دانتک و صنایع غذایی
دنیایی از خوراکی‌ها و نوشیدنی‌های متفاوت با نانو حباب
میکرو نانو حباب در صنایع غذایی و لبنی
استفاده از میکرو نانو حباب در صنایع غذایی امروزه به صورت گسترده در حال بررسی و مطالعه است. این حباب ها به ویژه حباب های با اندازه کمتر از 500 نانو متر می تواند در صنایع غذایی بسیار جذاب و در کاربردهای بسیاری مورد استفاده قرار گیرد.
این حباب ها به هر دو صورت میکرو نانو حباب های سطحی و میکرو نانو حباب های بالک و یا حجمی خواص ویژه ای را از خود نشان می دهند که دلیل آن اندازه بسیار کوچک آن ها در مقابل حباب های معمولی و با اندازه ماکرو است که عموما اندازه ای بزرگتر از 600 تا 2500 میکرو متر و حتی بزرگتر دارند.
ویژگی های میکرو نانو حباب در صنایع غذایی
از جمله مهمترین ویژگی های میکرو نانو حباب ها می توان به نسبت سطح به حجم بسیار زیاد در فصل مشترک گاز-سیال اشاره کرد که موجب افزایش واکنش های شیمیایی و جذب فیزیکی می گردد. علاوه بر آن اشباع بیش از اندازه گاز در سیال برای مدت طولانی می تواند موجب جذب و انحلال مقادیر زیاد گاز مانند ازن و اکسیژن در سیال و به صورت مافوق اشباع شود.
از جنبه دیگر، در اثر فروپاشی میکرو حباب ها رادیکال های ازاد و یون های هیدروکسیل ( oH- ) تشکیل می شود. تمامی این ویژگی ها در کنار هزینه تولید نسبتا پایین آن و خواص گندزدایی که به همراه دارد و اثرات محیطی کمی که باقی می گذارد همه باعث شده است که این حباب های ریز مقیاس به موضوعی جذاب برای راه حل مواردی که تا پیش از این برای صنایع چالش برانگیز بود، تبدیل شود.
میکرو نانو حباب در صنایع غذایی امروزه کاربردهای متنوعی در حوزه شناور سازی با هوای محلول، تمیز کردن سطوح بدون استفاده از دیترجنت و جداسازی مواد معدنی پیدا کرده اند. همچنین وجود میکرو و نانو حباب ها در محیط های آبی به طور موثری در رشد کاهو و محصولات کشاورزی مانند brassica campestris نقش دارد.
با توجه به پتانسیل بسیار زیاد و کاربردهای این سایز از حباب ها، پیش بینی می شود میکرو نانو حباب در صنایع غذایی نیز کاربردهای بسیار زیادی پیدا کنند. در حقیقت حباب های گازی نقش بسیار مهمی در پایداری نوشیدنی های گازدار، تولید خمیرها ( نان، پاستا و بیسکویت)، محصولات دامی ( بستنی، پنیر و خامه )، شکلات و شیرینی بازی می کنند.
اندازه میکرو نانو حباب در صنایع غذایی از 0.1 میکرون شروع شده و تا 1400 میکرو متر نیز گزارش شده است. در سال های اخیر رفتار فوم مانند و فاز گازی به طور گسترده در صنعت غذا و کیفیت محصولات تولید مورد مطالعه قرار گرفته و نشان داده شده است که تا چه حد بر کیفیت محصول خروجی می تواند تاثیر گذار باشد.
موارد کاربرد میکرو نانو حباب ها در تولید ژل، مواد با پایه کِرم ها، نوشیدنی های گازدار و مواد غذایی غنی شده به طور گسترده در حال مطالعه است. بخصوص در مواردی که پایداری، یکنواختی در توزیع، بافت های جدید و افزایش کاربری محصول با استفاده از میکرو نانو حباب ها امکان پذیر باشد. علاوه بر آن از میکرو نانو حباب در گندزدایی و شستشو خطوط تولید می توان استفاده نمود.
