المراقبة المستمرة لتدهور زيت القلي في قلايات الطعام الصناعية

يُعدّ القلي من أقدم طرق الطهي وأكثرها شيوعًا. ونظرًا لارتفاع تكلفة زيت القلي واستهلاكه الكبير للطاقة، فإنّ اقتصاديات القلي تقتضي إعادة استخدامه في المقلاة لعدة دفعات. وقد ثبت أنّ الاستخدام المتكرر لزيت القلي ضارٌّ بسبب التحلل الكيميائي الذي يُضعف أيضًا من كفاءته في القلي (ليو وآخرون، 2016). ويُعدّ تقييم زيت القلي المُستعمل وإدارته بشكل سليم موضوعًا بالغ الأهمية للهيئات الصحية ومصنّعي الأغذية والمستهلكين. ويُمثّل ضمان منتجات مقلية آمنة وصحية مع التحكم في التكاليف سبيلًا لتحقيق استدامة أعمال شركات الأغذية.

لماذا يتلف زيت القلي؟

تُعدّ التفاعلات الكيميائية الأكثر شيوعًا في عملية القلي هي التحلل المائي، والبلمرة، والأكسدة، والتغيرات الحرارية. تُنتج هذه التفاعلات عددًا كبيرًا من المركبات الضارة، مثل البوليمرات والكيتونات، التي تُؤثر سلبًا على جودة زيت القلي. وتستحق مركبات الأكسدة الحرارية الناتجة اهتمامًا خاصًا، إذ يرتبط الإجهاد التأكسدي بالعديد من العمليات التنكسية والأمراض، مثل الطفرات، وتحول الخلايا، والسرطان، وتصلب الشرايين، والنوبات القلبية، والأمراض الالتهابية المزمنة (ليو وآخرون، 2016).

في معظم الحالات، يُقيّم تدهور زيت القلي بناءً على الفحص البصري. فعلى سبيل المثال، يعتمد الطهاة/مهندسو المصانع على خبرتهم لتحديد وقت التخلص من الزيت بناءً على الرغوة الزائدة، والرائحة، والدخان، وتغير اللون، بالإضافة إلى تذوق المنتجات الغذائية. ومع ذلك، فإن هذه الطرق غير موثوقة نظرًا لطبيعتها الذاتية، وقد لا تظهر هذه المؤشرات إلا عندما يصبح الزيت غير صالح للاستخدام مرة أخرى.

كيف تقوم المقالي الصناعية بمراقبة وإدارة زيت القلي؟

في عمليات القلي الصناعية، يراقب فريق مراقبة الجودة عدة معايير كيميائية أثناء عملية القلي لضمان الجودة المثلى. في الواقع، تُعد مراقبة زيت القلي ضرورية لتجنب أي آثار سلبية على منتجات الوجبات الخفيفة الجاهزة، والتي قد تؤثر ليس فقط على المذاق، بل على صحة المستهلكين أيضاً.

عادةً ما تحتوي مصانع القلي على نظام ترشيح مصمم لإطالة عمر الزيت مع خفض التكاليف بشكل كبير. ومع ذلك، لا يزال من المهم تحديد المؤشرات التي تدل على التدهور التدريجي للزيت، نظرًا لأن الخصائص الفيزيائية والكيميائية لزيت القلي والدهون تتغير بشكل ملحوظ بعد الاستخدام المطول.

ما هو مؤشر الجودة الذي يستخدمه أصحاب المقالي لتحسين عملية القلي؟

يواجه المهندسون في مصانع تجهيز الأغذية سؤالاً هاماً: ما هو أفضل مؤشر كيميائي لزيت القلي يُستخدم عند تطوير وتنفيذ برنامج لضمان جودة الطعام المقلي؟ هناك العديد من المؤشرات المختلفة المستخدمة، مثل:

• الأحماض الدهنية الحرة (القيمة الحمضية)
• إجمالي المواد القطبية (TPM)
• الدهون الثلاثية المبلمرة
• صابون
• لون Lovibond
• قيمة الأنيسيدين
• قيمة البروكسيد
• مؤشر استقرار الزيت (OSI)

تُستخدم المؤشرات الفيزيائية مثل نقطة التدخين واللون والطعم والرائحة واستمرار الرغوة واللزوجة لتقييم جودة زيت القلي.

