This post is also available in: English Armenian
گازی که فقط آلاینده نیست
وقتی صحبت از گاز کربن دیاکسید (CO₂) میشود، اغلب ذهنها به سمت آلودگی هوا، گلخانهها و تغییرات اقلیمی میرود. اما در واقعیت، همین گاز که در صنایع انرژی بهعنوان محصول جانبی سوختهای فسیلی شناخته میشود، در بسیاری از صنایع دیگر از جمله صنایع غذایی و شیرینیسازی نقشی حیاتی دارد.
در سالهای اخیر، استفاده از دیاکسید کربن بهعنوان ابزار فناورانه در فرآیندهای حرارتی، سرمایشی و بستهبندی مواد غذایی رشد چشمگیری داشته است. شرکتهای تولیدکننده شکلات، بستنی، نوشیدنی و فرآوردههای قندی بهصورت گسترده از CO₂ برای کنترل دما، حفظ کیفیت و افزایش ماندگاری محصولات خود بهره میبرند.
در صنعت شکلاتسازی، این گاز نهتنها بهعنوان ماده خنککننده استفاده میشود، بلکه در فرآیندهایی مانند تعدیل رطوبت، جلوگیری از اکسیداسیون، ایجاد فومهای خوراکی سبک، و بستهبندی محافظتی نیز کاربرد دارد. این کاربردها باعث شدهاند که CO₂ به یکی از گازهای کلیدی در خطوط تولید شکلات تبدیل شود، بهویژه در کارخانههایی که به دنبال افزایش بهرهوری و کاهش ضایعات هستند.
نگاهی کوتاه به فرآیند شکلاتسازی
برای درک بهتر نقش CO₂، باید ابتدا بدانیم شکلات چگونه تولید میشود. شکلات در واقع ترکیبی از پودر کاکائو، کره کاکائو، شکر، شیر خشک، و امولسیفایرها است که طی مراحلی شامل حرارتدهی، اختلاط، پالایش (Refining)، کنچینگ (Conching) و در نهایت (خنکسازی و قالبگیری Tempering & Molding ) تولید میشود.
در مراحل پایانی، شکلات مذاب باید در شرایطی بسیار دقیق از نظر دما، رطوبت و فشار خنک و سخت شود تا بافتی نرم، براق و با قابلیت ذوب شدن مناسب در دهان داشته باشد. کنترل همین شرایط است که نقش گاز CO₂ را در خطوط شکلاتسازی پررنگ میکند.
چرا گاز کربن دیاکسید در صنایع غذایی اهمیت دارد؟
دیاکسید کربن به دلایل متعددی در صنایع غذایی کاربرد دارد:
• ویژگی خنککنندگی بالا: در حالت مایع یا جامد (یخ خشک)، CO₂ توانایی فوقالعادهای در جذب گرما دارد، بدون آنکه با ماده غذایی تماس شیمیایی مستقیم برقرار کند.
• خاصیت ضد میکروبی: غلظتهای بالای CO₂ میتوانند رشد قارچها و باکتریها را مهار کنند.
• بیاثر بودن شیمیایی: برخلاف برخی گازهای دیگر، CO₂ با ترکیبات غذایی واکنش نمیدهد و طعم، رنگ یا بو را تغییر نمیدهد.
• قابلیت استفاده در بستهبندی محافظتی (Modified Atmosphere Packaging – MAP): ترکیب CO₂ با گازهایی مانند نیتروژن، میتواند محیطی عاری از اکسیژن برای ماندگاری بیشتر محصولات فراهم کند.
• سازگاری زیستمحیطی: در صورت استفاده از منابع بازیافتی CO₂، انتشار گازهای گلخانهای افزایش نمییابد و در واقع گاز دوباره وارد چرخه مصرف صنعتی میشود.
همین ویژگیها باعث شدهاند که صنایع غذایی در سراسر جهان از دیاکسید کربن بهعنوان گازی “پاک، کارآمد و اقتصادی” یاد کنند.
ورود CO₂ به دنیای شکلات: از آزمایشگاه تا کارخانه
کاربرد کربن دیاکسید در صنعت شکلاتسازی ابتدا در آزمایشگاههای تحقیقاتی در اروپا و ژاپن مورد بررسی قرار گرفت. هدف اصلی این مطالعات، کاهش مصرف انرژی در مرحله خنکسازی و همچنین ایجاد بافتهای جدید و سبکتر شکلات بود.
