تجفيد
التجفيد Freeze-drying، هو عملية جفاف تستخدم عادة لحفظ المواد القابلة للتلف. وتتم عملية التجفيد عن طريق تجميد المواد ثم تقليل الضغط المحيط بها واضافة ما يكفي من الحرارة للسماح للمواد المتجمدة بالتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
المنشأ والتطور
في عام 1906 وصف فيزيائيان فرنسيان هما بوردا ودارسونفال C.Bordas et A.d’Arsonval جهازاً لا يختلف من حيث المبدأ عن أجهزة التجفيد الحديثة، يتضمن وعاء للتصعيد ومكثفاً للبخار وجهاز تخلية. وقدما في السنة ذاتها مذكرة إلى أكاديمية العلوم في باريس بيّنا فيها أنه من الممكن تجفيف المصول واللقاحات بإحداث فرق في درجة الحرارة بين المادة المجمدة والمكثف. وفي عام 1909 اعتمد شاكيل L.F.Shackell في الولايات المتحدة استخدام التبريد كمرحلة تمهيدية للتجفيف مطبقاً إمكانية تصعيد الجليد إلى حالة بخار تحت ضغط منخفض جداً. وفي عام 1911 جفّد هامر B.W.Hammer جراثيم على أشرطة من الورق، وبيّن أنها تبقى حيّة في هذه الشروط مدة 57 يوماً. وفي عام 1935 اتسع تطبيق التجفيد، وأمكن حفظ العديد من المواد سريعة التلف في شروط جيدة جداً كالمصول المضادة للسموم والذيفانات والأنواع الجرثومية الهشة جداً والنسج. وفي عام 1940 كان أول استخدام لهذه الطريقة على نطاق واسع في تحضير المصورة البشرية المجففة التي أنقذت حياة عدد كبير من البشر أثناء الحرب. وبعد اكتشاف البنسلين طبقت تلك الطريقة بنجاح كبير في تحضير تلك المادة ومختلف مضادات حيوية بعد ذلك. كما طبقت في حفظ الأنزيمات والعديد من المنتجات الصيدلانية والحيوية. وفي عام 1958 طبق التجفيد في مجال الصناعة الغذائية.[1]
فكرة مبسطة عن التجفيد
طريقة تستخدم لحفظ المواد ومنعها من التخرب
مبدؤها
- نصعد الماء المتجمد بداخلها (نبخره بدون أن يمر بالحالة السائلة)
وذلك بتطبيق ضغط منخفض ورفع درجة الحرارة قليلاً
فنحصل على مادة :
- مجمدة
- خالية تماماً من الماء
ونضمن بذلك عدم حدوث نمو جرثومي أو تفاعل خمائري (يخرب المادة) لعدم توفر الحرارة (أثناء التجفيد) والماء (عند الحفظ) .
Lyophilisation : هذه الكلمة مشتقة من اليونانية وتعني محبة للمذيب (لأن المادة المجفدة تكون شرهة جداً للمذيب )
صفات المادة المجفدة (بعد التجفيد ) : جافة - هشة – ذات مسامية عالية - شرهة جدا للماء
مراحل التجفيد
للتجفيد ثلاث مراحل وهي :
1- التجميد
2- التجفيف الأولي
3- التجفيف الثانوي
التجميد
نجمد المادة لأقل من درجة انصهارها لنضمن تصعدها بشكل جيد فيما بعد وذلك باستخدام درجة حرارة ( -50 ْم )
تكون البلورات الأكبر أسهل للتجفيد وللحصول على بلورات كبيرة نجمد ببطء ، ولكن من مساوئ التجميد البطيء:
1- تغير بنية المادة في حال كانت المادة حيوية ( قد يحدث تخرب للنسج وتمسخ للبروتينات ).
لماذا تتمسخ البروتينات عند التجميد البطيء ؟
عندما نجمد ببطء يتحول الماء الى جليد ويزداد تركيز الملح في الماء المتبقي شيئاً فشيئاً حتى يصل التركيز الى حد معين تتمسخ عنده البروتينات
2- إنقاص التوافر الحيوي لبعض الأدوية
فمثلا تتبلور المحاليل الموقية المستخدمة مع الأدوية (مثل الفوسفات) أثناء التجميد فتنفصل عن محلول الدواء مما يؤدي لتغييرات كبيرة في الـ pH أثناء التجميد ,مما يؤدي لتغيير البنية وكنتيجة لذلك ينقص التوافر الحيوي في الجسم.