المصدر: "مسبار استشعار سعوي لتقييم تدهور زيت القلي" – https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

استثمرت الشركات متعددة الجنسيات الكبرى في قطاع المطاعم والقلي الصناعي مبالغ طائلة لربط الخصائص الكيميائية للزيت المستخدم في المقالي بجودة الطعام المقلي. وهذا يعني أنه لا يقتصر دور المشغلين على مراقبة خصائص الزيت المتدهور فحسب، بل عليهم أيضاً ربط هذه الخصائص بالجودة الحسية للطعام.

يتعاون مصنّعو المعدات مع عملائهم لتحديد معايير التخلص من الزيت. وقد طُرحت العديد من أنظمة الاختبار المختلفة على مر السنين، لكن القليل منها فقط لاقى رواجًا في قطاع خدمات الطعام والمقالي الصناعية، نظرًا لقلة المستخدمين المحتملين الذين يلتزمون بتحديد معايير جودة الطعام. ويتطلب ذلك إجراء دراسة للقلي، وهي مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً، وغالبًا ما تحتاج إلى خبرة خارجية لإجراء دراسات حسية وتحليل البيانات بشكل صحيح.

تُستخدم قيمة اليود (IV) لتقييم مدى ملاءمة الزيوت. وقد أفاد غاربا وزملاؤه بأن الزيت ذو قيمة اليود العالية يُظهر أداءً ضعيفًا نتيجةً لتفاعلات أكسدة الدهون وتكوّن الهيدروبروكسيد بين الأحماض الدهنية غير المشبعة والأكسجين. كما تُستخدم الأحماض الدهنية الحرة (FFA) والدهون الثلاثية البوليمرية وقيمة الأنيسيدين (AV) والمواد البوليمرية والمؤكسدة (POM) على نطاق واسع كمؤشرات لجودة زيت القلي، إلا أنها ليست حاسمة بحد ذاتها.

على وجه الخصوص، حدد بعض الباحثين زيادة اللزوجة أثناء القلي المتكرر كعامل مسؤول عن زيادة امتصاص الزيت في الأطعمة المقلية (Guillaumin، 1988؛ Moreira et al.، 1997). علاوة على ذلك، من المتوقع أن تؤثر التغيرات في لزوجة وكثافة وسط القلي أثناء القلي المتكرر على إزالة الفقاعات الطافية من سطح الطعام، وبالتالي على انتقال الحرارة بالحمل من الزيت إلى الطعام المقلي.

ترتبط اللزوجة ارتباطًا وثيقًا بالمؤشرات الكيميائية الأخرى مثل FFA و POM و TPC وقيمة لون Lovibond كما أظهرت الدراسات المختلفة، والتي يظهر بعضها أدناه.

اللزوجة وTPC

الشكل 1 - يوضح اتجاه قياسات TPC واللزوجة (وأيضًا القياسات السعوية) مع زيادة وقت التسخين. المصدر: "مسبار استشعار سعوي لتقييم تدهور زيت القلي" – https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

اللزوجة وعلاقتها بقيمة لون لوفيبوند، والأحماض الدهنية الحرة، والمواد المبلمرة والمؤكسدة.

الشكل 2 - القياسات مع (أ) قيمة لوفيبوند للون الأحمر (ب) FFA (ج) POM (د) اللزوجة (عرض النطاق) مع زيادة وقت التسخين. المصدر: "تطوير وتقييم مستشعر جديد للتقييم الموضعي لجودة زيت القلي" – https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

الشكل 3 - اتجاهات اللزوجة (عرض النطاق) ولون مادة لوفيبوند. المصدر: "تطوير وتقييم مستشعر جديد للتقييم الموضعي لجودة زيت القلي" – https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

الشكل 4 - اللزوجة (عرض النطاق) واتجاهات الأحماض الدهنية الحرة. المصدر: "تطوير وتقييم مستشعر جديد للتقييم الموضعي لجودة زيت القلي" – https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

دراسات توضح كيف تتطور اللزوجة مع وقت التسخين

أجرى الباحثون تحليل الانحدار (https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021) بهدف دراسة اعتماد اللزوجة على عدد دفعات القلي. أظهر التحليل أنه عند زيادة حمل القلي، ترتبط اللزوجة بعدد دفعات القلي وفقًا لمعادلة كثيرة الحدود من الدرجة الثانية.

أظهر تحليل الانحدار الخطي لأنواع الزيوت (زيت النخيل وزيت الزيتون) أن لزوجة الزيت أثناء القلي والتسخين تعتمد على لزوجة الزيت الطازج وتركيز فئات المركبات البوليمرية المختلفة المتولدة خلال عملية القلي والتسخين. وينطبق هذا التحليل أيضاً على أنواع الزيوت الأخرى شريطة أن تتولد نفس فئات المركبات أثناء القلي والتسخين.

