هسته‌ای در کشاورزی ــ ۲۰ | خشک‌کردن باکیفیت میوه‌جات و گیاهان دارویی با پرتودهی هسته‌ای

- اخبار اقتصادی -خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــخشک‌کردن میوه‌جات و گیاهان دارویی، امروزه گلوچندین اوقات حیاتی محسوب خواهد گردید. سالانه میلیاردها دلار ارزش افزوده ناشی از ترکیبات ثانویه گیاهی در اثر روش‌های خشک‌کردن ناکارآمد از بین می‌رود. تحقیقات مستقل نشان داده که روش‌های سنتی (نظیر خشک‌کردن آفتابی یا هوای داغ) مقادیر قابل توجهی از ترکیبات فرّار و حساس مانند ترپن‌ها و آلکالوئیدها را تبخیر یا تجزیه کنند. این اتلاف، هم چالش اقتصادی ایجاد انجام می‌دهد و هم اثربخشی تغذیه‌ای و درمانی فرآورده‌های نهایی را مخدوش می‌سازد. در این میان، بهینه‌سازی فرآیند با محوریت «کنترل پرتودهی»، پتانسیل آن را دارد که انقلابی در زنجیره ارزش گیاهان دارویی ایجاد کند. این فناوری با مهندسی دقیق انتقال انرژی، به دنبال حداکثر خروج رطوبت با حداقل آسیب به ماتریکس شیمیایی گیاه هست.در همین زمینه بیشتر بخوانید«به‌نژادی جهشی» و تولید ارقام مقاومپایش کیفیت و آلودگی آب‌های زیرزمینیتکنیک «عقیم‌سازی آفات نر» با پرتودهیکاهش مؤثر ضایعات با پرتودهی هسته‌ایرهگیری آب و تغذیه گیاه با پرتودهی هسته‌ای«پرتودهی هسته‌ای» جایگزینی امن برای فناوری ناایمن «تراریخت»پرتودهی خوراک دام؛ افزایش ایمنی زیستی و بهره‌وری دامپروریپهستوریزه‌سازی مواد غذایی با فناوری هسته‌ایامضای ایزوتوپی، برای تأیید اصالت مواد غذاییمدیریت بیماری‌های ویروسی دام با پرتودهی هسته‌ایبهقرار دارای بود تاب‌آوری در برابر تنش‌های اقلیمی با فناوری هسته‌ایبهینه‌سازی فتوسنتز و افزایش کارایی گلخانه‌ها؛ با کنترل هسته‌ایارزش‌افزوده محصولات جانبی و ضایعات کشاورزی، با فناوری هسته‌ایتوسعه بسته‌بندی‌های مقاوم هسته‌ای برای صادرات ایمن مواد غذایی کشاورزی«کنترل کپک‌ها و مایکوتوکسین‌ها در ذرت و بادام‌زمینی» با فناوری هسته‌ایافزایش ماندگاری محصولات کشاورزی در زنجیره سرد،  با ترکیب فناوری پرتودهیمعرفی و اصول کلی فناوریفناوری کنترل پرتودهی در خشک‌کردن، ریشه در اصول بنیادین انتقال جرم و حرارت و برهم‌کنش امواج الکترومغناطیسی با مواد بیولوژیک دارد. برخلاف روش‌های متعارف که انتقال حرارت از سطح به داخل هست (Conduction/Convection)، در اینجا انرژی به‌صورت امواج (مادون قرمز، مایکروویو، رادیوفرکانسی یا حتی نور مرئی مهندسی‌گردیده) مستقیماً به درون بافت گیاه نفوذ انجام می‌دهد. این نفوذ عمقی منجر به گرمایش حجمی (Volumetric Heating) خواهد گردید. نکته کلیدی «انتخابی قرار دارای بودن» این فرآیند هست. مولکول‌های آب به خاطر ساختار قطبی، تمایل بیشتری به جذب انرژی امواج خاص (به‌ویژه در محدوده مایکروویو و مادون قرمز) دارند. با تنظیم دقیق