ويمكن حل المشكلتين بالتجميد السريع
• مرحلة التجميد هي الأكثر حرجا لأن المادة ستفسد إذا تم التعامل معها بشكل سيء
التجفيف الأولي
- في هذه المرحلة نصعد بلورات الجليد مع المحافظة على المادة الأساسية بشكلها الصلب
- نخفض الضغط ونؤمن قليل من الحرارة للتصعيد
و يجب أن تكون الحرارة قليلة ( - 20 ْم ) لكي لا تتحول المادة إلى سائل
يمكننا العمل - في هذه المرحلة - تحت الضغط المنخفض فقط دون الحاجة إلى حرارة ولكن نحتاج إلى وقت أطول
- 95% من الماء يتبخر في هذه المرحلة
- يجب أن تتم هذه المرحلة ببطء حيث يتم تصعيد الجليد تدريجياً تاركاً في كتلة المادة فراغات حرة، وتتكون قنيوات غير محدودة، ينطلق عبرها بخار الماء من مركز المادة إلى خارجها. ولا يبقى في النهاية إلا بقية جافة ذات بنية مسامية تشغل تقريباً الحجم البدئي للمادة.
- لكي يحدث التصعيد يجب أن يكون الضغط الجزئي لبخار الماء في المحيط أقل من الضغط الجزئي لبخار الماء في العينة ولتحقيق ذلك:
1- نرفع درجة الحرارة قليلا لزيادة الضغط الجزئي لبخار الماء داخل العينة
2- نؤمن مخلية هواء تخفض الضغط الجزئي لبخار الماء في الوسط وتسرع بذلك التصعد
3- نؤمن مكثف يجمع بخار الماء على شكل جليد ويمنع وصوله إلى المضخة لأنه يعيق عملها
- 1 مل من الجليد ينتج عنه مليون مل من بخار الماء
المخلية لا تستطيع التعامل مع هذه الكميات الكبيرة من بخار الماء لذلك نستعين بالمكثف الذي يجمع بخار الماء على شكل جليد
- طرق إيصال الحرارة الى العينة:
اشعاع – توصيل – حمل عبر الغازات
التجفيف الثانوي
ويتم في هذه المرحلة إزالة الماء المرتبط (الغير متجمد) حيث يتم تحطيم جميع الروابط الفيزيائية بين جزيئات الماء والمادة المجمدة
ويتم ذلك بأن نخفض الضغط أكثر ونرفع درجة الحرارة إلى (0 ْ - 20 ْم ) - حالياً يستخدم التجفيد أيضا لإزلة مذيبات أخرى غير الماء
بعد الانتهاء من التجفيد تملأ المخلية الوسط بغاز خامل مثل النتروجين ثم تغلق المادة
وفي نهاية العملية تكون نسبة الماء المتبقي (1-4) % والتي تعتبر قليلة جدا
ميزات التجفيد
1- يمكن تخزين المادة المجفدة بدرجة حرارة الغرفة لعدة سنوات
2- عدم حدوث نمو جرثومي أو تفاعل خمائري (يخرب المادة)
3- الاحتفاظ بالخصائص الأصلية للمركب ولو بعد فترة طويلة (هرمون النمو)
4- يمكن في بعض الحالات أن نجفد لخفض حجم المنتج
مقارنة التجفيد مع طرق التجفيف الأخرى
1- يحفظ المادة بشكل أفضل
2- طريقة أفضل للمواد الحساسة للحرارة
3- لا يسبب انكماش أو تصلب للمادة
4- يحافظ على الطعم والرائحة
5- يعاد ترطيبها بشكل أسرع بكثير بسبب بقاء المسامات بداخلها وهذه الفكرة هامة خاصة بالنسبة للأشكال الصيدلانية
مساوئ التجفيد
1- يجب تحضير العينة باستخدام عدد محدود من المحلات , وغالبا مايكون الماء هو الوحيد المستخدم.
2- لا يمكن استخدام المحلات العضوية الطيارة أو أمزجتها.
3- هذه العملية بطيئة نوعا ما إذ تتطلب دورة تجفيد واحدة وسطيا 12 ساعة أو أكثر.
4- يمكن أن تتصعد مواد أخرى وبالتالي نحصل على نتائج غير مرغوبة.
