کاربردهای فراصوت در صنایع غذایی با تاکید بر مواد بسته بندی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسنده

عضو هیئت علمی موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی- سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی

چکیده

در حال حاضر، استفاده از  امواج فراصوت در صنایع غذایی بسیار اهمیت پیدا کرده و کاربرد فراوان آن به­عنوان یک فرایند غیرحرارتی در غذاهای حساس به حرارت، به دلیل حفظ ویژگی‌های حسی، تغذیه‌ای و عملکردی در کنار افزایش ماندگاری و ایجاد ایمنی در برابر فعالیت‌های میکربی، سبب توجه روزافزون به این فناوری شده است. کاربرد این امواج در فرایندهایی چون امولسیون­سازی[i]، توزیع و پراکندگی[ii]، حل شدن[iii]، و پایدارسازی[iv] امکان‌پذیر شده و تسریع ­یافته است. همان فرایندهایی که در تهیه و ساخت انواع فیلم­ها و پوشش­ها برای استفاده در صنایع بسته­بندی، نقش پر رنگی دارند. به‌عبارت دیگر، یکی از مهم­ترین کاربردهای امواج فراصوت، استفاده از آن در ساخت و طراحی انواع مواد بسته­بندی از جمله مواد بسته­بندی طبیعی یا زیست­تخریب­پذیر، و مواد بسته­بندی نانویی است. چرا که توزیع و یکنواختی ذرات در شبکه پلیمری از اهمیت زیادی برخوردار است و در واقع تمام خصوصیات مورد انتظار از یک فیلم بسته­بندی، در گرو این یکنواختی و توزیع یکسان است. استفاده از امواج فراصوت، به یکنواختی و همسانی بافت فیلم کمک می­کند. همچنین، از آنجایی‌که امروزه از امواج فراصوت به­عنوان کمک فرایند در کنار سایر فرایندها برای کف­زدایی، آلودگی‌زدایی، استخراج، اکستروژن، استخراج، تصفیه فاضلاب، و غیره استفاده می‌شود؛ این مقاله به کاربرد امواج فراصوت در صنایع غذایی به­ویژه تولید فیلم­های بسته­بندی مواد غذایی می­پردازد. علاوه‌براین، به اهمیت ویژگی­های فیزیکی دستگاه فراصوت مورد استفاده در مطالعات علمی نیز در این مقاله اشاره می­شود.
 
[i]. Emulsification
[ii]. Dispersion
[iii]. Dissolution
[iv]. Stabilization

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Ultrasound applications in food processing with an emphasis on packaging materials

چکیده [English]

