صفر تا صد عملیات پاستوریزاسیون شیر
ماده غذایی شیر، از جمله‌ی مهمترین و مفیدترین مواد غذاییست که به عملیات پاستوریزاسیون (Pasteurization) نیاز دارد. امری که از طریق حرارت دهی به ماده خام در طیف های دمایی مختلف و توسط دستگاه پاستوریزاتور انجام می شود. درحقیقت بسته بندی نهایی شیرهای خوراکی، بایستی پس از عملیات‌های حرارتی مختلف پاستوریزاسیون و استریل شدن، به مصرف کننده تحویل گردد. عملیات هایی که در طی آن ایمنی مصرف کننده و البته ماندگاری و طعم این مواد غذایی، شدیداَ لحاظ می شود.
پاستوریزاسیون یک عملیات حرارتی ملایم است که بر روی طیف گسترده ای از انواع مختلف محصولات غذایی، علی الخصوص برای ماده غذایی پراهمیت شیر استفاده می شود. فرآیند پاستوریزه کردن توسط لوئی پاستور توسعه داده شد. اما حال این سوال ها بوجود می آید که:
- تکمیل فرآیند مورد نظر، در چه مدت زمانی مقدور خواهد بود؟!
- و طی آن چه عناصر مضری از شیر حذف می گردد؟.
پاستوریزاسیون چیست؟
فرآیند پاستوریزاسیون به عنوان پروسه‌ی گرم کردن شیر تا دماهایی خاص و برای مدت زمانی لازم صورت می‌پذیرد. درحقیقت برای از بین بردن هر گونه پاتوژنی که ممکن است وجود داشته باشد. بطوریکه حداقل تغییرات در ترکیب، طعم و ارزش غذایی ایجاد کند. دو هدف اصلی پاستوریزاسیون شیر و دیگر مواد غذایی عبارتست از:
- حذف باکتری های بیماری زا از غذاها؛ و در نتیجه جلوگیری از بروز بیماری‌ها.
- و حذف باکتری های فاسد کننده (ترش کردن)؛ برای بهبود کیفیت نگهداری و افزایش ماندگاری مواد غذایی.
عملیات پاستوریزه کردن مواد غذایی، ایمنی و سلامت محصول را تضمین می کند. همچنین ماندگاری محصول را تا حد زیادی افزایش می دهد. این عملیات حرارتی، تمام پاتوژن‌هایی را که ممکن است وجود داشته باشند، حذف میکند. حتماَ می‌پرسید که دقیقاَ چه میکروبها و عناصر بیماری زایی در طی عملیات پاستوریزه کردن شیر حذف می‌شوند؟!. در پاسخ میتوان گفت که انواع عناصر بیماری زای موجود در شیرها از جمله:
- مایکوباکتریوم توبرکلوزیس،
- گونه‌های باکتری سالمونلا
- coli
- انتروپاتوژنیک،
- کمپیلوباکتر ژژون
- و لیستریا مونوسیتوژنز،
توسط Pasteurization تا حدی از بین میروند تا هیچ خطری سلامتی افراد مصرف کننده را تهدید نکند. چنین عملیاتی پاستوریزاسیونی، «آلکالین فسفاتاز» را نیزغیرفعال می کند؛ تا حدی که دیگر قابل تشخیص نباشد. بیشتر میکروارگانیسم‌های فاسدکننده شیر خام مانند:
- کلیفرم‌ها،
- باکتری‌های اسید لاکتیک مزوفیل و
- سایکروتروف‌ها
نیز در اثر پاستوریزه کردن از بین میروند.
نکته: شیر مایع را می توان پس از پاستوریزه یا استریل نمودن، بسته بندی نمود. درحقیقت شیر استریل، همیشه بلافاصله بسته بندی می شود تا سلامت آن بطور کامل حفظ شود.
بیشتر بخوانید درباره : فرآیند پاستوریزاسیون چیست؟
تعریف پاستوریزاسیون از سوی FSSA
«پاستوریزه نمودن» یا همان «پاستوریزاسیون شیر»، اصطلاحات مشابهی برای تعریف فرآیند گرم کردن هر ذره شیر در طبقه‌بندی های دمایی مختلف است. بطوریکه از طبقات دمایی مختلف، شیر خام تا حداقل 63 درجه سانتیگراد گرم میشود. مدت زمان نگهداری در دمای 63 درجه سانتیگراد، بایستی 30 دقیقه و به طور مداوم باشد.
