logo

logo

logo

logo

logo

البسترة

بستره

Sterilization -

البسترة

صياح أبو غرة

لمحة تاريخية

طرائق البسترة

 

البسترة pasteurization تعقيم جزئي لمنتج ما، لاسيما المواد الغذائية مثل الحليب وغيره؛ لجعله آمناً للاستهلاك وتحسين جودته والمحافظة عليه؛ والتقليل من خطر التسمم الغذائي. تتم البسترة بتسخين المواد المطلوبة ـــــ عادة ما تكون سائلة ــــ إلى درجة حرارة معينة ولمدة محددة تكفي للقضا على البكتريا الممرضة والضارة والإنزيمات المساعدة لنموها؛ وخفض الحمولة الجرثومية التي تسبب فسادها، ثم تبريدها مباشرة. سُمِّيت البسترة كذلك نسبة إلى عالم الكيميا والأحيا الدقيقة الفرنسي لويس باستورLouis Pasteur. ويستعمل المصطلح غالباً للمواد الغذائية؛ في حين يستعمل مصطلح التعقيم sterilization للتخلص من جميع الكائنات الحية في الأدوات الطبية والمواد المستعملة في التعليب وغيرها.

لمحة تاريخية

أدرك الإنسان منذ القديم ضرورة تقصير المدة الفاصلة بين موعد إنتاج الحليب واستهلاكه، وكان الصينيون قد عرفوا منذ عام 1117 طريقة تسخين النبيذ لحفظه. وفي عام 1768 أثبت الكاهن الإيطالي لازارو سبَلَّنتزاني Lazzaro spallanzani أنه يمكن أن يغدو أي منتج «معقماً» بعد معالجته بالحرارة، فكان يغلي مرق اللحم المسلوق لمدة ساعة، ويعبئه مباشرة في عبوة محكمة الإغلاق فلا يفسد. كذلك توصل الطاهي والحلواني الفرنسي نيكولاس أبرت Appert Nicolas عام 1795 إلى حفظ ما يعدّه من منتجات الألبان والحسا والعصائر والمربيًات والأشربة في أوعية زجاجية مختومة بالفلّين والشمع في الما المغلي. وفي العام نفسه عرض الجيش الفرنسي جائزة نقدية لإيجاد طريقة جديدة لحفظ المواد الغذائية. وبعد 14 - 15 عاماً من التجارب تقدمت شركة أبرت Appert بالحل المناسب وفازت بالجائزة في كانون الثاني/ يناير 1810، ونشرت الشركة على إثر ذلك كتاباً بعنوان «فن حفظ المواد الحيوانية والنباتية» L’Art de conserver les substances animales et végétales، وهو أول كتاب من نوعه يتناول طرائق حفظ الطعام الحديثة. وفي عام 1864 طور الكيميائي الفرنسي لويس باستور طريقة أقل تعقيداً من سابقاتها لحفظ الأغذية، ولتخليص النبيذ المحلي القديم من الحموضة والتلف، واكتشف بالتجربة أنه يكفي تسخين النبيذ الجديد إلى نحو 50-60 ºس ولمدة قصيرة لقتل المكروبات، كما تبين له في وقت لاحق وبالفحص المجهري أن تسخين الحليب بهذه الطريقة يؤدي إلى قتل البكتريا التي فيه وتمنع حموضته من دون التضحية بجودته، وغدت هذه العملية تسمى «البسترة « pasteurization على شرف لويس باستور. انتشر أسلوب البسترة من فرنسا إلى بريطانيا والولايات المتحدة الأمريكية في سبعينيات القرن التاسع عشر ليعم العالم كله، واهتم العلما بدراسة أفضل درجات الحرارة والمدة اللازمة لتعريض الحليب ومشتقاته لها، واعتمد الجدول (1) عالمياً من أجل القضا على البكتريا المتفطرة Mycobacterium من دون أن يؤثر ذلك في خواصه الطبيعية والكيميائية أو قيمته الغذائية:

درجة الحرارة

الزمن

نوع البسترة

63ºس

30 دقيقة

البسترة بدرجة حرارة منخفضة

Vat Pasteurization

72ºس

15 ثانية

البسترة بدرجة حرارة عالية وزمن قصير

High Temperature Short Time Pasteurization (HTST)

89ºس

1.0 ثانية

حرارة أعلى وزمن أقصر

Higher-Heat Shorter Time (HHST)

90ºس

0.5 ثانية

حرارة أعلى وزمن أقصر

(HHST)

94ºس

0.1 ثانية

حرارة أعلى وزمن أقصر

(HHST)

96ºس

0.05 ثانية

حرارة أعلى وزمن أقصر

(HHST)

100ºس

0.01 ثانية

حرارة أعلى وزمن أقصر

(HHST)

138ºس

2.0 ثانية

البسترة الفائقة

Ultra Pasteurization (UP)

الجدول (1) أنواع بسترة الحليب

ووفقاً لهذا الجدول يمكن أن تتم البسترة على وجبات أو مستمرة. أما المواد الغذائية الأخرى فلها الإجرا ات الصحية الضرورية الخاصة بكل منها.

طرائق البسترة

ثمة طرائق متعددة لبسترة الحليب، منها طرائق مطورة لطرائق قديمة مثل: البسترة البطيئة والبسترة السريعة والبسترة في درجة حرارة فوق العالية، وطرائق حديثة نسبياً مثل البسترة تحت التفريغ والبسترة بالإشعاع فوق البنفسجي وغيرها.

1- البسترة البطيئة: تتلخص في تسخين المادة الغذائية – الحليب على سبيل المثال- إلى درجة حرارة 63ºس في أحواض بسترة خاصة؛ وحجزه مدة لا تقل عن 30 دقيقة؛ ثم تبريده بسرعة إلى درجة 4◦س؛ أو إلى درجة حرارة 38º س عند تصنيع  منتجات الحليب الأخرى كالأجبان، وهي من الطرائق المستعملة للبسترة على دفعات أو وجبات.

تتم هذه العملية في أوعية مزدوجة الجدران من مادة غير قابلة للصدأ؛ مزودة بخلاط لتحريك المادة الغذائية في أثنا التسخين على نحو مستمر؛ منعاً لحدوث أي تغيرات غير مرغوبة في المادة كالطعم الشائط، ومن ثم تبريد المادة في الوعا نفسه بتمرير ما بارد خلال الفراغ بين جداري الوعا ، كما يمكن أيضاً إجرا التبريد السريع في جهاز منفصل. تستخدم الطريقة الأولى عندما تكون كمية المادة المراد بسترتها أقل من 2 طن، وتتميز بأنها اقتصادية، أجهزتها سهلة التركيب والتشغيل والصيانة، وتؤدي إلى القضا على نسبة عالية من البكتريا (أكثر من 95 %)، وينصح باستخدامها في بسترة القشدة ومخلوط المثلجات اللبنية، أما إذا زادت الكمية على ذلك فيفضل استخدام البسترة السريعة. ومن مساوئ البسترة البطيئة طول مدة البسترة وكبر حجم أجهزتها التي تتطلب حيزاً كبيراً، كما تحتاج عملية غسل الأجهزة وتعقيمها إلى مدة  طويلة ومجهود كبير؛ إضافة إلى احتمال تبدل الطعم المطبوخ الناتج من تفاعل السكريات مع البروتينات (الشكل 1).

الشكل (1) جهاز البسترة البطيئة.

2- البسترة السريعة: فيها ترفع درجة حرارة الحليب إلى 72-75ºس على الأقل، ولمدة لا تقل عن 15 ثانية، ومن ثمَّ تبريده بسرعة الى 4°س. يُسخّن الحليب بهذه الطريقة في مبادل حراري صفائحي، وهي عملية بسترة مستمرة. ويستفاد في هذه الحالة من تبادل الطاقة الحرارية للحليب المبستر الساخن لرفع درجة حرارة الحليب الخام البارد عند الشروع بالبسترة، وتبريد الحليب المبستر الساخن في آن معاً.

