فراورده های شیر UHT
در حال حاضر ، فرایند استریلیز ایسیون شیر ، کافی کرم و خامه زده شده به روش UHT رو به توسعه ای دارد ، ولی مقادیر قابل توجهی از شیر و کافی کرم هنوز نیز به وسیله اتوکلاو استریل می شوند .
استریلیزاسیون به سه روش : یک مرحله ای ، دو مرحله ای و مداوم انجام پذیر است
.
روش یک مرحله ای ، نوعی فرایند حرارتی غیر مداوم است که محصول بسته بندی شده در یک اتوکلاو با دمای 110 تا 120C طی 10 تا 40 دقیقه استریل می شود .
در روش دو مرحله ای محصول ابتدا تحت فرایند UHT ( 2 تا 5 ثانیه در 135 تا 155C ) قرار می گیرد و سپس به طریقه غیر اسپتیک در ظروفی چون بطری های شیشه ای پرشده ، آنگاه توسط یک اتوکلاو استریل می گردد .
استریلیزاسیون مداوم ، با استفاده از اتوکلاو و یا فرایند UHT مجهز به پرکن اسپتیک انجام می شود .
استریلیزاسیون مداوم
دسترسی به اتوکلاو های استریلیزاسیون مداوم در بازار به به راحتی امکان پذیر است .
در اینجا ، تکنیک مداوم و مدرن استریلیزاسیون که امروزه غالبا به روش UHT به همراه پرکن اسپتیک اطلاق می گردد ، مورد بحث و بررسی قرار می گیرد .
جنبه های میکروبی ، شیمیایی و فیزیکوشیمیایی فراورده اتریل شده از جمله مباحث مطرح در مورد استریلیزاسیون محصولات شیر می باشد .
در این خصوص مرگ کلیه میکروارگانیسم ها و همگام با آن ، حداقل تغییرات حرارتی در محصول به عنوان مهمترین هدف محسوب می شود .
بنابراین ، فرایند حرارتی مورد استفاده باید توان آن را داشته باشد که اکثر اسپور های مقاوم به حرارت در فراورده های شیر و همچنین انواع بیماری زا (مثلا ، کلستریدیوم بوتولینوم ) را تحت هر شرایطی نابود کند ، ولی حداقل تغییرات شیمیایی را در محصول موجب شود .
عملیات حرارتی ممکن است تغییرات شیمیایی و فیزیکوشیمیایی قابل ملاحظه ای را پدیدار نماید که در نتیجه باعث کاهش پذیرش فراورده مورد نظر خواهد شد .
به عنوان مثال ، محصول در حین استریلیزاسیون یک مرحله ای متحمل تغییراتی بدین شرح می شود : ایجاد طعم پخت یا کاراملی ، واکنش های قهوه ای شدن ، غالبا رسوب و کاهش قابل توجه ارزش غذایی .
مطالعه نمودار زمان – درجه حرارت ترسیم شده برای تغییرات شیمیایی و استریلیزاسیون فراورده های شیر ، اطلاعات مفیدی راجع به پیدا کردن فرایند حرارتی مطلوب در اختیار می گذارد .
فرایند مطلوب و مورد نیاز ، غالبا با استفاده از باسیلوس استئاروترموفیلوس که حتی از کلستریدیوم بوتولینوم هم مقاومت حرارتی بیشتری دارد کنترل می شود .
به منحنی زمان – درجه حرارت شیر در نمودار 5-1 توجه کنید .
لازم است ذکر شود که این منحنی ها برای فراورده های مختلف به چند دلیل ممکن است متفاوت باشد .
به عنوان مثال ، شیر و خامه زده شده از دو میزان مختلف ویسکوزیته و چربی برخوردارند که از این رو در حین حرارت دیدن ، رفتار های مختلفی از خود بروز می دهند .
در نمودار فوق ، به وضوح نشان داده شده است که محصول در دمای بیش از c 110 قبل از این که قهوه ای شود ، استریل می گردد .
