Food Processing Technology : कोल्ड प्लाझ्मा, अल्ट्रासाउंड तंत्राचा व्यावसायिक वापर

डॉ. अमित झांबरे

Cold plasma technology : पारंपरिक उष्णता आधारित प्रक्रिया तंत्रज्ञानाला पर्याय म्हणून आधुनिक कोल्ड प्लाझ्मा, अल्ट्रासाउंड अशा उष्णताविरहित तंत्राच्या वापरासाठी जगभरामध्ये संशोधन केले जात आहे. याचे काही फायदे आणि मर्यादा यांचा विचार करता व्यावसायिक वापराबाबत अद्याप अधिक अभ्यासाची गरज असल्याचे दिसते.

कोल्ड प्लाझ्मा तंत्रज्ञान

कोल्ड प्लाझ्मा तंत्रज्ञान हे उष्णतारहित अन्न प्रक्रिया तंत्रज्ञान असून, त्याद्वारे अन्नपदार्थ खराब करणारे आणि रोगकारक सूक्ष्मजीव निष्क्रिय केले जाते. प्लाझ्मा हा एक आयनीकृत वायू असून, त्यामध्ये मोठ्या संख्येने वेगवेगळे चार्ज असलेले उदा. इलेक्ट्रॉन, आयन, फोटॉन आणि मुक्त कण तसेच वायूचे मूलभूत किंवा उत्तेजित अवस्थेतील अणू आणि रेणू असतात. याची निर्मिती ही तटस्थ वायूला ऊर्जा देऊन केली जाते. या प्लाझ्मा वायू ज्या अन्नावर प्रक्रिया करायची आहे, त्याच्या भोवती फिरवला जातो. हे तंत्रज्ञान सुरुवातीला वैद्यकीय हत्यारे व उपकरणांच्या निर्जंतुकीकरणासाठी विकसित करण्यात आले होते. मात्र अलीकडे हे तंत्रज्ञान दूधभुकटी, मांस, कुक्कुटपालन, मासे, औषधी वनस्पती, अंकुरित बिया, धान्य, मसाले आणि ताजी उत्पादने यांसारख्या घन आणि द्रव अन्न पृष्ठभागाच्या कोरड्या निर्जंतुकीकरणासाठी वापरले जात आहे. कारण पृष्ठभागावरील जिवाणू किंवा सूक्ष्मजीवांच्या पेशीतील पेशीभित्तिका या चार्ज केलेल्या प्लाझ्माच्या संपर्कात येताच तुटतात. कोल्ड प्लाझ्मा हे अन्न प्रक्रियेचे वेगवान तंत्रज्ञान असून, या प्रक्रियेनंतर कोणतेही विषारी अवशेष राहत नाहीत किंवा वायू उत्सर्जित होत नाहीत. सूक्ष्मजीवांच्या काही प्रजाती उच्च लिपिडयुक्त खाद्यपदार्थांचे ऑक्सिडेशन वाढवतात. त्यातून त्या पदार्थांमध्ये स्वादयुक्त संयुगे तयार होतात. परिणामी पदार्थांचा स्वाद वाढतो.

खाद्यपदार्थांच्या पॅकेजिंग आणि प्रक्रियेमध्ये वेगवेगळ्या प्लाझ्मा प्रणालींचा अभ्यास केला जात आहे. अन्न पदार्थांचा साठवण कालावधी आणि पौष्टिक गुणवत्ता वाढविण्यासाठी कोल्ड प्लाझ्मा तंत्रज्ञान उपयुक्त ठरत असल्याचे काही प्रयोगातून पुढे आले आहे. मात्र काही प्रतिक्रियाशील प्रजातीच्या पेशींचा आकार बदलतात. त्याच प्रमाणे लिपिड्स आणि जीवनसत्त्वे यांसारख्या काही संवेदनशील घटकांवरील परिणामासोबत अन्नातील पौष्टिक घटक, रंग, पोत, रासायनिक बदल आणि एकूण अन्न गुणवत्ता या मुद्द्यांबाबतही अधिक अभ्यासाची गरज आहे. अशा काही कारणांमुळे अद्यापही अन्न उद्योगामध्ये व्यावसायिक पातळीवर या तंत्रज्ञानाचा पर्याय फारसा स्वीकारला जात नाही. मात्र या तंत्रज्ञानासाठी आवश्यक उपकरणे ही सहजतेने व मोठ्या प्रमाणात वापरण्यायोग्य करणे शक्य आहे. त्यामुळे व्यावसायिक वापरासाठी वायूंची सुरक्षितता तपासण्यासाठी जगभरातील शास्त्रज्ञ प्रयत्न करत आहेत.