در گذشته، فرآیند خنکسازی شکلات صرفاً با استفاده از هوای سرد کنترلشده انجام میشد که علاوه بر مصرف بالای برق، به زمان زیادی نیاز داشت. اما با استفاده از CO₂ مایع یا یخ خشک، شرکتها توانستند:
• زمان خنکسازی را تا ۵۰٪ کاهش دهند،
• مصرف انرژی را کم کنند،
• و از تشکیل کریستالهای نامطلوب در کره کاکائو جلوگیری نمایند.
بهمرور، شرکتهای بزرگی مانند Nestlé، Barry Callebaut، Lindt، و Ferrero فناوری خنکسازی با CO₂ را در خطوط تولید خود ادغام کردند.
مزیت مهم: کنترل دقیق دما و رطوبت
یکی از چالشهای اساسی در شکلاتسازی، حساسیت بالای کره کاکائو به دما است. اگر شکلات با سرعت یا در دمای نامناسب خنک شود، ظاهر مات و بافت دانهدانهای پیدا میکند پدیدهای به نام Fat Bloom)).
استفاده از گاز CO₂ مایع بهعنوان سردکننده غیرمستقیم باعث میشود که دمای قالبها و هوای اطراف شکلات با دقت بالا کنترل شود. این روش علاوه بر حفظ جلای سطح شکلات، از تغییرات ناگهانی رطوبت نیز جلوگیری میکند.
در بسیاری از کارخانهها، سیستمهای خنککننده مبتنی بر CO₂ جایگزین چیلرهای سنتی شدهاند و با ترکیب فناوریهای مدرن کنترل دما، به کیفیت یکنواختتری در هر بچ تولیدی منجر میشوند.
نقش گاز کربن دیاکسید در کنترل اکسیداسیون و افزایش ماندگاری شکلات
اکسیداسیون یکی از بزرگترین دشمنان کیفیت شکلات است. وقتی اکسیژن با چربیهای موجود در کره کاکائو یا مواد طعمدهنده تماس پیدا میکند، واکنشهای شیمیایی باعث تغییر رنگ، کاهش عطر و ایجاد طعم تند یا کهنه در شکلات میشوند.
برای جلوگیری از این پدیده، بسیاری از کارخانهها از محیطهای کنترلشده با گازهای بیاثر یا نیمهفعال استفاده میکنند. در این میان، دیاکسید کربن جایگاهی ویژه دارد،
زیرا:
• در غلظتهای بالا میتواند اکسیژن را از محیط خارج کند و واکنشهای اکسیداتیو را بهطور مؤثر متوقف نماید.
• نسبت به نیتروژن، دارای قدرت انحلال بیشتری در چربیها و آب است، در نتیجه میتواند درون شکلات یا سطح آن نفوذ کرده و لایه محافظی تشکیل دهد.
• خاصیت ضد میکروبی دارد؛ بهویژه در ترکیب با رطوبت کم، میتواند رشد قارچها و کپکها را متوقف کند.
در نتیجه، شکلاتهایی که در معرض CO₂ قرار گرفتهاند، معمولاً ماندگاری بیشتری دارند و رایحه طبیعی کاکائو آنها برای مدت طولانیتری حفظ میشود.
کاربرد CO₂ در فرآیند فومسازی و ایجاد شکلاتهای سبک
یکی از جالبترین و نوآورانهترین کاربردهای CO₂ در صنعت شکلات، ایجاد بافتهای فومی و سبک است؛ همان بافتی که در برخی شکلاتهای مدرن مانند Aero یا Milka Bubbly مشاهده میشود.
در این فرآیند، شکلات مذاب در محفظههای فشار بالا قرار داده میشود و گاز CO₂ یا نیتروژن به درون آن تزریق میگردد. سپس با کاهش ناگهانی فشار، گاز از محلول خارج شده و حبابهای ریز یکنواختی درون توده شکلات تشکیل میدهد.
مزیت استفاده از CO₂ نسبت به سایر گازها در این کاربرد عبارت است از:
• انحلالپذیری بهتر در چربیهای شکلات،
• کنترل دقیقتر اندازه و تراکم حبابها،
• ایجاد بافت نرمتر و تجربه دهانی مطبوعتر برای مصرفکننده.