Nowadays, the use of ultrasound in the food industry is very important and its widespread application as a non-thermal process in heat-sensitive foods has attracted increasing attention, due to the preservation of sensory, nutritional and functional properties along with increasing shelf life and creating safety against microbial activities. The application of ultrasound in processes such as emulsification, distribution and dispersion, dissolution, and stabilization has been made possible and accelerated. The processes that play a significant role in the preparation and manufacture of films and coatings for use in the packaging industry. In other words, one of the most important applications of ultrasound is its use in the manufacture and design of various packaging materials, including natural or biodegradable packaging materials, and nano-packaging materials. Because the distribution and uniformity of the particles in the polymer matrix is very important and in fact all the expected properties of a packaging film depend on this uniformity and distribution. The use of ultrasound helps to this the film to be even and evenly distributed. In addition, since ultrasound is now used as a process aid alongside other processes for decongesting, decontamination, extraction, extrusion, extraction, wastewater treatment, etc .; this paper discusses the application of ultrasound in the food industry especially the production of food packaging films. Furthermore, the importance of the physical properties of the ultrasound device used in scientific studies is mentioned in this article.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrasound
  • Packaging
  • Food industry
  • Different processes
[1] Czechowska-Biskup, Renata, Bozena Rokita, Salah Lotfy, Piotr Ulanski, and Janusz M. Rosiak, "Degradation of chitosan and starch by 360-kHz ultrasound", Carbohydrate Polymers, 2005, Vol.60, no.2, pp.175-184.
[2] J Mason, T., Farid Chemat, and Mircea Vinatoru, "The extraction of natural products using ultrasound or microwaves", Current Organic Chemistry, 2011, Vol.15, no.2, PP.237-247.
[3] زارع­زاده، م.ر.، و ابونجمی، م.، "فراصوت تشخیصی، روشی غیرمخرب در کیفیت­سنجی محصولات کشاورزی – غذایی"، فناوری آزمون­های غیرمخرب، دوره دوم، شماره سوم،، 1397،صص. 32-41.
[4] Yusaf, Talal, and Raed A. Al-Juboori, "Alternative methods of microorganism disruption for agricultural applications". Applied Energy, 2014, Vol.114, pp.909-923.
[5] Santacatalina, J. Vꎬ, M. Contreras, S. Simal, J. A. Cárcel, and José Vicente Garcia-Perez, "Impact of applied ultrasonic power on the low temperature drying of apple", Ultrasonics sonochemistry, 2016, Vol.28, pp.100-109.
[6] Majid, Ishrat, Gulzar Ahmad Nayik, and Vikas Nanda, "Ultrasonication and food technology: A review", Cogent Food & Agriculture, 2015, Vol.1, no.1, pp.1071022.
[7] Gallo, Monica, Lydia Ferrara, and Daniele Naviglio, "Application of ultrasound in food science and technology: A perspective", Foods, 2018, Vol.7, no.10, p.164.
[8] سلطانی کاظمی، م.، و آبدانان مهدی‌زاده، س.، "کاربرد اولتراسونیک در فراوری و کنترل کیفیت صنایع غذایی"، دومین همایش ملی مکانیزاسیون و فناوری‌های نوین در کشاورزی، تهران، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان، 1395.
[9] Jiao, Yue, and Yuegang Zuo, "Ultrasonic extraction and HPLC determination of anthraquinones, aloe‐emodine, emodine, rheine, chrysophanol and physcione, in roots of Polygoni multiflori", Phytochemical Analysis, 2009, Vol.20, no.4, pp.272-278.
