تکنولوژی میدان پالس الکتریکی: کاربردهای جدید

صنعت غذا و تکنولوژی های نوظهور

با انقلاب صنعتی و کسب دانش در ارتباط با نحوه اثر گرما در کاهش آلودگی میکروبی، روش های فراوری مبتنی بر گرما مانند پاستور کردن و استریل کردن و ترکیب این روش ها با تکنیک هایی مانند کاهش آب در دسترس و کاهش  pH و همچنین توسعه تکنیک های بسته بندی موجب فراهم آمدن روش های فراوری متنوع و طیف گسترده محصولات غذایی گردید. با این حال، طی دهه های اخیر، محققان، تلاش ها برای کاهش اعمال فراوری حرارتی را افزایش دادند. هدف از این روش ها، کاهش مصرف انرژی و همزمان کاهش اثرات مخرب دما بر ویژگی های ظاهری، طعمی و تغذیه ای مواد غذایی است. در این زمینه، تکنولوژی میدان الکتریکی پالسی از جمله تکنیک های امید بخش برای جایگزینی و ارتقای بخشی از فرایند های سنتی فراوری مواد غذایی است.

مکانیسم اثر میدان پالس الکتریکی

میدان پالس الکتریکی، اعمال یک میدان الکتریکی به فرم متغیر یا پالسی بر محیط رسانای الکتریکی مانند آب است. با اعمال میدان، یون های داخل سلول محصول شناور، به سمت مخالف، جذب می شوند. با تغییر جهت میدان در فرکانس بالا، با تغییر و تحرک شدید یون ها در اطراف دیواره سلول، پدیده حفره زایی رخ داده و تراوایی مواد از دیواره سلول افزایش می یابد.

مکانیسم تخریب میکروارگانیسم ها

میکروارگانیسم ها در مواد غذایی، به عنوان موجودات زنده، دارای ساختار سلولی حاوی یون های مختلف هستند. همچنین ماتریس ماده غذایی، دارای حداقل رطوبت برای رشد سلول ها و حاوی یون های نمکی است. اعمال میدان الکتریکی پالسی، با پدیده حفره زایی باعث تخریب دیواره سلولی و مرگ میکروارگانیسم می شود. این مکانیسم، زمینه بکارگیری میدان الکتریکی پالسی را به عنوان یک روش جایگزین فرایند های حرارتی برای کاهش بار میکروبی محصولات غذایی عمدتا مایع، فراهم کرده است. استفاده از این روش برای کاهش بار میکروبی آبمیوه در بعد صنعتی، به طور موفقیت آمیزی اجرا شده است و امکان پاستوریزاسیون در دمای پایین را فراهم آورده است.

افزایش راندمان استخراج و خشک کردن

یکی از پتانسیل های میدان الکتریکی پالسی در صنعت غذا، پیش تیمار میوه ها و منابع روغنی برای افزایش راندمان استخراج آب میوه و روغن است. اعمال این تکنولوژی بر میوه، باعث می گردد به دلیل افزایش تراوایی دیواره سلولی، خروج ترکیبات از سلول به طور قابل توجهی افزایش یابد. استفاده از این تکنیک در بعد صنعتی برای افزایش راندمان استخراج آب سیب و روغن زیتون اجرایی شده است. افزایش راندمان خروج مواد از سلول، در بهبود سرعت خشک شدن میوه و کاهش چروکیدگی نیز تاثیر قابل توجهی دارد. بهره گیری از تکنیک میدان پالس الکتریکی در جهت افزایش راندمان استخراج ترکیبات زیست فعال و تولید عصاره، یکی دیگر از کاربرد های این تکنولوژی است.

افزایش نرمی بافت و بهبود برش پذیری

اعمال میدان الکتریکی پالسی در شرایط بهینه بر بافت محصولات ترد و شکننده مانند سیب زمینی، نشان داده است که افزایش تراوایی دیواره، بافت میوه تغییر یافته و از سختی آن کم می شود. این شرایط باعث می گردد، انرژی لازم برای برش میوه کاهش یافته که علاه بر کاهش انرژی مصرفی برش، محصولی با برش های یکنواخت تر تولید شده و ضایعات برش زنی نیز کاهش یابد.

بهبود عملکرد میکروارگانیسم های مفید

برخی محققان، با اعمال میدان الکتریکی پالسی بر باکتری های استاتر ماست، مشاهده کردند که راندمان این باکتری ها برای تخمیر لاکتوز و تولید متابولیت، افزایش پیدا کرد. این پدیده باعث بهبود ویژگی های نهایی محصول، کاهش مصرف استارتر و هم زمان کاهش زمان فرایند می گردد.

تغییر ساختار پروتئین ها

به نظر می رسد، اعمال میدان الکتریکی پالسی بر پروتئین ها، به دلیل ایجاد تغییرات ساختاری، به عنوان یک فرایند اصلاحی مطرح شده است. بر اساس نوع پروتئین و فرایند، اعمال این تکنیک می تواند با تغییر در ساختار دوم و سوم پروتئین، برخی ویژگی های عملکردی پروتئین مانند حلالیت، جذب آب، امولسیون کنندگی، تشکیل و تثبیت کف را بهبود دهد. با این حال، چنین فرایند هایی باید به دقت بهینه سازی شود. برایند این اثرات می تواند در بهبود ویژگی های محصولات وابسته به کیفیت پروتئین مانند فراورده های گوشتی، منجمد و نوشیدنی های با پروتئین بالا، مورد استفاده قرار گیرد.