لخّصلي

 ماهي المعاملة بالضغط العالي ؟ وكيف بدأت؟

 المعالجة بالضغط العالي (HPP) أو الضغط الهيدروستاتيكي العالي (HHP) :
 تسمي المعالجة بالضغط العالي (HPP) ايضا بمعالجة الضغط الهيدروستاتيكي العالي , او معالجة الضغط العالي جدا او باسكاليزيشن او البسترة الباردة .
 انه تقنية معالجة الاغذية التي تطبق ضغطا عاليا علي الاطعمة الصلبة أو السائلة لتحسين سلامتها وخصائصها الحسية وجودتها.

 كيف بدأت؟
ومن المعروف أن المعالجة الحرارية هي العملية الرئيسية المستخدمة في بسترة أو تعقيم الأطعمة بهدف القضاء على الكائنات الحية الدقيقة وضمان سلامة المنتج للاستهلاك البشري (Farnworth et al., 2001).
ومع ذلك،
تسبب المعالجات الحرارية أضرارًا للمكونات الطبيعية لبعض مكونات وخصائص الأغذية، مثل العناصر الغذائية الحساسة للحرارة مثل الفيتامينات والملمس واللون والنكهة والطعم.

في الوقت الحاضر،
مع زيادة الطلب على الأطعمة عالية الجودة والأقل معالجة والمزيد من الخيارات الصحية، يبذل مهندسو الأغذية جهودًا كبيرة لتطوير تقنيات غير حرارية جديدة يمكنها تحسين مدة الصلاحية وخصائص الجودة للمنتج النهائي في نفس الوقت. (جونج وآخرون، 2014).

في عام 1883
كان Certes هو الأول في التاريخ الذي يربط بين تأثيرات تكنولوجيا معالجة HPP والكائنات الحية الدقيقة.
ومع ذلك،
في عام 1899
تم الكشف عن تأثير الضغط العالي على الأطعمة لأول مرة في نهاية القرن التاسع عشر من قبل بيرت هايت وزملائه في محطة التجارب الزراعية بجامعة وست فرجينيا.
في عام 1914
وتم استخدام الضغط الهيدروستاتيكي العالي الذي يصل إلى 600 ميجا باسكال كأداة للحفاظ على الأطعمة. الحليب، وبعد ذلك على الخضروات والفواكه.
بعد هذه الدراسات الأولية، لم يتم نشر أي بحث مستدام حول HPP حتى الثمانينيات (Elamin et al., 2015).
في منتصف الثمانينات،
تم استعادة الاهتمام بهذه العملية بسبب النمو الناجح لمنتج HPP التجاري البديل للمعالجة الحرارية التقليدية والحفاظ على الطاقة الحرارية الأرضية.
في عام 1992
ظهرت الثورة الكبرى في مجال HPP في اليابان من خلال تقديم أول منتج معالج HPP إلى السوق وهو المربى.

هذا المنتج المعالج بالضغط الذي تم عرضه على أسواق المواد الغذائية من قبل شركة واحدة في البداية، حقق نجاحًا ملحوظًا لشركة HPP عندما تبعتها ست شركات أخرى في السنوات الثلاث التالية. على مدار العشرين عامًا الماضية،

تم بالفعل تنفيذ هذه التكنولوجيا الموثوقة بشكل فعال في صناعة المواد الغذائية،

 الأساس العلمي للحفظ بالضغط العالي للاغذية والعصائر:

يتم تطبيق هذه العملية عندما يتعرض الطعام لضغط هيدروستاتيكي عالي مع أو بدون حرارة بشكل عام عند ضغط يتراوح بين 100 ميجا باسكال إلى 600 ميجا باسكال لتحقيق التعطيل الميكروبي مع الحفاظ على الصفات المفضلة لدى المستهلك (Balasubramaniam et al., 2015).

ومن خلال تطبيق هذه التقنية، لن يؤثر أي ضرر أو تشويه على الأطعمة إذا لم يكن المنتج المعالج فارغًا أو به مساحة فارغة بداخله (Balasubramaniam et al., 2015).

لقد تم إجراء الكثير من الدراسات والأبحاث وأثبتت أن هذه التقنية يمكنها تدمير جميع الكائنات الحية الدقيقة تقريبًا وتعطيل أو تنشيط العديد من الإنزيمات دون أي تأثير أو تأثير ضئيل على النكهات والمواد المغذية التي يتم تدميرها بشكل أساسي عن طريق المعالجات الحرارية (Elamin et al., 2015).

