کاربردهای نیتروژن مایع در صنایع غذایی

نیتروژن؛ هفتمین عنصر فراوان در جهان و جو زمین

• نیتروژن یا ازت هفتمین عنصر فراوان در کهکشان راه شیری است.
• حدود ۷۸٪ جو زمین را تشکیل می‌دهد.
• ۳٪ وزنی از بدن انسان را نیتروژن تشکیل می‌دهد و پس از اکسیژن، کربن و هیدروژن، فراوان‌ترین عنصر بدن است.

ساختار فیزیکی و حالت نیتروژن

• نیتروژن در طبیعت به صورت مولکول‌های گازی (N₂) یافت می‌شود.
• با کاهش دما تا ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد، نیتروژن به مایع تبدیل می‌شود.
• فرمول مولکولی نیتروژن مایع: LN₂ یا LIN.

کاربرد نیتروژن مایع در حفظ و حمل نمونه‌های بیولوژیکی

• دمای فوق سرد نیتروژن مایع امکان حفظ نمونه‌ها و جلوگیری از آسیب را فراهم می‌کند.
• حمل نیتروژن مایع نیازمند مخازن مخصوص و توزیع‌کنندگان حرفه‌ای است، زیرا به راحتی از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود.

اهمیت نیتروژن در صنایع غذایی

• صنایع غذایی به دنبال کاهش هزینه، افزایش تولید و بهبود کیفیت محصولات هستند.
• علم شیمی با روش‌های انبساط و انقباض، کمک شایان توجهی به کاهش هزینه‌ها و بهبود نگهداری مواد غذایی کرده است.

عوامل فساد مواد غذایی

جهت جلوگیری از فساد مواد غذایی لازم است تا عوامل تاثیر گزار بر این واکنش شیمیایی را شناسایی نمود:

• عدم رعایت بهداشت هنگام تولید
• افزایش فاصله بین فرآیند تولید و بسته بندی
• عدم رعایت رنج دمایی و رطوبت در انبار نگهداری
• عدم توجه به خصوصیات ماده استفاده شده در بسته بندی
• عدم کنترل گازهای مخرب در بسته بندی ( اکسیژن)

فواید استفاده از گاز نیتروژن در صنعت بسته بندی

اهمیت استفاده از گاز نیتروژن در صنعت بسته بندی، به شرح زیر میباشد:

• افزایش زمان ماندگاری
• کاهش فساد و ضایعات
• بدون نیاز به استفاده از روش های شیمیایی (مواد نگه دارنده و پرتودهی ) در تازه نگه داشتن کیفیت محصول ایفای نقش مینماید
• افزایش زمان نگهداری در انبار
• صرفه جویی در مصرف انرژی اعم از انرژی حرارتی

تا به حال این سوال برایتان  ایجاد شده که بدون باز کردن بسته بندی مواد غذایی چگونه ماه ها و ماه ها مواد غذایی تازگی خود را حفظ نموده‌اند و  از این مساله متعجب شوید؟ برای مثال بع از باز کردن یک بسته چیپس تازگی آن را حس خواهد شد اما همین بسته پس از باز شدن در هوای اتاق پس از چند روز طعم نامطلوبی به خود می‌گیرد.

 علت این امر چیست؟

اولین زمان استفاده  از اتمسفر اصلاح شده برای بسته بندی و جابه‌جایی سبزیجات و میوه و ماهی، در دهه 1930 میلادی ثبت شده است. ابتدا از گاز کربن دی اکسید غلیظ برای این کار استفاده می‌کردند. اما پس از  پیشرفت های حاصل شده در این زمینه و کاربرد نیتروژن در بسته بندی مواد غذایی در کنار کربن دی اکسید نیز جایگاه خود را پیدا کرد.

از گاز نیتروژن در صنعت غذایی برای جلوگیری از واکنش با اکسیژن یا قارچ و حشرات مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از ویژگی گاز نیتروژن عدم واکنش پذیری یا خنثی بودن آن است که به عنوان یک گاز پوششی مناسب  مورد استفاده قرار گرفته است. پوشش دهی این گاز برای محافظت از مایعات و جامدات قابل اشتعال و انفجار بعد از تماس با هوا مناسب است. برخی از ترکیبات شیمیایی خاص، سطوح جامدات و محصولات غذایی ذخیره شده دارای ویژگی هایی هستند که بایستی از خطر تجزیه توسط گاز اکسیژن و یا رطوبت موجود در هوا محافظت شوند.