फायदे
-तापमान संवेदनशील उत्पादनांसाठी प्रभावी
-निर्जंतुकीकरणासाठी वापरल्यानंतर उपकरणांवर (बायोफिल्म्स) आवरण कमी होते किंवा अजिबात होत नाही.
-अन्न पदार्थांच्या गुणवत्ता व बाह्य स्वरूपावर कमीत कमी प्रभाव पडतो.
-वायुरूप असल्यामुळे उत्पादनाच्या सर्व बाजूंनी उपचार करणे शक्य.

मर्यादा
-अन्न उत्पादन आणि पॅकेजिंग साहित्य या दोन्हीच्या निर्जंतुकीकरणासाठी कोणतेही व्यावसायिक साधन उपलब्ध नाही.
-विविध विद्यापीठे आणि संशोधन संस्थेमध्ये अद्याप संशोधनपातळीवर वापर होत आहे. उद्योगामध्ये वापर नाही.
-अन्न उद्योगासाठी प्रायोगिक वनस्पती पातळीपर्यंत अद्याप कोणतेही संभाव्य प्रमाण नाही
- बीजाणू निष्क्रिय करण्याची यंत्रणा अज्ञात.
- पदार्थातील इलेक्ट्रॉनिकरीत्या उत्तेजित रेणूंचा परस्परसंवाद ओळखणे आवश्यक.
- अन्न पॅकेजिंग पॉलिमरमध्ये बदल होऊ शकतात.

प्रयोगातून दिसलेली तथ्ये ः
- पॅकेजिंग सामग्री, खाद्य पृष्ठभागावरील मायक्रोफ्लोरा आणि जिवाणू निष्क्रिय करते.
-कापलेल्या भाज्या आणि ताजे मांस यांसारख्या सौम्य पृष्ठभागाच्या निर्जंतुकीकरणासाठी उपयुक्त.
-नियमित आणि अनियमित आकाराच्या उपकरणांचे अथवा पॅकेजिंगचे दूरवरूनही निर्जंतुकीकरण करणे शक्य.

अल्ट्रासाउंड प्रक्रिया

अल्ट्रासाउंड या एक प्रकारच्या ध्वनिलहरी असून, त्यांची वारंवारिता ही मानवी श्रवणशक्तीपेक्षा अधिक (>१६ kHz) असते. या प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या ध्वनिलहरीच्या अन्न प्रक्रियेतील वापरासंदर्भात मोठ्या प्रमाणावर संशोधन करण्यात आले आहे. या ध्वनिलहरी माध्यमातून प्रवास करताना ध्वनीच्या कंपनामुळे माध्यमाच्या रेणूंवर वेगाने दाब वाढतो व वेगाने कमी होतो. त्यामध्ये रेणूंच्या लाटा सामग्रीमधून किंवा त्याच्या पृष्ठभागावरून आपटत पुढे जातात. परिणामी, त्यात पोकळ्या निर्माण होतात.
उच्च अल्ट्रासाउंड क्षमतेमध्ये या पोकळ्या संपूर्ण द्रवपदार्थात वितरीत होतात. त्यांचे आकारमान वाढते. त्यामुळे वेगवेगळ्या ठिकाणी स्थानिक ऊर्जा तयार होते. अशा ऊर्जा स्पॉटच्या ठिकाणी दाबाचे प्रमाण अत्यंत उच्च (१०० MPa पर्यंत) आणि तापमान (५०० अंश केल्व्हिनपर्यंत) असू शकते. यामुळे पदार्थांच्या विविध भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांवर परिणाम होऊ शकतात. उदा. पाण्याचे रेणू तुटणे, जैविकपेशींच्या पेशीभित्तिका तुटणे, किंवा जैविक मूलद्रव्यांच्या पॉलिमरिक साखळीवर परिणाम होणे. इ.) अल्ट्रासाउंड तंत्रज्ञानाचा अन्नप्रक्रियेमध्ये विविध कारणांसाठी वापर केला जातो. उदा. अन्न कोरडे करणे, पदार्थाचे एकसंधीकरण, स्फटिकीकरण, बुडबुडे कमी करणे, विखुरणे, तैल व वअन्य घटकांचे एकत्रीकरण (इमल्सिफिकेशन), विद्राव्यता आणि पोत वाढवणे, स्निग्धता बदलणे, किण्वन तसेच वनस्पतींच्या उती आणि खाद्यपदार्थांपासून जैवरसायने वेगळी करणे यासाठी वापर केला जातो.