5- الكلفة العالية للأجهزة (أكثر بـ 3 مرات) 6- الطاقة العالية اللازمة (أكثر بـ 2-3 مرات)
المواد التي يطبق عليها التجفيد
الحساسة للحرارة – الغير مستقرة – التي تتطلب شروط خاصة في المداواة (إعادة الترطيب السريعة) – المرتفعة الثمن
سواغات التجفيد
1- مواد رافعة للزوجة و مساعدة للانحلال وتمنع تطاير بعض مكونات الصيغة مع بخار العقار المستعمل للتجفيد ومن هذه المواد المانيتول و الغليسيرين
2- وقاءات للتحكم في درجة الحموضةPH وأحيانا يضاف كلوريد الصوديوم أو أملاح أخرى لمعادلة التوتر (مع العلم أن كلوريد الصوديوم يمكن أن يغير درجة حرارة تحطم البنية الصلبة مؤديا إلى مشاكل في التبلور)
وكل هذه المواد المضافة تملك تأثيرا على درجة حرارة التحطم .
3- مواد تزيد ثباتية البنية الصلبة خلال عملية التجفيد مثل بعض السكاكر( تري هالوز، سكروز) والبروتينات مثل (ألبومين المصل)
ولكن يجب الانتباه إلى سمية بعض المواد عند استعمالها في المحضرات الزرقية واختيار المواد الآمنة زرقيا مثل (الدكستران - ألبومين المصل - هيدروكسي متيل النشاء) .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
استعمالات التجفيد
الميزة الأساسية لطريقة التجفيد هي قدرتها على حفظ المواد سريعة التلف مدة طويلة دون أن تتلف، ودون اتخاذ أي احتياطات أثناء مدة الحفظ سوى وجودها بمعزل عن الرطوبة الجوية في أوعية محكمة الإغلاق. ومحذورها الرئيسي كلفتها المرتفعة نسبياً.
تتركز تطبيقات التجفيد حالياً في ثلاثة مجالات: المجال الغذائي، ومجال علم الجراثيم ومخابر البحوث التي تعالج مواد سريعة التلف كالخمائر مثلاً، والمجال الطبي.
صيدلانياً
الجفادات العينية Lyophilisate:
أشكال صيدلانية عينية حديثة صلبة محضرة بحل الدواء في بوليمير محب للماء ثم يوضع ضمن حامل كاره للماء ويجفد. يطبق العقار بوضع الجفادة Lyophilisate في الكيس الملتحمي .
ميزات الجفادات العينية:
1. الحصول على تاثير مديد ومطول باختيار بوليميرات مختلفة.
2. تقليل التراكيز المستخدمة في المستحضرات العينية ,حيث تبقى كميات كبيرة من الدواء في الكيس الملتحمي .
3. امكانية زيادة الجرعة من الدواء المستخدم لوصول التأثير إلى حجرة العين الداخلية .
4. الجفادات تصنع في الPH الفزيولوجية ولا تحتاج الى وقاءات ,على عكس القطورات التي تسبب تاثيرات جانبية موضعية وجهازية .
5. ان الجفادات تسمح باعطاء الادوية المحبة للدسم والمحبة للماء مثل الستيروئيدات و الصادات الحيوية للانسجة الضامة ,الجروح,او مناطق العمليات
أمثلة أخرى عن الأشكال الصيدلانية المجفدة :
المضادات الحيوية، الفيتامينات، خلاصات النباتات الطبية ، بروتينات ، هرمونات ، اللقاحات و مواد حقنية أخرى تجفد وتعبأ في الفيال ويكون من السهل ترطيبها وإعادتها الى شكلها الأصلي
غذائياً
غذاء رائد الفضاء والقهوة الفورية
مخابر البحوث
نعالج بالتجفيد المواد سريعة التلف مثل الخمائر (الأنزيمات)
علم الجراثيم
لحفظ حفظ اللقاحات والأرومات الجرثومية، وفي هذه الحالة من الضروري حفظ حياة عدد كاف من الجراثيم التي تتكاثر، بعد وضعها في شروط مناسبة، وتعطي الأرومة المجفدة؛ وإما لحفظ اللقاحات، وفي هذه الحالة يجب حفظ قدرة اللقاح. وتتعلق هذه القدرة مباشرة بعدد الجراثيم أو الحمات غير التالفة الموجودة في اللقاح. إذ إن عملية التجفيد، دون اتخاذ احتياطات خاصة، يمكن أن تتلف من 95٪ إلى 98٪ أو أكثر من الجراثيم. في هذه الشروط لا يعود اللقاح الحي فعالاً لذلك، تتخذ الاحتياطات المناسبة لكي يحافظ التجفيد على حياة عدد كاف من الجراثيم، بما في ذلك جميع خصائصها، لأطول فترة ممكنة (بضع سنوات أو بضع عشرات من السنوات). لهذا الغرض يحضر معلق جرثومي في مصل البقر المسخن مسبقاً مدة نصف ساعة بدرجة حرارة 56ْ. وبما أن التجفيد يتلف نسبة كبيرة جداً من الجراثيم، من الضروري تحضير معلقات جرثومية مركزة جداً. فإذا كانت نسبة التلف 95٪، فعند تجفيد معلق يحوي 5 أو 10 مليارات يبقى عدد كبير جداً من الجراثيم القادرة على التكاثر في الشروط المناسبة.
