کاربرد اولترا سونیک در صنایع غذایی و بسته بندی در صنایع غذایی

نحوه استفاده از امواج اولتراسوند در صنایع غذائی دو گونه است. کاربرد اولتراسوند با شدت بالا و با شدت پائین. از امواج اولتراسوند با شدت پایین به عنوان روش تجزیه‌ای در تهیه اطلاعات مربوط به ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی استفاده می شود. در این حالت توان به کار رفته به حدی پائین است که پس از قطع امواج اولتراسونیک هیچگونه تغییری در خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی ایجاد نمی شود در نتیجه به این تکنیک non-destrusive یا غیر مخرب گویند و از آن می توان در اندازه گیری ضخامت، تشخیص جسم خارجی، اندازه گیری فلوریت، تعیین ترکیبات متشکله، اندازه ذرات، و غیره استفاده کرد. در حالیکه امواج اولتراسوند با شدت بالا که در آنها از توان بالا استفاده می شود به عنوان ابزاری در تغییر ویژگی های مواد غذایی نظیر هموژنیزه کردن، تمیز کردن، استریل کردن، حرارت دادن، امولسیفیه کردن، مهار فعالیت آنزیم ها و میکروبها و متلاشی کردن سلول، تشدید واکنش های اکسیداسیون، اصلاح گوشت، اصلاح کریستالیزاسیون، و . . . استفاده می شود.      
هدف تمامی صنایع فرایند کننده مواد غذایی تولید فرآورده‌ای با کیفیت بالا و تا حد امکان با حداقل هزینه می باشد که این فرآورده در اثر قرار دادن مواد اولیه در معرض یک سری از فرآیند ها مانند حرارت دادن، خنک کردن، فشار و اختلاط و. . . تولید می شود. تنوع در مواد خام و شرایط فرآیند سبب بوجود آوردن فرآورده‌ای با کیفیت غیر قابل پیش بینی می‌شود. بهمین دلیل بایستی کارخانجات مواد غذایی ویژگی های مواد اولیه را تعیین کرده و در هر مرحله از فرآیند، ماده غذایی و شرایط فرآیند را کنترل نمایند تا ویژگی های فراورده نهایی تا حد امکان مشابه ویژگی های مطلوب از قبل پیش بینی شده باشد.
کاربردهای مختلف اولتراسوند در رابطه با مواد غذائی از حدود ?? سال پیش شروع شده و در حال حاضر کاربرد زیادی در کنترل عملیات فرآیند مواد غذایی پیدا کرده است پیشرفت در زمینه میکروالکترونیک سبب شده که بتوان از اولتراسونیک برای اندازه گیری های دقیق و با هزینه نسبتاً پایین استفاده کرد.
در این روش یک طول موج صوتی با دامنه زیاد در درون ماده مورد آزمایش منتشر می شود. سپس از طریق سنجش تأثیر متقابل بین طول موج و ماده، اطلاعاتی در مورد خواص ماده بدست می آید.
اولتراسوند مزایای اساسی نسبت به سایر روش های تجزیه‌ای و تکنیک های مورد استفاده برای کنترل عملیات فرایند مواد غذایی دارد، زیرا در حالیکه بسیاری از این روشها تخریبی و وقت گیر بوده و نیاز به نیروی کار زیاد و آماده کردن مقادیر زیادی نمونه و هم چنین وجود سیستم هائی که نور را از خود عبور می دهند دارند، این روش نیازی به آماده سازی نمونه نداشته، دقیق و نسبتاً ارزان است و می تواند به سرعت (کمتر از یک ثانیه) به طور غیر تخریبی در طی فرآیند مواد غذایی در تعیین ویژگی ها و کیفیت غذاها حتی مواد غذایی تغلیظ شده و از لحاظ نوری کدر نیز به کاربرده شود و بنابراین سبب افزایش راندمان و کاهش هزینه تولید محصول می شود. در نتیجه انتظار می رود در آینده اولتراسوند هم به عنوان یک ابزار اصلی تحقیق در تهیه اطلاعاتی راجع به رابطه بین خواص فیزیکو شیمیایی غذاها با ویژگی های ملکولی ساختمانی آنها و هم به منظور بررسی مداوم و بهتر کیفیت و خواص مواد غذایی در طی تولید و نگهداری به عنوان on-line sensor کاربرده فزاینده‌ای داشته باشد.
از جمله کاربردهای مفید امواج اولتراسوند بررسی بافت، ویسکوزیته و غلظت برخی مواد غذایی جامد و مایع، اندازه گیری ضخامت، سطح و درجه حرارت و هم چنین تعیین ترکیبات میوه ها، سبزیها، گوشت، لبنیات و سایر محصولات است. علاوه بر این، استفاده از اولتراسونیک بدست آوردن اطلاعات را در مواردی که به کمک سایر روش ها دشوار است براحتی امکان پذیر می سازد. از آن جمله کنترل و بازرسی مداوم و اتوماتیک عملیات خط تولید نظیر تعیین اندازه ذرات تولید شده بوسیله هموژنایزر، آسیاب کلوئیدی و مخلوط کن می باشد، هم چنین تعیین میزان جرم گرفتگی لوله ها، ضخامت لایه‌های شکلات و شیرینی جات و ضخامت چربی یا بافت بدون چربی در گوشت و اندازه گیری مایعات موجود در تانکها و تعیین درجه حرارت در شرایطی که با استفاده از سنسورهای متداول امکان پذیر نمی باشد.
