مقاله کامل کاربرد تکنولوژي اکستروژن در تولید غذاي کودك

کاربرد تکنولوژی اکستروژن در تولید غذای کودك
چکیده
غذای کودك، نام کلی برای محدودهی وسیعی از فرمولاسیونها می‌باشد که در طی اوایل دوره رشد جهت تغذیه کودك مصرف می‌شود. غذای کودك یک مخلوط از پیش تهیه شده، کاملاً ژلاتینه، پخته شده و شکل گرفته غلات به همراه پوشش سطحی از مواد پودری معطر می‌باشد. استفاده از تکنولوژی مناسب و بهینه سازی شرایط اهمیت زیادی در کیفیت غذای کودك دارد. در فرآیند اکستروژن از دماهای بالا با خرد کردن سریع دانه- ها در داخل یک سیستم بسته و با فشار بالا استفاده می‌شود. توسعه بیشتر فرآیند اکستروژن منجر به ساخت اکسترودر جفت مارپیچی شد. از سیستمهای تبادل حرارت اکسترودرها به منظور افزایش دمای محصول و تأمین حرارت لازم برای پخت با کنترل بیشتر و وابستگی کمتر به انرژی گرمایی حاصل از نیروی مکانیکی، در داخل اکسترودر استفاده شد. مزایای استفاده از تکنولوژی اکستروژن در تولید غذای کودك کاهش صدمات حرارتی به اجزاء مواد غذایی، ژلاتینه شدن جزء نشاستهای و افزایش قابلیت هضم، کاهش آلودگی میکروبی و امکان ایجاد تنوع در شکل، بافت، رنگ و ظاهرمحصول می‌باشد. هدف از این مطالعه بررسی کاربرد تکنولوژی اکستروژن در تولید غذای کودك است.
کلید واژه:غذای کودك، غلات، اکستروژن
مقدمه
غذای کودك، نام کلی برای محدودهی وسیعی از فرمولاسیونها می‌باشد که در طی اوایل دوره رشد کودکی جهت تغذیه کودك مصرف می‌شود. طراحی فرمولاسیون غذای کودك به قرن 19 بر میگردد.
غذای کودك یک مخلوط از پیش تهیه شده، کاملاً ژلاتینه، پخته شده و شکل گرفته غلات به همراه پوشش سطحی از مواد پودری
معطر می‌باشد. با افزودن ویتامینها و مواد معدنی، تنظیم پروفایل پروتئین در فرمولاسیون و استفاده از پوشش سظحی غلات میتوان نیازهای تغذیهای و مشتری پسندی آن را در بین اقشار مختلف جامعه افزایش داد.
غذای کودك بر پایه غلات فرآوردهایمی‌باشد که از غلات (به عنوان پایه)، شیر و سایر مواد اولیه تهیه می‌شود و به شکل گستردهای از آرد غلات (دارای گلوتن و بدون گلوتن) و افزودن آرد حبوبات مانند سویا تشکیل شدهاند. ترکیبات دیگر که در این غذاها به کار میرود شامل سوکروز، گلوکز ،شربت فروکتوز، عسل، پودر میوه، بیسکویت، مواد معدنی، ویتامینها و طعمدهندهها میباشند. تولید صنعتی غذای کودك بر پایه غلات شامل برشته کردن و یا جوشاندن، هیدرولیز و طراحی مراحل خشک کردن میباشند تا کیفیت حسی، قابلیت هضم، سلامت و زمان ماندگاری را بهبود بخشد (2). معمولا غلات در غذای کودکان 6-4 ماه وارد می‌شود تا مکمل شیر مادر و شیر خشک باشد و باعث تسریع در رشد گردند. غذای کودك بر پایه غلات میزان انرژی بالایی دارند، میزان کربوهیدرات و پروتئین به ترتیب تقریباً 87% و 31% می‌باشد و همچنین حاوی مواد معدنی و ویتامینها بویژه تیامین می‌باشد (3). غلات به دلیل جذب آسان و در دسترس بودن در تهیه غذای کودك کاربرد دارد. در حال حاضر غذاهای کودك آماده مصرف براساس غلات در بازار دسترس هستند. این محصولات زمان ماندگاری طولانی دارند که میتوانند برای یک سال بعد از تولید مصرف شود.