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تقليل التفاعلات الكيميائية التي تسبب تدمير الفيتامينات أو إنتاج النكهات تحت ظروف الضغط العالي.

المبادئ العامة الثلاثة التي تفسر سلوك الأطعمة تحت تأثير الضغط العالي
( هي مبادئ الضغط المتوازن، ومبادئ لو شاتيلير، ومبادئ الترتيب المجهري) (بالاسوبرامانيام وآخرون، 2008).

الضغط المتوازن أو مبدأ باسكال:
هو الاعتبار الأول في تطبيق HPP، والذي يدعي أن التطبيق الموحد للضغط متساوي في جميع الاتجاهات ويجب أن تكون الحالة مستقلة عن الزمان والمكان (Balasubramaniam et al., 2015).
يمكن تحديده عند استخدام سائل لنقل الضغط في جميع أنحاء الطعام المعبأ. في تطبيقات الضغط العالي، يتم توزيع الضغط وتأثيراته بشكل فوري ومتجانس داخل المادة الغذائية، بغض النظر عن شكل وحجم الطعام.

يعالج مبدأ لو شاتيلير التغيرات في التوازن نتيجة لتطبيق الضغط.
وينص على أن أي ظاهرة مثل انتقال الطور أو التغيير في التكوين الجزيئي أو التفاعل الكيميائي المصحوب بانخفاض في الحجم يتعزز بالضغط. إذا تغير الضغط، ينتقل التوازن في اتجاه يميل إلى تقليل التغير في المتغير المكثف المقابل (الحجم).
وبالتالي، فإن الضغط يحول النظام إلى الحجم الأدني

مبدأ الترتيب المجهري:
ينص على أنه عند درجة حرارة ثابتة، فإن زيادة الضغط تزيد من درجة ترتيب جزيئات مادة معينة. ولذلك فإن الضغط ودرجة الحرارة يمارسان قوى معادية على التركيب الجزيئي والتفاعلات الكيميائية (Balny and Masson, 1993).

ونظرًا لتأثيرها المحدود على الروابط التساهمية، فإن هذه التكنولوجيا لديها القدرة على الحفاظ على الملمس والتغذية والصفات الحسية للمنتجات الغذائية.

شكل العبوة قبل تاثير الضغط عليها

شكل العبوة بعد تأثير الضغط عليها من جميع الجهات

 كيفية عمل المعدات الخاصة بهذة المعاملة و مكونات الاجهزة؟
تعتبر HPP عمومًا بمثابة معدات مجمعة، على الرغم من توفر المعدات شبه المستمرة أيضًا. تتكون المعدات عادةً من سبائك فولاذية عالية القوة مع صلابة عالية للكسر ومقاومة للتآكل

الشكل 1: وصف تخطيطي لسفينة معالجة HPP. المصدر: بالاكريشنا وآخرون. (2020)

فيما يلي المكونات النموذجية لمعدات HPP المجمعة (Ting, 2011):

1. 
   

   وعاء الضغط (اسطوانة سميكة الجدار).

   
   


2. 
   

   إغلاقان طرفيان لتغطية وعاء الضغط الأسطواني.

   
   


3. 
   

   نير (هيكل لتقييد عمليات الإغلاق النهائية أثناء الضغط).

   
   


4. 
   

   مضخة الضغط العالي والمكثف لتوليد ضغوط الهدف.

   
   


5. 
   

   التحكم في العمليات والأجهزة.

   
   


6. 
   

   نظام مناولة لتحميل المنتج وإزالته.

   
   

ألية العمل:
1_ يتم تعبئة المنتج الغذائي ووضعه داخل سلة تحميل العينات،
2_ ثم يتم تحميله في وعاء الضغط الذي يحتوي على سائل نقل الضغط، وخاصة الماء.
3_ يتم إغلاق وعاء الضغط ومحتواه مع إغلاق النهاية.
4_ ينزلق هيكل المقرن عبر الوعاء المغلق لتقييد عمليات الإغلاق العلوية والسفلية تحت الضغط.
5- يتم تحقيق ضغط العملية المطلوب من خلال ضغط سائل نقل الضغط باستخدام العمل المشترك للمضخة والمكثف.
6_ أثناء HPP، يتم الاحتفاظ بالمنتج للوقت المطلوب عند الضغط المستهدف،
ويتم خفض ضغط الوعاء في نهاية وقت المعالجة، ويتم تفريغ المنتج (Ting, 2011).

