Food Processing Technology : उष्णतारहित अन्न प्रकिया तंत्रज्ञान

डॉ. अमित झांबरे

Food update : उष्णता संवेदनशील पदार्थांच्या प्रक्रियेमध्ये उत्पादनाचा दर्जा व गुणवत्ता टिकविण्यासाठी उष्णतारहित प्रकिया तंत्रज्ञानाची आवश्यकता भासते. या भागामध्ये उच्च दाब प्रक्रिया आणि स्पंदित विद्युत क्षेत्र या दोन उष्णतारहित प्रक्रिया तंत्रांची माहिती घेऊ.

१) उच्च दाब प्रक्रिया

उच्च दाब प्रक्रिया (HPP) ही एक आशादायक उष्णतारहित प्रकिया तंत्रांपैकी एक आहे. यामुळे विशेषतः उष्णतेसाठी संवेदनशील असलेल्या पदार्थाच्या बाह्य स्वरूप आणि अंतर्गत पौष्टिक गुणधर्मांवरील विपरीत परिणाम किमान पातळीवर होतात. त्याच वेळी नाशीवंत असलेल्या पदार्थांची सुरक्षितता आणि साठवण कालावधी वाढवणे शक्य होते.

याला अल्ट्रा हाय प्रेशर (UHP) किंवा हाय हायड्रोस्टॅटिक प्रेशर (HHP) या नावानेही ओळखले जाते. या प्रक्रियेमध्ये अन्नपदार्थ खराब करणाऱ्या किंवा रोग निर्माण करणाऱ्या सूक्ष्मजीवांना निष्क्रिय करण्यासाठी १५० ते ७०० मेगापास्कल (MPa) इतक्या उच्च हायड्रोस्टॅटिक दाबाचा वापर ३० सेकंदांसाठी केला जातो.

त्यामुळे त्या अन्न पदार्थाच्या भौतिक-रासायनिक आणि पौष्टिक गुणधर्मांमध्ये काही बदल न होता तो पदार्थ सूक्ष्मजीवाच्या दृष्टिकोनातून खाण्यासाठी सुरक्षित बनविला जातो.

पदार्थावर यांत्रिक पद्धतीने विशेषतः पाण्यासारख्या द्रवपदार्थाच्या साह्याने उच्च दाब निर्माण केला जातो. हा दाबाचा प्रसार सामान्यत: स्थिर आणि जवळ जवळ तत्काळ मानला जातो. काही रोगकारक जिवाणूंच्या निष्क्रियतेसाठी उच्च दाब दीर्घकाळ टिकून राहण्याची आवश्यकता असते.

त्यानुसार योग्य त्या आकाराची उपकरणे उभारण्याचे आव्हान उत्पादकांसमोर असते. त्याची क्षमता वाढत जाते, त्या प्रमाणे त्याचा देखभाल खर्चही वाढत असतो. हे खरे असले तरी पारंपरिक औष्णिक प्रक्रियेच्या तुलनेमध्ये उच्च दाब प्रक्रियेमुळे पदार्थातील रंग, जीवनसत्त्वे, पॉलिफेनॉलिक घटक अशा आण्विक वजन पोषक घटकावर फारसे परिणाम होत नाही.

त्याच प्रमाणे संवेदनशील गुणधर्मांशी संबंधित संयुगे उदा. रंगद्रव्ये, स्वाद आणि चव निर्माण करणाऱ्या घटकांवरही फारसा परिणाम होत नाही. म्हणूनच पारंपरिक उष्णतेवर आधारित पाश्‍चरायझेशन तंत्रज्ञानापेक्षा या तंत्रज्ञानामध्ये पौष्टिक मूल्ये आणि संवेदी गुणधर्मांचे चांगल्या प्रकारे जतन केले जाते.

उच्च दाब प्रक्रिया तंत्रज्ञानाचा वापर करून बनविलेली ब्लूबेरी रस, स्ट्रॉबेरीची प्युरी, सफरचंदाचा रस, द्राक्षाचा रस अशी उत्पादने सामान्य स्थितीपेक्षा कितीतरी अधिक काळ अधिक राहते. सामान्य स्थितीपेक्षा त्यांचा साठवण कालावधी १० ते ६० दिवसांच्या श्रेणीत वाढत असल्याचे दिसून आले आहे.

