زمينه فني اختراع مربوط به طراحي و ساخت دستگاه فرايند صنايع غذايي مي باشد. روش هاي متداول استخراج اسانس و عصاره با معايبي چون بهره وري پايين، صدمه به تركيبات حساس به حرارت، وقت گير بودن، دشواري كار، پر هزينه بودن، استفاده از حلال هاي آلي، زيان بار براي محيط زيست و پيچيدگي تجهيزات مواجه هستند. هدف از انجام اين اختراع، طراحي و ساخت يك استخراجگر حبابي تحت فشار منفي مجهز به سيستم حرارت دهي مقاومتي جهت كاهش زمان استخراج تركيبات حساس به حرارت در دماي پايين با بازدهي بالا به همراه حفظ يا بهبود كيفيت محصولات است. در دستگاه استخراجگر حبابي تحت فشار منفي به دليل تاثير فشار منفي كه توسط پمپ خلاء اعمال مي شود، حفره هايي روي سطح ذرات جامد شكل مي گيرد. به علاوه پخش كنترل شده گاز نيتروژن كه به طور مداوم به سيستم وارد مي شود، غليان، برخورد و انتقال جرم بين مواد جامد و حلال افزايش داده و در نتيجه مهاجرت تركيبات هدف تسهيل مي گردد. حرارت دهي مقاومتي (اهميك) نيز با استفاده از مقاومت الكتريكي ذرات جامد غوطه و در يك محلول رسانا، با عبور جريان الكتريكي در ماده غذايي ايجاد حرارت مي كند، بنابراين اين نوع حرارت دهي، توسط گرماي داخلي توليد شده در ذرات جامد صورت مي گيرد و باعث آزاد شدن بهتر تركيبات مؤثره در گياهان دارويي مي شود. در اين اختراع از سيستم حرارت دهي مقاومتي براي گرم كردن سريع و كنترل شده مواد تحت فرايند حباب زايي تحت فشار منفي به كمك گاز نيتروژن، استفاده شده است كه مي توان براي استخراج عصاره و اسانس هاي گياهان دارويي از آن استفاده نمود. از مزاياي اين روش مي توان به كوتاه شدن زمان فرايند استخراج، افزايش عملكرد، كاهش دماي استخراج، حفظ كيفيت عصاره، ايجاد امكان استخراج تركيبات حساس به حرارت و كاهش مصرف انرژي اشاره كرد. جهت بكار گيري اين دستگاه براي استخراج ابتدا حلال آبي را درون محفظه استخراج ريخته و گياه به آن اضافه مي شود و محفظه ي استخراج، توسط كلونجر (يا كندانسور) بسته مي شود. سپس خلاء اعمال خواهد شد. پس از آن گاز نيتروژن وارد محفظه شده و ايجاد حباب مي كند. در پايان خلاء و نيتروژن قطع شده و فشار سيستم به حالت معمولي برگردانده مي شود. سپس عصاره يا اسانس جداسازي خواهد شد.

در روش غير فعال نمودن آنزيم پكتين متيل استراز در آب ليمو، امواج اولتراسونيك به عنوان عامل اصلي تخريب و يا تغيير شكل جايگاه فعال آنزيم عمل مي كند. امروزه در صنعت توليد آب ليمو، مسئله ي دوفاز شدن آن طي نگهداري مشكلي اساسي مي باشد. جالب توجه است كه اين مشكل به علت وجود آنزيم پكتين متيل استراز به صورت طبيعي در آب ليمو مي باشد كه موجب رسوب پكتين در ته شيشه هاي آب ليمو و ايجاد حالت نامطلوب در آن مي گردد. امروزه در صنعت براي جلوگيري از ايجاد اين مشكل، آب ليمو را در دماي ۹۰ درجه به مدت ۲ دقيقه پاستوريزه مي كنند تا آنزيم را غير فعال كنند.. اين اعمال فرايند حرارتي، موجب از بين رفتن ميزان زيادي ويتامين خصوصا ويتامين سي مي شود و موجب كاهش ارزش تغذيه اي مي شود. امواج اولتراسونيك با استفاده از خاصيت ايجاد كاويتاسيون نقطه اي، موجب غير فعال شدن اين آنزيم در دما و زمان كمتر مي شود. از مزاياي اين روش، افزايش كيفيت و توليد آب ليموي پايدار به ميزان چند برابر روش هاي پاستوريزاسيون با فرايند حرارتي و كاهش هزينه، انرژي و زمان توليد و اقتصادي بودن محصول توليد شده همراه با حفظ كيفيت آن مي باشد.

توليد رنگ و نگهدارنده ي طبيعي از طريق استخراج و جزء به جزء كردن تركيبات بيواكتيو (پلي فنوليك، آنتوسيانين و آنتي اكسيدان) از كلم قرمز به منظور كاربرد گسترده در صنايع غذايي و دارويي در مورد توليد نگهدارنده و رنگ طبيعي از كلم قرمز، حلال قطبي آب- اتانول ۵۰: ۵۰ مي تواند به عنوان عامل اصلي در خارج كردن تركيبات رنگي و آنتي اكسيداني ذكر شود. به بيان ديگر، در توالي استخراج و گذشتن عصاره ي تام از ستون حاوي فاز ثابت رزيني، در ابتدا عصاره ي تام توسط آب شسته مي شود و كليه ي قندهاي محلول در آب و عواملي كه مي توانند در استفاده هاي بعدي از عصاره تداخل ايجاد كنند، خارج مي شوند. سپس حلال آب- اتانول ۵۰ : ۵۰ استفاده مي شود كه مي تواند بيشترين ميزان رنگ و آنتي اكسيدان را با خود حمل كند و پس از آن اتانول ۱۰۰ درصد براي شستن تركيباتي مثل كلروفيل به كار رود. از ماده ي فعال استخراج شده از كلم قرمز مي توان به عنوان رنگ طبيعي در صنايع غذايي و دارويي استفاده نمود. همچنين به علت وفور تركيبات پلي فنوليك و ساختار فنولي آنتوسيانين ها، ماده ي استخراج شده داراي خاصيت آنتي اكسيداني قوي و در نتيجه موثر در درمان سرطان، آلزايمر، بيماري هاي قلبي و عروقي و ديابت مي باشد و مي توان از اين تركيبات به عنوان مكمل غذايي در پيشگيري از بيماري هاي مذكور در صنايع دارويي استفاده نمود.

در بررسي عملكرد دستگاه در خشك كردن عصاره انجير، از آنجا كه آب ميوه ها به دليل ميزان قند بالا، داراي دماي انتقال شيشه اي (Tg) پاييني بوده و بسيار چسبنده هستند، با هدف تسهيل فرايند خشك كردن و توليد پودر از آنها، نياز به بالا بردن Tg به وسيله افزودن مواد حامل با وزن ملكولي بالا مي باشد (Yousefi et al., 2011). به همين دليل در اين تحقيق، درصد هاي مختلف مالتودكسترين (70،60، 50 و 40 درصد در ماده خشك) و صمغ عربي (60، 50، 40، 35 و 30 درصد در ماده خشك) به نمونه هاي عصاره انجير افزوده و در دستگاه خشك شد. اين تست ها نشان داد كه نمونه هاي حاوي صمغ عربي نسبت به نمونه هاي حاوي مالتودكسترين داراي چسبندگي كمتري به فيلم دستگاه هستند و با توجه به كيفيت پودر هاي توليد شده، ميزان بهينه صمغ عربي در عصاره انجير 35% نسبت به ماده خشك تعيين و جهت تست هاي ارزيابي و مقايسه عملكرد دستگاه در كليه مراحل مورد استفاده قرار گرفت.

زمينه فني اختراع مربوط به طراحي، ساخت و ارتقاء دستگاه صنايع غذايي مي باشد. خشك كن رفركتنس ويندو يك خشك كن جديد مي باشد كه در آن از يك نقاله از جنس ورق ميلار استفاده مي شود و نقاله بر روي يك مخزن روباز آب داغ حركت مي كند و حرارت آن به ماده خشك شونده منتقل مي شود. همراه با خشك شدن ماده غذايي انرژي مادون قرمز اينفرارد عبوري كاهش (رفركتنس) مي يابد تا زماني كه رطوبت ديگر با سطح فيلم پلاستيكي تماس نداشته باشد و در اين هنگام تنها عامل انتقال حرارت نوع انتقال حرارت هدايتي است و با توجه به اينكه فيلم پلاستيكي ميزان هدايت حرارتي كمي دارد، اين ميزان كم حرارت نيز از بين ميرود و به ماده غذايي نمي رسد. در اين خشك كن از يك لايه پليمري ميلار، غير قابل نفوذ نسبت به آب استفاده مي شود. رفركتنس ويندو يك اصطلاح انگليسي است كه بعضي محققين كشور آن را پرتوتابي ناميده اند كه معادل فارسي صحيحي نمي باشد و پنجره تابش معادل صحيح تري مي باشد. تاكنون 2 نوع از اين خشك كن توسط مخترعين طرح فعلي ساخته شده و به ثبت رسيده است. در اختراع حاضر، براي افزايش قدرت موتور محرك نقاله و نيز ايجاد امكان تنظيم سرعت به صورت پيوسته موتور DC با يك موتور سه فاز AC جايگزين شد و از يك اينورتر تك فاز با خروجي سه فاز براي تنظيم پيوسته سرعت استفاده شده است. زاويه حمله تيغه جداكننده براي كمك به جداسازي موادي كه چسبندگي بالايي به سطح فيلم دستگاه دارد، افزوده شده است. براي افزايش سرعت خشك شدن مواد با ضخامت بيشتر و نيز برش هاي ميوه و سبزيجات از لامپ مادون قرمز (IR) با توان 250 وات استفاده شده است. براي افزايش سرعت خشك شدن محصولات در مراحل پاياني خشك شدن، يك منبع قابل شناوري توليد امواج فراصوت (submersible ultrasonic transducers) در بخش انتهايي مخزن آب گرم دستگاه قرار داده شده است. خاطرنشان مي گردد استفاده مادون قرمز و مافوق صوت به صورت تركيبي با رفركتنس ويندو، براي اولين بار در سطح جهان اجرا مي گردد. جهت بكارگيري اين دستگاه ابتدا سيستم توليد آب گرم را روشن كرده و با تنظيم ترموستات آن براي دماي مورد نظر، مدتي زمان داده مي شود تا دماي آب به دماي مورد نظر (60 تا 95 درجه سانتيگراد) برسد، سپس موتور دستگاه روشن شده و سرعت آن با استفاده از اينورتر تنظيم مي گردد تا نقاله ميلار به حركت در آيد و سرعت آن تنظيم گردد. لامپ مادون قرمز و منبع مافوق صوت نيز روشن شده و توان آن ها تنظيم مي كردد. سپس پوره، عصاره يا برش هاي ميوه و سبزيجات مورد نظر را روي سطح نقاله ميلار پخش شده و پس از عبور از طول نقاله، پودر، توده يا برش هاي مواد خشك شده در انتهاي نقاله توسط تيغه جداكننده از سطح فيلم جدا شده و در محفظه كناري آن جمع آوري مي شود.

صمغ كتيرا از جمله مهمترين صمغ هاي گياهي است كه از گياه گون Astragalus gummifer تراوش مي شود و به عنوان يك هيدروكلوئيد با كيفيت، در فهرست GRAS (Generally Recognized As Safe) قرار دارد. كتيرا بصورت ملكول بسيار سنگيني با ساختمان شيميايي پيچيده است، كه ساختمان پلي ساكاريدي گسترده اي را از خود نشان مي دهد. تركيب پلي ساكاريدي صمغ كتيرا براساس قابليت حل پذيري قابل جداسازي است و به دو بخش كلي محلول در آب به نام تراگاكانتين ( اين بخش محلول در آب است كه به علت ساختمان پلي ساكاريدي ويژه اي كه دارد بشدت هيدروفيل مي باشد و باعث ايجاد يك محلول كلوئيد آبي مي شود) و بخش نامحلول در آب به نام باسورين يا تراگاكانتيك اسيد ( اين جزء در آب متورم شده و باعث ايجاد ژل مي شود، خاصيت كتيرا تا حد زيادي به اين جز وابسته است كه يك ملكول ميله اي كشيده با وزن ملكولي بالا مي باشد) تقسيم مي شود. كتيرا به عنوان پايداركننده، امولسيون كننده، قوام دهنده و جايگزين چربي كاربرد وسيعي در صنايع غذايي دارد. در داروسازي نيز به عنوان ژل ساز، عامل معلق ساز و چسباننده در تهيه قرص ها و داروها و ريزپوشاني مواد مختلف مثل ويتامين ها و عطر و طعم استفاده مي شود. در علم پزشكي نيز گزارش شده كه كتيرا از رشد سلول هاي سرطاني ممانعت كرده و مصرف دائمي آن باعث تعديل قند خون در بيماران ديابتي مي شود و اثر آن در بهبود زخم ها به اثبات رسيده است. مكانيسم عملكرد كتيرا وابسته به اين دو جز محلول و نامحلول آن است و هر كدام از اين دو در ايفاي ويژگي هاي خاص كتيرا نقش بارزي دارند، به عنوان مثال در زمينه كاربرد در درمان بيماري ها ( مثلا در بهبود و درمان زخم هاي موضعي) استفاده از هر يك از اين دو جزء به صورت جداگانه مي تواند باعث تشديد نقش عملكردي آنها شود. همچنين در زمينه كاربرد كتيرا در صنعت غذا مثلا به عنوان قوام دهنده هيدروكلوئيد تراگاكانتيك اسيد توليد شده از آن مي تواند تاثير بيشتري در ايجاد ويسكوزيته و قوام داشته باشد. از طرفي با توجه به اهميت و كاربرد گسترده اين دو جزء كتيرا، جهت توليد آن ها، يكي از بهترين روش هاي خشك كردن، كه استفاده از خشك‌كن پاششي است انتخاب شد، با استفاده از اين روش توليد دو صمغ جديد تراگاكانتين و تراگاكانتيك اسيد در مقياس فراوان، با كيفيت عالي و با صرفه اقتصادي انجام شد. از مزاياي اين خشك كن نسبت به سايرخشك كن ها به 1) سرعت بالا 2) سهولت روش كار 3) ظرفيت بالاتر 4) فضاي كمتر 5) مصرف انرژي كمتر مي توان اشاره كرد.

زمينه فني اختراع مربوط به طراحي و تدوين يك فرايند جديد صنايع غذايي مي باشد. در حال حاضر شيرهاي طعم دار در كشور توليد مي شوند كه عمدتاً با استفاده از شكر، اسانس ها و رنگ هاي مجاز خوراكي توليد شده و فاقد پالپ يا پوره ميوه مي باشند، اين درحالي است كه يكي از فوايد تغذيه اي مهم ميوه ها در فيبر خوراكي موجود در آنها نهفته است. در خصوص توليد فرآورده هاي لبني پودري نيز مي بايست گفت كه عمده پودر هاي لبني كه در كشور توليد مي شوند شامل پودر شير خشك و پودر آب پنير مي باشند كه تقريباً تمامي آنها به صورت مواد اوليه در كارخانجات مختلف صنايع غذايي مصرف شده و به صورت مستقيم به بازار مصرف عرضه نمي شوند. پودر شير ميوه اي نيز از اين امر مستثني نبوده و تاكنون چنين محصولي توليد و به بازار عرضه نشده است. اضافه كردن پوره ميوه به شيري كه به صورت صنعتي مورد فرايند و بسته بندي قرار به سادگي امكانپذير نبوده و نيازمند استفاده از فرمولاسيون خاص و شرايط مناسب توليد است كه يكي از اهداف اين اختراع دستيابي به اين فرمولاسيون مناسب بوده است. مشكل ديگري كه براي شير و خصوصاً شيرهاي ميوه اي وجود دارد، عمر نگهداري محدود و نياز به شرايط خاص نگهداري مي باشد كه يك از راه هاي رفع اين مشكل توليد پودر شير ميوه اي از اين محصول مي باشد. فرايند خشك كردن با حذف بخش عمده آب موجود در محصول، علاوه بر افزايش قابل توجه ماندگاري محصول، نياز آن را به نگهداري در يخچال رفع مي كند و به علاوه با كاهش قابل توجه وزن و حجم محصول، حمل و نگهداري آن را ساده كرده و هزينه هاي حمل و نگهداري را كاهش مي دهد. همچنين پودر شير ميوه را مي توان در بسته بندي هاي كوچك به صورت مستقيم به بازار عرصه كرد و مصرف كننده مي تواند آن را در آب حل كرده و به صورت شير ميوه اي مصرف كند. هدف از اين اختراع، طراحي، فرايند و تعيين فرمولاسيون مناسب براي توليد شير ميوه اي حاوي پوره طالبي و نيز توليد پودر آن مي باشد. براي تعيين فرمولاسيون مناسب اين محصول، موارد و فرمولاسيون هاي مختلفي مورد آزمايش قرار گرفت و اجزاي فرمولاسيون شامل پوره طالبي، شكر، پكتين، مالتودكسترين و رنگ خوراكي طبيعي كلروفيل مشخص گرديد، سپس براي تعيين ميزان مناسب هريك از اين اجزاء، 30 فرمول مختلف توليد و با انجام آزمايشات مختلف، از جمله اندازه گيري ويسكوزيته و نيز انجام تشت هاي ارزيابي حسي توسط افراد آموزش ديده، 6 فرمولاسيون برتر انتخاب و در نهايت بهترين فرمولاسيون تعيين گرديد. براي توليد پودر شير ميوه اي، طي آزمايشات مختلف، پارامترهاي بهينه خشك كن پاششي تعيين گرديد (فشار bar 2/1 و دماي هواي ورودي 170 درجه سلسيوس) و فرمولاسيون نيز به نحوي انجام گرفت كه بهترين شرايط فرايند خشك كردن حاصل شود ( اضافه كردن 1% مالتودكسترين در فرمولاسيون) استفاده گردو به اين ترتيب فرايند خشك كردن شير ميوه اي حاوي پوره طالبي با استفاده از خشك كن پاششي انجام پذيرفت و فرايند خشك كردن انجام پذيرفت.

زمينه فني اختراع مربوط به طراحي و تدوين يك فرايند جديد صنايع غذايي مي باشد. پرميت به بخشي از شير گفته مي شود كه پس از فرايند اولترافيلتراسيون از جدا مي شود و حاوي آب املاح، لاكتور و برخي پروتئين هاي محلول در آن مي باشد كه درگذشته به عنوان محصول جانبي فرايند اولترافيلتراسيون دور ريخته مي شد اما امروزه استفاده از آن در صنايع غذايي مورد توجه قرار گرفته است. استفاده مناسب از پرميت در فرمولاسيون فراورده هاي لبني علاوه بر ايجاد ارزش افزوده، مي تواند باعث ايجاد طعم مطلوب و افزايش ارزش تغذيه اي محصول نيز گردد. شير ميوه اي حاوي پرميت نيز يكي از فراورده هايي است كه مي تواند پس از خشك كردن به صورت يك محصول جديد پودر لبني- ميوه اي به بازار عرضه شود و تاكنون چنين محصولي توليد و به بازار عرضه نشده است. پرميت را به دليل تركيب متفاوتي كه با شير دارد (از جمله تفاوت در pH و اسيديته) نمي توان بدون انجام فرمولاسيون مناسب، به محصولات لبني، خصوصاً محصولي چون شير ميوه اي به هر نسبتي اضافه كرد. آزمايشات ما نشان داده است كه براي توليد محصول مناسب مي بايست آب و املاح پرميت را كاهش داد و از پرميت بدون املاح و تغليظ شده استفاده كرد و نيز تنها مقادير مشخصي از جايگزيني اين پرميت مي تواند باعث بهبود خواص محصول گردد. ضمناً اضافه كردن پوره ميوه به شيري كه به صورت صنعتي مورد فرايند و بسته بندي قرار مي گيرد نيز به سادگي امكانپذير نبوده و نيازمند استفاده از فرمولاسيون خاص و شرايط مناسب توليد است. جهت افزايش ماندگاري اين محصول مي توان آن را به صورت پودر خشك در آورد. فرايند خشك كردن با حذف بخش عمده آب موجود در محصول، علاوه بر افزايش قابل توجه ماندگاري محصول، نياز آن را به نگهداري در يخچال رفع مي كند و به علاوه با كاهش قابل توجه وزن و حجم محصول، حمل و نگهداري آن را ساده كرده و هزينه هاي حمل و نگهداري را كاهش مي دهد. اما در مورد اين محصول به دليل ميزان بالاي لاكتوز در پرميت، فرايند خشك كردن با دشواري هاي بيشتري همراه است و لذا هدف از اين اختراع، طراحي، فرايند و تعيين فرمولاسيون مناسب براي توليد شير ميوه اي حاوي پوره طالبي با جايگزيني بخشي از شير توسط پرميت و نيز تدوين فرايند مناسب خشك كردن و توليد پودر اين محصول مي باشد.

نانوذرات مشتق شده از پليمرهاي طبيعي بويژه نشاسته به دليل قيمت مناسب، دردسترس بودن، سازگاري با محيط زيست و داشتن ويژگي هاي عملكردي منحصر به فرد در سال هاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. روش نانوترسيب توسط حلال ها يكي از متداولترين روش هاي توليد نانوذرات نشاسته مي باشد. اما ميزان مصرف حلال هاي مورد استفاده در اين روش بسيار بالاست و باعث افزايش قيمت تمام شده محصول مي گردد. از سوي ديگر كاهش دادن غلظت حلال باعث كاهش بازده توليد نانوذرات و افزايش اندازه ذرات آن ها مي شود. بنابراين يافتن راهكاري كه در عين كاهش مصرف حلال بازده توليد نانوذرات را كاهش ندهد از اهميت زيادي برخوردار است. تحقيقات ما نشان داد كه استفاده همزمان از حلال (استون) و تيمار فراصوت مصرف حلال را به يك سو كاهش مي دهد و منجر به كاهش اندازه نانوذرات نشاسته ذرت مي گردد.

‏ ‏در روش استفاده از اامواج اولتراسونيك، به دليل پاره شدن آنتوسيانوپلاست ها در اثر كاويتاسيون به صورت نقطه اي، آزادسازي آنتوسيانين ها به داخل حلال با سرعت بيشتر و در ‏دماي كمتري صورت مي گيرد. بنابراين حفظ اين مواد به نحو احسن انجام خواهد شد و تخريب و ‏تجزيه اين تركيبات در دما، توان، فركانس و پالس اپتيمم شده به حداقل و حتي صفر مي رسد. ‏در نتيجه به دليل عدم حرارت و زمان بالا، مواد مغذي، رنگي و عمگرا حفظ مي شوند. ‏از آنتوسيانين هاياستخراج شده از كلم قرنز مي توان به عنوان رنگ طبيعي در صنايع غذايي و دارويي استفاده نمود. همچنين به علت وفور تركيبات پلي فنوليك و ساختار فنولي آنتوسيانين ها، ماده ي استخراج شده داراي خاصيتي آنتي اسيداني قوي و در نتيجه موثر در درمان سرطان، آلزايمر، بيماري هاي قلبي و عروقي و ديابت مي باشند و مي توان از اين تركيبات به عنوان مكملي غذايي در پيشگيري از بيماري هاي مذكور در صنايع دارويي استفاده نمود.