استفاده از سیستم پخت اکستروژن در صنعت غذا از سال 1960 آغاز شد. از ویژگیهای این سیستم مداوم بودن، کاربرد راحت آن در کارخانههای بزرگ و کوچک می‌باشد. در فرآیند
اکستروژن از دماهای بالا با خرد کردن سریع دانه‌ها در داخل یک سیستم بسته و با فشار بالا استفاده می‌شود.
توسعه بیشتر فرآیند اکستروژن منجر به ساخت اکسترودر جفت مارپیچی شد. از سیستمهای تبادل حرارت اکسترودرها به منظور افزایش دمای محصول و تأمین حرارت لازم برای پخت با کنترل بیشتر و وابستگی کمتر به انرژی گرمایی حاصل از نیروی مکانیکی، در داخل اکسترودر استفاده شد.
تکنولوژی تولید غذای کودك بر پایهی غلات
در تهیه غذای کودك بر پایه غلات، پس از فرآیندهای مقدماتی، آرد آنها با ویتامینها و مواد معدنی غنی سازی میشوند. در غنیسازی علاوه بر کیفیت، پایداری و زیست فراهمیمواد معدنی اهمیت زیادی دارند. نتایج نشان میدهد که در اکثر آنالیزهای غذای کودك بر پایه غلات زیست فراهمیآهن خیلی پایین می‌باشد.
دلیل اصلی استفاده از تیمارهای آلفا آمیلاز در غذای کودك بر پایه غلات تسهیل قابلیت هضم نشاسته و تبدیل نشاسته به الیگوساکاریدها می‌باشد.
علاوه براین، این فرآیند موجب شیرین شدن غذای کودك و افزایش آن میگردد. تیمار آلفا آمیلاز در این روش حلالیت آرد و جذب انرژی را افزایش میدهد و ویژگیهای ارگانولپتیکی را بهبود میبخشد (5). آلفا آمیلاز موجب هضم اولیه نشاسته (دکسترینه شدن)، کاهش حجم خوراك تولید شده و افزایش مواد مغذی در حجم مشخصی از غذای کودك میگردد و میزان آب را جهت آمادهسازی غذای کودك کاهش میدهد.
پخت اکستروژنی
مخلوط اجزاء اصلی آسیاب شده (غلات، حبوبات و آرد دانه‌های روغنی) را توسط فرآیند پخت اکستروژنی حرارت میدهند. پخت اکستروژنی بر لیزین، اسیدهای آمینه گوگرد دار، آرژنین و تریپتوفان موجود اثر میگذارد بنابراین لازم است که فرآیند به دقت کنترل شود. غذای کودك اکستروژن شده را در صورت نیاز خشک نموده و سپس آسیاب یا خرد نموده تا اندازه ذرات به میزان مطلوب کاهش یابد. اثرات این فرآیند به طور مختصر شامل:
ژلاتینه شدن بخش نشاستهای مخلوط با حداقل آب مصرف شده
غیر فعال شدن لکتینها و کاهش همزمان فعالیت بازدارتده تریپسین
کاهش میزان آب لازم جهت آماده سازی غذای کودك.
در اکسترودرها معموًلاً در طی فرآیند مواد غذایی یک یا چند عملیات به طور همزمان انجام می‌شود که شامل موارد ذیل می‌باشد:
مخلوط کردن
پخت حرارتی مواد
خشک کردن و خروج آب از سیستم مواد غذایی
خروج هوای بین اجزاء مواد اولیه
هموژن نمودن مواد اولیه اعمال نیروی برشیخرد کردن
ژلاتینه کردن نشاسته (پخت نشاسته)
پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون مواد غذایی و از بین بردن میکروارگانیسمهای مضر و بیماری زا
غیر طبیعی کردن پروتئینها و بافت دهی به آنها
غیر فعال نمودن آنزیمها
اصلاح و تغییر بافت افزایش حجم مواد
بهم پیوستن مواد اولیه و تبدیل آنها به مواد دانهای
ادغام چند عملیات و انجام آنها با یکدیگر
مزایای تکنولوژی اکستروژن نسبت به سایر روشهای فرآیند مواد غذایی
تکنولوژی اکستروژن نسبت به سایر روشهای فرآیند مواد غذایی دارای مزایای بسیاریمی‌باشد که از جمله آنها میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:
صدمات حرارتی به اجزاء مواد غذایی کاهش و اجزاء حساس به حرارت به دلیل زمان کوتاه فرآیند حرارتی کمتر از بین میروند.
