Έχουν αναπτυχθεί προηγμένες και νέες θερμικές τεχνολογίες, όπως η ωμική θέρμανση και η διηλεκτρική θέρμανση (π.χ. θέρμανση μικροκυμάτων και θέρμανση ραδιοσυχνοτήτων), για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της θερμικής επεξεργασίας, ενώ παράλληλα διασφαλίζουν την ασφάλεια των τροφίμων και εξαλείφουν τις ανεπιθύμητες επιπτώσεις στις οργανοληπτικές και διατροφικές ιδιότητες των τροφίμων.
Οι νέες θερμικές τεχνολογίες βασίζονται στην παραγωγή θερμότητας απευθείας στο εσωτερικό των τροφίμων, γεγονός που έχει επιπτώσεις στη βελτίωση της συνολικής ενεργειακής απόδοσης της ίδιας της διαδικασίας θέρμανσης. Η χρήση αυτών των τεχνολογιών εξαρτάται από την πολυπλοκότητα και τις εγγενείς ιδιότητες των υλικών τροφίμων που παρουσιάζουν ενδιαφέρον (π.χ. θερμική αγωγιμότητα, ηλεκτρική αντίσταση, περιεκτικότητα σε νερό, το pH, οι ρεολογικές ιδιότητες, το πορώδες τροφίμων και η παρουσία σωματιδίων). Είναι ανάγκη να προαχθεί η συνδυασμένη χρήση θερμικής επεξεργασίας με αναδυόμενες τεχνολογίες όπως τα παλμικά ηλεκτρικά πεδία, η υψηλή υδροστατική πίεση και ο υπέρηχος για τη συμπλήρωση της συμβατικής θερμικής επεξεργασίας υγρών ή στερεών τροφίμων.
Η ξήρανση είναι μια συμβατική τεχνική θερμικής επεξεργασίας που είναι πολύ αποτελεσματική στην παράταση της διάρκειας ζωής ενός προϊόντος τροφίμου, μειώνοντας τις μικροβιακές δραστηριότητες, διευκολύνοντας παράλληλα τη μεταφορά και αποθήκευσή του μειώνοντας το βάρος και τον όγκο του προϊόντος. Ο μακρύς χρόνος ξήρανσης και η μείωση της ποιότητας του προϊόντος με την διάρκεια της ξήρανσης, έχει οδηγήσει σε επείγουσα ανάγκη επίλυσης αυτών των ζητημάτων.
Πρόσφατα προτάθηκαν δύο προσεγγίσεις:
i) η εφαρμογή προ-επεξεργασίας όπως τα μικροκύματα (MW) ή ο υπέρηχος (US) σε πρώτες ύλες, πριν από την ξήρανση και
ii) η ανάπτυξη είτε υβριδικής διαδικασίας ξήρανσης που περιλαμβάνει συγκλίνουσα υπέρυθρη ακτινοβολία (IF) είτε διηλεκτρική ξήρανση που περιλαμβάνει MW και ραδιοσυχνότητα (RF).
Χρησιμοποιώντας φέτες από γογγύλι σε μια μελέτη περίπτωσης, μια ερευνητική ομάδα εξέτασε διάφορες ανεξάρτητες μεταβλητές, όπως την προ-επεξεργασία που εφαρμόστηκε στην πρώτη ύλη πριν από την ξήρανση (MW [360 W για 2,5 λεπτά], US [30 °C για 10 λεπτά] και μπλανσάρισμα [90 °C για 2 λεπτά], με τη θερμοκρασία του αέρα ξήρανσης (50, 60, και 70 °C) και το πάχος των υλικών (2, 4 και 6 mm) στις μεταβλητές απόκρισης, συμπεριλαμβανομένων των δεικτών ποιότητας (χρωματική διαφορά και συρρίκνωση) και των συντελεστών ξήρανσης [χρόνος ξήρανσης, αποτελεσματικός συντελεστής διάχυσης υγρασίας, ειδική κατανάλωση ενέργειας (SEC), ενεργειακή απόδοση και απόδοση ξηραντήρα] με τη χρήση υβριδικού ξηραντήρα convective-IF.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας του ξηραντήρα και η μείωση του πάχους των τεμαχίων του γογγυλιού, μπορούν να ενισχύσουν το ρυθμό εξάτμισης, ο οποίος θα μειώσει το χρόνο ξήρανσης (από 40 σε 20 λεπτά), SEC (από 168,98 σε 21,57 MJ/kg), τη διαφορά χρώματος (από 50,59 σε 15,38) και τη συρρίκνωση (από 67,84% σε 24,28%), αυξάνοντας παράλληλα τον πραγματικό συντελεστή διάχυσης υγρασίας (από 1.007 σε 8.11 × 10−9 m2/s) την αποδοτικότητα της ενέργειας (απο 0.89% σε 15.23%) αι την αποδοτικότητα του ξηραντήρα (από 2,11% σε 21,2%). Σε σύγκριση με τον υπέρηχο και το ζεμάτισμα, η προ-επεξεργασία με MW αύξησε την ενεργειακή και ξηραντική απόδοση, ενώ οι διακυμάνσεις στο χρώμα και τη συρρίκνωση των προϊόντων ήταν οι χαμηλότερες στην προ-επεξεργασία των US.