الشكل 5 - تطور اللزوجة مع وقت التسخين، اتبع دالة متعددة الحدود من الدرجة الثانية وفقًا للدراسة. المصدر: "تأثير القلي المتكرر على لزوجة وكثافة وتوتر السطح الديناميكي لزيت النخيل وزيت الزيتون" – https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021

اللزوجة ومحتوى الدهون الثلاثية

تكشف الدراسات والبيانات التجريبية (أوليفاريس-كاريلو وآخرون، 2014) أن التفاعلات الكيميائية الرئيسية التي تحدث أثناء القلي العميق هي تمزق بعض الدهون الثلاثية وبلمرة الإضافة للدهون الثلاثية التي تحتوي على سلاسل الأحماض الدهنية C18:2 و C18:3، وهذا التفاعل الأخير هو المسؤول عن الزيادة المفاجئة في اللزوجة الملاحظة.

تُعدّ اللزوجة مؤشراً ممتازاً لتتبع فقدان محتوى الدهون الثلاثية الناتج عن عمليات القلي العميق. وقد أثبت الباحثون وجود علاقة كمية بين محتوى الدهون الثلاثية واللزوجة (النوعية) لزيت فول الصويا.

الشكل 6 - تطور محتوى الدهون الثلاثية ولزوجة القص الصفري لزيت فول الصويا مع وقت الطهي وتم تحديده. المصدر: "اللزوجة كمقياس لتغيرات تركيب الزيت الناتجة عن التحلل الحراري، علم الريولوجيا التطبيقي" – http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

الشكل 7 - العلاقة بين اللزوجة النوعية والنسبة المئوية الوزنية للدهون الثلاثية. المصدر: "اللزوجة كمقياس لتغيرات تركيب الزيت الناتجة عن التحلل الحراري، علم الريولوجيا التطبيقي" – http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

اللزوجة النوعية nsp = (n – n0)/n0، حيث تمثل n0 اللزوجة المرجعية لعينة الزيت الأصلية عند "زمن الطهي صفر". تم تحديد العلاقة الوزنية %(الدهون الثلاثية) = 96.28 – 2.75 nsp

حتى الآن، طُوّرت وطُبّقت طرقٌ عديدة لقياس مختلف المعايير الكيميائية والفيزيائية لزيت القلي. على سبيل المثال، نظام الاستشعار الكيميائي لمراقبة جودة الزيت في الصناعات الغذائية، وتقنية تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) للتمييز بين الزيوت الجيدة وغير المقبولة، وتقنية الكروماتوغرافيا لقياس ثابت العزل الكهربائي ونقطة التدخين واللزوجة، وتحليل الصور لتحديد معدل المركبات الفينولية الكلية في زيت القلي. مع ذلك، تعتمد هذه الطرق في الغالب على أخذ العينات وهي معقدة وتستغرق وقتاً طويلاً ومكلفة. لذا، فإن تطوير نظام استشعار بسيط للمساعدة في تقييم جودة زيت القلي أمر ضروري.

توجد أجهزة تقيس جودة زيت القلي عن طريق اختبار إجمالي المواد القطبية (TPM) بناءً على تغيرات ثابت العزل الكهربائي للزيت. وتعتمد مجموعات اختبار الأحماض الدهنية الحرة (FFA) والمواد القطبية الكلية (TPC) على تفاعل لون الزيت. مع ذلك، توجد بعض القيود على هذه الأجهزة، مثل متطلبات المعايرة المعقدة، وملاءمتها لأنواع مختلفة من الزيوت، فضلاً عن اعتمادها المتباين على درجة الحرارة.

يجب أن يكون المستشعر موثوقًا به في ظروف القلي "الصعبة".

في تطبيقات زيوت القلي، هناك عامل بالغ الأهمية، ألا وهو النظافة. فزيوت القلي بيئة متغيرة باستمرار، حيث تتشكل البوليمرات (الترسبات البنية) على أسطح التسخين في المقلاة وتترسب في أجزاء مختلفة منها. وتُزال هذه البوليمرات باستخدام منظفات قوية كاوية وفركها. كما أن العديد من أجهزة الاستشعار نفسها عرضة لتراكم البوليمرات، مما يقلل من حساسيتها، الأمر الذي قد يؤثر سلبًا على أدائها.