مشخصات میکرو نانو حباب ها
هر چند برای میکرو نانو حباب ها دسته بندی های مختلفی از لحاظ اندازه حباب در نظر گرفته شده است، عموما به حباب های کمتر از 200 نانو متر، نانو حباب و به حباب های بین 200 نانو متر تا 10 میکرومتر میکرو نانو حباب گفته می شود. به حباب های بیشتر از 10 میکرو متر و کمتر از 100 میکرو متر نیز میکرو نانو حباب گفته می شود.
حباب های میکرو نانو سایز به صورت بالک دارای ویژگی هایی هستند که مهمترین آن ها شامل ماندگاری بسیار زیاد در سیال و عدم برخورد و تشکیل حباب بزرگتر با دیگر حباب های میکرو نانو سایز، سطح ویژه بسیار زیاد، انحلال گاز در سیال بیش از حالت مافوق اشباع، پتانسیل زتا منفی و بزرگ، تشکیل رادیکال های آزاد و آزاد سازی انرژی زیاد در اثر فروپاشی حباب است. شکل 1 این ویژگی ها را نشان می دهد.
برخی از ویژگی های میکرو نانو حباب ها شامل انحلال گاز با راندمان بسیار بالا و در غلظت های مافوق اشباع در سیال، پایداری زیاد و طولانی مدت در سیال، دارا بودن یون های OH- و پتانسیل زتا منفی بر روی سطح است.
استفاده از میکرو نانو حباب در صنایع غذایی
با توجه به ویژگی های توضیح داده شده در مورد میکرو نانو حباب ها، این حباب های بسیار کوچک پتانسیل بسیار زیادی برای استفاده در بخش های مختلف صنعت و بخصوص در صنعت غذایی دارند. در ادامه به برخی از کابردهای آن اشاره می شود.
کاهش ویسکوزیته سیال در اثر تزریق میکرو نانو حباب
یکی از پتانسیل ها و کاربردهای میکرو نانو حباب در صنعت غذا، اثر آن ها بر کاهش مقدار ویسکوزیته سیال است. در صنعت غذایی یکی از مسائل مهم کارخانجات لبنی و غیر لبنی انتقال سیالات با ویسکوزیته نسبتا زیاد است. در این شرایط مقدار انرژی مصرف شده برای انتقال سیال افزایش می یابد و از طرف دیگر افزایش ویسکوزته اثرات دیگر بر سیستم های فیلتراسیون و ممبران های بکار رفته در این صنعت دارد.
به عنوان مثال در صنایع لبنی با افزایش مقدار پروتین شیر و غلظت آن در ممبران های سیستم فیلتراسیون، گرفتگی به وجود می آید. از طرف دیگر استفاده از مواد شیمیایی برای کاهش این اثر و یا اضافه کردن آب به منظور کاهش ویسکوزیته مسائل مربوط به خود را در فرآیند تولید ایجاد می کند.
با تزریق حباب های به قطر 100 تا 1500 نانو متر به شیر، این حباب های بسیار کوچک به پروتئین های شیر که باردار هستند چسبیده و باعث می شود بسیار راحتر از فیلتر های تغلیظ کننده و استاندارد کننده پروتئین شیر عبور کنند. هنگامی که این حباب های در مقیاس میکرو و نانو به محیط سیال با جامد معلق به خصوص جامد با ذرات باردار تزریق می شود، این حباب ها به سرعت به ذارت معلق چسبیده و کاهش ویسکوزیته را به همراه دارند.
علاوه بر آن، حباب های در این اندازه به عنوان بافر بین پروتئین شیر قرار می گیرند و از چسبیدن این پروتئین ها به هم جلوگیری کرده و به جداسازی آن ها کمک می کند [1].