يُحفظ عدد كبير من الأنواع الجرثومية بالتجفيد مدة عشر أو خمس عشرة أو عشرين سنة. إلا أن بعض الجراثيم مثل الضُمات vibrions لا يمكن تجفيدها. إما لأنها لا تعطي بعد ذلك زريعات subcultures، وإما لأن حفظها يكون لمدة قصيرة جداً مما لا يبرر استخدام هذه التقنية.
في الطب
لحفظ المصورة البشرية ومنتجات تجزيء الدم (معظم مراكز نقل الدم الكبيرة مجهزة حالياً لتحضير المصورة الجافة ) نضيف في هذه الحالة الغليسرول لمنع زيادة تراكيز المواد في الخلايا الحية وبالتالي منع تخربها
حفظ النسج البشرية بشكل مجفد (عظام وقطع الجلد والقرنية والغضاريف والشرايين...إلخ )
قدمت هذه الطريقة خدمة كبيرة في المجالات الطبية. فهي تناسب بشكل خاص المواد ذات المنشأ الحيوي، حيث تُنقِص تمسخ البروتينات إلى الحد الأدنى. وتعد الطريقة الفضلى في حفظ المصورة البشرية ومنتجات تجزيء الدم. ويمكن القول إن جميع مراكز نقل الدم الكبيرة في الوقت الحاضر مجهزة لتحضير المصورة الجافة.
ويستخدم التجفيد في حفظ مختلف الطعوم greffons ذات المنشأ البشري أو الحيواني. وتوجد بنوك تحفظ فيها النسج البشرية بشكل مجفّد مثل: العظام وقطع الجلد والسُفق والجافية والقرنية والغضاريف والشرايين...إلخ. كما يستخدم في حفظ المصول والعديد من المستَضدات والأنظيمات ومواد المداواة بالأعضاء واللقاحات والمنويات للتمنية الصنعية عند الحيوانات. وأتاحت تلك التقنية لصناعة الدواء الوسيلة الفضلى لحفظ المواد الدوائية سريعة التلف وتأمين الشروط المناسبة لتحضيرها كمضادات الحيوية، والفيتامينات، وخلاصات النباتات الطبية.
استعمالات أخرى
يستخدمها المحنطون لحفظ بعض الحيوانات الأليفة وتستخدم طريقة التجفيد لإنتاج سيراميك بمواصفات أفضل من السيراميك التقليدي
أخيراً، لابد من القول إن تطبيقات التجفيد أخذت تتسع شيئاً فشيئاً في مختلف المجالات على كلفتها المرتفعة نسبياً. وذلك لما تقدمه تلك التقنية من ميزات لا تقدمها تقنية أخرى في الوقت الحاضر.