? بخش های سیستم های اندازه گیری به طریقه اولتراسونیک
اجزاء اصلی در بیشتر سیستم های اندازه گیری اولتراسونیک عبارتند از: ?- قطعه اندازه گیری یا measurement cell ?- مولد موج الکتریکی یا signal generator ?- مبدل یا transducer، ?- اسیلوسکوپ .
ساده ترین و گسترده ترین تکنیک مورد استفاده در اولتراسونیک، تکنیک- pulse echo (پالس- اکو) است. مولد موج الکتریکی یک پالس الکتریکی با فرکانس و دامنه مشخص را تولید می کند. سپس مبدل، پالس الکتریکی را به پالس اولتراسونیک تبدیل می کند. این پالس از نمونه موجود در قطعه اندازه گیری عبور می کند و پس از برخورد با دیواره داخلی قطعه منعکس شده و به مبدل، جائی که در آن تشخیص داده می شود باز می گردد. در حقیقت مبدل به صورت یک دریافت کننده عمل کرده و پالس اولتراسونیک برگشتی را به یک پالس تبدیل می کند که بر روی اسیلوسکوپ آشکار می‌شود. از آنجائی که بخشی از پالس منعکس شده و بخش از آن عبور می کند یک سری از اکوها روی نوسان نما (اسیلوسکوپ) مشاهده می شود سرعت و ضریب تضعیف امواج اولتراسونیک با استفاده از این اکوها تعیین می شود.
هر اکو مسافتی معادل دو برابر طول سلول (d) بیشتر از اکوی قبلی طی می کند و بنابراین، سرعت با اندازه گیری زمان تأخیر (t) بین اکوهای متوالی محاسبه می شود:
از طرفی در صورتیکه سرعت اولتراسونیک در نمونه مشخص گردد،ضخامت آن را
می توان تعیین کرد.
? کاربرد اولتراسونیک در برخی مواد غذائی
? روغن ها و چربی های خوراکی
برخی از ویژگیهای فیزیکی مواد چرب نظیر بافت و قوام که اهمیت تجارتی دارند بستگی به نسبت چربی جامد به مایع در دامنه خاصی از درجه حرات دارند، بنابراین تعیین میزان چربی جامد (SFG) از اهمیت خاصی برخودار است. سرعت اولتراسوند در چربی جامد بیشتر از روغن مایع است بنابراین اندازه گیری سرعت اولتراسونیک در مخلوط چربی- روغن می‌تواند در تعیین SFG بکار رود. این روش می تواند به سرعت و با دقت، اندازه گیری در نمونه های با SFG پایین را انجام دهد. نسبتاً ارزان قیمت است و به آسانی در محل تولید بکار می رود. از اندازه گیری سرعت اولتراسونیک هم چنین می توان در تعیین ترکیب روغن و کیفیت آن استفاده کرد زیرا تری گلیسریدهای مختلف مایع موجود در روغن ها بدلیل تفاوت ساختمان شیمیائی، سرعت های اولتراسونیک متفاوتی دارند.
? فرآورده های لبنی
کاربرد عمده اولتراسونیک با شدت پایین در صنایع لبنیات، تعیین ترکیب شیر و محصولات لبنی یعنی غلظت گلبول های چربی، مواد جامد غیر چرب و کل ماده جامد است. سرعت و تضعیف امواج اولتراسونیک در لبنیات به ساختمان میکروسکوپی و ترکیب آنها بستگی دارد. اندازه گیری میزان تضعیف اولتراسونیک روش مفیدی در تعیین زمان انعقاد شیر و تغییرات ویسکوزیته ظاهری حین انعقاد شیر به صورت غیر تخریبی است. زمانی که شیر منعقد می شود ضریب تضعیف آن به شدت کاهش می یابد. از امواج اولتراسوند در بررسی نحوه رسیدن پنیر ضایعات ساختمان و تشکیل حفرات توخالی در پنیر استفاده می شود زیرا خواص پنیر و تعیین در سرعت و تضعیف اولتراسوند اثر می گذارد. علاوه بر این برای تخمین اندازه و غلظت حبابهای موجود در خامه زده شده و ماست از این روش استفاده می شود. اثر اولتراسوند در افزایش هیدرولیزلاکتوز در شیر تخمیری بالاکتوسیلوس دلبروکی زیر گونه بولگاریکوس بررسی شده است. شیرهای تخمیر شده حاوی مقادیر کمی لاکتوز برای افرادی هستند که نمی توانند لاکتوز را تحمل نمایند. تابش اولتراسونیک سبب رهاسازی بتاگالاکتوزیداز داخلی سلول شده و در نتیجه هیدرولیز لاکتوز افزایش می یابد. به طور کلی کاربردهای این تکنیک در صنایع لبنیات شامل تمیزسازی، غیر فعال کردن باکتریها و آنزیم ها و هموژنیزاسیون می باشد.
? گوشت و ماهی
اندازه گیری ترکیب و ضخامت بافت چربی در حیوانات زنده و لاشه ها (نظیر ماهی، بز و خوک، گوسفند و طیور) بیشترین کاربرد اولتراسونیک را در ?? سال گذشته در صنایع غذائی به خود اختصاص داده اند. در حالیکه روش های NMR و تصویر نگاری با اشعه X جهت استفاده در صنایع گوشت به طور روتین بسیار گران، دشوار و پر زحمت و کند می باشند، تجهیزات اولتراسونیک برای انتخاب و درجه بندی گوشت حیوانات زنده و لاشه ها بسیار با ارزش هستند زیرا اندازه گیری با آنها سریع، واقعی و دور از نظریات و سلایق شخصی است. در این روش از اختلاف سرعت عبور پالس اولتراسونیک در بافت چربی و گوشت استفاده می شود.