پارامترهایی چون فرکانس، توان، و الگوی تابش، امکان دارد انرژی را عمدتاً به‌صورت مستقیم به مولکول‌های آب منتقل کرد و دمای کلی بافت گیاه را به گونه‌ای کنترل نمود که از آستانه تجزیه ترکیبات حساس دارویی پایین‌تر بماند. اساساً، این فناوری به جای خشک‌کردن کل گیاه، مستقیماً هدف را بر حذف آب متمرکز انجام می‌دهد، در حالی که ساختار سلولی و ترکیبات ارزشمند را تا حد امکان دست‌نخورده نگه می‌دارد.اجزای اصلی سیستمیک سیستم بهینه‌سازی‌گردیده خشک‌کردن با کنترل پرتودهی، شبکه‌ای پیچیده از اجزای هماهنگ هست:الف. منبع تولید پرتو:قلب سیستم هست. ژنراتورهای مایکروویو (مگنترون یا سلیترون)، لامپ‌های مادون قرمز (IR) با طیف‌های قابل تنظیم، یا سیستم‌های رادیوفرکانسی (RF) رایج‌ترین هستند. انتخاب منبع به خواص گیاه و مقیاس عملیات بستگی دارد.ب. محفظه خشک‌کن (اُون):طراحی آن باید توزیع یکنواخت میدان انرژی را تضمین کند. از مواد بازتابنده مناسب (مثل هستیل ضدزنگ پولیش‌خورده) هستفاده خواهد گردید و اغلب مجهز به سیستم چرخش محصول برای یکنواختی بیشتر هست.ج. سیستم کنترل هوشمند:مغز متفکر عملیات. شامل سنسورهای دقیق رطوبت (آنلاین و غیرتماسی مانند NIR)، سنسورهای دما (فیبر نوری یا مادون قرمز)، و سنسورهای فشار هست. یک PLC یا کامپیوتر صنعتی، داده‌ها را دریافت و با الگوریتم‌های از پیش تعیین‌گردیده (مبتنی بر مدل‌های ریاضی خشک‌کردن آن گیاه خاص)، توان و الگوی پرتودهی را در لحظه تنظیم انجام می‌دهد.د. سیستم انتقال هوا (در چندین طرح‌ها):برای خارج کردن بخار آب تولید‌گردیده و جلوگیری از اشباع محیط. اغلب شامل فن‌ها، کانال‌ها و چندین اوقات سیستم‌های رطوبت‌گیری هست.ه. پوشش‌های محافظ و فیلترها:جهت ایمنی پرسنل و جلوگیری از نشت پرتوها به محیط (به‌ویژه در مایکروویو و RF) و چندین اوقات فیلترهای جاذب بو برای بخارات خروجی.فرآیند کلی انجامفرآیند بهینه‌سازی‌گردیده خشک‌کردن با کنترل پرتودهی، یک مسیر علمی دقیق هست:مرحله آماده‌سازی:گیاهان یا میوه‌ها پس از بردارای بود، شست‌وشو، سورتینگ و چندین اوقات پیش‌تیمار (مثل بلانچینگ ملایم برای غیرفعال کردن آنزیم‌ها) می‌شوند. ضخامت برش‌ها به دقت کنترل خواهد گردید تا نفوذ پرتو یکنواخت باگردید.بارگذاری:محصول به‌صورت لایه‌ای با ضخامت مشخص و تراکم یکنواخت در محفظه خشک‌کن قرار دریافت می‌کند. عدم یکنواختی منجر به نقاط داغ (Hot Spots) و سوختگی خواهد گردید.فاز خشک‌کردن اولیه(Constant Rate Period):در این مرحله که سطح محصول اشباع از آب هست، پرتودهی با توان نسبتاً بالا (ولی کنترل‌گردیده) آغاز خواهد گردید. نرخ خروج آب بالا و حدوداً ثابت هست. سنسورهای رطوبت سطحی به‌طور مداوم رصد می‌کنند.