المجفد (جهاز التجفيد)
إن جهاز التجفيد المستخدم في المخبر يعطينا سيطرة ومرونة أكثر من الجهاز المستخدم في الصناعة . و يتالف من :
1- حجرة تحوي رفوف تملئ بفيالات المادة المراد تجفيدها
2- مكثف في الأسفل يجمع الماء بشكل جليد
3- مساري (جمع مسرى) تسمح بقياس درجة حرارة المركب (تغمس في الفيالات بشكل عشوائي)
4- مقياس للضغط ضمن الجهاز
5- مقياس للرطوبة ضمن الجهاز
6- حاسوب لبرمجة دورة التجفيد
يتم إجراء عملية التجفيد في المجفد المخبري كما يلي:
1ـ توضع العينات في دوارق زجاجية (فيالات)
2ـ توضع هذه الفيالات في المجفد مع مزدوجة حرارية موضوعة مركزياً في قاعدة هذه الدوارق
3ـ تتضمن شروط هذه العملية الضغط ودرجة حرارة المكثف ودرجة حرارة الرفوف وأوقات التجميد ثم مراحل التجفيف الأولية والثانوية والتي يتم التحكم بها عن طريق برنامج محدد مسبقاً
4ـ بعد إكمال هذه الدورة يتم استبدال الجو داخل المجفد بالآزوت ثم يتم تغطية هذه الفيالات وهي في مكانها
5ـ وبعد ذلك يتم ترطيب العينات من أجل التحليل
الفحوصات المطبقة على الجفادة
1- عيانية (حجم الجفادة – سطح لماع – رطوبة عالية – انكماش)
2- زمن الانحلال
3- الرطوبة المتبقية
4- فعالية المادة الدوائية
5- الثباتية
6- العقامة
ترتفع تطبيقات هذه الطريقة شيئاً فشيئاً بسبب ما تقدمه من ميزات لا تقدمه طريقة أخرى رغم كلفتها المرتفعة نسبياً
تطبيقات تجفيد المواد الغذائية
يُطبق مبدأ تقانة التجفيد على المواد الغذائية عموماً بتحويل جزيئات الماء المجمدة فيها، في جو مفرّغ، إلى الحالة الغازية وطردها منها مباشرة من دون المرور بالحالة السائلة، أما المواد الغذائية السائلة فتحول إلى الحالة الجامدة بالتجميد ثم تجفف في جو مفرّغ لتحويل مائها إلى الحالة الغازية وخروج هذه المواد جافة، وتعد طريقة التجفيف بالتجميد المتبعة في خزن الكثير من المواد الغذائية من أحدث التقانات التي ظهرت مؤخراً على هذا المستوى منذ عام 1940، مثال صناعة تجفيف القهوة بتجميدها وتجفيف عصير الفواكه المختلفة وغيرها.
وتختلف هذه التقانة عن تقانتي التجميد أو التجفيف بما يلي: صغر حجم الفراغات المتكونة في المادة الغذائية وعدم حدوث تغير في نكهة المادة وفي قيمتها الغذائية ولونها، كما تبقى بمعزل عن الغبار والتلوث والحشرات والطيور والقوارض، وتتطلب مساحة صغيرة لاستيعاب المصنع وملحقاته، وتستخدم بنجاح تام في تجفيف اللحوم الطازجة والمطهوة، وتلائم جميع أنواع الأغذية، وتكون مدة الإماهة قصيرة وتامة، إلاّ أن تكاليفها تعادل أربعة أضعاف تكاليف الطرائق الأخرى، وتعد هذه الطريقة ذات مستقبل كبير، وأي تقدم تقني في هذا المجال يزيد من إمكانية تعميم استخدامها.
طرائق تجفيد المواد الغذائية
توجد طريقتان أساسيتان هما: التجفيد على دفعات والتجفيد المستمر، وفي كلتا الحالتين تنقل الأغذية على سطوح مسخنة داخل المجفف قي جو مفرّغ، حيث تعمل مضخة على التخلص من بخار الماء المتصاعد من الأغذية وفي غياب تيار الهواء.
أ ـ التجفيد على دفعات: تتألف أجهزة هذه الطريقة من الأقسام الأربعة الآتية: قسم التجفيف، وقسم التجميد، وقسم التفريغ وقسم آليات التبريد. وتتم عملية التبخر بالطاقة الحرارية الناتجة عن تسخين كلور الايتلين الثلاثي، وتنظيم درجات حرارة مختلف الأقسام أتماتياً، وتكون الرفوف المعدنية في قسم التفريغ غير قابلة للصدأ وفيه أجهزة خاصة تعمل على دفع المواد الغذائية إلى داخل الجهاز العام وأخرى لنقلها إلى خارجه ويصمم قسم التجفيف حسب سمك طبقة المنتوج ومحتواه من الرطوبة ودرجة حرارة الهواء وسرعته واتجاهه. وينبغي أن تكون درجة الحرارة منخفضة (-43.4ْم) لتضمن استمرار تجمد المادة الغذائية عند تجفيفها في مدة تراوح بين 12ـ24 ساعة. ويمكن تسريع التجفيف باستعمال التسخين بالموجات الميكروية.