? میوه ها و سبزی ها
به منظور استفاده از التراسوند در تعیین ویژگی های میوه ها و سبزیها لازم است که ویژگی های مهم آنها نظیر رسیدگی را به پارامترهای قابل اندازه گیری نظیر سرعت، تضعیف و مقاومت ارتباط دهیم. وجود فضاهای هوائی بین سلول بیشترین تأثیر را بر خواص اولتراسونیک میوه ها و سبزیها می گذارد. بنابراین برخی از میوه ها و سبزیها (نظیر سیب، موز، خیار و هندوانه، سیب زمینی و کدو) ضرایب تضعیف بسیار زیادی دارند و سرعت اولتراسونیک آنها کمتر از سرعت اولترا سونیک هواست. محققان با اندازه گیری دامنه یک پالس منعکس شده اولتراسونیک از سطح میوه ها و سبزیهای مختلف نظیر گوجه فرنگی و ذرت شیرین برای تعیین میزان صافی، ترکها و معایب سطحی آنها استفاده کرده اند. علاوه بر این آنها کیفیت آب مرکبات بسته بندی شده در پاکتهای کاغذی را بوسیله سنسورهای اولتراسونیک به طریقه on-line مورد بررسی قرار داده اند. اولتراسوند قابل رقابت با سایر تکنیک ها جهت تعیین میزان قند در آبمیوه ها ونوشیدنی هاست. مزیت آن بر سایر روش ها اینست که می تواند جهت کنترل فرایند به طریقه on-line بکار برده شود.
? محلول های آبی و ژل ها
ابزارهایی که بر اساس اولتراسوند هستند می توانند اطلاعات با ارزشی در مورد خواص جسم حل شونده نظیر ساختمان و غلظت آن ارائه کنند. این روش در اندازه گیری درجه رقت نوشابه، سس ها؛ بررسی غلظت اجسام حل شونده حین فرآیندهای تبخیر، و تعیین غلظت نمکها و اسیدهای آمینه هم چنین غلظت بیولی مرها نظیر پروتئین ها و کربوهیدارت ها در محلول ها بکار برده می شود. این اندازه گیری ها با تعیین سرعت اولتراسونیک امکان پذیر است. در مورد برخی از محلول های آبی بیوپلی مرها و ژلها، سرعت اولتراسونیک و ضریب تضعیف با افزایش غلظت جسم حل شونده تا غلظت های بسیار زیاد به طور خطی افزایش می یابد.
? سایر کاربردها
از طریق اولتراسونیک تعیین غلظت و اندازه ذرات در امولسیون ها و سوسپانسیون های غذایی نظیر اندازه ذرات و قطرات میسل های کازئین، امولسیون های روغن در آب و ذرات کلوئیدی در آب پرتقال امکان پذیر است. از مزایای این روش این است که می تواند برای سیستم هائی که از لحاظ نوری کدر هستند، محیطهای تغلیظ شده و غیر هادی الکتریسیته بکار رود. هم چنین در تعیین ویژگی های غذاهائی که حاوی هوای نامحلول به شکل حباب یا سلولهای حاوی هوا هستند نظیر نان، میوه ها، خامه زده شده کاربرد زیادی دارد چون وجود اندکی گاز نامحلول در محیط می تواند تغییرات زیادی در خواص اولتراسونیک ماده ایجاد نماید.
از کاربردهای دیگر اولتراسونیک در تعیین میزان تردی بیسکویت و تعیین بافت لایه‌های ویفر است زیرا اندازه گیری با این روش سریع و غیر تخریبی می باشد.
جدیدترین کاربرد آن در برش مواد غذایی نظیر کیکها، پنیر، خمیر پیتزا، فرآوردهای قنادی، نان، صمغ ها، آب نبات و . . . است. این برش زدن بسیار تمیز صورت گرفته، ماده غذائی خرد نشده و حتی در صورتی که مغزها در بین لایه های ماده غذایی باشند، خرد نمی شوند. تیغه هایی که به این منظور به کار برده می شوند، ????? بار در ثانیه لرزش دارند تا مینیمم اصطکاک سطحی را با فرآورده در حال برش داشته باشند.
کاربرد تجهیزات اولتراسونیک جهت تمیز سازی و ضدعفونی چاقوهای آلوده به پروتئین گوشت در کشتارگاهها وکارخانجات گوشت گزارش شده است. در صورتیکه این چاقوها در ?c ?? تمیز شوند، فیلم پروتئینی منعقد شده ای بر روی آنها تشکیل می شود. البته کاهش درجه حرارت شستشو تا ?c ?? از تشکیل این فیلم جلوگیری می کند ولی مجاز نیست. نتایج کاربرد اولتراسوند نشان داده است که می توان با استفاده از آن، چاقوها راحتی بدون افزودن عوامل فعال کننده سطحی در آب به اندازه کافی تمیز کرد و مواد باقیمانده پروتئینی در ?c ?? بسیار کاهش یافت و در ?c ?? حذف گردید. و تمیز سازی با اولتراسونیک در آب در درجه حرارت محیط به مدت ??-?? ثانیه قبل از ضدعفونی پیشنهاد گردید.
