظريه، با قرار گرفتن سلول ها در ميدان الكتريكي، بارهاي الكتريكي غيرهمنام در سمت غشا تجمع مي يابند.

زماني كه شدت ميدان الكتريكي از يك حد بحراني كه معمولاً  ۱ولت است بيشتر باشد، تحرك بارها در اطراف غشا باعث ايجاد تغيير شكل در غشا و به ايجاد حفره در آن منجر مي شود. اگر شدت ميدان الكتريكي به اندازه كافي بالاتر از شدت بحراني باشد، حفرات ايجاد شده كاملاً پايدار بوده و درنتيجه انتقال كنترل نشده مواد به داخل و خارج غشاي سلولي، باعث مرگ سلول خواهد شد. سلول هاي زنده در فرم رويشي در صورت كاربرد  PEFبه ميزان  %۹۹/۹۹ كاهش مي يابند. در اين ميان باكتري هاي گرم منفي نسبت به گرم مثبت ها به اين تيمار حساس تر مي باشند كه به دليل ضخامت بيشتر لايه ماكروپپتيد در اين گروه باكتري ها مي باشد.

تيمار  PEF به تنهايي سبب نابودي اسپورها نمي شود. تنها راه غير فعال سازي اسپورها، استفاده توام از فشار بالا و PEF مي باشد؛ به طوري كه استفاده از فشار  ۱۵۰ MPa به مدت ۳۰ دقيقه در  ۴۰ Cº موجب رويش اسپورها شده و به دنبال آن با استفاده از فرايند  PEFمي توان ميكروارگانيسم هاي جوانه زده را غير فعال نمود.

به طور معمول آنزيم ها نسبت به ميكروارگانيسم ها به تيمار  PEF شديدتري براي غير فعال شدن نياز دارند. اين موضوع در صنعت حائز اهميت است چرا كه حضور برخي آنزيم ها در صنعت شير مهم مي باشد. در اين صورت شير مي تواند تحت تيمار   PEF قرار گرفته و بدون غير فعال شدن آنزيم ها، ميكروارگانيسم هاي آن غير فعال شود. در اين رابطه آنزيم هاي متعددي مورد مطالعه قرار گرفته است. ميزان اثر  PEF روي فعاليت آنزيم ها بستگي به شدت ميدان، تعداد ارتعاش هاي كاربردي و خصوصيات آنزيم دارد. همچنين ميزان غير فعال سازي به محيطي كه آنزيم در آن قرار مي گيرد نيز بستگي دارد . اثر تيمار  PEF روي تركيبات غذا از جمله پروتئين هاي آب پنير و ويتامين ها و طعم مورد مطالعه قرار گرفته و مشاهده شده است كه اثر تخريبي اين فرايند روي تركيبات مورد بررسي ناچيز مي باشد.

حداقل زمان لازم فرايند براي شروع غير فعال سازي سلول ها به خصوصيات سلول و همچنين نوع محيطي كه سلول در آن قرار مي گيرد بستگي دارد.  Bendiho  و همكاران مشاهده كردند كه سلول هاي ميكروبي با قطر بالا در ميدان الكتريكي ضعيف تري نسبت به سلول هايي با قطر كوچكتر غير فعال مي شوند. تركيب ماده غذايي نيز بر روي روند غير فعال شدن ميكروارگانيسم ها تأثيرگذار است. از جمله مهمترين اين عوامل مي توان به موارد زير اشاره كرد:

• حضور تركيبات با وزن مولكولي بالاتر:

در محيط هايي با تركيبات پيچيده، غير فعال شدن ميكروارگانيسم ها كمتر صورت مي گيرد كه يكي از علل آن حضور پروتئين ها مي باشد. چربي نيز عامل محافظت كننده ميكروارگانيسم ها در مقابل غير فعال شدن مي باشد و علت آن جذب راديكال ها و يون هاي فعال موجود در سلول شكسته شده، توسط چربي است.

