Food Engineering Lecture Notes PDF

‫المحاضره (‪)1‬‬ ‫االسس العمليه لوحدات وخطوط التصنيع الغذائي‬  ‫وحدات عمليات التصنيع الغذائي‬ ‫التصنيع الغذائى هو صناعة ضخمة يتم فيها تحويل الخامات الحيوانية ‪ ،‬النباتية ‪ ،‬والبحرية الى‬ ‫منتجات غذائية وسيطة أو نهائية اكثر امانا للمستهلك وذات قيمة مضافة وهذا يتطلب توافر...

‫المحاضره (‪)1‬‬ ‫االسس العمليه لوحدات وخطوط التصنيع الغذائي‬  ‫وحدات عمليات التصنيع الغذائي‬ ‫التصنيع الغذائى هو صناعة ضخمة يتم فيها تحويل الخامات الحيوانية ‪ ،‬النباتية ‪ ،‬والبحرية الى‬ ‫منتجات غذائية وسيطة أو نهائية اكثر امانا للمستهلك وذات قيمة مضافة وهذا يتطلب توافر عمالة مدربة ومصدر‬ ‫للطاقة وخطوط تصنيع ومعدات متطورة ومعرفة علمية بنوع الصناعة وفنياتها‪.‬ويمكن ايجاز أهداف التصنيع‬ ‫الغذائي فى اربعة نقاط‪ (1) :‬تمديد فترة صالحية الغذاء (ميكروبيا وكيميائيا) )‪ (2‬تقديم العناصر الغذائية‬ ‫المطلوبة لصحة االنسان )‪ (3‬توفير تنوع فى المنتجات وتعزيز ثقة المستهلك فى الغذاء )‪ (4‬تحقيق قيمة اضافة‬ ‫لالنتاج الزراعى‪.‬‬ ‫والطالة مدة حفظ الغذاء يجب حمايتة من المخاطر البيولوجية والكيميائية والفيزيائية‪.‬وتعتير‬ ‫البكتيريا‪ ،‬والفيروسات‪ ،‬والطفيليات هي الثالث مجموعات الرئيسية من المخاطر البيولوجية التي قد تشكل خطر‬ ‫في االغذية المصنعة ‪.‬كما تشمل المخاطر البيولوجية التي قد تكون موجودة في المواد الغذائية األولية كال من‬ ‫الميكروبات المرضية والميكروبات المسببة للفساد‪.‬وتعتبر السموم الفطرية‪ ،‬مبيدات اآلفات‪ ،‬وفطريات‪ ،‬والمواد‬ ‫المسببة للحساسية هي بعض األمثلة على المخاطر الكيميائية التي قد تكون موجودة في الغذاء وتتضمن المخاطر‬ ‫الفيزيائية وجود مواد غريبة مثل الحجارة واألوساخ‪ ،‬والمعادن‪،‬الزجاج وشظايا الحشرات‪ ،‬والشعر ويمكن لهذه‬ ‫المخاطر ان تصل للغذاء اما عن طريق الخطأ او عمدا لتصبح جزءا من المنتجات المصنعة ‪.‬وتهدف عمليات‬ ‫التصنيع الغذائى الى ضمان إزالة هذه المخاطر بحيث يتسنى للمستهلكين الحصول على غذاء آمن‪ ،‬مغذي‪،‬‬ ‫وصحي ‪.‬‬ ‫يغطى قطاع التصنيع الغذائى مدى واسع من العمليات تبدأ من بعد حصاد المواد الخام حتى يتم‬ ‫تصنيعها في صورتها النهائية كمنتج غذائي‪ ،‬وتعبئتها‪ ،‬وشحنها لتجار التجزئة‪.‬وتشمل عمليات التصنيع تداول‬ ‫المواد الخام وخلط المكونات‪ ،‬التسخين والتبريد‪ ،‬الطبخ‪ ،‬والتجميد‪ ،‬والتشكيل‪ ،‬والتعبئة والتغليف كما يمكن أن‬ ‫تصنف الى عمليات اولية وعمليات ثانوية‪.‬حيث يتم فى مرحلة التجهيز األولي تصنيع األغذية التي ترد بعد‬ ‫الحصاد أو الذبح لجعلها جاهزة لالستهالك المباشر أواالستخدام في تصنيع غيرها من المنتجات الغذائية ‪.‬وفى‬ ‫مرحلة التصنيع الثانوى يتم تحويل الغذاء المعد اوليا او المكون الى منتجات غذائية اخرى ‪ ،‬ال تفسد بسرعة‪،‬‬ ‫صحبة وصالحة للتناول ‪ ،‬وتتوفر على مدار السنة مثل األطعمة الموسمية مثال‪ :‬الفطائر المخبوزة هى خطوة‬ ‫تصنيغ ثانوية والتى تستخدم مكون من التصنيع االولى (شرائح التفاح)‪.‬‬  ‫‪:‬‬ ‫‪Heat transfer‬‬ ‫‪.1‬انتقال الحرارة‬ ‫‪Mass transfer‬‬ ‫‪.2‬انتقال الكتلة‬ ‫‪Fluid flow‬‬ ‫‪.3‬سريان السوائل‬ ‫‪Mixing‬‬ ‫‪.4‬الخلط‬ ‫‪.5‬تعديل الحجم )‪Size adjustment (reduction or enlargement‬‬ ‫‪Separation‬‬ ‫‪.6‬الفصل‬ ‫وخالل تصنيع االغذية يحدث خلط للخامات الغذائية مع مكونات اخرى مثل السكر‪-‬مواد حافظة و‬ ‫الحامض للحصول على خليط يتم تعريضة بعد ذلك الى عمليات مختلفة إما بالتتابع أو في وقت واحد‪.‬نجد فى‬ ‫مصانع االغذية رسوما بيانية تصور تسلسل العمليات التصنيعية لتحويل المواد الخام إلى المنتج النهائي متضمنة‬ ‫حدود مراقبة الجودى و‪/‬اوضبط وصف أي مخاطر‪.‬‬ ‫‪Heat transfer‬‬ ‫انتقال الحرارة هي واحدة من العمليات األساسية المطبقة في الصناعات الغذائية ولها العديد من‬ ‫التطبيقات في العديد من العمليات المختلفة مثل المعاملة الحرارية‪ ،‬التبخير(تركيز) وتجفيف وتجميد والتسييح‬ ‫والخبز‪ ،‬والطبخ ‪.‬ويستخدم التسخين للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة لتوفير الغذاء الصحي‪ ،‬وإطالة الصالحية‬ ‫من خالل القضاء على األنزيمات‪ ،‬والحصول على منتج ذو طعم و رائحة ومظهر مقبول ‪.‬‬ ‫يخضع انتقال الحرارة الى عملية التبادل الحراري بين المنتج والوسط المحيط به ‪.‬ومدى انتقال‬ ‫الحرارة يزيد عموما مع زيادة الفرق في درجة الحرارة بين المنتج ولها المحيطة بها‪.‬‬ ‫هناك ثالثة انماط اساسية النتقا ِل الحرارةِ هى التوصيل‪ ،‬الحمل‪ ،‬واالشعاع‪.‬‬ ‫تنقل الحرارةِ بالتوصي ِل خالل االغذية الصلب ِة عن طريق نقل الطاق ِة من جزئ إلى آخر‪.‬عموماً‪،‬‬ ‫ق‬ ‫يحدث تبادل للطاقة الحرارية ِم ْن الجزيئا ِ‬ ‫ت ذات الطاق ِة الحراري ِة األكبر إلى الجزيئات الواقعة في المناط ِ‬ ‫األبر ِد مثال‪ :‬انتقال الحرارةِ خالل شريحة بطاطس‪.‬‬ ‫معظم سوائل كنتيجة للتدرج فى درج ِة حرارة‪ ،‬وهذه العملي ِة‬ ‫ِ‬ ‫تنتقل الحرارة في األغذية السائل ِة بحرك ِة‬ ‫تسمى بانتقال الحرارة بالحمل ويمكن تقسيم انتقال الحرارة بالحمل الى الحمل الطبيعي والحمل القسري‬ ‫الحمل الطبيعي هو ظاهرة فيزيائية حيث التدرج الحراري بسبب اختالف الكثافة في منتج ساخن‬ ‫يسبب حركة للسوائل بكميات كبيرة وانتقال للحرارة ‪.‬حركة السوائل داخل االغذية المعلبة خالل التعقيم الحراري‬ ‫هو مثال على الحمل الطبيعي ‪.‬اما فى حالة استخدام وسائل ميكانيكية للمساعدة فى انتقال الحرارة فهذا ما يسمى‬ ‫بالحمل القسري او االجبارى‪.‬‬ ‫‪Convection‬‬ ‫الحمل الطبيعى‬ ‫الحمل القسرى‬ ‫انتقال الحرارة باإلشعاع يحدث بين سطحين نتيجة لنقل الطاقة الحرارية بواسطة الموجات‬ ‫الكهرومغناطيسية ‪.‬ال يتطلب هذا النمط من نقل الحرارة وجود وسط فيزيائى ويمكن أن يحدث في تفريغ‪.‬الخبيز‬ ‫هو مثال على انتقال الحرارة عبر اإلشعاع من الحرارة مصدر في الفرن الى سطح الخبز ‪.‬ومع ذلك‪ ،‬الحرارة‬ ‫تنتشر عبر التوصيل داخل الخبز نفسة‪.‬‬  ‫‪Mass transfer‬‬ ‫انتقال الكتلة يشمل هجرة أحد المكونات من السوائل أو أحد مكونات من خليط في أو من المنتجات‬ ‫الغذائية ‪.‬ويتم التحكم فى انتقال الكتلة من خالل انتشار المكونات داخل الخليط ‪.‬يحدث انتقال الكتلة بسبب‬ ‫التغيرات في التوازن الفيزيائى للنظام الناجم عن االختالفات فى التركيز أو الضغط البخارى ‪.‬قد يحدث انتقال‬ ‫الكتلة خالل مرحلة واحدة او قد تشتمل على انتقال من مرحلة الخرى ‪.‬وحدات التصنيع الغذائى مثال‪ :‬وحدات‬ ‫التقطير‪ ،‬وامتصاص الغاز‪ ،‬البلورة‪ ،‬االغشية والتبخير‪ ،‬والتجفيف‪.‬‬ ‫التقطير‬ ‫البلورة‬ ‫االغشية‬ ‫التبخير‬ ‫‪Fluid flow‬‬ ‫يتضمن تدفق السوائل انتقال المواد الغذائية السائلة عبر أنابيب أثناء التصنيع‪.‬عموما يتم تداول‬ ‫المساحيق واألغذية ذات الجزيئات الصغيرة بواسطة السيور الناقلة بينما تنقل السوائل بواسطة السريان بالجاذبية‬ ‫أو من خالل استخدام مضخات مثل‪ :‬مضخة الطرد المركزي والمضخة ايجابية االحالل‪.‬‬  ‫المضخات‬ ‫السيور الناقلة‬ ‫المضخة ايجابية االحالل‬ ‫‪Mixing‬‬ ‫تعتبر وحدة الخلط من الوحدات االساسية فى خطوط تصنيع االغذية حيث يتم فيها خلط المكونات‬ ‫المختلفة خالل تصنيع المنتج الغذائى‪.‬وعملية الخلط مطلوبة لتحقيق التجانس فى المادة الخام او المنتج الوسطى‬ ‫قبل ان ياخذ شكل المنتج النهائى مثال يتطلب انتاج الخبز خلط الدقيق والماء والخميرة والسكر ‪...‬الخ لينتج من‬ ‫الخلط تكوين عجين يتم بعد ذلك تقسيمها الى ارغفة و تتم عملية الخلط بطريق ميكانيكية ‪.‬كفاءة االنتقال الحرارى‬ ‫و ‪/‬أو الخلط المتجانس للمكونات هما أهداف عملية الخلط‪.‬‬ ‫وحدات خلط‬  ‫)‪Size adjustment (Reduction or Enlargement‬‬ ‫فى هذة الخطوة يتم تعديل الحجم فيتم تقليص الحجم الى قطع صغيرة اثناء التصنيع عندما تكون‬ ‫الخامات بحجم غير مناسب‪ ٬‬وهذة العملية تتضمن عمل شرائح او مكعبات او تقطيع او طحن‪.‬و فى حالة االغذية‬ ‫السائلة فان تقليص الحجم يتم من خالل عملية التجنيس فخالل تصنيع اللبن بان الدهم يتكسر متحوال الى مستحلب‬ ‫من خالل عملية التجنيس ليتم فصلة بعد ذلك‪.‬ايضا عملية زيادة الحجم متاحة من خالل عمليات التجميع والتكتل‬ ‫(فى صناعة القهوة) وعملية تكوين الجيل‪.‬‬ ‫وحدات تصغري احلجم‬  ‫جتميع احلبيبات (انتاج القهوة)‬ ‫تكوين اجليل‬ ‫وحدات تكبري احلجم‬ ‫‪Separation‬‬ ‫تتضمن عملية الفصل فى التصنيع الغذائي على فصل و استعادة مكونات الغذائية من خليط معقد من‬ ‫المركبات ‪.‬وقد ينطوي هذا على فصل صلب من صلب مثل تقشير البطاطس أو قصف المكسرات او فصل‬ ‫المواد الصلبة من السائل مثل الترشيح‪ ،‬أو فصل السائل من السائل مثل التبخر‪،‬التقطير)أمثلة الصناعية لعملية‬ ‫الفصل تشمل التقطير والتبلور‪ ،‬النخل‪ ،‬والتركيز االسموزي ‪.‬وكثيرا ما يستخدم الفصل كخطوة تصنيعية وسيطة‪،‬‬ ‫وليس المقصود بها الحفاظ على الغذاء‪.‬‬  ‫اعتبارات أخرى يف التصنيع الغذائي‬ ‫تداول املواد اخلام‬ ‫تداول المواد الخام هو الخطوة األولى في التصنيع الغذائى ‪.‬وتشمل تداول المواد الخام ما بعد الحصاد‬ ‫النقل من المزرعة الى المصنع ‪ ،‬والفرز‪ ،‬وتنظيف أو تطهيرقبل ادخالها الى خط التصنيع ‪.‬هذا ويمكن ان يعتبر‬ ‫هذة العملية جزء من التصنيع االولى للمواد الغذائية‪.‬الكائنات الدقيقة يمكن أن تعلق على األسطح غير المسامية‬ ‫في االغذية الخام وأثبت أن هذه الخاليا تنقل من سطح إلى أخر عندما يحدث االتصال لذا فاختيار المواد الخام‬ ‫المناسبة والتداول السليم تؤثر على السالمة الميكروبية وجودة المنتج النهائى‪.‬‬ ‫التنظيف و التطهري‬ ‫تعتبر عملية تنظيف وتطهير المواد الغذائية األولية الخطوة األولى في السيطرة على أي تلوث من‬ ‫المواد الغريبة أو الميكروبات أثناء تجهيز األغذية‪.‬يقوم التنظيف بازالة المواد الغريبة مثل االتربة واألوساخ‪،‬‬ ‫الملوثات الحيوانية ويمنع تراكم البقايا البيولوجية التي يمكن أن تساعد على نمو الميكروبات الضارة مما يؤدي‬ ‫إلى االصابة باالمراض و ‪ /‬أو إنتاج السموم‪.‬‬ ‫التطهير هو استخدام طرق كيميائية فعالة أو غيرها لتقليل الحمل البكتيري األولي على سطح المواد‬ ‫الخام أو معدات التصنيغ الغذائى ‪.‬وتشمل عمليات التطهير الكفء كل من خارج وداخل المصنع اخذة فى‬ ‫االعتبارتصميم الطوابق وجودة مواد البناء المستخدمة ‪ ،‬واالضاءة والتهوية الكافية‪ ،‬اتجاه تدفق الهواء‪ ،‬والفصل‬ ‫بين مناطق التصنيع للمنتجات األولية والنهائية ‪ ،‬ووجود المساحات الكافية للتشغيل والحركة‪ ،‬سالمة وجودة‬ ‫نظام إمداد المياه ونظام الصرف الصحي ‪ ،‬ومرفق معالجة مخلفات التصنيع والصرف ‪ ،‬ظروف التربة‪ ،‬والبيئة‬ ‫المحيطة ‪.‬‬ ‫تحتوى معظم الخامات الغذائية على ميكروبات لها تاثيرات مرغوبة و غير مرغوبة على الغذاء‬ ‫المصنع‪.‬فعلى سبيل المثال فى االغذية المتخمرة والجبن والسوركروت فهناك العديد من الميكروبات مثل‬ ‫‪ Staphylococcus٬ Lactococcus٬ Lactobacillus,‬لها تاثيرات فى اطالة فترة الصالحية وتطور النكهة‬ ‫عندما تنمو على الخامات ومن جهة اخرى تحتوى االغذية المختلفة على ميكروبات مرضية ومسببة للفساد‬ ‫مثال عصير التفاح يمكن ان يتلوث ‪Escherichia coliO157:H7.‬‬ ‫‪ Listeria monocytogenes‬هى خطر فى االلبان واللحوم المعدة للتداول الخطر المرضى الذى‬ ‫يؤثر على ثبات صالحية االغذية منخفضة الحموضة مثل الشوربات هى جراثيم ال ‪Clostridium‬‬ ‫‪ botulinum‬وتظهر مختلف الميكروبات المرضية والمسببة للفساد مقاومة متباينة للمعامالت الحرارية وبالتالى‬ ‫يتم تصميم المعامالت الحرارية للقضاء على هذة الميكروبات‪.‬‬ ‫دور احلموضة ودرجة النشاط املائى فى سالمة وجودة الغذاء‬ ‫تلعب الخواص الداخلية للغذاء (درجة النشاط المائى‪-‬الحموضة‪-‬االكسدة) دورا هاما فى تقدير وتحديد‬ ‫العمليات التصنيعية المطلوبة لتاكيد سالمة الغذاء والتقليل من التاثيرات السلبية على الجودة‪.‬‬ ‫مستويات الحموضة المرتفعة (‪ )pH