این فناوری علاوه بر جذابیت ظاهری، باعث کاهش وزن نهایی محصول نیز میشود که از نظر هزینه تولید و حملونقل برای شرکتها مقرونبهصرفه است.
دیاکسید کربن در خشکسازی و کاهش رطوبت شکلات
رطوبت بیش از اندازه در ترکیب شکلات نهتنها طعم آن را تغییر میدهد بلکه باعث چسبندگی، تغییر رنگ و رشد میکروبی میشود.
در برخی خطوط تولید مدرن، از دیاکسید کربن فوق بحرانی برای خشکسازی ملایم مواد اولیه مانند پودر کاکائو، شیر خشک یا حتی شکلات نیمهجامد استفاده میشود.
CO₂ در حالت فوق بحرانی خصوصیات منحصربهفردی دارد: نه کاملاً گاز است و نه مایع؛ در این حالت میتواند بهراحتی در مواد نفوذ کرده و رطوبت و ترکیبات فرّار را از آن خارج کند بدون اینکه کیفیت طعم یا رنگ کاهش یابد.
به این ترتیب، کارخانهها میتوانند شکلاتی تولید کنند که:
• رطوبت کنترلشده دارد،
• دیرتر خراب میشود،
• و هنگام ذوب شدن در دهان، احساس خشک یا گچی بودن ایجاد نمیکند.
کاربرد CO₂ در بستهبندی محافظتی شکلاتها
یکی از مهمترین مراحل در تولید شکلات، بستهبندی نهایی است. پس از تولید و قالبگیری، شکلاتها باید در محیطی محافظتشده نگهداری شوند تا از اکسید شدن، جذب رطوبت و انتقال بوهای خارجی جلوگیری شود.
در این مرحله، استفاده از دیاکسید کربن در سیستمهای بستهبندی اتمسفر اصلاحشده بسیار رایج است.
در روش MAP، هوای داخل بسته با ترکیبی از گازهای بیاثر جایگزین میشود؛ ترکیبی که معمولاً شامل ۳۰ تا ۷۰ درصد CO₂ و مقدار مشخصی نیتروژن است. این کار چند مزیت دارد:
1. کاهش اکسیژن محیط: مانع از اکسید شدن چربیها و کاهش کیفیت طعم.
2. جلوگیری از رشد میکروبی: CO₂ بهصورت طبیعی محیط را برای قارچها نامناسب میکند.
3. افزایش طول عمر محصول در قفسه: شکلاتهای بستهبندیشده با این روش، معمولاً ۲ تا ۳ برابر ماندگاری بیشتری دارند.
در کارخانههای بزرگ شکلاتسازی، گاز CO₂ معمولاً از طریق تانکهای مایع یا کپسولهای صنعتی تأمین و با استفاده از تجهیزات دقیق تزریق، به بستهها وارد میشود.
CO₂ و بهبود فرآیند خنکسازی قالبها
در خطوط تولید پیوسته که شکلاتها با سرعت بالا در قالبها ریخته و سرد میشوند، کنترل دمای قالب اهمیت بالایی دارد.
استفاده از CO₂ مایع یا یخ خشک در مسیر هوای خنککننده باعث میشود که:
• حرارت شکلات بهطور یکنواخت گرفته شود،
• سطح شکلات صاف و براق بماند،
• احتمال چسبیدن شکلات به قالب کاهش یابد.
این فناوری بهویژه در تولید شکلاتهای مغزدار یا شکلاتهایی با لایههای متنوع مانند Praline) یا( Truffle کارایی زیادی دارد، چون CO₂ میتواند بهصورت موضعی و سریع حرارت را جذب کند، بدون اینکه ساختار داخلی شکلات آسیب ببیند.
اثرات زیستمحیطی و اقتصادی استفاده از CO₂ در شکلاتسازی
از دیدگاه پایداری، استفاده از CO₂ در این صنعت یک نمونه موفق از بازیافت صنعتی گازها است.
در بسیاری از کارخانههای تولید گازهای صنعتی، CO₂ بهعنوان محصول جانبی از فرآیندهای پتروشیمی یا تولید آمونیاک بازیافت و مایعسازی میشود. این گاز پس از تصفیه و فشردهسازی، برای کاربردهای غذایی عرضه میگردد.