• pH:

در مواد غذايي با   pHكمتر، غير فعال سازي ميكروارگانيسم ها بيشتر صورت ميگيرد.

• قدرت يوني:

 شدت غير فعال شدن در قدرت يوني پايين تر بيشتر است.

• شرايط فرآيند

شرايط فرآيند از جمله شدت ميدان، تعداد ارتعاش و مدت زمان ارتعاش نيز تاثير زيادي بر غير فعال سازي ميكروارگانيسم ها دارند.

در شدت ميدان و تعداد ارتعاش برابر، غير فعال سازي اشرشياكلي با افزايش زمان ارتعاش افزايش مي يابد و در تعداد ارتعاش هاي بالاتر اثر افزايش زمان تيمار در غير فعال شدن ميكروارگانيسم ها بيشتر مي شود. با افزايش شدت ميدان و تعداد ارتعاش نيز غير فعال سازي اشرشيا كلي بيشتر خواهد شد.

Odriozola و همكاران اثر ميدان الكتريكي ارتعاشي با شدت بالا HIPEF اعمال شده در  ۳۵ ۵/ kV/cmبه مدت ۱۰۰۰يا  ۳۰۰µs و دماي  ۴۰°C را بر روي ماندگاري ميكروبي و پارامترهاي مربوط به كيفيت شير كامل بررسي كرده و نتايج را با شير پاستوريزه شده به روش حرارتي مقايسه كردند. مشاهده شد كه تيمار HIPEF تحت شرايط  ۱۰۰۰ µsسبب پايداري ميكروبي شير كامل در شرايط يخچالي به مدت  ( ۵روز همانند تيمار حرارتي) مي گردد. به علاوه تفاوت قابل ملاحظه اي از نظر ميزان اسيديته،  ،pHاسيد چرب آزاد، پروتئوليز و ليپوليز بعد از يك هفته ماندگاري در بين دو روش سالم سازي مذكور مشاهده نشد.

در بررسي ديگر اثر اعمال پروسه (40kV/cm) HIPEF روي شير  %۲ چربي نشان داد كه مدت زمان ماندگاري ميكروبي فراورده به ۲ هفته افزايش يافته و خصوصيات فيزيكوشيميايي و حسي آن با شير پاستوريزه تفاوت قابل ملاحظه اي را نشان نداد. شايد دليل مدت ماندگاري بيشتر در اين مطالعه نسبت به مطالعه  Ordiozola استفاده از دماي بالاتر  (۵۰°C) در محصول حاوي ميزان چربي كمتر باشد. به دليل عدم تغيير خصوصيات حسي شير تيمار شده با  ،PEFپيشنهاد گرديده است كه براي تهيه پنير، كره و بستني از شير تيمار شده با اين روش استفاده گردد، زيرا ويژگي هاي حسي فراورده، مشابه فراورده تازه مي باشد.

در مطالعه اي مشاهده شد كه تركيب تيمار ، (80kV/cm PEF  ۵۰) پالس با حرارت ملايم  ۵۲ºC و افزودن مواد ضد ميكروبي طبيعي مثل نيسين ) (۳۸ lU/mlو ليزوزيم ) (۱۶۳۸ lU/mlبه فراورده، ميزان بار ميكروبي را تا  ۷سيكل لگاريتمي كاهش مي دهد. اين ميزان كاهش بيشتر از مجموع كاهش بار ميكروبي مشاهده شده در كاربرد هر يك از اين تيمارها به تنهايي مي باشد.

PEF بيشتر سبب غير فعال شدن گرم منفي ها مي شود تا گرم مثبت ها، در حالي كه مواد ضد ميكروبي بيشتر گرم مثبت ها را تحت تاثير قرار مي دهند. به اين علت است كه كاربرد توام تكنيك  PEFو تركيبات ضدميكروبي (نيسين و ليزوزيم) موجب بهبود عملكرد تك تك اين روش ها از نظر سالم سازي ميكروبي محصول مي گردد.