در دما های بالاتر ، اختلاف میان زمان مورد نیاز برای استریلیزاسیون و قهوه ای شدن افزایش میابد ، و این دلیلی بر جالب توجه بودن تکنیک UHT است .
روش UHT با دمای 135 تا C155 به مدت 2 تا 6 ثانیه ، فراورده استریلی با حداقل تغییرات شیمیایی به دست می دهد .
در فرایند UHT شیر ، دو نوع عملیات حرارتی به کار برده می شود :
1- حرارت مستقیم که بر اختلاط شیر و بخار بنا نهاده شده است .
در این روش ، با شیر به داخل بخار ( پالاریزاسیون ) یا بخار به داخل شیر (اوپریزاسیون ) تزریق می گردد .
2- حرارت غیر مستقیم که به کمک برخی از انواع مبدل های حرارتی انجام می پذیرد .
استریلیزاسیون مداوم با تزریق شیر به بخار تصویر 5-6 ، اساس یک پالاریزاتور را نشان می دهد ه بر طبق آن ، محصول ابتدا وارد یک بالانس تانک (1) می شود .
شیر از این جابه یک پیش گرم کن دو مرحله ای (2 و 3 ) منتقل شده ، تا دمای c 75 حرارت می بیند .
در مرحله اول ، بخار حاصل از محفظه خلا ، و در مرحله دوم ، بخار زنده مورد استفاده قرار می گیرد .
سپس ، محصول به داخل محفظه استریلیزاسیون لبریز از بخار (4) پاشیده می شود و دمای آن بلافاصله از C 75 به C 145 افزایش پیدا می کند .
حال زمان چند ثانیه را با همین دما در محفظه نگهداری (5) سپری می نماید .
کاهش سریع دما تا C 77 در محفظه خلا (6) ، مرحله بعد را تشکیل می دهد .
ضمن این که بخار اضافه شده به شیر در محفظه استریلیزاسیون دقیقا در این محصول به کمک یک پمپ سانتریفوژی اسپتیک به هموژنیزاتوراسپیتیک (7) و از آن جا به یک خنک کن دو مرحله ای (8 و 9 ) فرستاده می شود .
در این قسمت ، دمای شیر به وسیله آب سرد به c25 می رسد و متعاقبا به تانک استریل (10) یا مستقیما به ماشین پر کن اسپتیک هدایت می گردد .
6-1-2 استریلیزاسیون مداوم با حرارت غیر مستقیم اصول کلی یک سیستم UHT غیر مستقیم در تصویر 5-7 نمایش داده شده است .
عمل گرم و سرد کردن در چنین روشی با استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای انجام می پذیرد .
ظرفیت سیستم می تواند 2،4 ، 6 ، 8 و یا 10 هزار لیتر بر ساعت باشد .
توجه به نکاتی در طراحی کارخانه ، نظیر کارگذاشتن هواگیر یا عدم استفاده از آن و بهره گیری از هموژنیزاتور اسپتیک و غیر اسپتیک به منظور دست یابی به کیفیت مطلوب ضروری است .
تصویر 5-7 نمودار جریان در یک کارخانه مجهز به یک هواگیر و یک هموژنیزاتور غیر اسپتیک را نشان می دهد .
همان طور که نشان داده شده است ، شیر ، از بالانس تانک ( 1) به مبدل حرارتی صفحه پمپ شده ، بدون هیچ گونه تغییری در دما ، بخش اول دستگاه (2) را پشت سر می گذارد ( این بخش ، تنها به هنگام تمیز کردن و استریلیزاسیون اولیه به کار می آید ) .
دمای شیر در بخش دوم مبدل حرارتی (3) در اثر تبادل گرما با شیر استریل c55 می رسد .
این قسمت ، تنها جایی است که در آن ، شیر در دو طرف صفحات حرارتی قرار دارد .
در سایر قسمت ها ، شیر تحت یک سیستم سیر کولاسیونی ، بسته و جهت جریانی مخالف جهت جریا ن آب ، سرد یا گرم می شود .
افزایش دمای شیر تا c70 در مرحله بعد (4) و قبل از و ورود به هواگیر (5) صورت می پذیرد .