لذا، ينبغي أن يكون المستشعر المستخدم في القياسات سهل التنظيف، وأن يكون قادراً على إنتاج قياسات في مثل هذه البيئات. والأفضل من ذلك، أن يساعد المستشعر في دورات التنظيف، وأن يساهم في تحديد نقاط نهاية مرحلة التنظيف.

تؤكد دراسات عديدة أن اللزوجة مؤشر موثوق لجودة الزيت في عمليات القلي. وترتبط ارتباطاً وثيقاً بمؤشرات كيميائية هامة أخرى مثل المواد العضوية القابلة للذوبان، والأحماض الدهنية الحرة، والمواد الصلبة الذائبة الكلية، ومحتوى الدهون الثلاثية، وقيم اللون.

يُعد قياس لزوجة الزيت طريقة سريعة لتحديد حالته، ويُعتبر معيارًا هامًا في تقييم جاهزية الأصول. يوفر مستشعر اللزوجة، الذي يُمكنه التكامل مع مطيافية الأشعة تحت الحمراء (IR) ومستشعرات الخصائص الأخرى، بيانات فورية عن اللزوجة ودرجة الحرارة، وهو خالٍ من الأجزاء المتحركة، ويتميز بنطاق تشغيل واسع، كما يوفر اتصالًا سهلًا وسريعًا للتكامل مع الأجهزة المحمولة الأخرى.

يضمن مقياس اللزوجة المدمج، مثل مقياس SRV، قدرة المهندسين في موقع العمل على مراقبة بيانات اللزوجة المستمرة من المستشعر والتعامل معها. إضافةً إلى إمكانيات الأتمتة التي توفرها هذه البيانات، يتميز هذا المقياس بكفاءة عالية للغاية مقارنةً بالطرق التقليدية التي تتطلب أخذ عينات وتدخلات يدوية أخرى.

الشكل 8 - (أ) جهاز قياس الجسيمات الدقيقة المحمول باليد (على اليسار) (ب) قياس الأحماض الدهنية الحرة باستخدام قضيب اختبار (على اليمين) - كلاهما يتطلب قياسات يدوية دورية ومنتظمة من قبل المهندسين/المشغلين في أرضية المصنع

الرنان الالتوائي المتوازن – نقلة نوعية في تكنولوجيا مقياس اللزوجة

الشكل 9 - Rheonics SRV مقياس اللزوجة – لتتبع تدهور الزيت بشكل مستمر

الشكل 10 - Sensoص Operating Principle, اقرأ أكثر: https://rheonics.com/whitepapers/

• Rheonics تعتمد تقنية لزوجة SRV على مادة فائقة الثبات torsionally balanceDMechanicaرنان l (براءة اختراع أمريكية رقم 9,267,872) والتي يتم تخميد تذبذباتها بواسطة لزوجة
• كلما زادت لزوجة السائل، زاد التخميد الميكانيكي للرنان. ومن خلال قياس التخميد، يتم تقدير حاصل ضرب اللزوجة والكثافة.
• يتم إثارة الرنان واستشعاره بواسطة محول كهرومغناطيسي مثبت في جسم المستشعر.
• يتم قياس التخميد بواسطة Rheonics تقنية الحلقة المقفلة الطورية ذات البوابة الحاصلة على براءة اختراع والمثبتة والمسجلة ببراءة اختراع
• استناداً إلى هاتين التقنيتين الرئيسيتين، يوفر مستشعر اللزوجة SRV قياسات مستقرة وقابلة للتكرار ودقيقة للغاية للزوجة الزيت مع كونه صغيرًا بما يكفي ليناسب راحة يدك.

Rheonics مستشعر SRV هو مستشعر صغير الحجم مصمم ليتم إدخاله مباشرة في أوعية قلي الزيت. تتيح الدقة العالية والثبات الفائقان في قياس اللزوجة الكشف السريع عن أدنى تغير وتراكم المواد/المركبات غير المرغوب فيها في زيت القلي.

يُمكّن مقياس اللزوجة المدمج الذي يقوم بالقياسات بشكل مستمر المهندسين في المصنع من تحقيق ما يلي:

• للمراقبة الآلية، يتم إضافة جرعات من الزيت الطازج والمواد المعدلة للحفاظ على جودة الزيت المطلوبة.
• للتحقق من دورية أخذ العينات - حدد متى يجب أخذ عينة مختبرية لإجراء قياس متعمق لمختلف المعايير
• رصد أي خلل أو سلوكيات غير متوقعة واتخاذ الإجراءات التصحيحية
• اتخذ إجراءً بشأن الزيت أو المنتج المقلي إذا كان الاتجاه غير طبيعي
• تتبع كل دفعة من المنتجات المقلية وصولاً إلى عبوة رقائق البطاطس المحددة!