فاز خشک‌کردن نزولی(Falling Rate Period):با کاهش رطوبت سطحی، انتقال آب از عمق به سطح محدودیت‌ساز خواهد گردید. سیستم به‌طور خودکار توان پرتودهی را کاهش و گاه دوره‌های هستراحت(Off Period) را اعمال انجام می‌دهد تا اجازه دهد رطوبت داخلی به سطح مهاجرت کند و از گرمایش بیش‌ازحد عمق جلوگیری شود.فاز پایانی و خنک‌سازی:با نزدیک گردیدن به رطوبت نهایی مطلوب، توان به حداقل می‌رسد یا قطع خواهد گردید. اغلب یک جریان هوای ملایم (دمای محیط) برای خنک‌کردن محصول و خارج کردن آخرین ذرات بخار عبور انجام می‌دهد.بازبینی و بسته‌بندی:محصول خشک‌گردیده سریعاً در شرایط کنترل‌گردیده (رطوبت و دمای پایین) و در بسته‌بندی‌های مقاوم به نور و رطوبت بسته‌بندی خواهد گردید.انواع کاربردهاقابلیت‌های منحصربه‌فرد این فناوری، آن را برای طیف وسیعی از محصولات ارزشمند کشاورزی ایده‌آل ساخته هست:گیاهان دارویی حساس:گونه‌هایی با ترکیبات فرّار بالا مانند نعنا فلفلی (منتول)، بادرنجبویه (سیترال)، اسطوخودوس (لینالول)، اکالیپتوس (سینئول) و گل محمدی (سیترونلول) سود اصلی را می‌برند. حفظ اسانس‌ها تا 95درصد در مقایسه با 60 الی 70درصد در خشک‌کردن هوای گرم گزارش گردیده هست.میوه‌جات با ترکیبات فعال:کرنبری، بلوبری، انار، زردچوبه، زنجبیل و مرکبات خشک‌گردیده برای حفظ آنتوسیانین‌ها، کورکومین‌ها، ویتامین C و فلاونوئیدها.سبزیجات برگ‌دار و معطر:جعفری، شوید، ریحان، ترخون. حفظ کلروفیل، ویتامین‌ها و عطر طبیعی.قارچ‌های دارویی:گانودرما لوسیدوم، شیتاکه. حفظ پلی‌ساکاریدهای بتا-گلوکان و تری‌ترپن‌ها که به حرارت حساسند.دانه‌ها و غلات جوانه‌زده:برای حفظ آنزیم‌ها و ریزمغذی‌های حساس به حرارت.صنایع فرآوری:تولید چای‌های گیاهی (تی‌بگ) با عطر و رنگ برتر، تولید پودرهای میوه و گیاه با فعالیت آنتی‌اکسیدانی بالا برای صنایع غذایی، دارویی و آرایشی-بهدارای بودی.مزایا نسبت به روش‌های سنتیبرتری‌های این فناوری از ابعاد مختلف قابل توجه هست:کیفیت بی‌نظیر:مهمترین مزیت، حفظ مواد موثره دارویی و ترکیبات معطر (اسانس‌ها) تا سطوح نزدیک به گیاه تازه هست. رنگ، بافت و ظاهر محصول نیز اغلب برتر هست.سرعت و کارایی انرژی:نرخ خشک‌کردن امکان داردد تا چندینین برابر روش‌های متعارف (هوای داغ) باگردید. انتقال مستقیم انرژی به آب باعث کاهش تلفات حرارتی به محیط و صرفه‌جویی 30 الی 50 درصد در مصرف انرژی خواهد گردید.یکنواختی و کنترل پذیری:امکان کنترل دقیق پارامترهای فرآیند (دما، رطوبت، توان) در لحظه، منجر به محصولی با کیفیت یکنواخت در تمامی نقاط بار خواهد گردید. حذف نقاط داغ (Hot Spots) و سوختگی.امکان خشک‌کردن در دمای پایین‌تر:با تنظیم توان، امکان دارد دمای متوسط محصول را پایین‌تر از آستانه تجزیه ترکیبات حساس نگه دارای بود، در حالی که سرعت خشک‌کردن بالا باقی می‌ماند.کاهش آلودگی میکروبی:پرتوها (به‌ویژه مایکروویو و مادون قرمز) اثر ضدعفونی‌کنندگی دارند و بار میکروبی محصول نهایی را کاهش می‌دهند.