Σε ένα άλλο παράδειγμα ξήρανσης με τη χρήση πυρήνων πεκάν, σε μια εργασία που εξέτασε τις διηλεκτρικές ιδιότητες (DPs) της πρώτης ύλης, που είναι ένας σημαντικός παράγοντας στο σχεδιασμό αποτελεσματικών διεργασιών ξήρανσης MW και RF. Οι DPs των πρώτων υλών διερευνήθηκαν σε συχνότητες που κυμαίνονται από 10 έως 3000 MHz σε περιεκτικότητα σε υγρασία μεταξύ 10 και 30% σε εύρος θερμοκρασίας 5-65 °C σε διάφορες περιεκτικότητες αλατιού (ήπιες, μέτριες και έντονες). Διαπιστώθηκε ότι η διηλεκτρική σταθερά (ε′) και ο συντελεστής απώλειας (ε) των πυρήνων μειώθηκαν σημαντικά με την αύξηση της συχνότητας στη ζώνη RF, αλλά μειώθηκαν σταδιακά στη μετρούμενη ζώνη MW. Η περιεκτικότητα σε υγρασία και η αύξηση της θερμοκρασίας συνέβαλαν σημαντικά στην αύξηση της ε′ και της ε” των δειγμάτων. Η ε” αυξήθηκε απότομα με την αύξηση της αντοχής σε αλάτι. Το μέσο βάθος διείσδυσης της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στους πυρήνες πεκάν στη ζώνη RF ήταν μεγαλύτερο από αυτό στη ζώνη MW (238,17 έναντι 15,23 cm).
Η παστερίωση και αποστείρωση με μικροκύματα – MW είναι μια αναδυόμενη θερμική τεχνολογία που συνδυάζει την προθερμαντική ενέργεια με ζεστό νερό και την ενέργεια των MW (915 MHz) για να επιτύχει αποστείρωση σε μικρότερο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, μια ευρέως αναφερόμενη πρόκληση με την επεξεργασία τροφίμων με MW είναι η μη ομοιόμορφη θέρμανση, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχηματισμό ψυχρών σημείων στα μεταποιημένα προϊόντα και, ως εκ τούτου, δεν είναι σε θέση να επιτύχει τη στοχευμένη αποτελεσματικότητα αποστείρωσης. Δύο ερευνητικά έργα ασχολήθηκαν με αυτά τα ζητήματα ασφάλειας των τροφίμων που προκύπτουν από αυτή τη μέθοδο, χρησιμοποιώντας νέα μέθοδο επικύρωσης και εργαλεία. Στην πρώτη μελέτη , αναπτύχθηκαν σακούλες σπόρων χρησιμοποιώντας πουρέ πατάτας ως μοντέλο τροφής, που εμβολιάστηκαν είτε με σπόρους Geobacillus stearothermophilus είτε με σπόρους Clostridium sporogenes για την αξιολόγηση της απόδοσης της αποστείρωσης που προκαλείται σε έναν κοινό άξονα από την παστερίωση με MW και την αποστείρωση (CiMPAS). Οι σακούλες σπόρων τοποθετήθηκαν σε προκαθορισμένες ειδικές θέσεις, ιδίως σε ψυχρά σημεία, σε κάθε δίσκο τροφίμων πριν υποβληθούν σε επεξεργασία με τη χρήση δύο καθεστώτων (R-121 και R-65), τα οποία συνίσταντο από 121°C και 65°C σε 12 και 22 kW, αντίστοιχα, ακολουθούμενη από ανάκτηση και απαρίθμηση των επιζώντων σπόρων. Για τον εντοπισμό των ψυχρών σημείων ή της θέσης εμβολιασμού, ο πουρές πατάτας σημάνθηκε με πρόδρομες τιμές Maillard και υποβλήθηκε σε επεξεργασία μέσω του CiMPAS, ακολουθούμενη από μέτρηση των τιμών