در نتیجه، استفاده از CO₂ در شکلاتسازی نهتنها به کاهش مصرف انرژی الکتریکی کمک میکند (بهدلیل راندمان بالاتر خنکسازی)، بلکه انتشار گازهای گلخانهای جدیدی ایجاد نمیکند، چون CO₂ مصرفی از منابع ثانویه بازیافتی بهدست میآید.
از نظر اقتصادی نیز، هزینه عملیاتی سیستمهای خنکسازی با CO₂ معمولاً ۲۰ تا ۳۰ درصد کمتر از سیستمهای سنتی مبتنی بر آمونیاک یا فریون است. علاوه بر آن، نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند و فضای کمتری در کارخانه اشغال میکنند.
مقایسه گاز CO₂ با سایر گازهای مورد استفاده در صنایع غذایی و شکلاتسازی
در فرآیندهای صنعتی شکلاتسازی، چند نوع گاز معمولاً کاربرد دارند:
نیتروژن (N₂)، آرگون (Ar) و دیاکسید کربن (CO₂). هرکدام ویژگیها و نقاط قوت خاص خود را دارند، اما در بسیاری از موارد، CO₂ بهدلیل مزیتهای فیزیکی و اقتصادی، انتخاب اول کارخانههاست.
| ویژگیها | نیتروژن (N₂) | آرگون (Ar) | کربن دیاکسید (CO₂) |
| واکنشپذیری | بیاثر | بیاثر | ضعیف اسیدی، در محدوده ایمن |
| انحلال در چربی | پایین | بسیار پایین | بالا |
| خاصیت خنککنندگی | متوسط | ضعیف | بسیار بالا |
| خاصیت ضد میکروبی | ندارد | ندارد | دارد |
| قیمت و دسترسی | پایین | بالا | متوسط و گسترده |
| قابلیت استفاده در فومسازی | محدود | کم | بسیار مناسب |
همانطور که جدول نشان میدهد، CO₂ نهتنها در فرآیندهای سرمایشی و بستهبندی عملکرد بهتری دارد، بلکه از نظر ایجاد ساختارهای فومی، کنترل آلودگی میکروبی، و افزایش ماندگاری نیز برتری دارد.
نیتروژن در بستهبندیهایی استفاده میشود که نیاز به رطوبت پایین و اکسیداسیون کم دارند، اما قدرت ضد میکروبی ندارد. آرگون نیز بهدلیل قیمت بالا، تنها در محصولات لوکس یا خاص مورد استفاده قرار میگیرد.
در مقابل، CO₂ تعادلی بین عملکرد، هزینه و در دسترس بودن ایجاد کرده است که آن را برای خطوط تولید شکلاتهای انبوه یا صادراتی ایدهآل میسازد.
نمونههایی از استفاده صنعتی CO₂ در برندهای بزرگ شکلات جهان
امروزه بسیاری از برندهای مطرح جهانی از سیستمهای مبتنی بر گاز CO₂ در فرآیندهای تولید خود استفاده میکنند. چند نمونه واقعی و مستند از این موارد عبارتاند از:
Nestlé
این شرکت در خطوط تولید شکلات Aero و Milkybar از تزریق گاز CO₂ در فاز مذاب شکلات استفاده میکند تا بافتی فومی و سبک به دست آید. این روش باعث صرفهجویی ۲۵٪ در مصرف مواد خام و کاهش ۳۰٪ در مصرف انرژی خنکسازی شده است.
Barry Callebaut
بهعنوان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان شکلات صنعتی در جهان، از سیستمهای سرمایشی CO₂ مایع برای کنترل دمای قالبها استفاده میکند. این شرکت گزارش داده که با استفاده از این فناوری، نرخ تولید روزانه تا ۱۲٪ افزایش یافته است.
Lindt and Sprüngli
در فرآیند بستهبندی محصولات لوکس Lindt، از ترکیب گازهای CO₂ و N₂ در نسبت ۶۰/۴۰ برای ایجاد اتمسفر محافظ داخل بسته استفاده میشود. این کار مانع از ایجاد چربی سفید (Fat Bloom) و تغییر طعم میشود.
Ferrero Group
در کارخانههای Ferrero Rocher، CO₂ نهتنها در فرآیند خنکسازی بلکه در خشکسازی و کنترل رطوبت مغزی شکلاتها مورد استفاده قرار میگیرد. این روش باعث ماندگاری بالاتر مغزهای فندقی داخل شکلات شده است.
