Ηλεκτροπληξία τροφίμων: επεξεργασία με Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία
Η αναζήτηση νέων τεχνικών από τις επιχειρήσεις τροφίμων για την καλύτερη συντήρηση των προϊόντων τους δεν σταματά ποτέ. Μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία είναι η μη θερμική επεξεργασία των τροφίμων με Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία (Pulsed Electric Fields ή PEF). Πρόκειται για μία ήπια τεχνολογία, κατα την οποία τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τροφίμου δεν αλλοιόνονται στο βαθμό που συμβαίνει στην παστερίωση. Ως αποτέλεσμα το τελικό προϊόν διατηρεί σε πολύ μεγάλο βαθμό την οσμή, τη γεύση και την εμφάνιση του φρέσκου τροφίμου. Τα αποτελέσματα αυτά επιτυγχάνονται με την ηλεκτροπόρωση των βακτηριακών μεμβρανών των αλλοιογόνων μικροοργανισμών. Μέχρι στιγμή η υπάρχουσα PEF τεχνολογία αφορά στην εφαρμογή του ηλεκτρικού πεδίου πριν την συσκευασία. Για να αποφευχθεί η επιμόλυνση του προϊόντος κατά τη συσκευασία, θα πρέπει αυτή η διαδικασία να γίνεται υπό ασηπτικές συνθήκες. 1,2
Αρχές Λειτουργίας2,3,4
Η επεξεργασία με Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία βασίζεται στην εφαρμογή μικρών παλμών ηλεκτρικού πεδίου εντάσεως από 20 έως 80 kV/cm διάρκειας από μsec έως msec, με ελάχιστες θερμικές επιπτώσεις στο προϊόν: ουσιαστικά το τρόφιμο διέρχεται μεταξύ δυο αντίθετα φορτισμένων ηλεκτρικών πλακών. Η απαιτούμενη ενέργεια προέρχεται από μία τροφοδοσία υψηλής τάσης, αποθηκεύεται σε έναν ή περισσότερους πυκνωτές και εκκενώνεται μέσω του σώματος του τροφίμου ώστε να παραχθεί το αναγκαίο ηλεκτρικό πεδίο. Η ενέργεια που αποθηκεύεται σε ένα πυκνωτη δίνεται από τον τύπο
Q = 0.5CV²
Όπου
C η χωρητικότητα του πυκνωτή, και
V η τάση φόρτισης
Η αποθηκευμένη αυτή ενέργεια μπορεί να εκκενωθεί σχεδόν στιγμιαία σε πολύ υψηλά επίπεδα ισχύος. Η εκκένωση λαμβάνει χώρα σε ένα θάλαμο επεξεργασίας στον οποίο τοποθετείται το τρόφιμο ή κυκλοφορεί μέσω ενός μικρού διακένου ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια. Η διαδικασία ξεκινά με ένα προκαθορισμένο σήμα ενεργοποίησης, οπότε κλείνει ένας διακόπτης υψηλής τάσεως και το αποθηκευμένο στον πυκνωτή φορτίο ρέει στο θάλαμο επεξεργασίας διαμέσου του τροφίμου. Για την αποφυγή της ανεπιθύμητης αύξησης της θερμοκρασίας προβλέπεται η κυκλοφορία κρύου νερού ανάμεσα στα ηλεκτρόδια, ώστε να διασκορπίζεται η θερμότητα που παράγεται λόγω της διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω της μάζας του τροφίμου. Τα είδη των παλμών που παράγονται με αυτόν τον τρόπο μπορούν να διαφοροποιηθούν ανάλογα με τη διάταξη των χρησιμοποιούμενων πυκνωτών, των πηνίων και των αντιστάσεων του κυκλώματος. Η παλμική πολικότητα μπορεί να είναι σταθερή ή εναλλασσόμενη, και η μορφή του παλμικού κύματος μπορεί να είναι φθίνουσα εκθετική συνάρτηση, τετράγωνη παλμική ή άλλου τύπου.Οι τετράγωνοι παλμοί είναι πιο αποτελεσματικοί στην μικροβιακή αδρανοποίηση, καθώς διατηρούν το μέγιστο της τάσης τους για μεγαλύτερο διάστημα από ότι οι εκθετικά φθίνοντες παλμοί. Κατά την εφαρμογή των τελευταίων παρατηρείται ένα φθίνον χαμηλό ηλεκτρικό πεδίο, κατα τη διάρκεια του οποίου αναπτύσσονται υψηλές θερμοκασίες στο σώμα του τροφίμου χωρίς όμως βακτηριοκτόνα αποτελέσματα.
Οι θάλαμοι επεξεργασίας σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε το τρόφιμο να βρίσκεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων και, ανάλογα με την τοποθέτηση και την κίνηση του τροφίμου μέσα στο θάλαμο, διακρίνονται σε θαλάμους στατικής ή συνεχούς λειτουργίας. Στους θαλάμους στατικής λειτουργίας το τρόφιμο τοποθετείται μεταξύ δύο παράλληλων ηλεκτροδίων, ενώ στους θαλάμους συνεχούς λειτουργίας το τρόφιμο κυκλοφορεί μεταξύ των ηλεκτροδίων κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας.