بنابراين استفاده از تركيبي از روش  PEF و ساير روش هاي سالم سازي مانند افزايش دما، فرايند فشار بالا، افزودن مواد ضدميكروبي و… كارايي اين روش را در افزايش ماندگاري شير بيشتر مي كند. اما به طور كلي مشكلاتي از قبيل عدم وجود قوانين و استانداردهاي مشخص، هزينه بالاي نصب، راه اندازي و نگهداري تجهيزات و مهمتر از همه، ايجاد واكنش هاي الكتروشيميايي بين ديواره داخلي محفظه دستگاه (كه معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ است) با ماد غذايي و توليد تركيبات مضر براي سلامتي كه اخيراً توسط محققين بسياري مورد توجه قرار گرفته است، مانع گسترش استفاده از اين تكنيك در صنايع غذايي شده است.

ميكروفيلتراسيون یکی دیگر از روش های سالم سازي سرد شير

اساس تكنولوژي ميكروفيلتراسيون بر عبور تحت فشار ماده از ميان غشايي با اندازه حفرات  -۱/۰ ۱۰µmاستوار مي باشد. در طي اين فرآيند برخي ماكرومولكول ها از غشاء فيلتر عبور كرده و وارد تراويده مي شود؛ در حالي كه ماكرومولكول هاي بزرگتر و گلبول هاي چربي در ناتراويده باقي مي مانند. اين تكنولوژي توسط  Sarterius Werke در سال  ۱۹۲۹در آلمان توسعه تجاري يافت. در اين روش ميكروارگانيسم ها (هم رويشي و هم اسپورها) جدا گرديده و فراورده سترون توليد مي گردد و مزيت عمده آن حذف لاشه ميكروارگانيسم ها از محصول فرآيند شده است.

يكي از مشكلات اين فرآيند محدوده اندازه گلبول هاي چربي و هم پوشاني پراكنش اندازه اي آنها با اندازه باكتري هاست كه سبب باقي ماندن مقدار زيادي از چربي همراه با باكتري ها در ناتراويده مي شود. براي حل اين مشكل مي توان از قبل چربي شير را جدا نمود و شير پس چرخ را تحت تيمار ميكروفيلتراسيون قرار داد.

معمول ترين فرايند تجارتي مورد استفاده براي زدودن باكتري هاي شير پس چرخ فرآيند  Bactochate مي باشد كه توسط Pully Switizerland Tetra Pak توسعه پيدا كرده است. اندازه حفرات ميكروفيلتر به كار برده شده به منظور سالم سازي معمولاً  ۴/۱ ميكرومتر مي باشد و از دماي  ۵۰ºC و سرعت جريان  ۲/۷ m/s و فشار  ۵/۰ bar استفاده مي گردد. اندازه تركيبات مختلف شير را نشان مي دهد. از روي اندازه تركيبات مي توان اين گونه نتيجه گرفت كه در طي فيلتراسيون، كازئين ها و تركيبات ديگر از غشاء عبور كرده و ميزان بالايي از باكتري ها و همه سلول هاي سوماتيك در ناتراويده باقي مي مانند.

به منظور استاندارد كردن شير ميكروفيلتر شده ناتراويده و خامه جدا شده تحت تيمار ۱۳۰ºC به مدت  ۴ ثانيه قرار مي گيرد و به نسبت مورد نظر به شير پس چرخ ميكروفيلتر شده افزوده مي شود. طبق تحقيقات  Holm و همكاران كيفيت آروماتيكي شير تازه حاصل از تكنولوژي  Bactocatch به مدت  ۱۶-۲۱ روز در دماي ۸ºC ثابت باقي مي ماند و طعم پخته نيز در آن احساس نمي شود. مطالعات صورت گرفته روي تركيبات شير ميكروفيلتر شده نشان مي دهد كه ميكروفيلتراسيون ضمن كاهش  ۵-۳سيكل لگاريتمي جمعيت باكتري ها (معادل  ،۹۹/۹۰-۹۹/۹۴) تغيير قابل ملاحظه اي را در ميزان كازئين، پروتئين هاي آب پنير، نيتروژن غير پروتئيني و لاكتوز ايجاد نمي كند.