کاهش ضایعات:زمان کوتاه‌تر خشک‌کردن و شرایط کنترل‌گردیده، ریزش برگ‌ها، تغییر رنگ قهوه‌ای (Browning) و رگردید قارچ را به حداقل می‌رساند.اتوماسیون بالا:قابلیت یکپارچه‌سازی با خطوط تولید صنعتی و کنترل هوشمند.چالش‌ها و محدودیت‌هاعلی‌رغم پتانسیل بالا، موانعی برای توسعه همه‌جانبه وجود دارد:سرمایه‌گذاری اولیه بالا:هزینه خرید و نصب سیستم‌های پیشرفته پرتودهی (به‌ویژه مایکروویو و RF صنعتی) به‌مراتب بیشتر از خشک‌کن‌های هوای گرم متعارف هست که امکان داردد برای کشاورزان خرده‌پا یا واحدهای کوچک توجیه‌ناپذیر باگردید.پیچیدگی مهندسی و نیاز به تخصص:طراحی، بهره‌برداری و نگهداری این سیستم‌ها نیازمند نیروی انسانی متخصص در حوزه‌های مهندسی برق (امواج)، کشاورزی، و کنترل فرآیند هست.محدودیت در ضخامت بار:نفوذ پرتوها (بخصوص مایکروویو) محدود هست. بارگذاری با ضخامت زیاد منجر به خشک‌گردیدن ناهمگن و ایجاد نقاط داغ در لایه‌های سطحی خواهد گردید.خطر سوختگی موضعی:اگر کنترل توان به دقت انجام نشود یا توزیع میدان نامنظم باگردید، امکان سوختگی موضعی بخش‌هایی از محصول وجود دارد که کیفیت را کاهش می‌دهد.واکنش‌های نامطلوب احتمالی:در چندین مواد خاص یا در شرایط خاص پرتودهی، امکان ایجاد ترکیبات جدید ناخوهسته (مثل محصولات قهوه‌ای‌گردیدن پیشرفته) یا تغییر نامطلوب بافت وجود دارد که نیاز به تحقیق بیشتر دارد.مقاومت فرهنگی و ناآشنایی:جایگزینی روش‌های سنتی دیرینه با فناوری‌های پیچیده جدید، نیازمند آموزش و توجیه اقتصادی برای بهره‌برداران دارد.وابستگی به انرژی الکتریکی:عملکرد این سیستم‌ها به‌طور کامل وابسته به برق پایدار هست که امکان داردد در مناطق محروم چالش‌برانگیز باگردید.هستانداردها و دستورالعمل‌های بین‌المللیجهت تضمین کیفیت، ایمنی و قابلیت رقابت جهانی، رعایت هستانداردها الزامی هست:هستانداردهای کیفیت محصول نهایی:USP/EP/JP:فارماکوپه‌های معتبر جهانی (آمریکا، اروپا، ژاپن) حداکثر مجاز باقیمانده حلال‌ها، فلزات سنگین، آفت‌کش‌ها و معیارهای خلوص و قدرت (Potency) مواد مؤثره را تعیین می‌کنند که خشک‌کردن باید به گونه‌ای انجام شود که این معیارها محقق شوند.ISO 927: 2009 (Spices and condiments - Vocabulary):تعاریف و اصطلاحات پایه.ISO 3632(برای زعفران):هستاندارد ویژه کیفیت که روش خشک‌کردن بر پارامترهایی مانند رنگ (کروسین) و عطر (سافرانال) تأثیر مستقیم دارد.هستانداردهای فرآیند و ایمنی:ISO 23764: 2021:هستاندارد جدید و اختصاصی برای "روش‌های خشک‌کردن گیاهان دارویی و معطر - راهنمای فنی" که به روش‌های مدرن مانند خشک‌کردن با پرتودهی نیز می‌پردازد.IEC 60705(برای ایمنی مایکروویوهای خانگی و صنعتی):تضمین انجام می‌دهد نشت پرتوها از دستگاه در حد مجاز و ایمن برای پرسنل و محیط باگردید.