? Presence Detection
? Absence
وجود یا عدم وجود یک ماده در میان یک جفت مبدل یا بین یک مبدل و یک صفحه رفراکتومتر را می توان با اندازه گیری دامنه موج الکتریکی تعیین کرد. در صورتیکه ماده‌ای وجود داشته باشد دامنه موج الکتریکی کاهش خواهد یافت. این تکنیک برای شمارش تعداد موادی که از یک نقطه مشخص بر روی نوار نقاله عبور می کنند مفید است. در صورتیکه سرعت نوار نقاله مشخص باشد اندازه اشیاء را نیز می توان تعیین کرد.
اولتراسوند می تواند برای تشخیص وجود یا عدم وجود یک ماده در قوطی، لوله، تانک و غیره نیز بکار برده شود. مبدل اولتراسونیک بر روی بخش خارجی دیواره آنها قرار داده شده و دامنه یک اکوی منعکس از قسمت داخلی دیواره اندازه گیری می شود این دامنه بستگی به مقاومت صوتی ماده موجود در تانک دارد. در صورتی که ماده ای در ظرف وجود نداشته باشد (امپدانس صوتی کم) دامنه اکوی دریافتی بیشتر از حالتی خواهد شد که ماده ای وجود داشته باشد.
این نوع سنسور می تواند برای تعیین اینکه آیا میزان مایع موجود در تانک پایین تر یا بالاتر از حد بحرانی شده است یا نه، و برای تعیین وجود بقای ماده در لوله بکار برده شود و مخصوصاً در رابطه با وسایل و ظروفی که مشاهده داخل آنها امکان پذیر نیست مفید می باشد.
مزیت این روش نسبت به سایر روش های تجارتی این است که در این جا تنها لازم است به یک طرف ظرف یا ماده مورد آزمایش دسترسی داشته باشیم.
? تعیین ضخامت
یک مبدل اولتراسونیک در یک طرف ماده قرار گرفته و مدت زمانی که یک پالس عرض ماده را طی کرده و بر می گردد اندازه گیری می شود. در صورتیکه سرعت اولتراسوند در ماده مشخص باشد، مسافت طی شده با استفاده از ?d=ct محاسبه می شود.
اولتراسوند مخصوصاً در رابطه با تعیین ویژگی های موادی که دسترسی به آنها با روش های مرسوم مشکل است، مانند تعیین ضخامت لوله در صورتی که فقط دسترسی به قسمت بیرونی لوله امکان پذیر است مفید می باشد. هم چنین برای اندازه گیری ضخامت لایه های مخصوص در سیستم های چند لایه نیز می تواند بکاربرده شود.
تعیین ضخامت لایه های چربی و گوشت بی چربی دربافت حیوانی مشهورترین کاربرد اولتراسوند در صنایع غذایی در حال حاضر است و تعدادی دستگاه تجارتی برای درجه بندی کیفیت گوشت وجود دارد. این کاربرد بر اساس اندازه گیری فواصل زمانی بین پالس های اولتراسونیک منعکس شده از مرزهای میان لایه های چربی، بافت گوشت بی چربی و استخوان است مزیت این تکنیک ارزان بودن نسبی آن، کاربرد آسان آن و پیش بینی کیفیت گوشت حیوانات زنده می باشد.
سایر نمونه های تعیین ضخامت شامل تعیین سطح و وجود و یا عدم وجود مایع در تانکها، تعیین میزان مایع موجود در کنسرو، تعیین ضخامت پوشش های فرآورده های قنادی مانند ضخامت لایه شکلات در شیرینی جات و تعیین پوسته تخم مرغ می باشند.
? تشخیص ماده خارجی
مواد خارجی نامطلوب مانند قطعات فلز، شیشه، چوب، پلاستیک و غیره ممکن است سبب آلودگی مواد غذایی در طی فرایند گردند. بسیاری از مواد غذایی از لحاظ نوری مات هستند و بنابراین روشهائی که از نور استفاده می کنند، نمی توانند کاربرد داشته باشند. در صورتیکه پالس اولتراسونیک در داخل یک نمونه منتشر گردد، از هر مانعی که سد راه آن قرار گیرد منعکس شده و سبب تفاوت نسبتاً زیادی در مقاومت صوتی بین غذا و ماده خارجی می شود. موادی نظیر شیشه، فلز و چوب که گاهی به داخل ماده غذایی راه می یابد مقاومتهای صوتی بزرگتری نسبت به سایر اجزاء غذایی دارند و بنابراین می توانند به آسانی توسط اولتراسوند مشخص شوند.
فاصله ماده خارجی از سطح قوطی با اندازه گیری زمان پالس های اولتراسونیک منعکس شده از ماده خارجی و دیواره قوطی تعیین می شود.
d?=d?.t?/t?
با حرکت یک مبدل اولتراسونیک در اطراف نمونه، امکان تعیین اندازه و محل قرار گرفتن ماده خارجی و حتی محل بافت چربی در گوشت وجود دارد. این تکنیک یک مثال ساده از تکنیک های تصویر نگاری بکار برده شده برای تعیین سلامتی و تعیین جنس جنین در رحم می باشد.
? اندازه گیری فلوریت
اندازه گیری فلوریت مواد در لوله ها در طی فرآیند، در بسیاری از کارخانجات غذائی حائز اهمیت است. انواع مختلفی از سنسورهای اولتراسونیک در دسترس هستند که می توانند برای اندازه گیری فلوریت (سرعت جریان) مایعات بکار برده شوند. فلومترهای اولتراسونیک ظرفیت تعیین فلوریت های در حدود چند متر در ثانیه در سیستم هائی که ابعاد آنها کمتر از mm? است (مانند جریان خون در سیاهرگها) تا بیشتر از km? (جریان آب در رودخانه ها) را دارند.