با توجه به مطالب گفته شده بيش از  % ۹۹ باكتري ها در ناتراويده ميكروفيلتر باقي مانده و  %۹۹ كازئين ها از طريق غشاء عبور مي كنند. در نتيجه تراويده حاصل، بار ميكروبي پاييني داشته و شامل قريب به اتفاق كازئين ها و آنزيم هاي موجود در شير بوده و از اين جهت مناسب براي پنير سازي مي باشد. مطالعات نشان داده اند كه كيفيت بهداشتي پنير تهيه شده از شير ميكروفيلتر شده برابر و يا بيشتر از پنير حاصل از شير پاستوريزه مي باشد.در نتيجه مي توان از اين روش به منظور سالم سازي شير مورد استفاده در پنيرهاي تهيه شده از شير خام استفاده نمود.

يكي از مشكلات استفاده از تكنولوزي غشايي گرفتگي غشاء مي باشد كه مي توان با افزايش سرعت جريان، ضخامت رسوب تشكيل شده روي سطح غشا را كاهش داد و يا سيستم را به گونه اي طراحي نمود كه بر كاهش شديد فشار غلبه كند. از سوي ديگر جذب تركيبات روي غشاء را مي توان با انتخاب غشاء مناسب و انجام برخي تيمارهاي خاص كاهش داد. با انتخاب غشايي كه داراي اندازه حفرات و توزيع مناسب باشد و نيز استفاده از پمپ هايي كه اندازه ذرات را به دليل فشارهاي برشي تغيير نمي دهند مي توان به گرفتگي كمتر غشاء و جداسازي بهتر دست يافت.

 سالم سازي سرد شير به روش اشعه دادن

يكي ديگر از روش هاي سالم سازي سرد شير استفاده از اشعه مي باشد. امواج الكترومغناطيسي كه داراي قابليت يونيزه كردن مي باشند، در اثر تماس مستقيم با ماده غذايي، باعث يونيزه شدن و ايجاد تغيير در سلول هاي زنده شده و به مرگ آنها منجر مي شود.

هرچند كه گزارش هايي در مورد استفاده از امواج با انرژي بالاتر نظير پرتو گاما در مورد مواد غذايي مختلف وجود دارد، اما استفاده از امواج با طول موج بيشتر و انرژي كمتر، به دليل اثرات مخرب كمتري كه بر ساير تركيبات ماده غذايي مي گذارند رايج تر است. استفاده از امواج مايكروويو و پرتو فرابنفش از جمله مهمترين روش هاي پرتودهي مواد غذايي به حساب مي آيند. اما به منظور غيرفعال سازي ميكروارگانيسم ها در محصولاتي مانند شير، بيشتر از پرتو فرابنفش استفاده مي شود.

در اين فرايند از اشعه هاي الكترومغناطيس در طيف  ۲۰۰-400nm استفاده مي شود كه اين طيف به سه دسته تقسيم مي شود؛ ،(۳۲۰-400nm) UV-A شدت (۲۰۰-280nm) UV-C

(۲۸۰-320nm)UV-B اين اشعه با واحد وات بر متر مربع  (Wm-2) و دوز آن كه تابعي از شدت و زمان تماس مي باشد با واحد ژول بر متر مربع (Jm-2) بيان مي گردد.

UV-C اثر ميكروب كشي روي ميكروارگانيسم هايي از جمله باكتري، ويروس، كپك، مخمر و جلبك دارد و طول موج  245nmبراي ضد عفوني سطوح، آب و غذاهاي مايع استفاده مي شود.