या तंत्रज्ञानाला अमेरिकेच्या ‘फूड अँड ड्रग अॅडमिनिस्ट्रेशन’ने पारंपरिक उष्णता आधारित पद्धतींना संभाव्य पर्याय म्हणून मान्यता दिली आहे. हे तंत्रज्ञान फळांच्या रसांसाठी वापरल्यास सूक्ष्मजीव सुरक्षिततेचे निकष पूर्ण करते. उच्च वारंवारितेच्या अल्ट्रासाउंड उपचारांमध्ये चव, रंग किंवा पौष्टिक मूल्यांसह अन्न गुणधर्मांचे ऱ्हास होण्याची शक्यता असते. म्हणून अल्ट्रासाउंडची जटिल यंत्रणा आणि अन्न गुणधर्मांवर होणारा त्याचा परिणाम अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेतल्यास अन्न उद्योगांमध्ये या तंत्रज्ञानाचा अवलंब करण्यास वाव आहे. त्यासोबतच उच्च ऊर्जा प्रक्रियेच्या आरेखनामध्ये आवश्यक त्या सुधारणा, सुधारित ऊर्जा कार्यक्षमता, सुलभ स्थापना, स्पर्धात्मक ऊर्जा वापर आणि कमी देखभाल खर्च यांचाही विचार करणे आवश्यक आहे. त्यामुळे औद्योगिक पातळीवर या तंत्रज्ञानाचा वापर व्यवहार्य होण्यास मदत होईल.

फायदे ः
• प्रक्रिया वेळ आणि तापमान कमी असते.
• विद्यमान प्रक्रिया केंद्रामध्ये थोडे बदल करून याचा वापर शक्य आहे.
• उष्णता हस्तांतर वाढते.
• बॅच किंवा सलग प्रक्रिया पद्धतीमध्ये वापर शक्य.
• या तंत्रज्ञानाचा वापर एकल किंवा अन्य उष्णता, दाब पद्धतीसोबत करणे शक्य. (लवचिकता.)
• कमी ऊर्जा वापरात अधिक उत्पादन शक्य.
• फळांच्या रसामध्ये निर्माण होणाऱ्या रोगकारक घटकांना अटकाव करण्याची क्षमता.

मर्यादा
• जटिल कृती पद्धता.
• उत्‍पादनातील घन पदार्थ आणि हवेमुळे प्रवेशाची खोली प्रभावित होते.
• मुक्तकणांमुळे संभाव्य नुकसान.
• अन्न रचना आणि पोतामध्ये अपेक्षित बदल होऊ शकतात.
• काही वेळा दुसऱ्या प्रक्रियेसोबत वापरावे लागते. (उदा. गरम करणे)
• लहान स्तरावर वापर शक्य असला, तरी त्यात वाढ किंवा विस्तार करताना अडचणी येण्याची शक्यता.
• काही खाद्य गुणधर्मांमध्ये नकारात्मक बदल. उदा. चव, रंग किंवा पौष्टिक इ.
• अन्नाची रचना आणि पोतामध्येही बदल होऊ शकतात.

व्यावसायिक उपयोग ः
• वनस्पतिजन्य पेशी, बीजाणू आणि विकराविरुद्ध (एन्झाइम्स) प्रभावी
• सूक्ष्मजीव निष्क्रिय करण्यासाठी प्रभावी साधन.
• प्रक्रिया दरम्यान एस्कॉर्बिक ॲसिड सामग्रीवर किमान प्रभाव.
• फळारसाच्या संरक्षणासाठी महत्त्वाचे.