? اندازه گیری درجه حرارت
خواص اولتراسونیک مواد نسبت به حرارت حساس می باشند و بهمین دلیل اولتراسوند را می توان در رابطه با اندازه گیری درجه حرارت نیز بکار برد. ترمومترهای اولتراسونیک از یک ماده استوانه‌ای شکل تشکیل شده اند که یک ماده دیگر با امپدانس صوتی متفاوت به انتهای آن متصل شده است قسمتی از یک پالس اولتراسونیک انتشار یافته در طول استوانه منعکس شده و قسمت دیگر آن در مرز میان دو ماده عبور می کند. قسمت انعکاس یافته به سمت مولد بر می گردد در حالیکه قسمتی که عبور کرده، قبل از برگشت به مبدل؛ از میان قطعه نهایی عبور می کند. اختلاف در مدت زمان (t) بین دو اکو زمانی است که طول می کشد تا پالس دو بار طول قطعه نهائی (d) را طی کند. این زمان بستگی به سرعت اولتراسونیک ماده قطعه نهائی و طول آن دارد که هر دو با تغییر درجه حرارت، تغییر می کنند.
سنسورهای اولتراسوند در مواقعی که کاربرد سنسورهای مرسوم حرارتی براحتی امکان پذیر نیست مانند اندازه گیری درجه حرارت در محیطهای مایکروویو یا در محیطهای با درجه حرارت بالا، مفید هستند.
? تعیین ترکیب و میکرواستراکچر
اولتراسوند برای اندازه گیری اجزاء تشکیل دهنده بسیاری از مواد غذائی مختلف از نیم قرن گذشته بکار برده شده است مانند اندازه گیری نسبت چربی به گوشت بدون چربی در بافت حیوانی (گوشت ها)، میزان روغن مواد غذائی چرب، مقدار چربی جامد، ترکیب شیر، غلظت قند، میزان الکل نوشیدنی های الکلی، تری گلیسریدها در روغن ها، اندازه گیری هوا در مواد غذائی حجیم شده، غلظت نمک در آب نمک و غلظت های بیوپلی مرها در ژل ها و محلولهای آبی.
خواص اولتراسونیک مواد بسیار ریز ناهمگن مانند امولسیون ها و سوسپانسیونها بستگی به اندازه ذرات دارد، در نتیجه بدست آوردن اطلاعاتی در رابطه با ویژگی های ملکولی یا میکرواستراکچر با کاربرد اولتراسوند امکان پذیر است. اندازه گیری سرعت اولتراسونیک و میزان تضعیف به عنوان تابعی از فرکانس برای تعیین توزیع اندازه ذرات بکار برده می شوند. اولتراسوند نسبت به سایر تکنیک های مورد استفاده برای تعیین میکرواستراکچر و ترکیب مواد، مزایایی دارد: اندازه گیری دقیق و سریع، کاربرد در سیستم های مات و غیر شفاف، غیر مخرب بوده و می تواند به طریقه on-line بکار برده شود.
? on-line Sensors
از ویژگی های این سنسورها توانائی آنها در اندازه گیری سریع، دقیق و غیر تخریبی مواد است. هم چنین این سنسورها بهداشتی بوده و هزینه نسبتاً پایینی دارند و می توانند فشارها و درجه حرارت های بکار رفته حین تولید و تمیز کردن مواد غذائی را تحمل نمایند. به علاوه مجهز به یک رابط کامپیوتری می باشند تا اطلاعات بتوانند مستقیماً توسط یک واحد کنترل فرآیند مورد استفاده قرار گیرند بنابراین می توانند در زمان واقعی اطلاعات دقیقی راجع به محصول ارائه کنند و رابط فوری بین فرآیند و کنترل آن هستند.
سنسور شامل یک مبدل اولتراسونیک است که در داخل یک لوله که ماده از میان آن جریان می یابد قرار داده می شود. زمانی که طول می کشد تا یک پالس عرض نمونه را طی کند (t) با استفاده از یک وسیله دیجیتالی اندازه گیری می شود و سرعت اولتراسونیک با دانستن قطر داخلی لوله (d) محاسبه می شود (c=?d/t) سپس سرعت با برخی خواص فیزیکی مورد نظر مانند غلظت قند، میزان چربی در مواد جامد یا اندازه ذرات ارتباط داده می شود. این وسیله می تواند در دیواره لوله های موجود در یک کارخانه نیز fit شود. بدلیل اینکه سنسور در دیواره لوله قرار گرفته است و در تماس با ماده غذائی نیست مشکلی از لحاظ بهداشتی یا cleaning-in-place نیز بوجود نمی آید.
? بسته بندی به روش MAP در صنایع غذایی
در استاندارد بریتانیا واژه بسته بندی به عنوان عملیات مورد استفاده در آماده سازی کالا برای حمل و نگه داری و یا تحویل به مشتری تعریف شده است . لیکن بهترین تعریف برای بسته بندی در سال ???? م داده شده است که امروز به عنوان کاملترین تعریف بسته بندی است :
?) یک سیستم که زمان تحویل کالا را جهت انتقال ، توزیع ، ذخیره و فروش کاهش می دهد.
?) یک مفهوم تضمین کننده برای تحویل مطمئن کالا به آخرین مصرف کننده در شرایط مطلوب و با حداقل هزینه است
?) یک عمل فنی - اقتصادی است که هزینه تحویل کالا را به حداقل می رساند و از طرف دیگر فروش را در نتیجه سود حاصله به بالاترین حد افزایش می دهد. براساس یک تعریف ساده‌تر پوششی از یک سیستم که اصطلاحا کالا نامیده می شود.