به نظر محققين، غير فعال سازي ميكروبي در طي اين فرآيند، در نتيجه تغييرات فتوشيميايي پروتئين ها و اسيدهاي نوكلوئيك و اثر پرتوها بر تكثيرسلولي، موتاسيون يا جهش ژنتيكي و اثر كشندگي آن مي باشد. از آن جايي كه اثر كشندگي اشعه از طريق تاثير آن روي  DNA مولكولي مي باشد و آنزيم ها فاقد  DNA مي باشند، در نتيجه آنزيم ها از مقاومت بالايي در برابر تابش اشعه برخوردارند.

بنابراين لازم است به منظور غير فعال سازي ليپاز و ديگر آنزيم هاي ايجاد كننده تغييرات نامطلوب در فراورده، از تيمار حرارتي كافي به همراه تشعشع براي حذف آنزيم ها استفاده نمود. اين روش به نوبه خود با مشكلاتي از جمله تشديد طعم نامطلوب در شير در اثر حرارت همراه مي باشد.

مشكلات استفاده از اشعه در سالم سازي سرد شير

از مشكلات استفاده از اشعه در سالم سازي سرد شير، حساسيت شير تيمار شده با اشعه در برابر قهوه اي شدن و ايجاد طعم نامطلوب در آن مي باشد. دليل حساسيت به قهوه اي شدن تشكيل ردوكتون هاست كه به عنوان گروه كربونيل عمل مي كنند. بو و مزه اكسيدي حاصل از چربي اشعه ديده به دليل تركيبات اسيد چرب آن مي باشد. يكي از اين اسيدهاي چرب مشخص شده اسيد لينولنيك مي باشد.

اسيدهاي چرب داراي گروه هاي وينيل و زنجيره هاي شاخه دار نيز از ديگر عوامل ايجاد كننده بو و مزه اكسيد شده مي باشند. قرار گرفتن اسيد لينولنيك تحت تيمار تشعشع، تركيباتي با بوي ماهي و تركيبات حاوي گروه وينيل و زنجيره شاخه دار، بويي شبيه شمع ايجاد مي كنند كه اين دو بو با هم تركيب شده و طعم پيه مانند چربي را در شير تيمار شده با تشعشع ايجاد مي كنند.

تلاش هاي زيادي به منظور زدودن طعم نامطلوب ايجاد شده در شير انجام شده است. افزودن – ۱/۰  /۰ ۰۱درصد پراكسيد هيدروژن بعد از اشعه دادن، طعم نامطلوب اوليه بعد از نگهداري در يخچال را كاهش مي دهد، اما براي مقبوليت كامل كافي نيست. روش ديگر به منظور كاهش طعم نامطلوب در شير استفاده از سديم آسكوربات و آسوربيل پالميتات مي باشد.

مطالعات انجام شده روي اثر نور UVبا دوز ۱۵ ۸/ ± ۶/۱ mJ/cm2 بر شير گوسفندي نشان داد كه اين فرآيند سبب كاهش  ۵سيكل لگاريتمي در جمعيت ليستريا مونوسيتوژنز مي شود اما مشاهده گرديد كه ويژگي هاي حسي و شيميايي شير حاصل، متفاوت از شيرخام مي باشد.

استفاده از co_۲ در سالم سازي سرد شير

سرد كردن شير در دامداري ها و كارخانه هاي فرآوري شير باعث كاهش نرخ رشد باكتري هاي مزوفيل و حفظ كيفيت شير مي شود ولي با اين عمل رشد باكتري هاي سرماگرا متوقف نمي شود و به عنوان فلور ميكروبي غالب باقي مي مانند. اين باكتري ها مي توانند آنزيم هاي پروتئاز و ليپاز خارج سلولي مقاوم به حرارت توليد كنند كه توسط تيمارهاي حرارتي معمول در صنعت براي سالم سازي فرآورده هاي شير به طور كامل از بين نميروند. اين آنزيم ها با تجزيه تركيبات مختلف شير، ماندگاري و كيفيت شير و فراورده هاي شير را تحت تاثير قرار مي دهند. افزودن co_۲ رشد باكتريهاي سرماگرا را مهار ميكند و موجب افزايش ماندگاري شير خام و شير پاستوريزه مي شود و اثر زيانباري روي كيفيت بيوشيميايي شير ندارد.