امکان ایجاد تنوع در شکل، بافت، رنگ و ظاهر با ایجاد تغییرات در مواد اولیه، ساختار اکسترودر و یا شرایط فرآیند تولید
در سیستم تولید با اکستروژن افزایش ظرفیت تولید از حالت آزمایشگاهی و نیمه صنعتی به حالت صنعتی به آسانی صورت میگیرد.
بازده انرژی در اکستروژن بالاتر از سایر روشها می‌باشد و به همین دلیل موجب کاهش هزینه می‌شود.
اثر فرآیند اکستروژن بر پخت غلات
قسمت عمده ترکیبات سازنده غذاهای کودك بر پایه نشاسته یا قند میباشند. جذب آب و ژلاتینه شدن گرانولهای نشاسته در دمای خاص ºC180 در یک ظرف پتری، سه مرحله دارد. مرحله اول تورم گرانولها و به دنبال آن از بین رفتن ساختار مستحکم آنها و نهایتاً پارگی و حل شدن خطوط مرزی گرانولها (محلی که مولکول‌های نشاسته شروع به برهمکنش با یکدیگر میکنند) می‌باشد و یک شبکه پیوسته را به وجود میآورند. با تشکیل شبکه، توده حاصل ویسکوزیته بسیار بیشتری از مخلوط اولیه آب و نشاسته گرانولی را دارا می‌باشد. ویسکوزیته بالای خمیر در اکسترودر باعث تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی میگردد. به عبارت دیگر،
برای تبدیل حداکثر انرژی مکانیکی به گرمایی لازم است که قوام خمیر داخل اکسترودر در حداکثر ممکن باشد.
هریک از اجزاء مانند قندها، پروتئینها، چربیها، کربوهیدراتها و فیبرها و نیز pH خمیر در داخل سیستم اکسترودر، متغیر می‌باشد.
با افزودن پروتئینها، از جمله ایزوله سویا، میتوان باعث افزایش ویسکوزیته خمیر در داخل اکسترودر شد، که باعث ایجاد حرارت بیشتری در داخل اکسترودر و ذوب شدن گلبولهای پروتئینی برای ایجاد یک شبکه فیبری شکل می‌شود که شاخصی برای ایجاد بافت توسط پروتئین می‌باشد.
افزودن قندها به خمیر باعث کاهش ویسکوزیته خمیر داخل اکسترودر می‌شود که در نتیجه حرارت کمتری ایجاد می‌شود و ذوب شدن پروتئینها و نشاسته‌ها کمتر اتفاق میافتد و یک شبکه ضعیفتر تشکیل می‌شود. فرمولهای دارای میزان بالاتر پروتئین، برای تشکیل بافت به نیروی برشی بالاتری احتیاج دارند.
اگر محصولی بر پایه نشاسته در شرایط سخت اکسترود شود، ویسکوزیته محصول نهایی به دلیل نیروی برشی بالا و خرد شدن بیش از حد گرانولها کمتر خواهد بود. این پدیده را به راحتی توسط اکستروژن یک محصول خاص و اندازهگیری ویسکوزیته آن بعد از هر اکستروژن میتوان مشاهده کرد. این آزمایش نشان میدهد که ویسکوزیتهی چنین محصولی متناسب با تعداد دفعاتی که از سیستم اکستروژن عبور میکند به شدت افت می- کند و کاهش ویسکوزیته مواد اکسترود شده موجب می‌شود که دمای قالب اکستروژن در اثر کارکردن پشت سرهم اکسترودر کاهش یابد.