ب ـ التجفيد المستمر: تطبق في هذه الطريقة مجففات الأنفاق الأكثر استعمالاً، وتتكون عادة من إسطوانة ذات قطر واسع مجهزة بصفائح ذات أبعاد وبنية ثابتة. وتوضع المادة الغذائية في أطباق محملة على عربات خاصة تدخل النفق المفرّغ والمبرد، وتخرج منه مجففة تماماً، وتتم العمليات كلها أتماتياً. استعملت هذه الطريقة في تجفيف السوائل أولاً، ثم طورت لتستعمل في تجفيف اللحوم والأسماك والخضار والفاكهة والحليب والشاي والقهوة والبهارات ورب البندورة وغيرها، وسوف تصبح المنافس الأكبر لصناعة حفظ الأغذية بالتعليب أو بالتجميد و لصناعة التجفيف الصنعي أيضاً.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
تحضير المنتجات الغذائية للتجفيد
أـ الخضار والفواكه الناضجة: يشتمل تحضير هذه المواد للتجفيد على المراحل الآتية:
1ـ استلام المادة الغذائية: يجب أن تكون المادة الغذائية في مرحلة النضج الكامل في الثمار، وأن تكون غضة طرية في الخضار، مطابقة للصنف نظيفة ومتجانسة الشكل والحجم واللون ومميزة بعطرها وطعمها وخالية من الخدش والكدم ومن الأوساخ والشوائب، معبأة في صناديق أو عبوات مناسبة لا تسبب لها خدوشاً وفيها فتحات جانبية للتهوية ومزودة بمقابض للحمل وقابلة للتنضيد، وأن يكون أساس محتوى المادة الغذائية من المواد الصلبة.
2ـ الغسل: ويتم غسل المادة الغذائية بالنقع الأولي في أحواض مغمورة بالماء لتطرية الأتربة العالقة بها، وقد يستعمل الماء الساخن لتسريع إزالة الأتربة والشوائب الأخرى عنها، ومن ثم تجري عملية الغسل في أحواض كبيرة واسعة بتعريض الثمار إلى تيار ماء قوي أو بدفع الهواء في الحوض أو بإرسال الماء بوساطة مضخة عبر شبك من السلك، أو باستعمال أسطوانة معدنية كبيرة ومجهزة بحلزون داخلي ناقل قابلة للدوران في حوض مائي يتم فيه تمرير الماء باستمرار أو على دفعات ويمكن أن تجري عملية الغسل كذلك بنقل الثمار بين عدة خزانات متتالية يحتوي الخزان الأول منها على محلول قلوي والثاني على الماء الساخن والثالث على الماء البارد. ومن الطرائق الأخرى المستعملة والمفضلة في غسل الثمار والخضار بالرذاذ بعد نقعها في الماء، وتعتمد كفاية الغسل على سرعة مرور المادة في الحوض وحجم الماء المستعمل ودرجة حرارته والمسافة الفاصلة بين المرذاذات والثمار وسمك الأخيرة.
3ـ العمليات التحضيرية الأخرى: فيما يتصل بالخضار تفرز الخضار بحسب الحجم والنضج والسلامة، ثم تقشر بحسب نوعها يدوياً أو بالاحتكاك بسطح خشن أو بالمحاليل القلوية الساخنة أو الكاوية، ثم تعادل بالحمض لتفادي الفقد بالحجم، أو تقشر بالبخار تحت ضغط مرتفع، أو بالآلات الحادة الميكانيكية قشطاً، وثم تجزأ إلى مكعبات أو شرائح أو شرائط أو حلقات في حالة الخضار الدرنية والجذور، أما الورقية منها فيتم تقطيعها حسب الطلب أو تترك على حجمها مثل رؤوس الملفوف الصغيرة (بروكولي) والجزر الصغير والأبصال المخللّة، وينبغي تجميد البازلاء بعد القطاف والتقشير مباشرة لكونها سريعة الذبول، وأما رؤوس الملفوف فيجب تجميدها في مدى بضع ساعات من قطافها، وأما البطاطا فيمكن تجميدها بعد عدة شهور من التخزين النظامي، وفي الأحوال كافة ينبغي إزالة حبيبات النشاء الناتجة من الخلايا المقطعة بالغسل للاحتفاظ بجودتها النهائية. وقد تسلق معظم الخضراوات المقطعة لتثبيط فاعلية