بنابراین محصولات تولید شده برای حمل ونقل آسانتر، ایجاد امنیت و جلوگیری آلودگی محصول در هنگام توزیع و فروش و در نهایت افزایش مدت نگهداری محصول با حفظ کیفیت مطلوب نیازبه بسته بندی مناسبی دارند . و با توجه به اهمیت موضوع نیاز هر چه بیشتر به این صنعت و پیشرفت در آن احساس می شود . برای بسته بندی محصولات از مواد و وسایل مختلف نظیر قوطی های فلزی ، فویل ها ، موادکاغذی ، مقوایی و مواد پلاستیکی ممکن است استفاده شود . به طور کلی مواد مورد استفاده باید از استحکام و انعطاف کافی برخودار باشند . و مسلمانوع بسته بندی رابطه مستقیم با مذدت زمان نگه داری محصول دارد . در این مقاله بیشتر سعی شده است در مورد بسته بندی تحت اتمسفر اصلاح شده (Modify Atmospher Packaging ) که به اختصار MAP نامیده می شود و اثرات آن بر روی مدت زمان ماندگاری محصول ( Shelf Life ) بحث شود . که امروزه پیشرفت های زیادی در این مورد صورت گرفته است.
? بازارپسندی محصول
امروزه به دلیل تنوع محصول بازار فروش به عرصه رقابت تبدیل شده است و درست است که کیفیت محصول بسیار مهم است اما نوع بسته بندی هم در جلب نظر مشتری حائز اهمیت است .رنگ و تازگی محصول نیز می تواند نشانه کیفیت آن باشد .همچنین بسته بندی های قابل حمل تر بیشتر مورد توجه هستند . معولا رنگ وطرح بسته بندی با توجه به نوع محصول و رنج سنی مصرف کننده و ذوق وسلبقه عمومی طراحی می شود درخشندگی پوشش بسته بندی باعث جلب توجه بیشتر است مثلا سلوفان ماده ای است شفاف که برای بسته بندی شیرینی ، آبنبات و??? به کار می رود که در واقع سلولز اصلاح شده است . سلوفان پوشانده شده با پلی مرساران درخشانتر از سلوفان پوشانده شده با نیترو سلولز است. برای اتخاب رنگ و طرح بسته بندی بهتر است مواردی رعایت شود.
بدانیم چه تاثیری را می خواهیم منتقل کنیم و چه رنگ و طرحی این تاثیر را بهتر منتقل می کند و رنگ های انتخابی کلیشه ا ی و تکراری نیست و اگر هست چه جایگزین های بهتری وجود دارد ؟ آیا رنگها وطرحهای انتخابی جذابیت تبلیقاتی دارد ؟
بیش از همه رنگ پس زمینه مهم است .هر چند طرح خط ،رنگ و نام محصول بسیار قدرتمند باشد ولی بدون یک زمینه مناسب قادر نیستید این قدرت را باموفقیت نمایش دهید . هنگام انتخاب زمینه باید توجه کرد که رنگ های روشن بهتر از تیره و رنگهای گرم بهتر از سرد که البته بستگی به نوع محصول و و یژیگی های آن نیز دارد .
رنگهای انتخابی سایه های بیشتری بپذیرند و از یک طیف رنگی استفاده شود استفاده از سایه ها به کار حرکت ونیرو می دهد مثلا برای این که بخواهیم قرمز و آبی را کنار هم بگذاریم ایجاد حد فاصلی مثل بنفش می تواند مانند پل ارتباطی عمل کند .
در رنگ پوشش بیشتر از سه رنگ استفاده نشود چون ایجاد همنشینی کامل در بیش از سه رنگ مشکل است همیشه باید یک رنگ اصلی و تعیین کننده باشد وبهتر است از کاربرد بیش از حد رنگهای زنده امساک کنیم این گونه رنگ ها فقط برای تاکید و اعلام نام و خصوصیت یک کالا به کار می رود در این گونه موارد باید حتما رنگهای روشن و مرده زمینه فر صت را برای درخشش این رنگهای تاکیدی فراهم کند اگر شما یک رنگ زنده را در زمینه بگذارید فرصت برجستگی را از نام کالا گر فته اید ام اگر به علل تبلیغاتی مجبور به این کار شدید برای اعلام نام کالا به رنگ مشکی ، نقره ای و یا حتی سفید متصل شوید زیرا راه دیگری برای اعلام مو جودیت دو رنگ زنده نیست.
مبتکر نیز باشید ابتکار و نو آوری در بسته بندی در جهت جلب نظر مشتری وسهولت استفاده از کالا بسیار موثر است
سیستم MAP تنها سیستمی است که علاوه بر کارایی بالا بازار پسندی و جذابیت خود را نیز حفظ کرده است.