تمتاز هذه الطريقة بصغر حجم الأجهزة المستعملة؛ وطاقتها الإنتاجية المرتفعة، وسرعة الإنجاز، وسهولة التنظيف، وهي طريقة اقتصادية بيد أنها تتطلب اهتماماً خاصاً لتشغيلها، ونسبة البكتريا التي يتم التخلص منها منخفضة نسبياً مقارنة بالطريقة البطيئة (قرابة 90 %) (الشكل 2).

الشكل(2) جهاز البسترة السريعة.

3- البسترة في درجة حرارة فوق العالية ultra high temperature: تعرّض المادة الغذائية فيها، ولاسيما الحليب ومشتقاته - لدرجات حرارة عالية تراوح بين 90-130º س؛ ولمدة تختلف تبعاً للمادة الغذائية المعالجة. تستخدم في هذه الطريقة مبادلات حرارية أنبوبية أو صفائحية لتسهيل التبادل الحراري، كما يمكن استخدام أجهزة لإدخال البخار على تماس مباشر مع المادة الغذائية، فهي عملية مستمرة يتم بها تقصير مدة عملية درجة الحرارة العالية جداً؛ إذ  يسخن الحليب ببخار مباشر فتصل درجة حرارته إلى 150ºس لجز من الثانية.

تنتشر هذه الطريقة على نحو واسع؛ لأنها لا تسبب سوى تغيرات طفيفة جداً في التركيب الكيمياوي للمادة المبسترة مع المحافظة على طعمها وخصائصها.

4- البسترة تحت التفريغ: كانت نيوزيلندا أول من بدأ استخدام هذه الطريقة لبسترة القشدة المعدّة لصناعة الزبدة، ويتم ذلك تحت التفريغ في ثلاث أسطوانات من الحديد غير القابل للصدأ متصلة بعضها ببعض. تختلف شدة التفريغ من أسطوانة إلى أخرى، وكذلك درجة حرارتها حيث تراوح بين 86º و93ºس في الأسطوانة الأولى وتنخفض إلى 38ºس في الأسطوانة الثالثة، وتنتقل المادة من أسطوانة إلى أخرى نتيجة فرق الضغط بين الأسطوانات المتتالية. وتتميز هذه الطريقة بقدرتها على تخليص المادة الغذائية من الطعم والروائح غير المرغوبة، والقضا على البكتريا بكفا ة عالية، والتخلص من الأكسجين الموجود في  المادة، مما يقلل من أكسدة الدهن ومن تعريض الفيتامينات للتلف. وقد استحدثت هذه الطريقة للتخلص من جائحتي السالمونيلا Salmonella والإشريكية القولونية E.coli المنتشرة في المواد الغذائية التي تؤكل نيئة كالجوز وبعض الحبوب، فقد وجد أن البسترة مع وجود الما تؤثر في المقاومة الحرارية للممرضات؛ وأن البسترة لمدة دقيقة عند الدرجة 75ºس ينقص من تأثير الممرضات الضار ما بين ألف مرة و مئة ألف مرة.

5- التسخين المباشر بوساطة البخار: يتم بإحدى الطريقتين التاليتين:

أ- حقن البخار في الحليب: يُسخن الحليب إلى 40-50ºس في المسخِّن الأولي ثم إلى 80ºس في المبادلات الحرارية، ثم يُدفع إلى جهاز التعقيم حيث يُضخ البخار النقي تحت ضغط قدره 16 كغ/سم2؛ مما يؤدي إلى رفع درجة حرارته إلى 150-160ºس، ثم يتابع الحليب طريقه مباشرة إلى حجرة ثانية مبردة ومفرغة جزئياً؛ مما يؤدي إلى فقدان بخار الما الذي خُلط بالحليب، وفي الوقت نفسه يبرد الحليب جزئياً ويعود إلى حجمه الأصلي. ثم يُدفع إلى المجنِّس ومنه يُمرر إلى المبرد ثم إلى جهاز التعبئة، وكل هذه الخطوات الأخيرة يجب أن تتم في ظروف معقمة كاملة.