همچنین در شیوه گرمادهی دیگر، میتوانید با گرم کردن این ماده غذایی تا حداقل 71.5 درجه سانتیگراد، به پاستوریزاسیون شیر اقدام نمایید. البته که نگه داشتن شیر در چنین دمایی، باید به طور مداوم برای حداقل 15 ثانیه صورت بگیرد. استفاده از ترکیب‌های زمانی و دمایی دیگر نیز که نتایج تایید شده‌ای در بر داشته باشد، بلامانع است. ترکیب هایی که بتواند منجر به منفی شدن آزمایش فسفاتاز ها شود. تمام شیرهای پاستوریزه از طبقات مختلف باید بلافاصله تا دمای 10 درجه سانتیگراد یا کمتر خنک شوند. (غالباَ خنک سازی تا دمای کمتر از 10 درجه سانتیگراد توصیه میشود)
تعریف پاستوریزاسیون توسط فدراسیون بین المللی لبنیات (IDF)
تعریف فدراسیون بین‌المللی لبنیات (IDF) از پاستوریزه کردن به شرح زیر است:
«پاستوریزاسیون» فرآیندی است که برای یک محصول با هدف به حداقل رساندن خطرات بهداشتی احتمالی، انجام می شود. خطراتی که میتواند ناشی از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زای مرتبط با محصول (شیر) بروز پیدا نماید. این عملیات (پاستوریزه شیر) بایستی با حداقل تغییر در ماهیت و تغییرات ارگانولپتیک و فیزیکی در محصول رخ دهد.
این تعریف برای محصولاتی غیر از شیر، از جمله:
- خامه،
- مخلوط بستنی،
- تخم مرغ،
- آب میوه،
- محصولات تخمیری،
- سوپ
و سایر نوشیدنی ها نیز قابل استفاده است. استفاده از انواع دستگاه پاستوریزاتور 1 تنی ، 500 کیلویی و… نیز در سالیان اخیر از آن جهت مورد توجه قرار گرفته که در طی فرآیند «Pasteurization» آنها، حداقل مواد شیمیایی دخیل می‌باشد (نزدیک به صفر). ضمن اینکه خواص و ساختار محصول را تا حد امکان حفظ میکند. ذکر این نکته الزامیست که پاستوریزه کردن همه میکروارگانیسم ها را غیرفعال نمی کند. درحقیقت:
- آندسته از عناصری که از پاستوریزاسیون جان سالم به در می‌برند، ترمودوریک‌ها هستند.
- و آن‌هایی که از عملیات‌های دمایی سخت‌تر در دمای 80 تا 100 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه زنده می‌مانند، تشکیل دهنده هاگ نامیده می‌شوند.
بطور سنتی، پاستوریزاسیون‌های عادی در یک فرآیند دسته ای (فرآیند نگهدارنده) در دمای 63 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه انجام می شدند. اما به دلیل باقی ماندن بخشی از میکرو ارگانیسمها و میکرب‌ها، با فرآیندهای HTST پیوسته جایگزین شدند.
پاستوریزاسیون دسته ای
این فرآیند را روش «LTLT» که مخفف «Low-Temperature-Long-Time» است نیز می نامند. پروسه‌ی موردنظر پس از معرفی سیستم HTST، دیگر در صنایع لبنی رایج نیست. شیر و فرآورده های شیر به صورت دسته ای در:
- یک مخزن،
- دو تانکر
- یا سه مخزن،
گرم یا سرد می شوند. طی فرآیند دسته ای، حرارت دادن شیر تا دمای بین 62.8 تا 65.60 درجه سانتیگراد صورت می پذیرد. آنهم با نگه داشتن محصول در دمای مورد نظر به مدت 30 دقیقه و سرد کردن بسیار سریع آن تا زیر 10 درجه سانتیگراد. جالب است بدانید که:
کاهش ناگهانی دمای محصول از حالت بسیار داغ (بیش از 60 درجه سانتی گراد) به حالت نسبتاَ خنک (زیر 10 درجه سانتی گراد) در پروسه پاستوریزاسیون شیر، بخشی از عناصر بیماری زا را که در حالتهای دمایی ثابت از بین نمی‌روند را وادار به نابودی میکند!. (تکنیک شوک دمایی)
پردازش دسته ای شامل تمامی اقدامات: پر کردن ظرف، گرم کردن، نگهداری، خنک کردن، تخلیه ظرف و پر کردن ظروف و تمیز کردن ظروف است. گرمایش و سرمایش محصول از طریق دیواره فلزی انجام می شود. بصورتی که شیر را در دیگ های باز با بخار یا آب داغ گرم می کنند. سپس محصول گرم یا سرد شده و هم زدن ملایم برای انتقال سریع حرارت انجام می شود. پروسه‌ی پاستوریزه سازی دسته ای نسبتا ارزان، ساده و مناسب برای گیاهان کوچک و محصولات کم حجم همچون شیر است.