هواگیر به یک کندانسور متصل شده است تا با برگرداندن مواد کندانس شده به به شیر ، از کاهش مقدار آن جلوگیری به عمل آورد .
با وجود این ، حجم شیر در اثر خروج هوا ، کمی کاهش می یابد .
شیر از هواگیر به هموژنیزاتور (6) پمپ شده و آن گاه به مبدل حرارتی برگردانده می شود (7) .
دمای شیر در این مرحله به c 95 می رسد و به مدت 30 ثانیه در این درجه حرارت نگهداری می شود .
پس از آن در بخش استریلیزاسیون (8) ، شیر برای 3 ثانیه در معرض دمای c 137 قرار می گیرد .
بعد از کاهش دما در دو مرحله آخر (9 و 10 ) به حدود c 20 (دمای بسته بندی ) ، شیر به تانک ذخیره اسپتیک یا مستقیما به خطر بسته بندی اسپتیک فرستاده می شود .
در صورت استفاده از هموژنیزاتور اسپتیک ، جای ان در بین بخش های 9 و 10 خواهد بود .
دمای شیر ورودی به آن c 70 است .
فشار لازم برای ممانعت از جوشیدن محصول دو بخش استریلیزاسیون ، از طریق دریچه کنترل فشار (11) تامین می گردد .
گرم و سرد کردن شیر در مبدل های حرارتی بر پایه استفاده از جریان مخالف آب بنا نهاده شده است .
آب خود با تزریق بخار گرم می شود .
بخار کندانس با دمایی حدود c 65 از طریق تانک انبساط تحت فشار (12) از سیستم خار ج می شود .
دمای هرچه پایینتر بخار کندانس ، نشانگر استفاده هرچه بیشتر از آن می باشد .
محصول در آخرین بخش از مبدل حرارتی (13) از طریق سیرکولاسیون غیر همسوی آب خنک می شود .
بدین ترتیب ، دمای آب سرد به بالاتر از درجه حرارت تخلیه شیر افزایش میابد که خود ، موارد مصرف بیشتر از آب را به دنبال دارد .
مقدار آب مصرفی ، 2/0 تا 3/0 حجم شیر است .
نظر به این که آب به دمایی حدود 65 تا c 70 می رسد ، می توان از حرارت آن در سایر قسمت های کارخانه استفاده نمود .
قابل توجه است که مصر ف بخار در این سیستم به حداقل مقدار خود می رسد و همچنین بالغ بر 90% از انرژی حرارتی مجددا مورد استفاده قرار می گیرد .
از طرفی ، میزان بالای بازیافت انرژی در این سیستم منجر به طولانی شدن دوره حرارتی در حین استریلیزاسیون اولیه و تمیز کردن دستگاه ها می شود که برای رفع این نقص ، از یک بخش حرارتی خارجی (2) در نقطه ورودی محصول بهره گرفته می شود .
این بخش زمان مورد نیاز برای رسیدن به استریلیزاسیون اولیه را به 10 دقیقه کاهش می دهد .
قبل از شروع فرایند شیر ، خط تولیدی به استثنای بالانس تانک ، هواگیر و هموژنیزاتور ، با سیرکولاسیون آب داغ تحت فشار استریل می شود ( استریلیزاسیون مقدماتی ) .
بدین منظور ، مدار بسته ای از آب داغ با یک تانک تحت فشار ایجاد می گردد .
تا پایان استریلیزاسیون مقدماتی ، نیازی به مصرف آب سرد نیست و دستگاه تا درجه حرارت معمول فرایند خنک می گردد .
فاصله زمانی بین دو بار تمیز کردن متوالی دستگاه تا حد زیادی به کیفیت شیر بستگی دارد .
البته ، عواملی ، چون : تغییرات دما ، فشار و نوع طراحی صفحات نیز موثر می باشد .
در صورت بالا بودن کیفیت ماده خام ، زمان کار دستگاه بیش از 10 ساعت خواهد بود .