उच्च दाब प्रक्रिया तंत्रज्ञानाचे तत्त्व

१) पास्कलायझेशन तंत्रज्ञानामध्ये प्रत्यक्षात सक्रिय असलेल्या वजनावर आधारित हस्तांतरीय माध्यमाचा वापर केला जातो. ही प्रक्रिया एकापेक्षा जास्त पदार्थांवर एकामागून एक प्रक्रियेच्या स्थितीमध्ये (बॅच प्रोसेसिंग युनिट्स) लागू केले जाते.

२) ‘ली चॅटलीयर’च्या तत्त्वावर आधारित उच्च दाब प्रक्रियेमध्ये दाब प्रणालीचा समतोल हा सर्वांत कमी घनफळ व्यापलेल्या स्थितीकडे वळवला जातो. म्हणून त्या उच्च दाबासोबतच पदार्थाच्या घनफळातील घट होऊ शकते. त्याच प्रमाणे त्याच्या रासायनिक अभिक्रिया किंवा भौतिक बदल (उदा.फेज संक्रमण, आण्विक जुळवणीमधील बदल) ही वाढू शकतात.

परिणामी, सहसंयोजक नसलेल्या बंधांवर काही प्रमाणात परिणाम होतो. मात्र अन्न गुणवत्तेचे मुख्य मापदंड फारसे बदलत नाहीत. दाब वाढत असताना सूक्ष्मजीव निष्क्रिय होण्यापूर्वी त्यांच्याकडून काही विकरे (एन्झाइम्स) सोडले जाऊ शकतात. उदा. ॲडियाबॅटिक हिटिंग म्हणजेच उष्णतेमध्ये थोडी वाढ होऊ शकते. प्रति १०० MPa दाबामागे अंदाजे १-२ अंश सेल्सिअस वाढ होऊ शकते.

सूक्ष्मजीव निष्क्रियतेची यंत्रणा

सूक्ष्मजीव निष्क्रिय करण्यासाठी उच्च दाब प्रक्रियेची कार्यक्षमता ही सामान्यतः लक्ष्य दाब, प्रक्रिया तापमान आणि अधिकतम वेळ यावर अवलंबून असते. कारण वेगवेगळे सूक्ष्मजीव हे उच्च दाबासाठी वेगवेगळ्या प्रतिक्रिया देतात. बहुतेक वनस्पतिजन्य सूक्ष्मजीव, यीस्ट आणि विषाणू सामान्य खोलीच्या तापमानात किंवा त्याच्या आसपास निष्क्रिय होऊ शकतात.

मात्र जिवाणू, बीजाणू हे उच्च हायड्रोस्टॅटिक दाबांना मोठ्या प्रमाणावर प्रतिरोधक असतात. त्यामुळे त्यांच्या निर्जंतुकीकरणासाठी दाब (४०० ते ६०० MPa) आणि उष्णता (९० ते १२० अंश सेल्सिअस) देण्याचे नियोजन करावे लागते.

शिवाय जिवाणूंच्या पेशींची दाब संवेदनशीलता ही देखील वाढीच्या टप्प्यानुसार बदलत असते. स्थिर वाढीच्या अवस्थेतील जिवाणू पेशी सामान्यतः घातांकीय वाढीच्या अवस्थेपेक्षा दाबाला अधिक प्रतिरोधक असतात.

वनस्पतिजन्य रोगकारक व पदार्थ खराब करणाऱ्या सूक्ष्मजीवांच्या निष्क्रियतेसाठी, एचपीपी पाश्‍चरायझेशन ४५ अंश सेल्सिअस पेक्षा कमी आणि २०० पेक्षा जास्त दाब ठेवण्याची गरज असते. दाब उपचारादरम्यान सूक्ष्मजीवांचा प्रतिसाद पदार्थाच्या संरचनेवर (मुख्यत्वे सब्सट्रेट आणि अन्नरचनेवर) अवलंबून असतो. दाब वाढविल्यानंतर खालील बदल घडून सूक्ष्मजीव पेशी नष्ट होतात.

१) पेशींच्या अंतर्गत प्रथिनांमध्ये व अन्य मूलद्रवीय पातळीवर अपरिवर्तनीय असे संरचनात्मक बदल होतात.