ملاحظات ایمنی در استفاده از گاز CO₂
با وجود مزایای گسترده، استفاده از CO₂ نیازمند رعایت استانداردهای ایمنی خاصی است.
این گاز در غلظتهای بالا میتواند اکسیژن محیط را کاهش دهد، بنابراین:
• خطوط تزریق باید در فضاهای دارای تهویه مناسب نصب شوند،
• فشار مخازن و شیلنگها باید طبق استانداردهای ISO 14175 و EIGA 70/04 کنترل شود،
• و پرسنل باید در زمینهی نحوه کار با CO₂ مایع، یخ خشک و سیستمهای تزریق اتوماتیک آموزش ببینند.
در صنایع غذایی، فقط گاز CO₂ با گرید خوراکی (Food Grade) مجاز است که دارای خلوص حداقل ۹۹.۹٪ و فاقد ترکیبات سمی یا فلزات سنگین میباشد. شرکتهای عرضهکننده گازهای صنعتی معمولاً این نوع گاز را با تأییدیههای بینالمللی مانند E290) یا ( FDA Approved ارائه میدهند.
مزایای کلیدی استفاده از دیاکسید کربن در شکلاتسازی
برای جمعبندی بخشهای فنی مقاله، مزایای استفاده از CO₂ در صنعت شکلاتسازی را میتوان در چند محور خلاصه کرد:
۱. بهبود کیفیت نهایی شکلات
کنترل دقیق دما و رطوبت با CO₂ باعث تولید شکلاتهایی با سطح براقتر، طعم پایدارتر و بافت نرمتر میشود.
۲. کاهش هزینههای انرژی و زمان تولید
CO₂ بهدلیل ظرفیت بالای انتقال حرارت، فرآیند خنکسازی را سریعتر کرده و نیاز به سرمایش طولانی با هوای سرد را حذف میکند.
۳. افزایش ماندگاری و جلوگیری از فساد
خاصیت ضد میکروبی و توانایی حذف اکسیژن از محیط، ماندگاری شکلات را دو تا سه برابر افزایش میدهد.
۴. انعطافپذیری در طراحی محصول
با استفاده از CO₂ میتوان شکلاتهای جدید با بافتهای فومی، سبک و جذاب طراحی کرد.
۵. سازگاری با اهداف زیستمحیطی
CO₂ در صورت استفاده از منابع بازیافتی، انتشار خالص گازهای گلخانهای را افزایش نمیدهد و به پایداری چرخه تولید کمک میکند.
دیاکسید کربن، که سالها بهعنوان یکی از عوامل آلودگی زیستمحیطی شناخته میشد، امروز در صنعت شکلاتسازی به ابزاری ارزشمند و مؤثر برای افزایش بهرهوری، بهبود کیفیت و توسعه محصولات نوآورانه تبدیل شده است.
از خنکسازی سریع شکلات گرفته تا بستهبندی محافظتی و تولید شکلاتهای فومی، کاربردهای این گاز به کارخانهها اجازه میدهد تا با کاهش هزینه، افزایش ماندگاری و حفظ ویژگیهای طبیعی کاکائو، محصولاتی با کیفیت بالاتر روانه بازار کنند.
در کنار این مزایا، استفاده از CO₂ با گرید خوراکی و تحت شرایط ایمن، یک انتخاب هوشمندانه برای شرکتهایی است که به دنبال بهبود عملکرد و پایداری زیستمحیطی خطوط تولید خود هستند.
با توجه به رشد سریع بازار شکلات و افزایش تقاضای جهانی برای محصولات با کیفیت و ماندگار، انتظار میرود در سالهای آینده، نقش گاز کربن دیاکسید در این صنعت بیش از پیش پررنگ شود و به عنوان یکی از محورهای فناوری پاک در صنایع غذایی شناخته گردد.
————————————————–
منابع
1. European Industrial Gases Association (EIGA). Carbon Dioxide in the Food and Beverage Industries (Doc 70/04). 2022.
2. Food and Agriculture Organization (FAO). Use of Carbon Dioxide in Food Processing and Preservation. Technical Paper, 2020.
3. Barry Callebaut Group. Sustainability and Process Innovations Report. 2021.
4. EurAID. Chocolate Manufacturing Handbook, Chapter 9: Use of Gases in Chocolate Cooling and Packaging. 2022 Edition.
5. U.S. Food and Drug Administration (FDA). Food Additive Status List: Carbon Dioxide (E290). 2023.