نوآوری در پردازش مواد غذایی با اشعه مادون قرمز

پردازش غذا با اشعه مادون قرمز

تابش مادون قرمز (IR) انرژی را به شکل موج الکترومغناطیسی در طیف 0.75 میکرومتر تا 1000 میکرومتر آزاد می‌کند. طول موج مادون قرمز به طور کلی می‌تواند به سه دامنه نزدیک (0.75 تا 1.4 میکرومتر)، متوسط (1.4 تا 3 میکرومتر) و دور(3 تا 1000 میکرومتر) تقسیم شود. اجزای اصلی غذایی، از جمله آب، ترکیبات آلی و پلیمرهای بیولوژیکی، انرژی تابشی مادون قرمز را در محدوده طول موج 2.5 تا 10 میکرومتر به طور موثر از طریق تغییر در حالت ارتعاشات مولکولی جذب می‌کنند  که مربوط به مناطق متوسط و دور است. از این رو از مادون قرمز متوسط و دور می‌توان به طور کارآمد برای فراوری حرارتی مواد غذایی و محصولات کشاورزی استفاده کرد.

از مزایای استفاده از مادون قرمز برای گرمایش می‌توان به عدم نیاز به محیط گرمایش، سرعت بالای انتقال گرما، کاهش مصرف آب و مواد شیمیایی، بهبود انرژی و بهره‌وری پردازش، کاهش ردپای تجهیزات و افزایش بهره‌وری اشاره کرد. در عین حال با کیفیت و ایمنی بالا غذا فراوری می‌شود.

گرمایش مادون قرمز برای گرم کردن لایه‌های نازک مواد غذایی مناسب‌ترین است. تابش IR عمیق نفوذ نمی‌کند و فقط چند میلیمتر زیر سطح مواد غذایی گرم می‌شود. سپس انرژی جذب شده را می‌توان به مناطق دیگر غذا انتقال داد. با این حال، با افزایش حجم نمونه، هدایت محدود می‌شود.

تجهیزات مادون قرمز

براساس منبع انرژی، از دو نوع ساطع کننده مادون قرمز در صنایع غذایی استفاده می‌شود، یعنی ساطع کننده‌های الکتریکی IR و ساطع کننده گاز با گاز.

ساطع کننده الکتریکی

ساطع کننده الکتریکی IR دارای یک رشته فلزی هستند که درون محفظه‌ای مهر و موم شده قرار دارد که تخلیه یا با گاز بی‌اثر پر می‌شود. انرژی تابشی در این بخاری‌ها با عبور جریان الکتریکی از سیم با مقاومت بالا تولید می‌شود. عنصر و مواد پیرامون عنصر تا دمای رشته‌ای گرم می‌شوند. با تعدیل توان خروجی، می‌توان طیف طول موج این گسیل کننده‌های الکتریکی IR را تغییر داد. انواع موجود ساطع کننده تابشی IR برقی شامل لامپ رشته‌ای از نوع بازتابنده، لوله کوارتز و عناصر مقاومت است. از مزایای ساطع کننده‌های الکتریکی IR می‌توان به قابلیت دسترسی آماده، سهولت کنترل، ابزاردقیق و امکان انتخاب گسترده عناصر گرمایش  اشاره کرد. با این وجود، پردازش IR با انرژی الکتریکی به دلیل گرانی برق می‌تواند گران باشد.

ساطع کننده IR با گاز

انواع مختلف ساطع کننده‌های مادون قرمز با گاز، از جمله رادیاتور IR با شعله مستقیم، مشعل متخلخل با شدت بالا و مشعل کاتالیزوری موجود است. احتراق هوا و سوخت در سطح مشعل در گسیل کننده‌های گاز صورت می‌گیرد و این منجر به افزایش دمای سطح و تابش در دامنه طول موج 1.6 میکرومتر تا 10 میکرومتر می‌شود. از گاز طبیعی یا گاز مایع (پروپان) می‌توان برای گرم کردن سطح سرامیک سوراخ  شده با لوله‌های فولادی که تابش می‌دهند استفاده کرد. مواد با رطوبت بالا می‌توانند تابش بیش‌تری را که توسط این گروه از گسیل کننده‌های IR ساطع می‌شود، جذب کنند.

یکی از مزایای این نوع ساطع کننده این است که به برق وابسته نیست و در نتیجه از نظر هزینه ارزان‌تر است. آنها همچین قادر به صرفه جویی در انرژی هستند و نسبت به ساطع کننده الکتریکی از قابلیت اطمینان و دوام بالاتری برخوردارند. با این حال هزینه اولیه یک ساطع کننده مادون قرمز گازسوز بالاتر از ساطع کننده الکتریکی است.