ب - حقن الحليب في البخار: يُسخن الحليب تسخينا أولياً بوساطة المبادلات الحرارية، ثم يُرسل تحت ضغط إلى حوض التعقيم ليلتقي بخار الما المضغوط (4 كغ/سم2)، ونتيجة ذلك ترتفع درجة حرارته إلى 145-150º س. يمر الناتج بعد ذلك إلى حجرة مفرغة لتخليصه من بخار الما الذي تكثف فيه، ونتيجة لذلك يُبرد إلى 70- 75ºس، ثم يُمرّر إلى المبادل الحراري المبرَّد بالما ثم الما المثلج.

6- التسخين غير المباشر: يتم التعقيم بوساطة المبادلات الحرارية (الشكل 3)؛ إذ يُسخن الحليب إلى 65-75ºس تبادلياً مع الحليب المعقّم، ثم يرسل إلى المجنِّس ومنه يُدفع تحت ضغط إلى حجرة التعقيم؛ حيث يُعقم على درجة حرارة 140-145ºس لبضع ثوان (4 ثوان)، ومن ثم يدفع الحليب تحت الضغط إلى قسم التبريد الأولي ومنه إلى جز التبريد النهائي.

الشكل (3) المبادل الحراري.

كما تم تطوير عمليات حرارية وغير حرارية أخرى لحفظ الأطعمة للحد من التأثيرات في الخصائص الغذائية والحسية للأطعمة؛ ومنع تدهور العناصر الغذائية بتعرضها للحرارة مثل:

1- حفظ الغذا بتقانة الضغط العالي باسكاليزيشن pascalization

المعالجة بالضغط العالي High Pressure Processing (HPP) أو المعالجة العالية بالضغط الهدروستاتيكي High Hydrostatic Pressure (HHP) هي طريقة لحفظ الغذا وتعقيمه، حيث تتم معالجة المنتج تحت ضغط مرتفع للغاية، مما يؤدي إلى تعطيل بعض الكائنات الحية الدقيقة والإنزيمات في الطعام. ولهذه الطريقة تأثير محدود في الروابط التساهمية داخل المنتج الغذائي، ومن ثم الحفاظ على كل من الجوانب الحسية والغذائية للمنتج. سميت هذه التقنية باسكاليزيسن نسبة إلى العالم الفرنسي بلايز باسكال Blaise Pascal في القرن السابع عشر؛ الذي تضمن عمله تفاصيل تأثير الضغط في السوائل. توضع المنتجات الغذائية من خلال هذه التقانة في حجرة تحتوي على سائل - غالباً ما يتم استخدام الما - وتستخدم المضخات لتطبيق ضغط أكثر من 50.000 رطل لكل بوصة مربعة (340 ميغا باسكال، 3.4 كيلو بار) لمدة 15 دقيقة تقريباً على نحو مستمر أو متقطع، مما يؤدي إلى تعطيل الخميرة والعفن والبكتريا. يُعرف باسكاليزيسن أيضاً باسم بريدجيمنيزاشين bridgmanization، وجا هذا المُسمى على اسم العالم الفيزيائي بيرسي ويليامز بريدجمان Percy Williams Bridgman.