Επίδραση της επεξεργασίας με Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία στην αδρανοποίηση των μικροοργανισμών
Η εν λόγω επεξεργασία έχει πολύ καλά αποτελέσματα στη θανάτωση των βλαστικών μορφών των βακτηρίων, των μυκήτων και των ζυμών. Ο συνδιασμός αυτής της επεξεργασίας με θερμικές μεθόδους εξυγίνασης ή με άλλα εμπόδια στην ανάπτυξη των μικροοργανισμών αποτελεί σήμερα ένα πολλά υποσχόμενο πεδίο έρευνας στην συντήρηση των τροφίμων. Η επεξεργασία με Παλλόμενα Ηλεκτικά Πεδία έχει ως στόχο την πρόκληση του φαινομένου της ηλεκτροπόρωσης στις μεμβράνες των κυττάρων των ανεπιθύμητων μικροοργανισμών. Η έκθεση ενός κυττάρου (φυτικού, ζωικού και μικροβιακού) σε ένα ηλεκτρικό πεδίο υψηλής έντασης με μορφή πολύ μικρών παλμών προκαλεί το σχηματισμό παροδικών ή μόνιμων πόρων στην κυτταρική μεμβράνη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτροπόρωση και προκαλεί την αύξηση της διαπερατότητας της κυτταρικής μεμβράνης. Μέσω των πόρων είναι δυνατή η είσοδος στο κύτταρο ουσιών μικρού μοριακού βάρους, η συσσώρευση των οποίων αυξάνει την ενδοκυτταρική πίεση. Αν η επεξεργασία είναι αρκούντως έντονη, τότε η κυτταρική μεμβράνη διαρρυγνύεται. Ανάλογα με την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, την διάρκεια του παλμού και τον αριθμό των παλμών ο σχηματισμός των πόρων είναι αναστρέψιμος (σχηματίζονται παροδικοί και μικρής διαμέτρου πόροι, οι οποίοι κλείνουν όταν σταματά η επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου) ή μη αναστρέψιμος.
Είδη τροφίμων που παρουσιάζουν ενδιαφέρον
Η εφαρμογή της επεξεργασίας με Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία είναι ιδιαίτερα επιτυχής στην εξυγείανση υγρών τροφίμων όπως το γάλα, οι χυμοί φρούτων, οι σούπες, τα αυγά σε υγρή μορφή και τα αναψυκτικά. Θα πρέπει όμως το προς επεξεργασία τρόφιμο να μην έχει καθόλου φυσαλίδες αέρα στη μάζα του και να χαρακτηρίζεται από χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το μέγιστο επιτρεπόμενο μέγεθος σωματιδίων μέσα στη μάζα του υγρού τροφίμου θα πρέπει να είναι μικρότερο από το διάκενο στο σημείο επεξεργασίας μέσα στο θάλαμο, ώστε να εξασφαλίζεται η αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος. Η επεξεργασία αυτή δεν συνίσταται για στερεά, μη ρέοντα τρόφιμα. Τα Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία έχουν και άλλες εφαρμογές στην τεχνολογία τροφίμων, όπως η υποβοήθηση της εξαγωγής σακχάρων και άλλων κυτταρικών ουσιών από φυτικά κύτταρα (π.χ. στα ζαχαρότευτλα), η αποτελεσματικότερη εξαγωγή λαδίου από ελιές και η μείωση του όγκου της λυματολάσπης.
Διάρκεια ζωής – Αποθήκευση επεξεργασμένων προϊόντων
Γενικά, δεν υπάρχει αξιοσημείωτη διαφορά μεταξύ της διάρκειας ζωής των προϊόντων που έχουν υποστεί επεξεργασία με Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία και των προϊόντων που έχουν υποστεί παστερίωση. Στην περίπτωση των θερμοευαίσθητων, υγρών τροφίμων όπου η παστερίωση δεν είναι δυνατόν να εφαρμοστεί, η νέα αυτή επεξεργασία είναι μια καλή εναλλακτική λύση.
Τα τρόφιμα που έχουν επεξεργαστει με Παλλόμενα Ηλεκτρικά Πεδία πρέπει να αποθηκεύονται υπό ψύξη. Σε ορισμένες περιπτώσεις (όπως το γάλα) η ψύξη είναι απαραίτητη για την ασφάλεια του τροφίμου ώστε να παρεμποδιστεί η ανάπτυξη μικροβιακών σπόρων, η οποία είναι πιθανή σε τρόφιμα χαμηλής οξύτητας. Για όξινα τρόφιμα, η αποθήκευση υπό ψύξη δεν είναι απαραίτητη για την παρεμπόδιση της μικροβιακής ανάπτυξης, βοηθάει όμως στη διατήρηση καλής γεύσης για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Πηγές:
1: http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid%3A6cc0828f-4d90-45ff-9568-269e48d31ab1/
2: http://ohioline.osu.edu/fse-fact/0002.html
3: http://www.sevstegi.org.gr/sites/default/files/TROFIMA_WEB_06112012.pdf
4: http://www.123foodscience.com/food_processing/
Μπορεί να σας ενδιαφέρουν:
Θεματικοί όροι: Τρόφιμα