مکانیسم عمل گاز نیتروژن در بسته بندی مواد غذایی, خارج نمودن گاز اکسیژن از محیط, قبل از بسته بندی است. یکی از پارامترهای بسیار مهم دیگری که باعث فساد بعضی از مواد غذایی می شود رطوبت میباشد. بعد از تزریق نیتروژن در بسته بندی مواد غذایی اکسیژن از محیط خارج شده (در واقع جایگزین گاز اکسیژن می شود) و رطوبت موجود در آن محیط را نیز به واسطه ی ترکیباتی که آن ماده ی غذایی ممکن است قبل از بسته بندی ایجاد کرده باشد از محیط خارج می کند. در نتیجه , این خارج شدن رطوبت و اکسیژن , باعث کنترل آفت هایی میشود که ممکن است درآینده به وجود بیاید .

باتوجه به نوع مواد و محصولی که شما در آن بسته بندی می کنید نیتروژن میتواند دو وظیفه تنظیم کردن اتمسفر یا خارج کردن کامل اکسیژن از آن محیط را داشته باشد. به عبارت دیگر یا باید کلا اکسیژن را از محیط خارج نمود , یا اکسیژن و میزان اکسیژنی را که ممکن است آن ماده ی غذایی نیاز داشته باشد برای مدت زمان ماندگاری مشخصی تنظیم کرد.

برای تنظیم کردن ممکن است درصدی از نیتروژن و یک مقدار مشخص از اکسیژن لازم باشد در آن محیط وجود داشته باشد. پس بنابراین در بسته بندی های مختلف , بالانس کردن گاز بسته بندی برای نگه داشتن کیفیت آن ماده, نیتروژن کاربرد اصلی را دارد.

اسنک ها در بسته‌بندی های مختلف و متفاوتی به دست مردم می‌رسد که بهترین نوع بسته‌بندی آن اسنک‌هایی است که در شیوه متالایز آماده و تهیه می‌شوند. این نوع از بسته‌بندی دارای پوششی فلزی است که نور از آن عبور نمی‌کند. در این نوع از بسته‌بندی ها که به اصطلاح دارای بسته‌بندی مناسبی هستند گاز نیتروژن وجود دارد.

این گاز موجب پیشگیری از اکسید شدن روغن موجود در اسنک‌ها  می‌شود و از ایجاد ترکیب‌های سمی و مضر موجود در این بسته‌بندی ها پیشگیری می‌کند. نیتروژن می تواند همراه با گاز کربن دی اکسید جوی در اطراف مواد غذایی ایجاد کند که کمتر با اکسیژن در تماس باشند و مدت ماندگاری آن ها بیشتر شود. این گاز ها باعث می شوند تخریب اکسایشی در مواد غذایی صورت نگیرد و تازه تر بمانند.

به علت دمای بسیار پایین نیتروژن مایع ( منفی 196 درجه سانتیگراد) یک انتخاب ایده آلی برای خشک کردن دانه های کشاورزی از جمله گندم ، جو و سایر محصولاتی که به صورت خشک استفاده شود. این خشک کردن باعث ماندگاری بیشتر دانه ها و حفظ کیفیت آنها می گردد، هر چه کیفیت بذر بیشتر باشد درنتیجه محصول تولیدی از نظر کیفی و کمی بیشتر خواهد شد.

کاربرد گاز نیتروژن در صنعت تولید و نگهداری میوه

از دیگر کاربرد های وسیع گاز نیتروژن، در صنعت تولید و نگهداری میوه است. شما میتوانید در یک محیط بسته (برای مثال در یک کانتینر یا یک انبار)، برای کنترل کردن اتمسفر، با استفاده از تزریق گاز نیتروژن مورد نیاز در آنجا میوه ها را انبار کرده و ماندگاری را طوری تنظیم کنید که در زمان مورد نظر شما میوه برسد و یا جلوی رسیده شدنش گرفته شود و تحت کنترل خودتان باشد.

این یعنی بیزینس در کنترل شماست، شما میوه ای را خریدید، انبار کردید و در جایی نگهداری می کنید مثلا قرار است ۲ یا ۳ ماه دیگر آن را به بازار عرضه کنید با استفاده از این روش می توانید ماندگاری این محصول را در طی این مدت تحت کنترل خود  درآورید.

این کار به وسیله ی تزریق مقدار معینی از گاز نیتروژن در آن محیط در کنار درصد اکسیژنی که برای نگهداری آن نوع خاص از محصول تعریف شده انجام میپذیرد. در نتیجه با این کار شما میتوانید شرایط را تحت کنترل خود در آورده  و جلوی رشد این میوه را بگیرید.