يمكن أن تطيل هذه الطريقة العمر الافتراضي للمنتج مع الحفاظ على خصائصه الحسية والتغذوية. إن الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض مثل الليستريا Listeria والإشريكية القولونية E. coli والسالمونيلا Salmonella وغيرها هي أيضاً حساسة لضغوط 400-1000 MPa المستخدمة في أثنا تطبيق هذه التقانة، ومن ثم، يمكن بذلك ترطيب المنتجات الغذائية مع تقليل وقت المعالجة؛ وتقليل استهلاك الطاقة؛ وتقليل الفاقد. كما يمكن أن تحدث هذه العملية عند درجات الحرارة العادية. وقد تم الحفاظ على بعض العصائر والهلام والمربى باستخدام تقانة الضغط العالي في اليابان منذ عام 1990، وتُستخدم هذه التقانة الآن في الحفاظ على الأسماك واللحوم وصلصة السلطة وكعك الأرز واللبن الرائب، كما يتم الآن استخدام تقانة الضغط العالي للحفاظ على عصائر الفواكه والخضار ومنتجات أخرى للبيع في المملكة المتحدة. واستخدمت تقانة الضغط العالي في معالجة أغذية الحيوانات الأليفة الخام. تمر معظم الوجبات الغذائية المجمدة والمجمدة تجارياً الآن بمعالجة تقانة الضغط العالي بعد التعبئة لتدمير البكتريا والفيروسات المحتملة؛ لاسيما السالمونيلا التي تعد واحدة من أكبر المخاوف.

2- طريقة الأشعة فوق البنفسجية: pasteurization by ultraviolet light

تبين أن الأشعة فوق البنفسجية تؤثر في دنا DNA البكتريا والفيروسات والفطور ومتعضيات مكروية أخرى فتمنعها من التكاثر، وهي إحدى التقانات الحديثة التي تجعل المعالجات الأخرى طويلة الأمد مقارنة بها.

وقد تستعمل الأشعة المؤينة مثل أشعة غاما لبسترة بعض الفواكه والبهارات والخضار لمدة مناسبة بحيث لا تتأثر نكهتها.

3- طريقة ستاسنيزيشن Stassinization

طريقة اقترحها العالم الفرنسي .H. Stassen تنفذ في مبادل حراري أنبوبي باستخدام أنابيب ضيقة متحدة المركز قطرها 0.6-0.8 مم؛ درجة حرارتها 74°س، حيث يمرر فيها الحليب لمدة 7 ثوان، ثم يبرد مباشرة حتى الدرجة 4.5 ْس. تعد هذه الطريقة الطريقة الأكثر انتشاراً في فرنسا وبلجيكا وسويسرا.

وهناك طرائق مأخوذة من قتل الخلايا بتعريضها لحقول كهربائية عالية وعلى شكل نبضات؛ بدأ استعمال هذه الطرائق في اليابان.

ومن الطرائق المستخدمة حديثاً التسخين الحجمي بالميكروويف Microwave Volumetric Heating (MVH)، تستخدم فيها أفران مكروويف لتسخين السوائل أو المعلقات أو المواد شبه الصلبة، نظراً لأن هذه التقانة توفر الطاقة على نحو متساوٍ وعميق في المادة المبسترة بالكامل، وبذلك فهي تسمح بالتسخين اللطيف والقصير بحيث يتم حفظ جميع المواد الحساسة للحرارة تقريباً كما في الحليب مثلاً.

مراجع للاستزادة:

-  P.J, Fellows, Food Processing Technology Principles and Practice, Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition. 2017.

H. Kaden Food Preservation tools and techniques: In Food Industry process and technologies, Library press, 2017.

- J. R .Stabel and A. Lambertz, Efficacy of Pasteurization Conditions fo the Inactivation of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis in Milk, J. Food Protection, 2004.

-W. G. Thompson, Methods of Milk Sterilization and Preservation, In: Practical Dietetics with Special Reference to Diet In Disease, Chestofbooks.com,2014.


التصنيف : العلوم والتقانات الزراعية والغذائية
النوع : العلوم والتقانات الزراعية والغذائية
المجلد: المجلد الخامس
رقم الصفحة ضمن المجلد : 0
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1105
الكل : 45283806
اليوم : 65681