الشكل 11 - نظرة عامة على Rheonics واجهة البرنامج

Rheonics إن مقياس اللزوجة المدمج SRV يجعل الحياة أسهل لمشغل المقلاة بشكل أكبر من خلال خصائص تجعله مناسبًا تمامًا لعمليات تصنيع الأغذية.

• وصلات صحية ونظيفة
• المستشعر الكامل متوافق مع نظام التنظيف في المكان (CIP).
• تتميز القياسات بقابلية تكرار عالية للغاية مما يعطي نتائج دقيقة
• مع تعويض درجة الحرارة المدمج
• لا يتطلب إعادة معايرة ولكنه يدعم التحقق السريع من المعايرة في الميدان (التوافق مع معايير إدارة الغذاء والدواء الأمريكية).
• يتميز هذا النظام بإمكانية تكرار النتائج بين أجهزة الاستشعار، مما يسمح بإعادة استخدام نفس الارتباط عبر مصانع متعددة، بالإضافة إلى إمكانية تبديل/استبدال المجسات دون الحاجة إلى إعادة برمجة.
• تعتمد التقنية الأساسية على سعات اهتزاز دون الميكرون لا تؤثر على بنية السائل، مما يمنحك قياسًا دقيقًا للسائل نفسه.
• يُمكّن من سهولة التركيب مباشرة في خط العملية، دون الحاجة إلى تجاوز، ودون أي انقطاع في التدفق.
• مستشعر قوي مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مع وصلات محكمة الإغلاق (IP69K) لدعم درجات الحرارة العالية والضغط العالي والتنظيف الحمضي والقلوي
• تكاليف تشغيل منخفضة على مدار العمر مع عدم الحاجة إلى الصيانة
• عائد استثمار مرتفع للغاية

احرص على سلامة عملية القلي مع إسعاد عملائك!

وأخيرًا، مستشعر زيت القلي المدمج عبر الإنترنت والذي لا يحتاج إلى انتباه المشغل ويساعد المشغلين على التركيز على تحقيق أقصى إنتاجية من خلال المقالي.

1. غيومين، ر.، 1988. حركية اختراق الدهون في الطعام. في: فاريلا، ج.، بيندر، أ.إ.، مورتون، إ.د. (محررون)، قلي الطعام: المبادئ، والتغييرات، والأساليب الجديدة. إليس هوروود المحدودة، تشيتشستر، ص 82-90.
2. موريرا، آر جي، صن، إكس، تشين، واي، 1997. العوامل المؤثرة على امتصاص الزيت في رقائق التورتيلا عند القلي العميق. مجلة هندسة الأغذية 31 (4)، 485-498.
3. ماتيوس ب. استخدام زيت النخيل للقلي مقارنةً بالزيوت الأخرى عالية الثبات. المجلة الأوروبية لعلوم وتكنولوجيا الدهون 2007؛ 109 (4): 400-9.
4. غاربا زد إن، جيمبا سي إي، إيمانويل بي. إنتاج وتوصيف زيت المحولات الحيوي من بذور نبات الجاتروفا كركاس. مجلة العلوم الفيزيائية 2013؛24(2):49-61.
5. كريس-روغرز إي، جيلات بي إن، روسيل جيه بي. تطوير وتقييم مستشعر جديد للتقييم الموضعي لجودة زيت القلي. مراقبة الأغذية 1990؛1(3):163-78.
6. كالوجياني، إي بي؛ كارابانتسيوس، تي دي؛ ميلر، آر. تأثير القلي المتكرر على لزوجة وكثافة وتوتر السطح الديناميكي لزيت النخيل وزيت الزيتون. مجلة هندسة الأغذية 2011، 105(1)، 169-179.
7. Liu, M. et al. التقييم الميكروفلويدي لتدهور زيت القلي. Sci. Rep. 6, 27970; doi: 10.1038/srep27970 (2016).
8. Olivares-Carrillo P, de los Rias AP, Quesada-Medina J, Hernandez Cifre JG, Diaz Banos FG: اللزوجة كمقياس لتغيرات تركيب الزيت بسبب التحلل الحراري، Appl. Rheol. 24 (2014) 53667.