کارهای انجام شده در این زمینه نشان داده است که با تزریق میکرو نانو حباب مقدار غلظت پروتئین از 15 درصد به بیش از 54 درصد افزایش داشته است و علاوه بر آن مقدار پروتئین whey نیز به بیش از دو برابر رسیده است.
چاشنی های جدید دنیای غذا با میکرو نانو حباب در صنایع غذایی
با توجه به یکی از اصلی ترین ویژگی های میکرو نانو حباب ها که اندازه بسیار کوچک آن ها است ( حباب های کمتر از 10 میکرو متر ) این حباب ها پتانسیل بسیار بالایی در انتقال گاز به سیال و انحلال در سیال دارند. این حباب ها می توانند باعث نفوذ بهتر سیال به غذا و محصولات جامد غذایی شوند و این نکته آن ها بسیار مناسب جهت انتقال طعم به عنوان چاشنی به فرآورده های غذایی می کند.
در مقایسه با روش های سنتی مرینیت کردن که نیاز به زمان بسیار زیادی ( تا بیش از چند روز ) دارد، استفاده از میکرو نانو حباب ها در سیال چاشنی می تواند باعث نفوذ بسیار یکنواخت تر و عمیق تر چاشنی و کاهش زمان این نفوذ شود.
به عنوان مثال در روش های معمول طعم دار کردن تخم مرغ جوشیده، 3 روز زمان نیاز است تا سیال مایع به درون سطح تخم مرغ نفوذ کند، این در حالی است که با استفاده از آب دارای میکرو نانو حباب این زمان به 5 ساعت کاهش یافته است.
به طور مشابه طعم دار کردن دانه های سویا نیاز به 12 روز دارد ولی این زمان با استفاده از میکرو نانو حباب ها به حدود 1-2 روز کاهش یافته می یابد و این به معنای کاهش 80% زمان طعم پذیری دانه های لوبیا است [1].
بهبود ویژگی های بافت خوراک و افزایش ویژگی های حسی غذا با استفاده از میکرو نانو حباب در صنایع غذایی
بکار گیری گاز و یا هوا به مقدار کافی در تهیه غذا به عنوان هوادهی و یا aeration در صنعت غذا شناخته می شود. هوادهی به غذا، ویژگی های متفاوتی را بهبود می بخشد که برخی از آن ها شامل تغییر بافت غذا، بهبود طعم، بهبود هضم و ارتقاء کیفیت حسی غذا می گردد. از جمله محصولات غذایی فراوری شده و هوادهی شده می توان به کرم زده شده، پشمک و نوشیدنی های گازدار اشاره کرد.
توزیع حباب های گازی ریز مقیاس در اندازه میکرو و نانو که با امولسیفایرهای خوراکی آغشته شده باشد می توانند جایگزینی برای طمع و رنگ هایی باشند که از طریق فرآیندهای حرارتی و همچنین ایجاد فشار در فرآورده های غذایی بوجود می آیند.
علاوه بر آن افزایش نرخ انتقال گاز CO2 در نوشیدنی های گازدار و تبدیل آن به نانو حباب، در هنگام برخورد با زبان حس لذت بخشی را برای مصرف کننده ایجاد می کند [1].
نقش میکرو نانو حباب در صنایع غذایی و ارتقاء سطح سلامت ماده غذایی
امروزه با استفاده از میکرو نانو حباب ها امکان رسیدن به غلظت های بالای انحلال گاز در سیال به راحتی وجود دارد. انحلال اکسیژن از جمله این گازها است. اخیرا تحقیقاتی نشان داده است که وجود این گاز به صورت محلول در آب می تواند موجب افزایش رشد در جانوران، ماهی ها و گیاهان شود. همچنین وجود اکسیژن محلول به تراکم استخوان بیشتر کمک می کند.