φωτεινότητας (L*). Λήφθηκε αδρανοποίηση ισοδύναμη με 1-2 και >6 Log CFU/g για τα σπόρια G. stearothermophilus και C. sporogenes, αντίστοιχα, στα ψυχρά σημεία χρησιμοποιώντας το R-121 (συνολικός χρόνος επεξεργασίας 64,2 λεπτά). Η αδρανοποίηση των σπόρων <1 και 2-3 Log CFU/g για τα σπόρια G. stearothermophilus και C. sporogenes, αντίστοιχα, στα ψυχρά σημεία λήφθηκε με τη χρήση σπόρων R-65 (συνολικός χρόνος επεξεργασίας 68,3 λεπτά), ενώ στις πλευρές του δίσκου λήφθηκε αδρανοποίηση 1-3 σπόρων CFU/g σπόρων C. sporogenes. Τα αποτελέσματα ήταν αναπαραγώγιμα σε τρία αντίγραφα επεξεργασίας για κάθε καθεστώς. Για τη δεύτερη μελέτη τους, χρησιμοποιήθηκε υπερφασματική απεικόνιση (HSI) για τον εντοπισμό των ψυχρών σημείων σε πουρέ πατάτας που έχει υποστεί επεξεργασία με CiMPAS και σε άμεση σύγκριση με τα αποτελέσματα των χρωματικών αλλαγών λόγω της αντίδρασης Maillard μετά την αποστείρωση που προκλήθηκε από τα MW. Για να απεικονιστούν τα φάσματα HIS κάθε δίσκου σε σύγκριση με το δείγμα ελέγχου (ακατέργαστος πουρέ πατάτα), εξήχθη το μέσο φάσμα (δηλαδή ο μέσος όρος περιοχής ενδιαφέροντος) κάθε δίσκου, καθώς και το δείγμα ελέγχου, και στη συνέχεια τροφοδοτήθηκε με το τοποθετημένο κύριο μοντέλο ανάλυσης συστατικών. Παρά την παρουσία οπτικής διαφοράς στην αμαύρωση, οι τιμές L* δεν διέφεραν σημαντικά ώστε να εντοπιστεί το ψυχρό σημείο μεταξύ μιας περιοχής 12 επεξεργασμένων δειγμάτων. Ταυτόχρονα, η HSI θα μπορούσε να αναγνωρίσει τους ψυχρότερους δίσκους μεταξύ των 12 δειγμάτων από μία παρτίδα αποστείρωσης με μικροκύματα.
Εκτός από την επεξεργασία MW, η χρήση ωμικής θέρμανσης είναι μια άλλη εναλλακτική τεχνολογία για την αποστείρωση και παστερίωση προϊόντων διατροφής, που είναι ευαίσθητα στη θερμότητα. Αυτή, μπορεί να παρέχει καλύτερη θερμική ομοιομορφία, υψηλό ρυθμό θέρμανσης και ενεργειακή απόδοση. Ένα ερευνητικό έργο υιοθέτησε μια νέα προσέγγιση αναπτύσσοντας ένα σύστημα θέρμανσης συνδυασμού ωμικής θέρμανσης-κενού (OH-VC) για την επεξεργασία μιας τροφής πολυφασικού τύπου, φιλικού προς τους ηλικιωμένους. Οι αλλαγές στις φυσικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των τροφίμων αυτών, διερευνήθηκαν ανάλογα με τις πειραματικές συνθήκες, όπως η ένταση πίεσης κενού και ο χρόνος προεπεξεργασίας κενού. Η μέθοδος θέρμανσης OH-VC με διέγερση μείωσε το χρόνο θέρμανσης του μοντέλου τροφής και η μη ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας στα πρότυπα τρόφιμα επιλύθηκε με επιτυχία λόγω των επιπτώσεων του κενού και της διέγερσης. Επιπλέον, διαπιστώθηκε διαφορά στη σκληρότητα των στερεών σωματιδίων ανάλογα με το χρόνο και την ένταση επεξεργασίας κενού μετά την επεξεργασία θέρμανσης.