به گفته صاحب نظران این صنعت ، قرار دادن یک تانک اسپتیک بین دستگاه UHT و ماشین پرکن ، چه در روش مستقیم و چه غیر مستقیم ، مانع از ایجاد هر گونه تغییری در ظرفیت می شود .
این کار همچنین از پیشامد زیان های احتمالی به هنگام شروع توقف همزمان دستگاه UHT و پرکن ممانعت به عمل می آورد ، مضاف بر این که مانع تکرار فرایند شیر می شود .
علاوه بر موارد فوق ، استفاده از تانک اسپتیک در مواقعی که پرکن وجود داشته بیش از یک باشد ، نیاز به تنظیم ظرفیت سیستم UHT را مرتفع می سازد ، اما چنانچه این نیاز بر طرف نشود ممکن است میزان انرژی حرارتی متحمل تغییراتی گردد که این خود می تواند کیفیت فراورده نهایی را تحت تاثیر قرار دهد .
تانک ذخیره اسپتیک و سیستم UHT در طول فرایند ، بطور خودکار پر می باشند و به وسیله یک میکروپروسسور «PASILAC » کنترل می گردند .
تمامی اعمال ، شامل تنظیم و تثبیت فشار و درجه حرارت ، استریلیزاسیون مقدماتی ، تولید و تمیز کردن کمک تجهیزات کنترلکننده تنظیم می شود .
این بدان معنی است که کارخانهبه توجه و رسیدگی چندانی نیاز ندارد .
کلیه دریچه ها ، موتور ها ، دما ها و فشار ها بطور مداوم کنترل می شوند .
سیستم کنترل در صورت بروز هر گونه اختلال در کارخانه ، فعال شده ، آژیر می کشد .
همچنین ، تمام یا برخی از عملیات ، بسته به نوع مشکل ایجاد شده ، متوقف می شوند تا از ارسال محصولی که به اندازه کافی حرارت ندیده است به تانک اسپتیک و پرکن جلوگیری به عمل آید .
منحنی های درجه حرارت – زمان روش های مستقیم و غیر مستقیم حرارت دهی در نمودار 5-2 ترسیم شده است .
کیفیت فراورده های استریل تا حد زیادی به کیفیت ماده خام ( شیر یا خامه ) بستگی دارد .
همان طور که قبلا نیز گفته شد ، فاصله زمانی بین سیکل های تمیز کردن نیز به میران قابل ملاحظه ای متاثر از کیفیت شیر می باشد .
تکنیک های استریلیزاسیون که در بالا بدان ها اشاره شد ، به گونه ای طراحی شده اند که از بروز مشکلات باکتریولوژیکی جلوگیری شده ، همچنین ، فراورده های استریل مطمئنی به دست آید .
با این حال ، به منظور حصول اطمینان از استریل شدن محصول باید از آن نمونه برداری کرد .
از طرفی ، فراورده های شیری استریل شده باید در دمای C 30 طی زما ن14 روز ، یا در c 55 به مدت 7 روز بدون هیچ گونه تغییری باقی بمانند .
ثبات فیزیکوشیمیایی محصولات نیز از اهمیت خاصی برخوردار است .
قبل از هر چیز ، ماده خام باید تازه باشد و هر گونه افزایشی در اسیدیته ، احتمالا باعث ایجاد سوختگی و رسوب در دستگاه ها می شود ، به علاوه محصول به دست آمده دارای رسوب فراوان خواهد بود .
چنانچه ph شیر کمتر از مقدار معینی برسد ، پروتئین شیر ناپایدار می گردد .
برای اطمینان از پایداری ماده خام می توان از « آزمون الکل » استفاده کرد .
همچنین ، فعالیت کلسیم ممکن است بسیار بیشتر از مقداری باشد که برای یک پایداری مناسب حرارتی لازم است .
در چنین نمونه هایی ، افزودن 5/0 تا 2 گرم سیترات سدیم در لیتر توصیه می شود .