کاربرد گاز نیتروژن دربسته بندی نوشیدنی ها در بطری

پاشش گاز نیتروژن در واقع دمیدن آن به درون مایعات، برای حذف ترکیبات فرار ناخواسته از جمله ترکیبات آلی فرار مفید است که گاهی جهت انجام الزامات مربوط به حذف نا خالصی ها ضروری می باشد. با توجه به خصوصیات شیمیایی و فیزیکی موجود در گاز نیتروژن, در بسته بندی مواد غذایی که به صورت کنسرو , بطری , شرینک و یا حتی به صورت بسته بندی های فله ای انجام می شود و یا در مورد این کپسول کردن  یعنی موادی که به صورت کپسول باید بسته بندی شوند مورد استفاده های خاصی دارد.

بیشتر بخوانید: نیتروژن مایع در دوزینگ بطری های نوشیدنی

وقتی بطری , ظرف , آمپول و یا هر وسیله ای که قرار است حاوی محصولی باشد و آن محصول نسبت به وجود اکسیژن حساس است , اکسیژن می تواند روی کیفیت آن محصول اثر بگذارد , بنابراین باید فضای باقیمانده از سر بطری یا آن وسیله را از اکسیژن عاری کرد.

این کار چگونه انجام می گیرد؟

بهترین روش تزریق مقدار معینی از نیتروژن مایع در آخرین مرحله ی بسته بندی است. بدین صورت که بعد از شارژ شدن بطری ها یا ظروف مورد نظر و قبل از اینکه به آخرین مرحله از بسته بندی برسد , در داخل آن ماده چند قطره گاز  نیتروژن ( بسته به حجم ماده ) تزریق می شود , این گاز تا فاصله ی بسته شدن در ظرف تبخیر می شود و چون گاز بی اثری نیز هست واکنش خاصی به آن ماده نمی دهد, آن حجم از گاز باعث خروج اکسیژن موجود در فضای باقیمانده ی ظرف می شود، در نتیجه برای نگهداری طولانی مدت و رسیدن به دست مشتری با حفظ کیفیت مطلوب آماده می شود.

• انجماد سریع مواد غذایی: (IQF)

یکی از روش های انجماد سریع (IQF) است که در صنایع غذایی کاربرد دارد.در این روش با کاهش دمای محصول غذایی مورد نظر مانند گوشت، ماهی و… و عبور آن­ها از مرحله کریستالیزاسیون، محصول مورد نظر را به طور کامل منجمد کند.

 انجماد محصولات دریایی بر اساس انجماد برودتی

در مورد کارایی فریز کردن غذاهای منجمد به روش نیتروژن بردوتی می توان به دو نمونه موفق اشاره کرد:

• شرکت بسته بندی Biloxi  ، با محصولات میگو که مدتها از روش کنسروسازی به روش قدیمی استفاده می کرد ولی با تغییر روش خود به استفاده از فناوری برودتی نیتروژن مایع  توانست ظرفیت تولید خود را به 5000 تا 8000 پوند در ساعت افزایش دهد.
• کارخانه Thick N ’Juicy از تونلهای منجمد نیتروژن را در سال 1974 در کارخانه خود به کار برد . استفاده از این فناوری سبب شد تا تکه های منجمد شده همبرگز شادابی خود را تا سه ماه حفظ کند و این باعث شد تا این کارخاته بتواند محصولات خود را به نقاط دورتری ارسال کند.
• ماده غذایی که تنها توسط نیتروژن مایع امکان پذیر است

در حالی که خوردن غذاهای کاملاً آماده و سرو شده تهیه شده با نیتروژن مایع با درجه غذایی بی خطر است (به جز خطر انجماد مغز)، رسیدگی یا تهیه غذاهای خود با نیتروژن مایع به آموزش مناسب و تجهیزات محافظتی نیاز دارد.

• کوکتل های مایع ازت

با دمای انجماد الکل (منفی 173.5 درجه فارنهایت در خالص ترین شکل) بسیار پایین تر از آب ، انجماد نوشیدنی های الکلی با تجهیزات استاندارد امکان پذیر نیست. با وجود نیتروژن مایع ، موارد بسیار بیشتری امکان پذیر است.

چندین بار در منطقه لس آنجلس از این خاصیت بی نظیر ازت مایع برای ایجاد کوکتل های سرد و منجمد و بدون یخ بهره می برند.

چند روز پيش که گشتي در شهر مي‌زدم، يک بستني‌فروشي جديد در محله‌ مان ديدم که مدعي توليد بستني‌اي به نام بستني نيتروژني (البته براي اولين بار در ايران) بود. روش کار اين فروشنده به اين صورت بود که مشتري‌ها مي‌توانستند ميوه‌هايي با طعم و ذائقه دلخواه خود انتخاب کنند تا با مخلوط‌ کردن اين ميوه‌ها همراه شير، خامه و کاکائوترکيب يکنواختي به ‌دست بيايد.سپس با افزودن نيتروژن مايع (با دماي منفي 196 درجه سانتي‌گراد) به اين ترکيب، باعث يخ‌زدن آن و ايجاد بافت بستني نیتروژنی در ترکيبي که با طعم‌هاي دلخواه مشتري درست شده است، شود.