نحوه پاستوریزه سازی شیر در سیستم HTST
پاستوریزه کننده‌ها بطور کلی ممکن است به سه نوع مختلف باشند:
1) کاسه ای با روکش آبی:
این کاسه دو جداره در اطراف و پایین دستگاه پاستوریزاسیون این شیوه است. درون این کاسه‌ها، از یکسو آب گرم یا بخار تحت خلاء جزئی برای گرم کردن و از سوی دیگر آب سرد برای خنک کردن، در گردش است. دیواره بیرونی (آستر) معمولاً برای کاهش اتلاف حرارت عایق بندی می شود. تبادل حرارت نیز غالباَ از طریق دیواره پوشش داخلی انجام می شود. بنابراین تفاوت بین دمای آب گرم کن و شیر به حداقل می رسد. ماده غذایی شیر توسط ملخ هایی که به آرامی حرکت می کنند (گردان)، هم زده می شود. هنگام گرم شدن، درب قیف برای تضمین شرایط مطلوب طعم شیرها، باز می‌ماند. و البته هنگام نگه داشتن، پوشش بسته می شود. در طول دوره نگهداری، یک هیتر داخلی دستگاه یا فوم ایجاد شده (از طریق بخار یا گرمایش الکتریکی)، از خنک شدن سطح شیر جلوگیری می کند.
2) نوع اسپری آب:
یک لایه آب از یک لوله سوراخ شده روی سطح مخزن نگهدارنده محصول، اسپری می شود. محصول مطابق با توضیحات بالا، هم زده می شود. یک فیلم پیوسته آب با حرکت سریع، انتقال حرارت سریع در عملیات پاستوریزاسیون شیر را فراهم می کند.
3) نوع کویل گرمایش یا کویل خنک کننده:
شیرها از طریق یک سیم پیچ قرار گرفته شده در موقعیت افقی یا عمودی، پمپ می شوند. درحالی که خود سیم پیچ ها نیز از طریق وجود و چرخش محصول، می چرخند. سیم پیچ چرخان محصول را به هم می‌زند؛ هرچند که گاهاَ ممکن است هم زدن اضافی لازم باشد.
محصولات پیشنهادی: سپراتور
پاستوریزاسیون کوتاه مدت در دمای بالا (HTST)
شیوه ای که اولین بار توسط شرکت A. P. V. در انگلستان در سال 1922 ابداع شد. روش پاستوریزه اچی تی اس تی، جریان مداوم شیر را در دماهای طبقه بندی‌شده‌ی مختلف زیر نظر دارد. فرآیند HTST شامل حرارت دادن شیر تا دمای 72 الی 75 درجه سانتیگراد با زمان نگهداری 15 ثانیه قبل از سرد شدن است. در رابطه با یکی از مزایای این شیوه بایستی بدانید که:
یکی از مزیت‌های اصلی سیستم‌های پاستوریزاتور پیوسته نسبت به سیستم‌های دسته‌ای، این است که میتوان انرژی را از نظر بازسازی دمایی، بازیابی کرد.
راندمان احیا تا 95 درصد می تواند به دست آید. بدین معنی که مثلاَ دمای اولیه شیر 4 درجه سانتیگراد است و نیاز به قرارگیری در معرض حرارت 72 درجه سانتیگراد دارد. بنابراین باید تا بیش از 68 درجه سانتیگراد، سریعاَ گرم می شود. اما گاهی دمای شیر خام با خنکا یا گرمای شیرهای پاستوریزه شده، کاهش یا افزایش می یابد. ضمناَ اگرچه راندمان بازدهی بالا در شعاع عملکردی محدود، باعث صرفه جویی قابل توجهی در انرژی می شود. اما موارد دیگری را نیز بایستی در نظر داشت. بعنوان مثال استفاده از سطوح بزرگتر انجام فرآیند، به دلایلی نظیر:
- نیروی محرکه دمایی پایین تر
- و افزایش سرمایه کمی بالاتر در درازمدت،
برای مبدلهای حرارتی هماهنگ با انواع دستگاه پاستوریزاتور 500 کیلویی ، 1000 کیلویی و…، میتواند قابل تأمل باشد.