حرارت دادن مقدماتی ، نظیر آنچه در مورد سیستم غیر مستقیم ذکر شد – مثلا c 95 به مدت 30 ثانیه – ممکن مفید واقع شود ، ولی زمان فرایند را افزایش می دهد .
ایجاد دلمه شیرین از جمله تغییرات فاز پروتئینی است که باعث تخریب محصولات می شود .
علت این امر به اتولیز پیکر مرده میکروارگانیسم ها مربوط می باشد ، زیرا در این هنگام ، آنزیم های پروتئولیتیکی که در اثر فرایند حرارتی غیر فعال نشده اند از میکروب ها آزاد شده ، به فعالیت خود ادامه می دهند ، بطوری که ابتدا ویسکوزیته شیر را افزایش می دهند و در نهایت ، فاز پروتئینی را کاملا منعقد می کنند .
بنابراین ، لازم است مواد خام مورد استفاده ، از کیفیت بهداشتی بالایی برخوردار باشند و بویژه فاقد انواع سایکروتروف باشند ، چرا ک این میکروارگانیسم ها قادر به تولید آنزیم های پروتئولیتیک مقاوم به حرارت هستند .
توزیع نامناسب چربی نیز می تواند مشکلاتی را از نظر تشکیل توده های خامه به وجود آورد .
دلیل این امر ، به چربی آزاد یا خوشه ها گلبول های چربی نسبت داده می شود .
دقت در هموژنیزاسیون از اهمیت بسزایی برخوردار است و توصیه می شود که این بخش از نوع اسپتیک باشد و قبل از استریلیزاتور قرار داده شود .
این تکنیک در مورد توزیع پروتئین فراورده نیز مناسب است .
خامه زده شده نباید هموژنیزه شود ، ولی استفاده از فرایندی ضعیف در یک هموژنیزاتور اسپتیک (25 تا kg/cm2 50 ) مانع از توده ای شدن خامه در این محصول می شود .
تکنیک UHT ، مطلوب ترین فرایندی است که به منظور استریلیزاسیون شیر و فراورده های آن به کار گرفته می شود ، ولی طعمی مشهور به طعم پخت در این محصولات به وجود می آید که علت آن ، تشکیل سولفیدهیدروژن و دیگر ترکیبات سولفوره در اثر حرارت می باشد .
تحقیقات زیادی برای رفع این مشکل صورت گرفته است .
تغییرات حرارتی اندک ، به کاهش تشکیل این ترکیبات کمک می کند .
از سوی دیگر ، افزودن یک ماده اکسید کننده (NaIO3 ) ممکن است باعث حذف این مشکل شود ، اما چنین کاری همانند اضافه کردن آنزیم سولفیدریل اکسید از – معمولا غیر مجاز است .
عبور دادن شیر از روی ستون های سولفیدریل اکسید از تثبیت شده ، از جمله پیشنهاد های موجود در این زمینه است .
با حل این مشکل می توان به محصولات استریلی دست یافت که از نظر طعم نظیر فرآورده های غیر استریل می باشند .
خواص تغذیه ای شیر به هنگام فرایند تا حدود تغییر می کند .
برخی از این تغییرات در جداول 5-1 و 5-2 ذکر شده است .
7- بسته بندی کلیه فراورده های مایع شیر ، در آخرین مرحله ، بسته بندی می شوند .
بسته ها می توانند شیشه ای ، کاغذی یا پلاستیکی ، و به دو صورت یک بار مصرف و برگشت پذیر باشند .
فراورده های مایع و استریل شیر را می توان در ظروف ، پر و سپس استریل نمود ( غالبا بطری های شیشه ای یا قوطی ) .
اما در حال حاضر ، پر کردن اسپتیک بیشتر مورد توجه قرار گرفته است .
این بدان معنی است که محصولات مایع و استریل شیر در یک بسته اسپتیک پر می شوند .
این تکنیک ، قابلیت پذیرش فراورده های فوق را تا حد زیادی افزایش می دهد ، زیرا محصول ، مشابه انواع غیر استریل است .
منابع ترجمه دکتر سید علی مرتضوی مهندس محسن قدس روحانی مهندس حسین جوینده