الأنظيمات فيها لدى تعريضها للهواء، وتتم هذه العملية بالبخار أو الماء الساخن، ويفضل استخدام البخار لأنه يقلل من فقد المادة الصلبة، وتساعد هذه العملية أيضاً على تقليل مدة التجفيف وطرد الهواء من الفراغات البينية في الأنسجة وتأخير تغير الرائحة والنكهة وتقليل الفقد من الفيتامين ج و آ وتحسين قوام المادة الغذائية المجففة عند إعادتها إلى حالتها الأصلية، وتستغرق هذه العملية مدة دقيقتين إلى عشر دقائق في البخار، وينبغي عدم تبيض الأبصال والكرات، ذلك أن وجود بعض التأثير الأنظيمي فيها يساعد على الاحتفاظ الكامل بالرائحة والنكهة المميزة فيها، ويجري تبريد الخضار بعد السلق في الهواء الطلق لأن استخدام الماء البارد في التبريد يتطلب عملية إضافية لتصفية الماء من المادة الغذائية ولتسهيل خروج الرطوبة من المادة الغذائية المغطاة بطبقة شمعية تغمس ثمارها قي محلول كربونات الصوديوم أو هيدروكسيد الصوديوم تركيزه نحو 0.5٪ أو أقل، ودرجة حرارته200-210ْ فهرنايت، فتزول الطبقة الشمعية وتتشقق القشرة قليلاً، وقد تغمس مدة قصيرة في مستحلب زيت الزيتون ومحلول كربونات الصوديوم بقصد المحافظة على لون الثمار بإيقاف فاعلية أنزيم البيركسيداز.
وما يتصل بعملية الكبرتة فيمكن إجراؤها بوضع الخضار في محلول الكبريتيت أو برشها برذاذ محلول أكسيد الكبريت SO2 تركيزه نحو 1000 -3000 جزء بالمليون حسب النوع والصنف، ويتوقف ذلك على درجة الحرارة ودرجة نضج المادة، وتفيد هذه العملية في الحصول على لون فاتح للبازلاء مثلاً والاحتفاظ بفيتامين ج وطرد الحشرات وقتل عدد كبير من الأحياء الدقيقة والتخزين في درجات حرارة عادية أو عالية من دون أن تتأثر المادة الغذائية.
أما ما يتصل بثمار الفاكهة التي ستخضع لعملية التجفيد فينبغي أن يكون محتواها من المادة الجافة مرتفعاً ومتميزة بلونها وطعمها ورائحتها، فتغسل ثمار التفاح والكمثرى بعد الفرز وتقشر ثم يستخرج القلب البذري منها، أما الثمار ذات النواة الصلبة كالمشمش والكرز والخوخ والدراق فتفلق وتفصل البذور عنها، ثم تقطع الثمار إلى مكعبات أو شرائح حسب المطلوب تسويقياً، وتغمس في محلول سلفات الصوديوم تركيزه نحو0.1٪ لتفادي التكون البني بفعل الخمائر قبل التجميد. وأما الفريز (الفراولة) وفاكهة الثمار الصغيرة مثل عنب الثعلب و«الفراميواز» فيجري فرزها ثم غسلها وتخليصها من ماء الغسيل وقد يتطلب الأمر في بعض الحالات أن تشقق الثمار سطحياً لزيادة سرعة تجفيفها، وأما عنب الريباس (عنب الثعلب الأسود) فيستحسن تجميده وثم قشط القشرة عن ثماره ثم تقطيعه حسب المطلوب. كما يمكن معاملة ثمار الكمثرى قبل تجميدها بمحلول فيتامين ج تركيزه 0.5٪ للحيلولة دون تلونها باللون البني الأنظيمي، وكذلك الأمر للموز، ويفضل استعمال محلول ثاني ميركابتو بينزول تيازول الصوديوم بتركيز0.25٪ في حالة تجفيد الموز والكمثرى.
أما ما يتصل بخطوات تحضير اللحوم والأسماك لتجفيدها فلابد قبل ذلك من فصل العظام والغضاريف وكذلك الأنسجة الدهنية عنها، ثم تقطع إلى مكعبات لا يتجاوز حجمها سنتمترات أو إلى شرائح رقيقة ثخانتها 10-15سم لتسهيل تبخر مائها عند إجراء التجفيد اللازم، ولدى تجفيد الأرانب والخنازير والعجول تستخدم مادة الأدرينالين حقناً في اللحم، إذ إنها تساعد على زيادة قدرة اللحم على الاحتفاظ بنسبة رطوبته.