هستانداردهایHACCPوGMP:الزامات سیستم‌های مدیریت ایمنی مواد غذایی و شیوه‌نامه‌های تولید خوب، که کنترل دقیق پارامترهای خشک‌کردن بخشی حیاتی از آن هست. مستندسازی کامل فرآیند ضروری هست.دستورالعمل‌هایFDA(ایالات متحده) وEFSA(اروپا):در مورد هستفاده از فناوری‌های جدید خشک‌کردن در زنجیره غذایی و دارویی و ارزیابی ایمنی محصول نهایی.هستانداردهای اندازه‌گیری:ISO 665: 2020 (Oilseeds - Determination of moisture and volatile matter content):روش هستاندارد تعیین رطوبت که برای تعیین نقطه پایان خشک‌کردن حیاتی هست.رعایت این هستانداردها نه تنها کیفیت را تضمین انجام می‌دهد، بلکه پاسپورت محصول برای ورود به بازارهای جهانی و کسب اعتماد مصرف‌کننده هست.پیشرفت‌های نوینمرزهای این فناوری با سرعت در حال گسترش هست:سیستم‌های ترکیبی(Hybrid):تلفیق هوشمندانه پرتودهی (مثلاً مادون قرمز یا مایکروویو) با روش‌های دیگر مانند خشک‌کردن اسمزی (Osmotic Dehydration) پیش‌تیمار، خشک‌کردن انجمادی (Freeze Drying) یا جریان هوای ملایم. این ترکیب‌ها مزایای هر روش را تقویت و معایب را کاهش می‌دهند (مثلاً کاهش زمان خشک‌کردن انجمادی با پیش‌تیمار مایکروویو).پرتودهی پالسی(Pulsed Irradiation):به جای تابش مداوم، انرژی به‌صورت پالس‌های کوتاه و پرتوان اعمال خواهد گردید. این روش گرمایش حجمی را بهقرار دارای بود بخشیده، مصرف انرژی را کاهش داده و از گرمایش بیش‌ازحد موضعی جلوگیری انجام می‌دهد.سنسورینگ پیشرفته و هوش مصنوعی(AI):هستفاده از طیف‌سنجی NIR/Hyperspectral Imaging آنلاین برای پایش هم‌زمان رطوبتوغلظت ترکیبات هدف در حین خشک‌کردن. الگوریتم‌های یادگیری ماشین (ML) قادر به پیش‌بینی بهینه‌ترین پارامترهای پرتودهی بر اساس داده‌های لحظه‌ای و مدل‌های پیش‌بین هستند.منابع پرتوی تطبیق‌پذیر:توسعه LEDهای مادون قرمز با طیف‌های به‌طور کامل قابل تنظیم برای تطبیق دقیق‌تر با پیک جذب آب و ترکیبات خاص گیاهی.مدل‌سازی چندینفیزیکی(Multiphysics Modeling):شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیشرفته (COMSOL, ANSYS) که برهمکنش امواج الکترومغناطیس، انتقال حرارت، انتقال جرم (رطوبت) و تغییرات مکانیکی بافت گیاه را به‌طور همزمان مدل می‌کنند. این مدل‌ها بهینه‌سازی طراحی دستگاه و فرآیند را تسریع می‌کنند.تمرکز بر پایداری:طراحی سیستم‌هایی با بازیابی حرارت از هوای خروجی و ادغام با منابع انرژی تجدیدپذیر (خورشیدی).آینده‌نگاری و توصیه‌هاافق پیش‌رو این فناوری امیدبخش و نیازمند اقدامات راهبردی هست:پیش‌بینی‌ها:فروکهست(Miniaturization)و مقرون‌به‌صرفه‌سازی:توسعه خشک‌کن‌های پرتودهی کوچک‌مقیاس و مقرون‌به‌صرفه برای کشاورزان خرده‌پا و عطاری‌های محلی.