[10] Swarnnika. Ultrasound in food processing. https://foodscience-technology.com/applications-of-ultrasound-in-food-processing/amp/ , [viewed at 01/06/2021.]
[11] تاج­الدین، ب.، "بسته‌بندی مواد غذایی با اتمسفر تغییر یافته" (ترجمه)، تهران: انتشارات آموزش و ترویج کشاورزی، 1398، (چاپ دوم)، 329 صفحه.
[12] Tajeddin, Behjat, "Cellulose-based polymers for packaging applications", Lignocellulosic polymer composites (Kumar Thakur V, Ed.), 2014, pp.477-498.
[13] Parreidt, T. S., K. Müller, and M. Schmid, "Alginate-Based Edible Films and Coatings for Food Packaging Applications”, Foods, 2018, Vol.7, no.170, pp.1–38.
[14] Chawla, Rekha, S. Sivakumar, and Harsimran Kaur, "Antimicrobial edible films in food packaging: Current scenario and recent nanotechnological advancements-a review", Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 2021, Vol.2, p.100024.
[15] احمدی، ع.، عزیزی، م.، هادیان،ز.، "اثر تیمار فراصوت بر برخی ویژگی‌های فیلم‌های متیل سلولزی و استفاده از فیلم‌های اصلاح شده در بسته‌بندی نان باگت"، مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، 1398، س. 5، ش.3، ص. 18-11.
[16] بختیاری، س.، و جوادیان، ر.، "اثر تیمار فراصوت بر خصوصیات فیزیکی فیلم خوراکی کفیران"، پنجمین همایش سراسری کشاورزی و منابع طبیعی پایدار، 1395.
[17] برزگر،ح.، عزیزی، م.، برزگر،م.، و حمیدی اصفهانی، ز. "ارزیابی و بهینه‌سازی فیلم نانوکامپوزیتی نشاسته-رس"، فصلنامه علوم و صنایع غذایی، 1394، سال 12، شماره 49، صص. 93-101.
[18] Tajeddin, Behjat, and Najmeh Ramedani, "Preparation and characterization (Mechanical and water absorption properties) of CMC/PVA/clay nanocomposite films", Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 2016, Vol.35, no.3, pp.9-15.
[19] Vahedikia, Nooshin, Farhad Garavand, Behjat Tajeddin, Ilaria Cacciotti, Seid Mahdi Jafari, Tayebeh Omidi, and Zahra Zahedi, "Biodegradable zein film composites reinforced with chitosan nanoparticles and cinnamon essential oil: Physical, mechanical, structural and antimicrobial attributes", Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2019, Vol.177, pp.25-32.
[20] Schwesig, René, Souhail Hermassi, Georg Fieseler, Lars Irlenbusch, Frank Noack, Karl-Stefan Delank, Roy J. Shephard, and Mohamed-Souhaiel Chelly, "Anthropometric and physical performance characteristics of professional handball players: influence of playing position", The Journal of sports medicine and physical fitness, 2016, Vol.57, no.11, pp.1471-1478.
[21] Koubala, B. B., Germain Kansci, L. I. Mbome, M-J. Crépeau, J-F. Thibault and M-C. Ralet, "Effect of extraction conditions on some physicochemical characteristics of pectins from “Améliorée” and “Mango” mango peels", Food Hydrocolloids, 2008, Vol.22, no.7, pp.1345-1351.
[22] Toma, Maricela, M. Vinatoru, Larysa Paniwnyk, and Timothy J. Mason, "Investigation of the effects of ultrasound on vegetal tissues during solvent extraction," Ultrasonics sonochemistry, 2001, Vol.8, no.2, pp.137-142.
[23] مسیبی، و.، و امام جمعه، ز.، "بهینه‌سازی شرایط استخراج پکتین به کمک امواج اولتراسونیک از تفاله شاه توت (Morus nigra L.)"، نشریه پژوهش­های علوم و صنایع غذایی ایران، 1396، سال 13، شماره 4، صص. 610- 594.
[24] فرهمند،ع.، وریدی،م.، کوچکی،ا.،"ارزیابی خواص عملکردی موسیلاژ دانه به استخراج شده به کمک فراصوت"، نشریه پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران، 1395، س.12، ش.1، ص 181-163.
[25] Ibitwar, B. B., Bhupinder Kaur, Sadhna Arora, and Pankaj B. Pathare, "Osmo-Convective Dehydration of Plum (Prunus salicina L.)", International Journal of Food Engineering, 2008, 4, no.8.