ب ـ المواد السائلة: تتصف المواد السائلة بارتفاع نسبة الماء فيها بلا حدود، وتتحول إلى مساحيق قابلة للإماهة عند تخليصها من محتواها المائي. وتقسم هذه المواد إلى فئتين هما: المنتجات الطبيعية والمستخلصات، وتضم المنتجات الطبيعية الحليب (اللبن) وبياض البيض وصفاره وغيرها، وأما المستخلصات فتضم عصير الفواكه وشرابات القهوة والشاي وغيرها، ويختلف تركيزها وتركيبها اختلافاً كبيراً، فعلى سبيل المثال يكون محتوى عصير الفواكه من المواد الصلبة منخفضاً ومن السكريات المرجعة مرتفعاً على خلاف مستخلص القهوة.
وأما البيض فيكون التركيز فيه وسطياً والمحتوى الكاربوهيدراتي منخفضاً جداً وفي مستخلص الشاي يكون المحتوى العفصي مرتفعاً.
وتمر في أثناء تجفيدها بالمراحل نفسها التي تخضع لها الخضار والفواكه الناضجة.
الاستخدامات
تمكن هذه التقانة من خزن المواد الغذائية السريعة التلف مدة طويلة ومن دون فسادها، ويتم استخدامها في الوقت الحاضر في خزن المنتجات الغذائية المجفّدة من دون اتخاذ أي تدبير احتياطي لتغيرات درجات الحرارة المحيطة بالمادة وتداولها بأخفض وزن ممكن لها خلاف طريقة التجميد المفرط السريع surgelation للمادة الغذائية. وتحافظ هذه التقانة على نسب من الفيتامينات (آ، ب، ج) قريبة جداً لما هي في المادة الطازجة بعد مرور عدة شهور على خزنها. وتستخدم إما مباشرة على بعض الخضار وشرابات الثمار والقهوة والحليب والسوائل عموماً، وإما غير مباشر بعد تحضير المواد الغذائية بتقطيعها أو تقشيرها مثل الثمار الكبيرة الحجم واللحوم والأسماك، ويستحسن استخدام القطع القليلة الثخن والكبيرة السطح. ويمكن خزن بعض المواد الغذائية بهذه الطريقة خزناً جيداً مدة لامتناهية عملياً مثل عصير الفواكه والخضار والحليب والقهوة، أما الأنواع الأخرى مثل الأسماك الطازجة الغنية بالدهون فيمكن أن يسمر لونها بفعل الأنظيمات ولا يمكن خزنها مدة تزيد على 6-8 أشهر. كما يمكن بهذه التقنية المحافظة على سلامة المادة الطازجة ونوعيتها وصفاتها من حيث الطعم وفائدتها الغذائية كاملة.
وتعد هذه التقنية عملية ضرورية جداً في مجال الطب البيطري لأن الوسائل الوقائية والعلاجية أكثر أهمية ودقة وتنوعاً في هذا المجال منه في الطب البشري خاصة لتنوع الحيوانات التي يتم تلقيحها بلقاحات حية (بكتيريا أو فيروس) أو بالخلايا المنوية عند التلقيح الاصطناعي]] أو بلقاحات المناعة عند الحيوانات المختلفة.[2]
انظر أيضا
المصادر
- ^ بديع كعيّد. "التجفيد (التجفيف بالتجميد)". الموسوعة العربية.
- ^ هشام قطنا. "تطبيقات تجفيد المواد الغذائية". الموسوعة العربية.
- الهوامش
- Harris, E. L. V. and S. Angal (1989). Protein Purification Methods. Oxford University Press. ISBN 0-19-963003-8
- Kennedy, John F. and Joaquim M. S. Cabral (1993). Recovery Processes for Biological Materials. John Wiley & Sons Ltd.
- Efficacy of Various Drying Methods
وصلات خارجية
- International Society of Lyophilization - Freeze Drying
- Freeze Drying Webinars presented by Industry Experts
- Freeze Drying Technical Briefs in Multiple Languages
- Freeze Drying Info Website
- Pharmaceutical research, new technical developments, PAT, newest Publications Research group on freeze-drying of university of Erlangen, Germany ((إنگليزية) Website)
- FDA Guide to inspections of lyophilization of parentals
- Lyophilization: Freeze-Drying A Downstream Process
- Passage FreezeDrying Software for Lyophilizating Process
- Document Freeze Drying Resources