این تحقیقات در خصوص موش ها نشان داده است که کاهش استخوان در این موجودات با خوردن آب غنی شده از اکسیژن کاهش یافته است. امروزه روش های وجود دارد تا بتوان میزان اکسیژن محلول در آب را به اعداد بیش از 40 میلی گرم در لیتر رساند و برای چند ماه این مقدار از اکسیژن را حفظ نمود.
علاوه بر اکسیژن، انحلال هیدروژن نیز یکی دیگر از موضوعاتی است که محققان در حال کار و تحقیق بر روی آن هستند. چند ویژگی هیدروژن مانند آنتی اکسیدان بودن، Anti-apoptotic و anti-inflammatory بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ویژگی ها می تواند موجب بهبود و حفاظت سلول ها و ارگان های بدن شود. تامین هیدروژن به صورت محلول در آب یک روش بسیار مطمئن برای استفاده از آن است.
تنها مشکل این راه روش، انحلال بسیار کم هیدروژن در سیال است. این عدد برای هیدروژن به حدود 1.6 e-4 گرم در 100 گرم آب می رسد. همانطور که در بالا اشاره شد یک روش برای افزایش غلظت گاز محلول در محیط سیال استفاده از نانو حباب ها است. امروزه این نوع آب در یک الی دو کشور جهان به صورت تجاری تولید و به بازار عرضه می شود [1].
استفاده از میکرو نانو حباب ها در بهبود شرایط کریستال شدن و انجماد در محصولات غذایی
انجماد یکی از رایج ترین فرآیندها در صنعت غذا است. در این صنعت با بکارگیری روش های جدید مانند اولتراسونیک و انجماد در فشار بالا کیفیت ماده انجمادی را افزایش می توان افزایش داد. در این روش ها همواره سعی می گردد اندازه کریستال های یخ ریزتر گردد و همینطور مقدار یخ زدگی بر روی سطح خارجی ماده غذایی به حداقل برسد.
در این راستا میکرو نانو حباب ها هنگام متلاشی شدن حفره هایی بوجود می آورد که این حفره ها می تواند نقش مکان های جوانه زنی را بازی کند. هر چه تعداد این این نقاط جوانه زنی بیشتر باشد، نرخ انجماد افزایش می یابد.
تزریق کردن CO2 درون ژن منجر به تولید یک لایه بسیار نازک حباب می شود که به عنوان ناخالصی به عنوان نقاط جوانه زنی اولیه یخ شناخته می شود. کاهش اندازه کریستال یخ و همینطور کاهش زمان انجماد هر دو وابسته به ظهور نقاط جوانه زنی اولیه و تعداد و اندازه آن هست.
از طرف دیگر نشان داده شده است که وجود حباب در سیستم خود می تواند منجر به نقاط جوانه زنی شود همانند اثری که در سیستم های تولید یخ با التراسونیک وجود دارد. امروزه حتی تحقیقاتی بر روی تزریق میکرو نانو حباب ها در سیال های غیر نیوتنی و اثر آن بر انجماد انجام شده است و نتایج آن نشان دهنده کاهش در زمان انجماد و کاهش دمای فرآیند انجماد است [1].
شکست فوم در پروتئین ها
یکی دیگر از کاربردهای میکرو نانو حباب در صنایع غذایی به خالص سازی پروتئین ها باز می گردد. خالص سازی پروتئین ها یک فرآیند هزینه بر در مقیاس صنعتی است که اصولا با روش کروماتوگرافی انجام می شود. طی تحقیقات جدید، نشان داده شده است که با استفاده از نانو حباب های CO2 (حباب های در اندازه 100 نانو متر ) می توان این مواد را جدا نمود.
در این روش با تزریق نانو حباب ها به فاز سیال، مواد آب گریز معلق به نانو حباب ها چسبیده و مانند یک جسم الاستیک در محیط آبی در می آیند. با توجه به چگالی، نانو حباب های متصل شده به مواد آب گریز به سطح آمده و غلظت آن ها در سطح افزایش می باید و به این طریق جدا می شوند.