Τα τελευταία χρόνια, η χρήση της τεχνολογίας παλμικού ηλεκτρικού πεδίου (pulsed electric field – PEF) έχει αποκτήσει δημοτικότητα, ιδιαίτερα στη βιομηχανία πατάτας για την παραγωγή τηγανητής πατάτας και chips πατάτας, για να “μαλακώσει” την πρώτη ύλη (κονδύλους πατάτας) πριν από την επακόλουθη επεξεργασία (π.χ. κοπή, μαύρισμα και τηγάνισμα). Ωστόσο, η επίδραση της προ-επεξεργασίας PEF στη διαδικασία τηγανίσματος και στις σχετικές χημικές αντιδράσεις για τα υλικά τροφίμων εξακολουθεί να μην είναι πλήρως κατανοητή. Η επεξεργασία PEF του φυτικού ιστού προκαλεί δομικές τροποποιήσεις, οι οποίες είναι πιθανό να επηρεάσουν τη μεταφορά θερμότητας, μάζας και δυναμικής, καθώς και να μεταβάλουν το ρυθμό των χημικών αντιδράσεων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τηγανίσματος. Λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία τηγανίσματος όσον αφορά τη θερμότητα, τη μάζα (νερό και λάδι) και τις μεταφορές ορμής περιγράφονται σε ένα περιεκτικό άρθρο ανασκόπησης, σε συνδυασμό με την ανάπτυξη της αντίδρασης Maillard και της ζελατινοποίησης του αμύλου κατά τη διάρκεια του τηγανίσματος. Αυτές οι αλλαγές συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του τηγανίσματος και, κατά συνέπεια, επηρεάζουν την πρόσληψη λαδιού, την περιεκτικότητα σε υγρασία, το χρώμα, την υφή και την ποσότητα των ρύπου που παράγονται στα τηγανητά τρόφιμα, καθώς και το τηγανητό λάδι.
Σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία, ήταν και τα αποτελέσματα ερευνών σχετικά με τη χρήση κατάλληλων μοντέλων μεταφοράς θερμότητας και μάζας για την πρόβλεψη της κατανομής της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του τηγανίσματος πατάτας μετά την προ-επεξεργασία με PEF. Οι εργασίες αυτές ανέφεραν την κινητική της ανάπτυξης χρωμάτων κατά τη διάρκεια του τηγανίσματος τεσσάρων ποικιλιών πατάτας που έχουν υποστεί προεπεξεργασία με PEF, στις οποίες το κινητικό αποτέλεσμα μπορεί αργότερα να βοηθήσει στη βελτιστοποίηση των συνθηκών τηγανίσματος για τις βιομηχανίες τηγανισμένων πατατών όπου εφαρμόζεται η τεχνολογία PEF. Με βάση μια ασταθή μεταφορά θερμότητας, αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για να περιγράψει την ταυτόχρονη μεταφορά θερμότητας και υγρασίας κατά τη διάρκεια του τηγανίσματος πατάτας. Για πρώτη φορά, η εξίσωση επιλύθηκε, με βάση μια κινούμενη διεπιφάνεια που ορίζεται από τη θερμοκρασία βρασμού του νερού σε ένα δίσκο πατάτας κατά τη διάρκεια του τηγανίσματος. Δύο ξεχωριστές περιοχές του δίσκου πατάτας, δηλαδή η τηγανισμένη(κρούστα) και μη τηγανισμένη (πυρήνας), θεωρήθηκαν τομείς μεταφοράς θερμότητας. Απαιτείται μεταβλητή θερμοκρασία βρασμού του νερού στους δίσκους πατάτας ως παράμετρος εισόδου για το μοντέλο. Η εφαρμογή της προ-επεξεργασίας PEF πριν από το τηγάνισμα δεν είχε σημαντική επίδραση στη μετρούμενη περιεκτικότητα σε υγρασία, θερμική αγωγιμότητα ή χρόνο τηγανίσματος σε σύγκριση με τις πατάτες που δεν έλαβαν προ-επεξεργασία PEF. Ωστόσο, μια προεπεξεργασία PEF σε 1,1 kV/cm και 56 kJ/kg μείωσε τη διακύμανση της θερμοκρασίας στο πειραματικά μετρούμενο κέντρο πατάτας έως και 30%. Από την άλλη, η επίδραση του PEF (1 kV/cm, 50 και 150 kJ/kg) ακολουθούμενη από το μπλανσάρισμα (3 λεπτά, 100 °C) στην ανάπτυξη χρώματος (L*) των τεμαχίων πατάτας κατά τη διάρκεια του τηγανίσματος μελετήθηκε σε κινητική βάση. Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις ποικιλίες πατάτας, «Crop77», «Moonlight», «Nadine» και «Russet Burbank», με διαφορετική περιεκτικότητα σε γλυκόζη και αμινοξέα. Διαπιστώθηκε ότι η εφαρμογή του PEF και του ζεματίσματος ως διαδοχική προ-επεξεργασία πριν από το τηγάνισμα ήταν αποτελεσματικές στη βελτίωση της φωτεινότητας των τηγανισμάτων για όλες τις ποικιλίες πατάτας.