در تكنولوژي استفاده از گاز  ، co_۲ ماده غذايي براي مدت زمان مشخصي به صورت غير مداوم و يا نيمه مداوم با  co_۲ فوق بحراني يا زير بحراني تماس مي يابد. co_۲ فوق بحراني در شرايط محيطي ايجاد شود كه دما و فشار بالاتر از نقطه بحراني (دماي بحراني  TC=31 1/ °Cو فشار بحراني  PC = /7 38 MPa) باشد و به صورت تك فاز درآيد. در اين شرايط  co_۲ داراي اين توانايي منحصر به فرد خواهد بود كه مي تواند مانند گاز در جامدات نفوذ كند و مانند مايعات مواد را در خود حل نمايد.

اين فرآيند به علت شرايط ملايم داراي مزايايي نسبت به تيمار فشار بالا است. فشار مورد استفاده در اين روش خيلي پايين است (معمولا كمتر از  20MPa) و اين امكان را فراهم مي آورد كه مديريت و كنترل فشار در اين فرايند راحت تر بوده و به تبع آن هزينه نيز كاهش يابد.

مكانيسم غير فعال سازي ميكروارگانيسم ها توسط  co_۲ به صورت زير مي باشد.

1. حل شدن co_۲ در فاز مايع پيراموني سلول
2. تغيير غشاء سلولي
3. كاهش pHداخل سلولي
4. غير فعال شدن آنزيمهاي كليدي به علت كاهش pH
5. اثر مستقيم co_۲ مولكولي و   H_۲CO_۳ روي متابوليسم
6. به هم خوردن تبادل الكتروليت داخل سلولي
7. خروج تركيبات حياتي از سلول و غشاء سلولي

در مرحله اول co_۲ يا    H_۲CO_۳ به صورت مولكولي در مايع خارجي سلول حل شده و بعد به صورت – CO3-2 ،HCO3و+H شكسته مي شوند. در مرحله دوم co_۲ ممكن است در غشاء سلولي نفوذ كرده و در لايه پربي دوست تجمع يابد كه اين امر به دليل از دست دادن زنجيره هاي چربي سبب افزايش سياليت غشاء مي شود اين تغييرات سبب اختلال در خصوصيات عملكردي و ساختماني غشاء مي شود. همچنين co_۲ موجب تغيير در بار سطحي غشاء نيز مي گردد. در مرحله سوم  co_۲ در سيتوپلاسم داخلي سلول باكتري تجمع مي يابد و سبب كاهش  pH مي گردد.

آنزيم هاي كليدي سيتوپلاسم حداكثر فعاليت را در  pHمطلوب خود دارند و فعاليت آنها با تغيير  pHشديداً كاهش مي يابد؛ در نتيجه با كاهش  pH سيتوپلاسم ناشي از حضور  co_۲ آنزيم هاي ضروري براي فرآيند متابوليك غير فعال مي شوند. سرعت عمل آنزيم ها علاوه بر  ،pH به غلظت داخلي سوبسترا، فراورده و كوفاكتور آن نيز بستگي دارد. به نظر مي رسد كه غلظت H2CO3 براي تنظيم فعاليت آنزيم، نقش حياتي داشته و سبب فعالتر شدن و يا ممانعت از فعاليت آنزيم مي شود.  H2CO3و co_۲  حل شده روي فعاليت كربوكسيلي و دكربوكسيلي تاثير دارد.