تقدم المعالجة بالضغط العالي مزايا عديدة مقارنة بأساليب الحفظ التقليدية.
على عكس المعالجة الحرارية ، مثل البسترة أو التعقيم ، لا يتضمن HPP تطبيق درجات حرارة عالية يمكن أن تؤدي إلى تدهور الجودة الغذائية ونكهة وملمس الطعام. تتجنب هذه التقنية أيضًا الحاجة إلى إضافات كيميائية شائعة الاستخدام في طرق الحفظ الأخرى.

المزايا الرئيسية الأخرى لـ HPP :
1- هي قدرتها على تعطيل الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض في الأطعمة في درجة حرارة الغرفة .
2- قدرتها على إطالة العمر الافتراضي للمنتجات الغذائية دون تغيير أي من الخصائص الحسية والقيم الغذائية.
3- المزايا الأخرى في أن عملية HPP تقلل من وقت المعالجة.
4- تستهلك طاقة أقل.
5- لا تحتوي عمليًا على أي نفايات سائلة.

استطلاع رأي متخصصي الأغذية حول الإمكانات التجارية للتكنولوجيات الجديدة في السنوات الخمس المقبلة
رسم خريطة للاتجاهات في تقنيات معالجة الأغذية الجديدة والناشئة حول العالم

عيوب هذة التقنية :
فإن القيد الرئيسي لهذه العملية غير الحرارية هو
1- التكاليف التي تعتبر تكلفة رأسمالية عالية مقارنة بالعملية الأخرى المستخدمة لنفس الأهداف.
2- وأيضًا، نظرًا لأن الماء مطلوب لتدمير الكائنات الحية الدقيقة، فلا يمكن استخدام تقنية HPP في الأطعمة الجافة مثل التوابل؛ أو للأطعمة التي تحتوي على هواء محصور، مثل الفراولة، كما أوضح فيلوز (2009).

3- علاوة على ذلك، لوحظ أن معالجة الحليب باستخدام HPP لم تكن فعالة كما هو الحال في الأنظمة الغذائية الأخرى، وقد يكون هذا بسبب المحتوى العالي من الدهون والبروتين الذي يبدو أنه يحمي الكائنات الحية الدقيقة من الضغط.

4- ومن ناحية أخرى، يمكن أن يكون الرقم الهيدروجيني المنخفض في عصائر الفاكهة بمثابة عامل مثبط إضافي يعزز فعالية HPP (Fan and Sampedro, 2010, p.38).

 أنواع الطعام التالية مناسبة لحفظ HPP:

1. 
   

   الأطعمة ذات الرطوبة المنخفضة إلى المتوسطة أو شبه الصلبة أو الصلبة المعبأة في فراغ:
   • النقانق
   • منتجات اللحوم المجففة والمطبوخة
   • أجبان
   • مأكولات بحرية
   • منتجات متبلة
   • الوجبات الجاهزة للأكل (RTE)
   • الصلصات

   
   


2. 
   

   الأطعمة الصلبة عالية الرطوبة في أكواب أو أكياس بلاستيكية:
   • مربى الفاكهة
   • مربى البرتقال
   • مهروس

   
   


3. 
   

   الأطعمة السائلة عالية الرطوبة في الزجاجات البلاستيكية:
   • منتجات الألبان
   • عصائر الفاكهة والخضروات
   • المشروبات النشطة بيولوجيا

   
   

   من المهم ملاحظة أن بعض الأطعمة قد لا تكون مناسبة لعلاج HPP نظرًا لخصائصها:

   
   

• الأطعمة التي بها هواء محاصر ، مثل الخبز والكعك والموس والفراولة وأعشاب من الفصيلة الخبازية والخضروات الورقية ، يمكن سحقها أو ضغطها تحت ضغط عالٍ.
• الأطعمة ذات المحتوى الرطوبي المنخفض بشكل غير كافٍ ، مثل المساحيق والفواكه المجففة والتوابل ، قد تواجه أيضًا مشكلات أثناء معالجة HPP.

تأثير المعاملة بالضغط العالي على الجودة والعمر الافتراضي للعصير الأخضر الطازج المنتج من مزيج من الفاكهة والخضروات.