تغییرات pH مواد خام بر پروفایل بافت محصول نهایی اثر میگذارد. تعیین pH مواد خام برای ویسکوزیته مواد اکسترود شده در داخل سیستم اکستروژن لازم می‌باشد، در pH
بالاتر مواد مذاب بهتری به دست میآید و بافت بهتری در دماهای بالاتر در سیستم اکستروژن شکل میگیرد. در شرایط بدون اعمال حرارت افزایش نسبتاً خطی در پروفایل بافت با افزایش pH مواد خام مشاهده میگردد. اگر گرانولهای نشاسته و گلبولهای پروتئین به خوبی آب جذب نکند و به اندازه کافی الاستیک نباشند تا بتوانند در برابر سرعت برشی در حین اکستروژن مقاومت کنند، انرژی تبدیلی آسیب زیادی به گرانولهای نشاسته و گلبولهای پروتئین وارد خواهد ساخت و منجر به تولید محصولی می‌شود که به سرعت در آب حل می‌شود و برای محصولات بر پایه نشاسته بافتی شبیه به پاپ کورن ایجاد میکند و برای محصولات بر پایه پروتئین بالا، طعمی فلزی تولید میکند. نشاسته آسیب دیده در اثر کاربرد سیستم خرد کردن ملایم یا سیستم اکستروژن ضعیف ایجاد می‌شود. محصول نهایی خصوصیاتی شامل قابلیت جذب آب سریع، حالت آدامسی در دهان و زمان ماندگاری بسیار کوتاه در ظرف برای غلات را دارا می‌باشد.
انرژی تبدیلی با دو روش مهم در داخل اکسترودر قابل جذب می‌باشد، اول توسط فشار بالای ایجاد شده در محفظههای ایجاد فشار و دوم توسط سرعت برشی که توسط سرعت چرخش مارپیچ و پوسته در موقعیتهایی که مارپیچ و پوسته آن یا مارپیچ و مارپیچ در فاصلهای نزدیک به یکدیگر قرار دارند به وجود میآید که هر دو انرژی گرمایی ایجاد میکنند. در حالتی که نیروی برشی اثر تخریبی بر گرانولها و مولکول‌های نشاسته و مولکول‌های پروتئینی داشته باشد، بهتر است از طریق بالا بردن فشار به افزایش سرعت فرآیند جذب گرانولهای نشاسته یا توده پروتئینی کمک نمود.
میزان رطوبت فرمولاسیون در غذای کودك اکسترود شده
مقدار آب فرمولاسیون فاکتور بسیار مهمی در فرآیند اکستروژن مواد نشاستهای (که ژلاتینه میشوند) و مواد
پروتئینی می‌باشد. میزان معمولی مقدار آب در یک فرمولاسیون مواد اکسترود شده حدود 83-02% است. رطوبت ممکن است به صورت آب و یا بخار آب به بخش از پیش آماده ساز و یا به داخل پوسته اکسترودر وارد شود. آب اضافه شده موجب نرم شدن مواد اولیه و فرمولاسیون داخل اکسترودر میگردد که سایش و استهلاك را کاهش میدهد. محدوده میزان رطوبت فرمولاسیون در اکسترودرهای جفت مارپیچی وسیع تر از تک مارپیچی است.
طراحی و کنترل شرایط اکستروژن جهت کنترل تغییر کربوهیدراتها
دانه‌های نشاستهای منابع اصلی تامین انرژی در بسیاری از فرمولاسیونهای غذایی میباشند. طراحی و کنترل شرایط اکستروژن جهت کنترل تغییر کربوهیدراتها و شکل نهایی آنها در محصول تولیدی اهمیت زیادی دارد که دلیل آن تاثیر فرآیند اکستروژن بر ساختار مواد نشاستهای در جهت تجزیه مولکولی این ترکیبات می‌باشد.
در تهیه غذای کودك شرایط باید به نحوی انتخاب شود که حداکثر قابلیت هضم و جذب در محصول نهایی وجود داشته باشد، در حالیکه در تولید اسنکهای مخصوص افراد بالغ لازم است که قابلیت هضم و جذب به حداقل برسد.
تأثیر فرآیند اکستروژن بر پروتئینها و اسیدهای آمینه
فرآیند اکستروژن از طریق غیر طبیعی نمودن پروتئینها موجب افزایش قابلبت هضم آنها میشوند که علت آن افزایش محلهای عمل آنزیمها در ساختار پروتئین می‌باشد. بسیاری از آنزیمها و عوامل ضد آنزیمی به دلیل غیر طبیعی شدن تحت اکستروژن فعالیت خود را از دست میدهند.
معموًلاً محصولات غذایی اکسترود شده میزان پروتئین بالایی ندارند. دمای بالا و رطوبت پائین موجب افزایش میزان واکنشهای میلارد می‌شود.