Η χρήση του PEF μπορεί επίσης να επεκταθεί στην παραγωγή κόκκινων οίνων για να επιτευχθεί παρόμοιο αποτέλεσμα με τη θέρμανση πριν από τη ζύμωση (ή τη θερμοοινοποίηση) των κόκκινων σταφυλιών, η οποία αποτελεί κοινή πρακτική στα εμπορικά οινοποιεία στην Ευρώπη. Η επεξεργασία PEF που εφαρμόζεται στα κόκκινα σταφύλια πριν από το στάδιο διαβροχής-ζύμωσης, επιτρέπει τη μείωση του χρόνου επαφής των ιστών των σταφυλιών και βοηθά στην απόκτηση οίνων με υψηλότερη πολυφαινολική περιεκτικότητα χωρίς να περιλαμβάνει θερμότητα στη διαδικασία οινοποίησης. Μια έρευνα παρακολούθησε την εξέλιξη των πολυφαινολικών ενώσεων και τις αισθητηριακές ιδιότητες των οίνων που λαμβάνονται από σταφύλια Grenache, είτε μη επεξεργασμένα είτε επεξεργασμένα με PEF, κατά τη διάρκεια είτε της ωρίμανσης των φιαλών είτε της ωρίμανσης σε δρυ, ακολουθούμενη από την ωρίμανση των φιαλών. Αμέσως πριν από τη ωρίμανση σε φιάλες ή σε βαρέλια, οι οινολογικές παράμετροι που εξαρτώνται από τη φαινολική εκχύλιση κατά τη διαβροχή των φυτικών ιστών, ήταν υψηλότερες όταν τα σταφύλια υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με PEF. Όσον αφορά την ένταση του χρώματος, τις φαινολικές οικογένειες και τις μεμονωμένες φαινόλες, ο οίνος που λαμβάνεται με σταφύλια που υποβάλλονται σε επεξεργασία PEF ακολούθησε παρόμοια εξέλιξη με τον μη επεξεργασμένο οίνο κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης. Η οργανοληπτική ανάλυση αποκάλυψε ότι η εφαρμογή μιας επεξεργασίας PEF είχε ως αποτέλεσμα οίνους που είναι αισθησιακά διαφορετικοί, όπου τα πάνελ προτιμούσαν οίνους που λαμβάνονται από σταφύλια που έχουν υποστεί επεξεργασία με PEF. Οι φυσικοχημικές και αισθητηριακές αναλύσεις έδειξαν ότι τα σταφύλια που υποβάλλονται σε επεξεργασία με PEF είναι κατάλληλα για την απόκτηση οίνων που απαιτούν ωρίμανση σε φιάλες ή σε δρύινα βαρέλια.
Ο τομέας της προηγμένης θερμικής επεξεργασίας, έχει στόχο τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας τροφίμων, τη διασφάλιση της ασφάλειας των τροφίμων, τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων και τη μείωση της σπατάλης τροφίμων. Η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών θερμικής επεξεργασίας και η διερεύνηση της συνδυασμένης χρήσης μη θερμικής επεξεργασίας για τη συμπλήρωση αυτής, θα παραμείνει μια πολύ ενεργή ερευνητική περιοχή για τις επόμενες δεκαετίες.
Πηγή: MPDI
Ακολουθήστε το Cibum 