اجزای درگیر پاستوریزاتور HTST تا مرحله بازسازی
هنگام عبور شیر از سیستم پاستوریزاسیونHTST، بخش ها و عملکردهای زیر درگیر هستند. در این سرفصل به مراحل پمپاژ شیر در مخزن تعادل تا فیلترها اشاره خواهیم نمود:
- مخزن تعادل کنترل شده با شناور (FCBT):
مخازن مورد نظر، مقدار شیر ثابتی را برای شروع کار و تغذیه پمپ شیر خام، تضمین میکند. همچنین شیری با دمای پایین که توسط شیرآلات انحراف جریان (FDV) منحرف شده است را دریافت می نماید.
- پمپ:
شامل پمپ عادی؛ یا یک پمپ مثبت دوار بین احیا کننده و بخاری. ضمن اینکه می توان از یک پمپ گریز از مرکز با یک دستگاه کنترل جریان برای اطمینان از خروجی ثابت نیز استفاده نمود.
- صفحات:
مبدل حرارتی صفحه ای معمولاً در سیستم HTST استفاده می شود. به‌ویژه برای حرارت دهی ایمن محصول در دماهایی که پایین تر از نقطه جوش شیر است. مبدل حرارتی صفحه ای یک واحد جمع و جور و ساده است. سادگی آن بخصوص در هنگام تمیزسازی راحت و بازرسی آسان از آن، خودنمایی میکند. صفحات مبدلهای حرارتی ممکن است برای انواع فرآیندهای دمایی کلیدی نظیر:
- گرمایش،
- سرمایش،
- بازسازی دمایی و
- نگهداری نهایی،
استفاده شود. همواره یک فضای تقریباً 3 میلی متری بین صفحات، توسط یک واشر یا مهر و موم لاستیکی غیر جاذب حفظ می شود.
- بازسازی دمایی (گرم کردن):
شیر خام سرد ورودی به طور جزئی و غیرمستقیم توسط شیر گرم خروجی (بازسازی دمایی شیر به شیر) گرم می گردد. این تکنیک جالب به صرفه جویی انرژی در فرآیند HTST شدیداَ کمک می کند. زیرا شیر ورودی به حرارت کمتری توسط آب داغ نیاز دارد؛ تا دمای آن برای نگهداری افزایش یابد.
مراحل فیلتر تا کنترل سیستم پاستوریزاسیون شیر HTST
- فیلتر:
واحدهای فیلتر با اشکال مختلف برای اتصال مستقیم به سیستم HTST قرار می گیرند. جانمایی این واحدها در سیستم، بعد از قسمت پیش گرم کن یا احیا کننده (گرمایش) است. این واحدها با استفاده از پارچه مشبک با سایز حفره 40 تا 90 میکرونی، معمولاً استوانه‌ای شکل هستند. معمولاً از دو فیلتر متصل میشود؛ اما در یک زمان واحد فرآیند، از هر دوی آنها استفاده میشود.
- نگهداری:
لوله یا صفحات نگهدارنده تضمین می کند که شیر برای مدت زمان مشخصی، در دمای موردنیاز برای پاستوریزاسیون نگهداری شود. دمای موردنیاز 72 درجه سانتی گراد یا بیشتر و زمان نگهداری، حداقل 15 ثانیه می باشد.
- شیرآلات انحراف جریان (FDV):
ماده شیر را پس از انجام عملیات حرارتی، هدایت می کند. اگر شیر به درستی پاستوریزه شده باشد، از طریق واحد مذکور به جلو (مرحله بعد) جریان می یابد. بخشی از محصول که هنوز پاستوریزه نشده است، به طور خودکار برای پردازش مجدد به FCBT بازگردانده میشود. شیرآلات انحراف جریان درون این سیستم‌ها، معمولاً با فشار هوا در برابر فنر قوی کار می‌کنند.
- بازسازی (خنک کردن):
شیرهای پاستوریزه گرم خروجی، به طور محدود و غیرمستقیم توسط شیرهای سرد ورودی، خنک می شوند. یعنی فرآیندی برعکس و شبیه به بازسازی دمایی که مجدداَ باعث مقرون بصرفه‌تر شدن پروسه پاستوریزاسیون HTST میگردد. (بلحاظ مصرف کمتر انرژی برای خنکسازی)
- پانل کنترل:
شامل ابزار، کنترل ها، مکانیسم FDV و سیستم نگهدارنده است. تمامی این اجزای نامبرده‌شده در یک پانل ضد رطوبت متمرکز شده اند.