२) त्याच प्रमाणे पेशिभित्तिका व सायटोप्लाझ्मा यांच्या मध्यवर्ती स्तराच्या एकसंधतेचा नाश होतो.

३) पेशीतील पडदा निष्क्रिय होतो.

४) प्रथिने संश्‍लेषणामध्ये न्यूक्लिक अॅसिड आणि राइबोसोमल व्यत्यय.

उच्च दाब प्रक्रियेदरम्यान दबाव, तापमान आणि वेळ

वाय अक्षावर --- दाब --- तापमान

एक्स अक्षावर --- कालावधी

दाब निर्माण होण्यासाठी लागणारा कालावधी --- पूर्ण दाब धरून ठेवण्याचा कालावधी ---- दाब हळूहळू कमी करण्याचा कालावधी

२) स्पंदित विद्युत क्षेत्र (PEF)

उष्णता-संवेदनशील द्रव अन्नपदार्थांचे निर्जंतुकीकरण करण्यासाठी पारंपरिक उष्णता आधारित पद्धतीचा वापर शक्य नसतो. अशा वेळी गेल्या काही वर्षांत स्पंदित विद्युत क्षेत्र तंत्रज्ञान उदयाला आले आहे.

एका विशिष्ट क्षेत्रामध्ये म्हणजेच प्रति सेंटिमीटर १० ते ८० किलो व्होल्ट इतक्या कमी अधिक प्रमाणात विद्युत क्षमता (इलेक्ट्रिकल पोटेन्शियल) निर्माण केली जाते. इतक्या कमी अधिक होणाऱ्या विद्युत क्षमतेमुळे पदार्थातील सूक्ष्मजीवांच्या पेशी खुल्या होऊन त्यात छिद्र होते. परिणामी, पेशीभित्तिका लवचिक किंवा अधिक संवेदनशील होतात.

काही पदार्थांबाबत हा बदल कायमस्वरूपी असू शकतो, तर काहींमध्ये पेशिभित्तिकेची स्थिती पुन्हा पूर्ववतही होऊ शकते. अशा पूर्ववत होणाऱ्या पेशी (सूक्ष्मजीव) मूळ पदार्थाच्या अंतर्गतच अडकवून ठेवले जातात. म्हणजेच ती हानिकारक पेशी अथवा सूक्ष्मजीव निष्क्रिय होतो. कायमस्वरूपी बदलामध्ये सूक्ष्मजीवांच्या पेशीभित्तिकेच्या झालेल्या छिद्रामध्ये त्याची पेशी नष्ट होते किंवा मारली जाते.

फायदे

-या सर्व प्रक्रियेमध्ये उष्णतेचा कोठेही वापर केला जात नाही. त्यामुळे गुणवत्तेवर उष्णतेमुळे होणारे परिणाम टाळता येतात.

-फारच अल्प ऊर्जा वापरून आपल्याला पदार्थाची गुणवत्ता आणि साठवण कालावधी वाढवता येतो.

- पोषण मूल्य टिकवून ठेवता येते.

मर्यादा

खाद्यपदार्थांमधील अनेक जिवाणू किंवा बुरशीचे बीजाणू हे सामान्यत: उच्च तीव्रतेच्या स्पंदित विद्युत क्षेत्रामध्ये तग धरून राहू शकतात. परिणामी, पुन्हा सामान्य स्थिती मिळताच त्यांचे पुनरुत्पादन व अन्य प्रक्रिया सुरू होऊ शकतात. थोडक्यात, निर्जंतुकीकरणाची प्रक्रिया ही अयशस्वी होऊ शकते.

-स्पंदित विद्युत क्षेत्र प्रक्रिया ही ज्या पदार्थामध्ये हवेचे बुडबुडे नसलेल्या पदार्थांसाठी (उदा. ढोकळा, इडलीसारखे स्पॉंजी) आणि कमी विद्युतवाहकता असलेल्या खाद्यपदार्थांपुरते मर्यादित आहे. पदार्थामधील हवा कक्षामध्ये बाहेर पडल्यास काही स्थितीमध्ये डायलेक्ट्रिक यंत्रामध्ये बिघाड होऊ शकतो.

संपर्क - डॉ. अमित झांबरे, ९९२२५९४५२४, (प्राचार्य, श्रीराम कृषी अभियांत्रिकी महाविद्यालय, पानीव, ता. माळशिरस, जि. सोलापूर)