? استفاده از MAP برای محصولات تازه
MAP برای محصولات تازه مراحل سخت تری دارد زیرا بسته بندی های محدود جلوی اکسیژن اتمسفری می گیرنذ . اما سبزیجات و میوه جات تازه هنوز زنده هستند و نیاز به اکسیژن برای متابولیسم خود دارند .بسته بندی های انعطاف پذیر هم برای این منظور مناسب نیستند و نیاز به بسته بندی هایی است که که تبادل گازی در آنها مطابق نیا ز محصول باشد. در واقع برای آنها در MAP باید از ایجاد شرایط بی هوازی جلوگیری شود. همچنان باید ظاهر جذابی داشته باشند و دارای درزهای قابل باز و بست شدن و پوشاننده های ضد مه و بافت سفت و محکم باشد
برای تازه ماندن محصول و افزایش طول عمر نگه داری و اطمینان از ایمن بودن محصولات دو فاکتور مهم وجود دارند ؛
?) درجه حرارت
? ) استفاده از MAP
که باید از هر دو آن ها به صورت توام استفاده کرد . کاهش دما و استفاده از بسته بندی تحت اتمسفر تغیییر یافته باعث کند شدن متابولیسم ورسیدن محصولات است بنابراین مدت زمان بیشتری محصولات تازه می مانند. بافت محصولات تازه زنده است بنابراین تنفس می کند واز اکسیژن اتمسفری استفاده می کند . باید توجه کرد که میوهای مختلف وسبزی جات
سرعت تنفسی منفاوتی دارند. برخی سرعت تنفسی بالاتری دارند مانند ( قارچ و بروکسلی ) که احتمال فساد پذیری بیشتری دارند ولی محصولاتی که سرعت تنفس پایین تری دارند کمتر فساد پذیرند ( مانند پیاز وسیب زمینی .
در میوه هاوسبزی های خرد شده سرعت تنفس بالاتر است زیرا سطح آن ها افزایش پیدا می کند در نتیجه بعد از خرد کردن اکسیژن با سرعت بیشتری به سلول های داخلی نفوذ می کند . همچنین تنفس در سلول های صدمه دیده بیشتر است. بهترین کار برای کاهش متابولیسم و حفظ ذخیره کر بو هیدراتی و رطوبت کاهش دما است . معمولا بهترین کیفیت برای محصولات در دمای نزدیک ? درجه به دست می آید مگر محصولات مناطق حاره که معمولا در ?? تا ?? درجه نگه داری می شوند.
استفاده از MAP می تواند باعث کاهش ، تنفس ، از دست رفتن رطوبت ، قهوه ای شدن ، فاسد شدن وحساسیت به اتیلن شود .
اکسیژن در اتمسفر ?? % است . اما غلظت اکسیژن در داخل بسته بندی کمتر از ?? % است بنابراین تنفس شروع به کند شدن می کند . این کاهش اکسیژن ادامه دارد تا به ?-? % برای اکثر محصولات برسد . اگر میزان اکسیژن به کمتر از ? % برسد متابولیسم هوازی جای خود را به متابولیسم تخمیری می دهد و باعث ایجاد بد طعمی و بوی بد در محصول می شود . غلظت دی اکسید کربن افزایش پیدا می کند اما برخی از محصولات به غلظت بالای دی اکسید کربن حساسند وسبب افزایش حساسیت آنها به اتیلن می شود . ( اتیلن هورمونی است که در زود رس کردن محصول موثر است . ) البته باید توجه کرد که امکان رشد باکتری ها و قارچ ها درغلظت کمتر از ?? % CO? وجود دارد .
کاهش O? و افزایش CO? تا میزان مورد نیاز محصول به صورت همزمان صورت می گیرد . بنابراین هدف MAP این است که اتمسفر متعادلی در بسته بندی ایجاد کند .که برای این مقصود روابطی وجود دارد:
PO? = RRO? * t * W/A *( O? atm - O? pkg)
PCO? = RR CO? * t * W/A * ( CO?pkg - CO? atm )
?
PO?= مقدار نفوذ O? در فیلم day - atm - ml - mil / m
?
PCO? = مقدار نفوذ CO? در فیلم day - atm - ml - mil / m
RRO? = سرعت تنفس محصولات از نظر مصرف O? ml / kg - hr
RRCO? = سرعت تنفس محصولات از نظر تولید CO? ml / kg - hr
t = ضخامت فیلم
W = وزن محصول Kg
A = مساحت سطح فیلم
O? atm - O? pkg =اکسیژن مورد نیاز بین بیرون و داخل بسته بندی
CO?pkg - CO? atm = CO? مورد نیاز بین داخل وبیرون بسته بندی
صنعت بسته بندی روز به روز پیشرفت می کند و تکنولوژی های جدید تری جهت ارتقا این صنعت به وجود آمده است در ذیل تعداد معدودی از آن ها نامبرده می شود :
? سرعت تبادل اکسیژن مناسب(OTR)
صنعت بسته بندی نیاز به گازهای به خصوصی برای محصولات تازه دارد و نیاز به فیلم های جدیدی برای محصولات با سرعت تنفس کم ، متوسط و زیاد است.
بنابراین محصولات تازه مختلفی را میتوان بسته بندی کرد . محصولاتی باسرعت تنفس بالا مشکلات بیشتری برای بسته بندی شدن دارند . تکنولوژی جدیدی وجود دارد که در آن فیلم های به کار می روند که دارای OTR بالایی هستند . ( بیشتر از ???? میلی لیتر / متر مربع
? تکنولوژی متالوسن ( Metallocene) :
تکنولوژی جدیدی است که در آن کاتالیست های و.جود دارند که می توانند سازنده رزین های پلی مری باشند که زنجیره های پلیمری به وجود می آورند که دارای وزن مولکولی ودانسیته به خصوصی هستند و نتیجه آن فیلم های پلاستیکی انعطاف پذیری هستند که OTR بالایی دارند .همچنین از رطوبت کم ، استحکام بالا وشفافیت زیادی برخوردارند .واین فیلم ها محکم تر می شوند وقتی برای بسته بندی محصولات به کار می روند.