قندهای احیا کننده (قندهای تشکیل شده در طی اعمال نیروی برشی) و ساکارز (پس از هیدرولیز) با لیزین واکنش میدهند که موجب کاهش ارزش تغذیهای پروتئینهای موجود در محصولات اکسترود شده می‌شود. لیزین اسید آمینهای است که به میزان کم در غلات وجود ندارد و کاهش بیشتر آن در طی فرآیند اکسترودر موجب کاهش سرعت رشد کودکان در طی رشد آنها می‌شود. با مخلوطهای آرد ذرت با فلیک سویا با چربی بالا و ایزوله یا کنسانتره سویا مواد غذایی مغذی با لیزین بالا، خصوصیات بازیافتی و مناسب را میتوان تهیه نمود که به صورت فرنی قابل مصرف می‌باشد.
سرعت واکنشهای میلارد در سیستم حاوی نشاسته گندم، گلوکز و لیزین در شرایط اسیدی افزایش یافته است. پروتئین سویا به عنوان عامل کاهنده کلسترول می‌باشد. اکستروژن نمودن ایزوله سویا در طی فرآیند تولید محصولات پروتئینی دارای بافت، تاثیر منفی بر کارایی آن در کاهش کلسترول خون و دفع کلسترول و استروئیدهای دیگر از طریق مدفوع نشان نداد. همچنین ارزش تغذیهای پروتئین سویا در مقایسه با سویای اکسترود نشده تغییر نیافت.
تأثیر میزان چربی در غذای کودك اکسترود شده
اگرچه لیپیدها به عنوان منبع ذخیرهای انرژی محسوب میشوند اما مصرف بیش از حد آنها موجب بروز چاقی مفرط، سرطان و بیماریهای قلبی عروقی میگردد. معمولاً فرمولاسیون مواد اکسترود شده چربی کمتر از 10 درصد دارند. زیرا میزان چربی بالا مشکلات تکنولوژیکی را در راه اندازی اکسترودر (اصطکاك کم میان مواد و دیواره اکسترودر موجب عدم حرکت به جلو و حرکت در جای آنها می‌شود) موجب می‌شود.
اکسیداسیون چربیها موجب افت کیفی و تغذیهای مواد غذایی می‌شود. هر چند به نظر میرسد که به دلیل زمان کوتاه فرایند در طی اکستروژن اکسیداسیون چربیها صورت نمیگیرد
اما در طی نگهداری محصولات اکسترود شده اکسیداسیون رخ میدهد.
بسته بندی مواد اکسترود شده تحت گازهای نیتروژن یا تحت خلاء و بسته بندیهای غیر شفاف موجب کاهش یا توقف اکسیداسیون چربیها می- شود.
بافت محصولات اکسترود شده
بافت یکی از مهمترین خواص ارگانولپتیکی محصولات اکسترود شده می‌باشد. در هنگام خروج تودهی نشاستهای ذوب شده در حال جریان از قالب اکسترودر، تبخیر سریع آب باعث ایجاد خواص بافتی ویژه در محصولات اکسترود شده میگردد. در هنگام خروج مواد از اکسترودر فشار به فشار اتمسفری کاهش مییابد و همین امر باعث تبدیل آب از فاز مایع به بخار میگردد و به هنگام خروج حبابهای بخار آب از توده ذوب شده نشاسته،محصول کشیده شده و زمینه و بافت محصول در هنگام سرد شدن تحت تاثیر تغییر فاز آب شکل میگیرد. حبابهای هوا در زمینه شکل گرفته محصور شده و بافت متخلل و پف کردهای ایجادمیگردد.
کیفیت میکروبی محصولات اکسترود شده
آلودگی میکروبی در محصولات اکسترود شده به این دلیل که توده مواد در داخل اکسترودر تحت دماهای بالا (بیشتر از 130 درجه سانتیگراد) قرار میگیرد و همچنین به دلیل رطوبت پائین محصول (کمتر از 5 درصد) پائین می‌باشد.
همچنین بولوت و همکاران تاثیر نیروی برشی بالا در دماهای پائین (57 درجه سانتیگراد) در میزان رطوبت 19 را مورد بررسی قرار دادند که در شرایط مذکور میزان میکوباکتریوم لاکتیکوم به میزان 5 سیکل لگاریتمی کاهش یافت. در طی اکستروژن تحت دماهای بالا باسیلوس سرئوس از بین میرود. بنابراین در صورتی که دمای مواد داخل اکسترودر حداقل به

فایل : 13 صفحه

فرمت : Word