H_۲CO_۳ و   co_۲ مي توانند الكتروليت هاي غير آلي داخل سلولي از جمله  Ca+2و  Mg+2و يون هاي موجود در سلول و غشاء سلولي را رسوب دهند. اين يون ها ارتباط اسمزي بين سلول و محيط را نگه مي دارند و اين عمل سبب آسيب به حجم سلول مي شود.

تجمع co_۲ به علت قدرت حل كنندگي بالا، تركيبات حياتي را از سلول و غشاء سلولي خارج مي كند. در اين حالت  co_۲ در سلول نفوذ مي كند تا مقدار آن به سطح بحراني در داخل سلول برسد و بعد تركيبات داخل سلولي را بيرون مي آورد كه اين امر سبب مختل شدن يا تغيير ساختار غشاء و يا تعادل سيستم زيستي مي شود كه پيامد آن غير فعال شدن سلول است. به نظر مي رسد كه اين فرآيند با حذف ناگهاني فشار تشديد مي شود، زيرا سبب انتقال سريع مواد داخل سلولي به محيط خارج مي شود.

فاكتورهاي موثر در غير فعال سازي ميكروارگانيسم ها توسط co_۲ عبارتنداز:

افزايش دما، فشار و رطوبت

حضور چربي و پروتئين نفوذ co_۲ به درون سلول را كاهش مي دهد. همچنين سلول هاي باكتريايي در  pHكمتر، به حضور co_۲ حساس تر مي باشند كه به دليل افزايش نفوذ پذيري غشاء به اين گاز است.

به علت تركيبات ديواره سلولي، باكتري هاي گرم مثبت نسبت به گرم منفي ها مقاوم تر مي باشند و با افزايش بار ميكروبي مقاومت آنها به غير فعال سازي نيز افزايش مي يابد. به طور كلي سلول ها در فاز سكون نسبت به فاز لگاريتمي به حرارت و فشار مقاوم ترند و دليل آن سنتز پروتئين جديد مي باشد كه سلول را در مقابل شرايط جديد محافظت مي كند. استفاده از فناوري co_۲ با فشار بالا در دماي متوسط ) (۲۰-۴۰ºCبراي كاهش شكل اسپوري باكتري ها كارايي ندارد و بدين منظور مدت زمان طولاني تري لازم مي باشد  ( ۱۴۴۰دقيقه ). تيمارهاي ديگر، نظيرافزودن نيسين، لاكتوپراكسيداز و ليزوزيم نيز براي اين منظور استفاده مي شود.  همچنين دماي بالاتر از  ۸۰ºCهمراه با co_۲ نيز سبب نابودي اسپورها مي شود. در نتيجه اين تيمار به تنهايي نمي تواند به منظور استريليزاسيون استفاده شود زيرا در استريليزاسيون حداقل  ۱۰۶ cfu/m اسپور بايستي به صورت كامل از بين برود.

در مطالعه اي، تاثير  co_۲ تحت فشار  ( ۵/۵-۵/۱ MPa) و زمان هاي مختلف تماس روي بقاي اشرشياكلي، ساكارومايسيس سرويزيه و انتروكوكوس فكاليس مورد بررسي قرار گرفته و مشاهده گرديد كه با افزايش فشار و زمان تماس، تخريب سلولي نيز بيشتر مي شود. به علاوه يك رابطه خطي بين غيرفعال سازي ميكروب ها، فشار co_۲ و مدت زمان تماس وجود دارد. استفاده از تيمار  co_۲ سبب كاهش بار ميكروبي بيشتر و يا برابر با فرآيند پاستوريزاسيون مي شود و فراوردهاي با ماندگاري بيشتر و ويژگي هاي حسي بهتر توليد مي كند. پژوهش ها نشان داده اند كه افزودن co_۲ 1500ppmبه شير خام سرد شده به طور معني داري پروتئوليز و ليپوليز را طي  ۲۱روز نگهداري در  4Cº كاهش مي دهد كه عمدتا مربوط به اثر بازدارندگي ميكروبي  co_۲ مي باشد.