[26] Gowen, A., N. Abu-Ghannam, J. Frias, and J. Oliveira, "Optimisation of dehydration and rehydration properties of cooked chickpeas (Cicer arietinum L.) Undergoing microwave–hot air combination drying", Trends in Food Science & Technology, 2006, Vol.17, no.4, pp.177-183.
[27] Deng, Yun, and Yanyun Zhao, "Effect of pulsed vacuum and ultrasound osmopretreatments on glass transition temperature, texture, microstructure and calcium penetration of dried apples (Fuji)", LWT-Food Science and Technology, 2008, Vol.41, no.9, pp.1575-1585.
[28] تاج­الدین، ب.، و رفیعی، ز.، "استفاده از امواج فراصوت در خشک کردن مواد غذایی (مطالعه موردی: تولید چیپس سیب)"، صوت و ارتعاش، 1397، سال 7، شماره 14، صص. 97- 90.
[29] کاوه، م.، جهان‌بخش، ا.، عسکری اصلی‌ارده، ع.، و ایمانیان، ک.، "خشک‌کردن لیموترش با روش هوای گرم تحت تأثیر پیش تیمار فراصوت"، فصلنامه فناوری‌های نوین غذایی، 1397، سال 6، شماره 2، صص.233- 245.
[30] Patterson, Margaret F., Alan M. McKay, Malachy Connolly, and Mark Linton, "The effect of high hydrostatic pressure on the microbiological quality and safety of carrot juice during refrigerated storage", Food Microbiology, 2012, Vol.30, no.1, pp.205-212.
[31] آقاجان‌زاده، س.، ضیائی‌فر، ا.، کاشانی‌نژاد، م.، و رضائی‌اصل، ع.، "تأثیر میدان الکتریکی پالسی مجهز به امواج مادون قرمز بر محتوای اسیداسکوربیک موجود در آب گوجه‌فرنگی"، نشریه فراوری و نگهداری مواد غذایی، 1399، سال 12، شماره 1، صص.66- 49.
[32] Soria, Ana Cristina, and Mar Villamiel, "Effect of ultrasound on the technological properties and bioactivity of food: a review", Trends in food science & technology, 2010, Vol.21, no.7, pp.323-331.
[33] Gonze, E., S. Pillot, E. Valette, Y. Gonthier, and A. Bernis, "Ultrasonic treatment of an aerobic activated sludge in a batch reactor", Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 2003, Vol.42, no.12, pp.965-975.
[34] توکلی دخرآبادی، م.، حمیدی اصفهانی، ز.، و عباسی، س.، "تأثیر امواج فراصوت بر برخی خواص کیفی آب هویج با استفاده از روش سطح پاسخ"، فصلنامه علوم و صنایع غذایی، 1393، سال 2، شماره 5، صص.25- 17.
[35] علائی، ب.، امیری چایجان، ا.، و عزیزی تبریززاده، م.، "بهینه‌سازی عملکرد دستگاه امواج فراصوت- حرارتی تحت شرایط خلاء در فرایند تغلیظ آب هندوانه"، مهندسی بیوسیستم ایران، 1400، سال 52، شماره 1، صص.65- 56.
[36] Wang, Lawrence K., Yung-Tse Hung, Howard H. Lo, and Constantine Yapijakis, eds., “Waste treatment in the food processing industry”, CRC press, 2005.
[37] مهردادی، ن.، زاهدی، ع.، محمدی اقدم، ع.، و آقاجانی یاسینی، آ.، "کاربرد امواج مافوق صوت بر محلول سازی (هیدرولیز) و بهبود قابلیت تجزیه بیولوژیکی ترکیبات آلی فاضلاب صنایع لبنی، مطالعه موردی: صنایع لینی پگاه تهران"، آب و فاضلاب، 1390، شماره 2، صص.70- 64.
[38] کمانی، ح.، حسین پناهی، آ.، نورابادی، ا.، و آبی، غ.، "بررسی کارآیی فرایند تلفیقی اولتراسونیک- پرسولفات در کاهش مواد آلی فاضلاب سنتتیک لبنی"، مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، 1398، سال 26، شماره 1، صص.43- 32.
[39] George, Tony, Elizabeth Rufus, and Zachariah C. Alex, "Artificial neural network based ultrasonic sensor system for detection of adulteration in edible oil", Journal of Engineering Science and Technology, 2017, Vol.12, no.6, pp.1568-1579.
[40] یوسف­زاده ثانی، س.، مرتضوی، س.ع.، آ.، شیخ­الاسلامی، ز.، کریمی، م.، و الهامی­راد، ا.ح.، "کاربردهای امواج فراصوت در صنایع غذایی و تأثیر آن در بهبود کیفیت فرآورده­های سوخاری"، صوت و ارتعاش، 1396، سال 6، شماره 12، صص.119- 105.
[41] یزدانی، م.، صنعت­پور، س.، "کاربرد فراصوت در اصلاح زیستی آلاینده­های آلی"، مجله ایمنی زیستی، 1393، سال 7، شماره 2، صص.9- 1.