احتمالا به مرور اين بستني نیتروژنی نوظهور در گوشه و کنار شهر رواج پيدا خواهد کرد اما سوالي که در اين ميان براي من و بسياري از مشتري‌هاي ديگر مطرح مي‌شود، اين است که آيا توليد بستني نیتروژنی با استفاده از نيتروژن مايع، ضرري براي مصرف‌کننده ندارد؟

به طورکلی بستنی از مواد متداولی مانند شیر، خامه و مواد جانبی مثل میوه، تکه های شکلات و… ساخته می شود، بنابراین اگر فروشنده ای این مواد را مخلوط و بستنی درست کند، کار اشتباهی نکرده است و این کار در نقاط دیگر دنیا هم مرسوم و اصلاً پایه بستنی سازی همین است و مشکلی هم ندارد. بستنی نیتروژن عاری از هر گونه مواد افزودنی است، در نتیجه هم از لحاظ ارزش غذایی سالم تر و هم همیشه تازه می باشد. از آنجایی که نیتروژن مایع باعث منجمد شدن سریع شیر می شود ، در نتیجه در ساخت این بستنی می توان از شیر کم چرب نیز استفاده کرد که برای افراد دارای رژیم غذایی خاص نیز مناسب است.

آیا در صنعت هم بستنی را با همین روش تهیه می کنند؟

البته در صنعت، کاری به اسم over run کردن هم برای تولید بستنی انجام می دهند، یعنی به اندازه حجم بستنی، در آن هوا تزریق می‌کنند و با انجام شدن این مرحله، هم حجم بستنی زیاد می شود و هم حالت یکنواخت به بستنی داده می شود و بستنی صاف و نرمی با بافت مطلوبی تولید خواهد شد. این در حالی است که در بستنی های سنتی و خانگی این کار انجام نمی شود.

برای یخ زدن بستنی در صنعت از چه روشی استفاده می کنند؟

روش خنک کردن در صنایع مختلف متفاوت است، مثلا در صنعت، محصول وارد فریزر می شود و در دمایی بین منفی ۴۰ تا ۵۰ درجه سانتی گراد قرار می گیرد و بعد از منجمد شدن، آن را از سمت بالای قالب بیرون می آورند و بعد، در دمای منفی ۱۸ درجه سانتی گراد گذاشته می شود.

2 نکته مهم در مورد بستنی نیتروژنی :

• حالت کشسانی و خمیری تر نسبت به بستنی های سنتی دارد.در کل بستنی ها همه خوشمزه هستند ، تنها ایراد بستنی های سنتی ، ماندن طولانی مدت در فریزرهای ساخت بستنی است که طعم تازه بودن را از دست می دهند، در حالیکه در روش ساخت بستنی های نیتروژنی ، یخ زدن فوری ، از شکل گیری بلورهای یخ برروی بستنی جلوگیری می کند، که این عمل سبب کش دار بودن و نرم شدن بیشتر بافت بستنی می شود.
• بستنی هایی که توسط دستگاه ساخته می شوند ، 50درصد وزنشان متشکل از هوا است.ولی بستنی های نیتروژنی که توسط دست ساخته می شوند، سنگین تر هستند. بستنی سنگین تر ، دیرتر ذوب می شود ، پس بستنی نیتروژنی مدت زمان بیشتری در دمای اتاق ماندگاری دارد.

• در کاربردهای پوششی صنعت غذایی، دمای پایین نیتروژن مایع  اجازه می دهد تا به طور جداگانه محصولات منجمد سریع (IQF) را در سس ها احاطه کند در حالی که انجماد سریع به مواد بکار رفته شده در سسها به تولید یکنواخت کمک می کند.
•  در حین آسیاب کردن، می توان از نیتروژن مایع استفاده کرد گرمای اصطکاکی را از بین می برد و باعث بهبود کارایی آسیاب ها می شود.
• همچنین مانع از بین رفتن عطر و طعم و مواد معطر در غذا می شود مواد افزودنی، مواد تشکیل دهنده و غذاهای کاربردی.
• تجهیزات ویژه را می توان با نیتروژن مایع همراه کرد تا به آنها کمک کند منجمد کردن مواد غذایی IQF و غیر IQF ، انجماد پوسته، سرد کردن، مخلوط کردن و….
• صرف نظر از تجهیزات مورد نیاز از نیتروژن می توان در عملیات پردازش مواد غذایی استفاده کرد
• احتمال وقوع آتش و آتش سوزی را به حداقل می رساند و مانند پوششی قوی عمل می کند.
• کاربرد گاز ازت در بسته بندی و فرآوری قهوه.

————————————————–