کاربردهای گرمایش مادون قرمز در صنایع غذایی

 مادون قرمز اولین بار در دهه 1930 برای کاربردهای پخت در صنعت خودروسازی مورد استفاده قرار گرفت. در دو دهه گذشته به دلیل پیشرفت و درک بهتر مکانیسم گرمایش مادون قرمز، کاربردهای پردازش در صنایع غذایی محقق شده است. در حال حاضر صنایع غذایی از IR برای پخت نان و غذاهای پخته شده، تفت دادن آجیل و گوشت و سایر مواد غذایی استفاده می‌کنند. برنامه‌های جدیدی که در دست توسعه هستند شامل موارد زیر است:

بلانچ مادون قرمز

بلانچینگ به طور معمول با استفاده از آب گرم یا بخار در دمای 90 درجه تا 100 درجه سانتی‌گراد برای گرم کردن سبزیجات و نگه داشتن آنها به مدت یک تا 10 دقیقه حاصل می‌شود. برای غیر فعال کردن آنزیم‌هایی مانند پلی فنل اکسیداز که باعث زوال کیفی میوه‌ها و سبزیجات در هنگام پردازش و ذخیره سازی می‌شود، لازم است. بلانچینگ غذایی متداول به مقدار زیادی آب نیاز دارد. مقدار قابل توجهی فاضلاب تولید می‌کند. علاوه براین، مقدار زیادی از مواد مغذی محلول در آب، مانند اسید اسکوربیک، در خلال شدن در آب از بین می‌رود. یک فناوری جدید با استفاده از بلانچ مادون قرمز توسعه یافته است که بر اکثر اشکالات فرایندهای معمولی بلانچ کرن غلبه می‌کند.

خشک کردن مادون قرمز

استفاده از خشک کردن IR با کمک هوای گرم برای غذاهای با رطوبت بالا که می‌تواند در لایه‌های نازک پخش شود بسیار مفید است. میزان خشک شدن موادغذایی با استفاده از IR در مقایسه با خشک کردن هوای گرم بیش‌تر است. به علاوه، کیفیت فراورده نهایی در صورت استفاده از فرایند ترکیبی به دلیل کاهش زمان کلی فرایند، بهبود می‌یابد. هنگامی که همراه با خشک کردن هوای گرم اعمال می‌شود، بیش‌ترین مطلوبیت این است که IR برای از بین بردن رطوبت اولیه در محصول استفاده شود و به دنبال آن خشک شدن معمولی انجام شود که برای از بین بردن رطوبت نهایی نرمتر است. خشک کردن IR برای خشک کردن پیاز، موز، سیب، آناناس، سیب زمینی، گیاهان دارویی، ذغال اخته، بادام هندی، میگو، برنج، جو و سایر مواد غذایی مورد بررسی قرار گرفته است.

لایه برداری مادون قرمز

لایه بردار داغ و لایه بردار بخار دو تکنیکی هستند که در حال حاضر در صنعت فراوری میوه و سبزیجات استفاده می‌شود. فاضلاب حاصل از لایه برداری لیزر و کیفیت پایین محصولات پوست کنده شده از بخار مهم‌ترین نگرانی‌های صنایع غذایی است. به دلیل قابلیت انتقال حرارت زیاد و عمق نفوذ کم IR روش گرمایی مناسبی برای شل شدن پوست و پوست کندن میوه‌ها و سبزیجات است. از آنجا که IR برای انتقال انرژی به محصول به محیط گرمایی مانند آب احتیاج ندارد، این فرایند به عنوان لایه برداری خشک نامگذاری شد و اخیراً در خواست ثبت اختراع صادر شد. استفاده از لایه برداری برای سیب زمینی سفید و هلو مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج قابل توجهی در از دست دادن لایه برداری، استفاده از چربی سوزآور و تولید فاضلاب کمتر به نمایش گذاشت. این تجهیزات در حال بهینه سازی بیش‌تر است و این فناوری به سایر میوه‌ها و سبزیجات نیز گسترش یافته است.

مادون قرمز برای غیر فعال سازی میکروبی

مادون قرمز می‌تواند یک روش موثربرای ضدعفونی کردن عوامل بیماری‌زا در غذا باشد و همچنین کیفیت محصول را حفظ کند. اثر استفاده از حرارت مادون قرمز برای افزایش ایمنی غذا اخیراً برای اهداف مختلفی از جمله عقیم سازی شیر، ضد عفونی کردن سطح میوه، پاستوریزاسیون بادام و ضدعفونی شدن برنج مورد مطالعه قرار گرفته است.