? فیلم هایی با سوراخ ها وحفره های ریز :
این فیلم ها OTR بالایی را فراهم می کنند و در واقع فیلم هایی هستند که دارای حفره و سوراخ هستند . این فیلم بااعث افزایش سرعت تبادل گازی نسبت به فیلم های پلاستیکی معمولی می شوند البته این فیلم ها محدودیت های فیزیکی هم دارند مثلا CO? ?-? بار سریعتر از اکسیژن نفوذ می کند بنابراین در این اتمسفر تعادلی اکسیژن کمتری نسبت به CO? وجود دارد در این سیستم CO? و اکسیژن به یک نسبت تنظیم می شوند بنابراین سرعت نفوذ O? /CO? رنج محدودی دارد بنابراین می توان بدون ذخیره مقدارزیادی CO? به کاهش اکسیژن مناسبی (? - ? % ) رسید که این امر برای محصولاتی که به غلظت بالای CO? حساسند مفید است . اما برخی از محصولات مثل توت فرنگی نیاز به CO? بالیی برای جلوگیری از رشد کپک ها دارند .
? عوامل ضد مه
یککسری از فروشنده ها و مشتری ها دارند که محصولات تازه را بیبیند بنابراین نیاز به پلاستبک هایی است که شفاف باشند وبتوان محصولات داخل آن را دید .کندانس شدن آب جلوی دید محصول را می گیرد بنابراین از یکسری از ترکیبات ضد مه استفاده می شود که در خارج فیلم قرار دارند که به داخل فیلم نفوذ می کنند وجلوی تجمع قطرات آب را روی سطح می گیرند.
? تجهیزات و دستگاه ها
مراحل وطرز کارMAP و مزایای استفاده از CO? وN?:
برخی از مزایای CO?
?) CO? باعث حفظ ویتامین E در محصولات گوشتی در پروسه کاهش رنگ قرمز گوشت است
?) باعث جذب آب از اطراف وهیدراته شدن غشای سلولها میشود و درنتیجه از خشک شدن سلول جلوگیری می کند
?) به عنوان یک ماده ضد میکروبی موثر رفتار می کند و سبب کاهش سرعت رشد میکرو ارگانیسم ها می شود.
? مراحل
در هنگام آماده سازی محصول ممکن است میکرو ارگانیسمها متعددی وارد آن بشوند بنابراین نیاز به یک سطحی از پاکسازی احساس می شود .
بنابراین تاخیری قبل از بسته بندی داریم .سپس دما کنترل می گردد و تا میزان مناسب کاهش پیدا می کند. ومواد مورد نیاز برای بسته بندی آماده می شوند
سپس حجم گازی مورد نیاز تزریق می شود و گازها با هم مخلوط می گردند ودر نهایت میزان اکسیژن باقی مانده اندازه گیری می شود .
این سیستم از سه قسمت ماشین های بسته بندی ، مخزن فیلم ها و مخزن گاز یا مخلوطی از گازها تشکیل شده است
محصولات MAP غیر از این که مدت زمان نگه داری بیشتری دارند به دلیل ظاهر جذابی که دارند باعث جلب توجه مشتری می شوند .
? برخی از مزایای ?N
نیتروژن گازی به طور معمول در این بسته بندی به کار می رود زیرا نیتروژن ماده ای کاملا خنثی ،بدون بو و بدون رنگ است . نیتروژن سبب جلوگیری از رشد آلودگی در محصول می شود.
اکسیداسیون و رانسیدیته شدن چربی هامی تواند در مواد غذایی چرب صورت بگیرد و باعث ایجاد طعم ناخواسته ، تغییر رنگ وبو و ایجاد ترکیبات سمی شود در غلظت اکسیژن کمتر از ?% کاهش کمی یابد .
نیتروژن یا ترکیبی از نیتروژن / دی اکسید کربن می تواند از غالب شدن کپک ها در محصولات نانوایی جلوگیری کند . نیتروژن یا ترکیبی از نیتروژن / دی اکسید کربن می تواند باعث متوقف کردن و کندی رشد باکتری ها شود .
غلظت اکسیژن کمتر از ?% می تواند باعث کاهش آسیبهایی شود که توسط حشرات ایجاد می شود
? بسته بندی گوشت به روش MAP
هما ن طور که گفته شد برای افزایش مدت نگه داری محصول از آن استفاده می شود . ترکیبات گازی متنوعی از جمله (?? % O? / ?? % CO?) ، ( ?? % N? / ?? % CO?) یا ??? % CO? و در دمای ? - ? درجه نگه داری می شود . نوع تر کیبات بستگی به عوامل مختلفی دارد از جمله : رنگ بافت و چربی ، PH سطحی و داخلی و ...
بیشترین T.C در شرایط هوازی وجود دارد . اما در شرایط غنی از CO? بی هوازی کاهش می یابد . از جمله باکتری ها می توان از باسیلوس ترموسفکتا ، سودوموناس و انتروباکتریاسه ها نام برد که رشد آنها باعث بدطعمی وگسترش بوی بد و کاهش مدت زمان نگهداری می شود یکسری باکتری های بیماری زا هم وجود دارند مثل یرسینیا انتروکولیتیکا ، لوکونوستوک مونو سیتوژنس و آسپرژیلوس هیدروفیلا که ممکن است در سطح قطعات گوشت رشد کنند در آزمایشی که در دمای ? - ? در PH بالا صورت گرفت نشان داد که PH نقش مهمی در کنترل رشد پاتوژن ها دارد