افزودن co_۲ به شير خام پروتئوليز را از طريق دو مكانيسم كاهش مي دهد:

كاهش پروتئازهاي ميكروبي به دليل كاهش رشد ميكروبي و كاهش فعاليت پلاسمين به اين دليل كه پلاسمين يك پروتئاز قليايي است و با افزودن co_۲ به شير  pH محيط از مقدار بهينه فعاليت آن دور مي شود.

در مطالعه اي كه روي شير فرآيند شده با co_۲ انجام گرفت مشاهده گرديد كه در مقايسه با نمونه شاهد، طي سرد كردن شيرهاي فرآيند شده با co_۲ مقادير كمتري از تركيبات فرار توليد شده و محتوي اسيد لاكتيك اين شيرها ثابت باقي ماند؛ در صورتي كه در شير شاهد مقادير آنها به آرامي افزايش يافت. ازسوي ديگر خاصيت ضد ميكروبي co_۲ زماني كه  pH شير را به  ۶مي رساند بيشتر از زماني مي باشد كه  ۲/۶ pH است.

افزودن co_۲ به شير سبب كاهش در  ،pH خروج كلسيم كلوئيدي و كلسيم باند شده با كازئين ها شده، سطح يون كلسيم افزايش يافته و ساختمان ميسل شكسته مي شود. افزايش ميزان يون كلسيم در خصوصيات انعقاد توسط رنت مفيد خواهد بود. اگر چه قابليت حل شدن فسفات كلسيم كلوئيدي مي تواند فرايند توليد پنير را تحت تاثير قرار دهد. تهيه پنير از شير سرد تيمار شده با co_۲ نشان داد كه رشد آغازگرهاي اين پنير و توليد اسيدهاي آلي و تركيبات فرار با اسيدي كردن شير توسط  co_۲ تحت تاثير قرار نمي گيرد. همچنين در توليد پنير از شير تيمار شده با ،co_۲ زمان انعقاد و مقدار رنت لازم كاهش و راندمان پنيرسازي، سفتي لخته و خروج آب پنير افزايش مي يابد. افزودن co_۲ به شير، اثرات زيان آوري روي خواص شيميايي، ميكروبي يا حسي نشان نمي دهد.

نتيجه گيري

بيشتر روش هاي سالم سازي سرد شير در ضمن كاهش بار ميكروبي اثر نامطلوبي روي ويژگي هاي حسي و شيميايي ندارد. در اين ميان استفاده از فشار بالا و  PEF كارايي خوبي داشته ولي هزينه اين فرآيندها بالا مي باشد. روش ميكروفيلتراسيون روش كارآمدي براي افزايش زمان ماندگاري شير پاستوريزه بوده پنيرهاي حاصل از اين شير خام، خواص مطلوبي خواهد داشت.

استفاده از co_۲ با فشار بالا نيز اثر مطلوبي در كاهش بار ميكروبي شير خام بهويژه سرماگراها دارد اما پرتودهي به دليل تاثير نامطلوب بر روي طعم و بو كاربرد چنداني ندارد. به طور كلي در انتخاب روش هاي غيرحرارتي به منظور افزايش ماندگاري شير، بايستي موارد زيادي مورد توجه قرار گيرد كه مهمترين آنها عبارتند از هزينه فرايند و صرفه اقتصادي آن، وجود ساير تيمارهاي كمكي، نوع ميكروارگانيسم هدف و نوع استفادهاي كه براي شير فراوري شده در نظر گرفته شده است. به دليل افزايش آگاهي مصرف كننده و تمايل او به مصرف فراورده هاي غذايي سالم و طبيعي با ارزش تغذيه اي بالا، انتظار مي رود كه استفاده از اين روش هاي سالم سازي سرد، جاي خود را در صنعت توليد فراورده هاي لبني باز كرده و در آينده نزديك بطور گسترده براي فراوري اين محصول غذايي مهم مورد استفاده قرار گيرد.

مطالب مرتبط: