تمثل التطورات في تقنية Pulse Electric Field (PEF) في مجال معالجة الأغذية وفورات في التكاليف وزيادة مقاييس الاستدامة في قطاعي القلي والرقائق.
تم اكتشاف PEF لأول مرة من قبل المهندسين الألمان في الخمسينيات من القرن الماضي. لم يتم تطوير التطبيقات في مجال نفاذية الخلايا ومعالجة الأغذية إلا في التسعينيات لأول مرة في أوروبا. تعرض تقنية PEF جدران الخلايا النباتية إلى رشقات كهربائية قصيرة من الثواني الدقيقة أثناء مرورها في حمام مائي. يخلق المجال الكهربائي النبضي نفاذية وتليين الأنسجة لجدار الخلية مما يؤدي إلى تسرب عصير الخلية وفقدان السكريات المختزلة والأحماض الأمينية أثناء العملية.
مع تحسين تقنية PEF في التسعينيات ، جاء أول استخدام صناعي من قبل مصنعي البطاطس المقلية في أوروبا. خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، تم تبني التكنولوجيا من قبل الشركات متعددة الجنسيات على مستوى العالم ، واليوم تعتبر تقنية PEF هي المعيار الصناعي في إنتاج البطاطس المقلية في جميع أنحاء العالم.
أدى اعتماد هذه التكنولوجيا الجديدة من قبل منتجي البطاطس المقلية على مدى العقد الماضي إلى تطورات ملحوظة في التدابير المستدامة في تقليل استخدام المياه والطاقة وزيت القلي مما أدى إلى توفير التكاليف التكميلية. في سعيها لتعزيز بصمة أيداهو في صناعة معالجة البطاطس ، منحت وزارة التجارة في ولاية أيداهو جائزة مهمة أيداهو العالمية لريادة الأعمال (IGEM) منحة قدرها 291,770 دولارًا أمريكيًا لجامعة ولاية بويز (BSU) بالشراكة مع Food Physics ، ومقرها Boise ، في 23 فبراير 2021 لمساعدة فيزياء الغذاء على إدخال تقنية PEF إلى رقائق البطاطس وصناعة الوجبات الخفيفة.
تعمل منح IGEM كجسر للباحثين الجامعيين للتعاون مع شركات القطاع الخاص في ولاية أيداهو ومن خلال هذه الشراكات تعزيز وزراعة وإيجاد فرص اقتصادية جديدة في الولاية. تم منح المنحة للبحث والتطوير في تقنية PEF لتقليل السكريات والأحماض الأمينية في البطاطس مما أدى في النهاية إلى تقليل محتمل لمادة الأكريلاميد في إنتاج رقائق البطاطس.
وقال ماكدوجال ، أستاذ بجامعة BSU ورئيس قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية ، إن البحث الممول بالمنحة سيركز على إنتاج رقائق البطاطس ، ولكنه سيشمل أيضًا خضروات جذرية أخرى. "سنكون قادرين على توظيف دكتوراه. عالم سيكون قادرًا على العمل بين فيزياء الغذاء وولاية بويز ". "سيكون (المنصب) رابطًا متكاملًا لسد الفجوة العلمية بين الصناعة الخاصة والبيئة الأكاديمية." وقال ماكدوجال إن المنحة ستوفر أيضًا فرص عمل للطلاب وتساعدهم في إعدادهم للعمل في المستقبل.
قال "الطلاب الذين يعملون في هذه الأنواع من المشاريع ، هو البحث الذي له قيمة مباشرة ذات صلة بالصناعة ، لذلك يكتسبون المهارات والتدريب الذي يمكن تطبيقه بشكل مباشر في البيئة الصناعية".
فيزياء الغذاء هي المرخص لها الحصري لأنظمة تكنولوجيا PEF لأمريكا الشمالية وأيرلندا والمملكة المتحدة وتعمل مع DIL ، وهي شركة ألمانية وشريكتها في تكنولوجيا الأغذية Elea. المنحة فرصة للشركة لتسويق تقنية لصناعة رقائق البطاطس والوجبات الخفيفة التي أصبحت معيار الصناعة من قبل منتجي البطاطس المقلية.
قال جيم جراتزيك ، المدير الفني في فود فيزيكس في بويز: "الرفاهية التي توفرها لنا هذه المنحة هي التعمق نوعًا ما في شركة لا تملك بصراحة القوة المالية للنيران حتى الآن لتتعمق في هذا الحد". "الشركات الكبرى لديها أشخاص يمكنهم القيام بذلك وبصراحة لديهم مختبرات ، ونحن لا نفعل ذلك." أدت التطورات التكنولوجية المستمرة في تقنيات معالجة الأغذية إلى حدوث تقدم في تدابير الاستدامة جنبًا إلى جنب مع انخفاض تكميلي في مادة الأكريلاميد ، وهي مادة مسرطنة تتطور في الأطعمة المطبوخة في درجات حرارة عالية.
سيقوم ماكدوجال وطلابه وموظفوه بجامعة BSU بتزويد فيزياء الغذاء ببيانات خاصة بتأثير PEF على البطاطس. قال ماكدوجال: "نقوم بتحليل خفض السكر باستخدام مزيج من الكروماتوغرافيا السائلة مع كشف الهباء الجوي المشحون". "نحن نقوم بتحليل الأحماض الأمينية مجانًا عن طريق كروماتوجرافيا الغاز وقياس الطيف الكتلي ، ثم نقوم بتحليل مادة الأكريلاميد بواسطة كروماتوجرافيا سائلة ومقياس الطيف الكتلي الثلاثي أو الرباعي."
جراتزك حذر عند مناقشة تأثير PEF على تقليل كمية مادة الأكريلاميد في الأطعمة المقلية. يقدم PEF على أنه "تقنية عند تطبيقها مع أشياء أخرى" يمكن أن تؤدي إلى انخفاض مستويات مادة الأكريلاميد. "لا يعني ذلك أن مادة PEF تسقط مادة الأكريلاميد ، ولكن تغييرات PEF تشير إلى ظاهرة الارتشاح في الماء ، وهو ما يحدث بالفعل ، كما أنه يغير معدلات القلي ، وهو ما يحدث بالتأكيد ، وكلاهما سيؤدي إلى انخفاض مادة الأكريلاميد ،"
وأضاف: "السكر ودرجة الحرارة والوقت ومستوى الرطوبة - هذه كلها مدخلات لمقدار مادة الأكريلاميد التي تحصل عليها في نهاية عملية القلي". يسمح تقليل المواد الصلبة في شكل تقليل السكريات والأحماض الأمينية لمصنعي البطاطس باستبدال أو تقليل كمية الماء الساخن أو التسخين المسبق في إنتاج البطاطس المقلية والرقائق. قال جراتزك: "إذا تم استخدام السلق للتليين بمفرده ، فإنه (PEF) يمكنه القضاء على عملية التبييض".
ميزة أخرى لتوفير التكلفة هي تقليل تآكل شفرات القطع المستخدمة في القلي وعملية صنع الرقائق. تعمل تقنية PEF على تنعيم جدران الخلايا مما يسهل تقطيع البطاطس. قال Gratzek: "القطع أكثر سلاسة ، لذلك سيكون لديك مساحة أقل بكثير مما يسمى بمساحة السطح المحددة". "لذلك ، يمكن أن يقترن ذلك بحقيقة أن الماء يخرج بسهولة أكبر وأن الطاقة الأقل تؤدي إلى انخفاض امتصاص الزيت في البطاطس المقلية أو رقائق البطاطس." وأضاف جراتزيك أن هذه ليست كمية كبيرة في هذه المرحلة ، 5-10٪ ، لكنه يأمل في دراسة عملية القلي مع ماكدوجال.
أصبحت تقنية PEF هي المعيار الصناعي بين مصنعي البطاطس المقلية على مدار العشرين عامًا الماضية ويتم اعتمادها الآن بشكل تدريجي من قبل بعض منتجي الرقائق والأطعمة الخفيفة. وفقًا لكارل كروجر ، رئيس قسم الهندسة في فيزياء الغذاء في بويز ، فإن أوروبا تقود التحول التكنولوجي ، تمامًا كما فعلت في صناعة البطاطس المقلية.
قال كروجر: "شهد العامان الماضيان توسعًا في استخدام PEF في رقائق البطاطس في أوروبا". "كان هذا مهمًا. نوع من مثل حيث كنا في البطاطس المقلية. نحن نوعًا ما نركب تلك المعطفات خلفها ، لكن لدينا عددًا كبيرًا من مصنعي رقائق البطاطس الذين نتحدث معهم والذين يظهرون اهتمامًا قويًا جدًا بـ PEF. "
قال كروجر إن أحد الشواغل المشتركة بين مصنعي المواد الغذائية عند التفكير في التكنولوجيا الجديدة هو ما يُعرف في صناعة الأغذية باسم "ملمس الفم" ، وهو مصطلح يستخدم لوصف تلك الجودة الفريدة لعلامة تجارية معينة. سواء كانت وصفة سرية أو صلصة سرية ، فإن الشركات تحمي بشكل كبير هوية علامتها التجارية وتحافظ على ولاء العملاء. لا توجد شركة تريد تكرار هذا النوع من الفشل الذريع في العلاقات العامة الذي واجهته شركة Coca-Cola في منتصف الثمانينيات مع طرح "New Coke".
قال كروجر: "لقد واجهنا ذلك بالفعل مع عميل كبير لخدمة الطعام لم يرغب في تغيير منتجهم لأننا كنا نغير التكنولوجيا". قال كروجر إنهم تمكنوا من إثبات بطريقة مستدامة أن عملية PEF ستنتج بالضبط البطاطس المقلية التي كانوا ينتجونها دائمًا.
يعتقد Gratzek أن التقدم في تقنية PEF سيساعد في تعميم قبولها في صناعة الرقائق والوجبات الخفيفة في المستقبل ، لكنه يدرك أيضًا أن صناعة الأغذية ليست سريعة دائمًا في قبول الابتكارات. قال: "إن تبني التكنولوجيا في الصناعة ، وخاصة صناعة المواد الغذائية ، عادة ما يكون بطيئًا للغاية". "يجب أن تحل مشكلة كبيرة ، وتحقق قيمة كبيرة من حيث منتج جديد أو ابتكار ، أو يجب أن توفر الكثير من المال."
يعتقد Gratzek أن أحد أسباب اعتماد تقنية PEF بشكل أسرع في المستقبل هو أنهم طوروا المعرفة وتقنيات التطبيق التي عادة ما يتم الاحتفاظ بها في المنزل من قبل مصنعي الرقائق. قال جراتزيك: "أعتقد أن هذه المنحة مفيدة بشكل خاص لنا لأنها ستسمح لنا بإجراء البحث في ولاية بويز وبويز بحيث يمكننا بدقة كبيرة حل المشكلات التي يواجهها العملاء".
"إذا كانوا يريدون كمية أقل من الزيت ، فسنساعدهم في ذلك ، وإذا كانوا يريدون الاحتفاظ بالزيت ولكن بمعدلات قلي أقل وأفضل ، فسنكون قادرين على مساعدتهم في ذلك. "باختصار ، الرقائق أكثر تعقيدًا من البطاطس المقلية ، على ما أعتقد ، ربما يكون حل المشكلات في الرقائق أصعب قليلاً." قال Gratzek أن ما يقرب من 20 من معالجات PEF تم بيعها في أوروبا لأسباب متعددة.
قال "أظن أنهم يشترونها لأسباب تتعلق بالأكريلاميد ، ولأسباب تتعلق بالكفاءة التشغيلية ولأسباب تتعلق بجودة المنتج".