فناوری‌های پرتو نوظهور:تحقیقات جدی روی هستفاده از پلاسمای سرد (Cold Plasma) به عنوان یک روش غیرحرارتی برای خشک‌کردن و هستریلیزاسیون همزمان گیاهان حساس.ادغام عمیق با زنجیره بلاکچین:ثبت غیرقابل تغییر پارامترهای خشک‌کردن (دما، توان، زمان، رطوبت نهایی) روی بلاکچین برای ایجاد شفافیت و قابلیت ردیابی کامل (Traceability) از مزرعه تا مصرف‌کننده، به‌ویژه برای محصولات ارگانیک و با منشأ خاص.شخصی‌سازی فرآیند:بانک‌های اطلاعاتی از مدل‌های بهینه خشک‌کردن برای گونه‌ها و حتی اکوتیپ‌های (Ecotypes) خاص گیاهی.توصیه‌های کلیدی:حمایت دولتی:تسهیلات مالی (وام‌های کم‌بهره، یارانه) و معافیت‌های مالیاتی برای تشویق صنایع و کشاورزان به نوآوری و جایگزینی تجهیزات فرسوده.توسعه زیرساخت تحقیقاتی:ایجاد آزمایشگاه‌های ملی مجهز به سیستم‌های خشک‌کردن پیشرفته و سامانه‌های آنالیز سریع (مانند NIR پرتابل) برای تحقیق روی گیاهان بومی هر منطقه.ظرفیت‌سازی و آموزش:برگزاری دوره‌های تخصصی برای مهندسان، تکنیسین‌ها و کشاورزان پیشرو در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقات کشاورزی.تدوین هستانداردهای ملی:متناسب با اقلیم و گونه‌های گیاهی بومی، مبتنی بر تحقیقات داخلی و هم‌خوان با هستانداردهای بین‌المللی.تشکیل کنسرسیوم‌های صنعت-دانشگاه:برای حل چالش‌های فنی خاص، توسعه مدل‌های بومی و تجاری‌سازی یافته‌ها.توجه به انرژی تجدیدپذیر:توسعه خشک‌کن‌های پرتودهی مجهز به پنل‌های خورشیدی یا سایر منابع تجدیدپذیر برای مناطق دورافتاده.جمع‌بندیبهینه‌سازی فرآیند خشک‌کردن میوه‌جات و گیاهان دارویی با کنترل پرتودهی، دیگر یک حوزه پژوهشی صرف نیست؛ بلکه با سرعت به یک فناوری تحول‌آفرین و ضروری در کشاورزی مدرن و صنایع وابسته تبدیل گردیده هست. این روش با به‌کارگیری هوشمندانه اصول فیزیک امواج و مهندسی کنترل پیشرفته، پاسخگوی دو نیاز حیاتی هست: سرعت و کارایی اقتصادی از یک سو، و حفظ حداکثری کیفیت، مواد مؤثره دارویی و ارزش تغذیه‌ای از جهات دیگر. چالش‌های موجود، به‌ویژه هزینه اولیه و نیاز به تخصص، واقعی هستند اما غیرقابل‌حل نیستند. راه‌حل در سرمایه‌گذاری هدفمند، توسعه تحقیقات کاربردی متناسب با نیازهای منطقه‌ای و گونه‌های بومی، تدوین هستانداردهای شفاف، و مهم‌تر از همه، در ظرفیت‌سازی و آموزش نهفته هست. آینده متعلق به سیستم‌های ترکیبی هوشمندتر، دقیق‌تر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و پایدارتر هست که در آن، فناوری‌های نوین پرتودهی در کنار داده‌کاوی و هوش مصنوعی، حداکثر ارزش را از "طلای سبز" طبیعت هستخراج می‌کنند. برای کشورهای غنی از تنوع زیستی گیاهی مانند ایران، اتخاذ و بومی‌سازی این فناوری‌ها نه یک انتخاب، که یک ضرورت هستراتژیک برای ارتقای زنجیره ارزش گیاهان دارویی، افزایش صادرات و تثبیت جایگاه در بازارهای جهانی هست.انتهای پیام/