الملخص:
بدأت تكنولوجيا الضغط الهيدروستاتيكي العالي (HPP) في تصنيع الأغذية تحظى باهتمام كبير في الصناعات الغذائية بسبب قدرتها على زيادة العمر الافتراضي للمنتجات المصنعة عن طريق تعطيل الكائنات الحية الدقيقة التي تنتقل عن طريق الغذاء والإنزيمات غير المرغوب فيها التي تسبب تغييرات غير مقبولة المستهلكين.
نظرًا لأن المعالجات تتم في درجة حرارة منخفضة ولأنه لا تتم إضافة أي مواد حافظة كيميائية، فهي مفيدة وتعطي قيمة أكبر للمنتج وتتوافق مع طلب المستهلك على المنتجات الصحية.
الأهداف:
كان الهدف من هذه الأطروحة هو دراسة تأثير HPP على معايير جودة معينة لعصير الفاكهة الخضراء مقارنة بالعملية الحرارية خلال فترة الصلاحية.
الطريقة:
تم استخدام عصير الفاكهة الخضراء المكون من أوراق الجرجير الطازجة وثمار التفاح الأخضر في الدراسة. تم إجراء علاجات HPP في200 ميجا باسكال و 600 ميجا باسكال لمدة 180 ثانية عند 4 درجات مئوية، و التمت المعالجة الحرارية للعصير الأخضر عند 85 درجة مئوية لمدة 120 ثانية بالإضافة إلى البسترة.
تم تحليل الخواص الميكروبيولوجية والفيزيائية والكيميائية للعصائر في الأيام 0 و 3 و 6 و 14 و 21 و 28.
نتائج:
وأكدت الدراسة أن معالجة HPP يمكن أن تحافظ على جودة العصير الأخضر مع تغييرات طفيفة جدًا مقارنة بالعملية الحرارية.
تظهر نتائج النمو الميكروبي انخفاضًا كبيرًا في TPC والخميرة والعفن للعينات المعالجة HPP مقارنة بالعينات المعالجة حرارياً.
لم تظهر نتائج البريكس والأس الهيدروجيني وحمض الأسكوربيك لجميع العينات أي اختلاف معنوي أثناء التخزين وبين المعاملات.

ومع ذلك،
كانت نتائج تحليل الألوان مختلفة بشكل كبير بين معالجات HPP
( 200ميجا باسكال و 600 ميجا باسكال) والعينة المعالجة حراريًا.

بالنسبة للكلوروفيل أ، أظهرت النتائج أن تأثير العملية الحرارية مرتفع مقارنة بـ HPP وهذا يشير إلى أن معالجة HPP يمكنها الحفاظ على الكلوروفيل أ في العصائر الخضراء.

الشكل 2: الكلوروفيل أ ومنتجات تحلله بعد المعالجة الحرارية والمعالجة الأنزيمية. المصدر: أوستبرينغ وآخرون. (2014)

إن تأثير تقنيات التصنيع الغذائي الحرارية وغير الحرارية على المنتجات الغذائية يتأثر بشكل مباشر بتحلل الكلوروفيل والكاروتينات وبعض المكونات الهامة الأخرى الموجودة في الأطعمة (سانشيزوآخرون، 2014).
تحتوي النباتات على نوعين من الكلوروفيل القابل للذوبان في الدهون، وهما الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب. بألوان خضراء مختلفة وحركية التحلل حيث يكون الكلوروفيل أ أكثر حساسية للحرارة من الكلوروفيل ب (Weemaes et al., 1999).

إن التركيز العالي في عينات HPP يمكن أن يكون نتيجة لتعطل الخلايا بسبب الضغط العالي وصبغة الكلوروفيل المنبعثة في المنتج.
يمكن أن يثبت هذا أن معالجة HPP قادرة على الحفاظ على اللون الأخضر للمنتج.
بالنسبة لحمض الأسكوربيك،
يتضح من النتائج التي تم الحصول عليها أن العينات المعالجة بالعملية الحرارية لديها أدنى مستوى من حمض الأسكوربيك وأن عينات HPP المعالجة عند 6000 بار كانت الأعلى.
من الواضح أن تحلل حمض الأسكوربيك بسبب معالجة HPP هو الحد الأدنى مقارنة بالعملية الحرارية.
وتم الحصول على نفس النتائج بالنسبة للكاروتينات والكلوروفيل أ والبوليفينول.
كان للعينات المعالجة حرارياً أدنى مستوى مقارنة بالعينات المعالجة بـ HPP وبين فترات التخزين على الرغم من أن التحلل كان يحدث ببطء.

أكدت الدراسة أن HPP سيكون العلاج غير الحراري المفضل لمعالجة العصائر الخضراء الطازجة،
ومع ذلك هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لفهم تفاعل الإنزيمات أثناء المعالجة ومدة الصلاحية..