- مجموعه آب گرم:
آب گرم را از طریق بخش گرمایش دستگاه به گردش در می آورد. بدین منظور که دمای شیر را در محدوده‌ی بسیار کم و مشخصی حفظ میکند.
- دستگاه های کنترل خودکار:
شامل کنترل کننده فشار بخار و کنترل کننده دمای آب است.
وظایف کنترل کننده در پاستوریزاتور
همانگونه که عنوان شد، بخش کنترل خودکار در سیستم های پاستوریزاسیون HTST، شامل دو نوع تکنولوژی تنظیم‌گر:
- کنترل کننده فشار بخار و
- کنترلر دمای آب
می باشد. اما هریک از این اجزا، دقیقاَ چه نقشی در فرآیند کلی دارند؟!.
کنترل کننده فشار بخار: دمای آب گرم را برای گرم کردن دقیق شیر تا دمای پاستوریزاسیون مورد نیاز، حفظ می کند.
کنترل کننده دمای آب: میزان شیر خروجی از لوله/صفحه نگهدارنده را تنظیم می کند. این بخش نوعی ابزار تماس الکتریکی بشمار می‌رود که با FDV یا پمپ شیر کار می کند. بطوریکه به صورت خودکار از خروج ماده شیر از قسمت نگهداری (در دمای مورد نیاز)، جلوگیری می کند. اعداد ثبت شده در این کنترلر با استفاده از دو قلم جداگانه ثبت می شوند. اعدادی که شامل:
- هم فرکانس و مدت زمان انحراف جریان؛
- و هم دمای خروجی شیر از نگهدارنده روی ترموگراف (نمودار ضبط)
خواهد بود.
نکته: در پاستوریزاتورهای با مکانیزم HTST، اعم از پاستوریزاتور 100 کیلویی، 500 کیلویی، 1 تنی و بیشتر، این کنترل کننده‌ها تعبیه می شوند.
مزایای پاستوریزاسیون HTST
- حجم زیادی از شیر ممکن است به طور مداوم پردازش شود.
- کنترل های دقیق و خودکار پاستوریزاسیون مثبت را تضمین می کند.
- تجهیزات متصل به دستگاه، به مقدار نسبتاً کمی از کف و فضای کارخانه نیاز دارند. (بلحاظ اشغال فضا)
- سیستم، خود را به خوبی با تمیز کردن CIP سازگار می کند.
- عملیات پر کردن ممکن است تقریباً به طور همزمان شروع شود. (افزایش سرعت در فرآیند پاستوریزاسیون)
- روش HTST اقتصادی است. زیرا از Regenerator استفاده می کند. بعلاوه اینکه در آن از تکنیک بازسازی دمایی بهره گرفته میشود که نیاز به مصرف انرژی را شدیداَ کاهش میدهد.
- مکانیزم کل سیستم پاستوریزاسیون شیر HTST ساده است. بنابراین نیاز به توجه نظارتی کمتری دارد.
- ظرفیت ممکن است با افزایش تعداد صفحات، افزایش یابد. بدون اینکه نیاز به اشغال فضای خاصی باشد.
- برای گرمایش و سرمایش، احیا کننده مناسبی است.
- واحد بسته، تلفات پردازش را به حداقل می رساند.
معایب سیستم های پاستوریزه HTST
البته که به مانند هر مکانیزم دیگری، این سیستم های پاستوریزاسیون شیر نیز دارای معایبی می‌باشند. ازجمله مهمترین معایب این تجهیزات میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- سیستم برای رسیدگی به مقادیر کم چندین فرآورده مختلف شیر مایع، به خوبی سازگار نیست.
- واشرها برای نشتی احتمالی و عدم سرویس بهداشتی، نیاز به بازدید دائمی دارند.
- به ابزار دقیق کنترل نیاز دارند.
- زهکشی کامل آنها بدون تلفات امکان پذیر نیست.
- فرآیند پاستوریزاسیون شیر طولانی مدت با این سیستم ها، ممکنست منجر به مشکلات باکتریولوژیکی جدی شود.
قیمت پاستوریزاتور
قیمت دستگاه پاستوریزاتور بر اساس عوامل متعددی همچون: ظرفیت، جنس بدنه، ابعاد و اندازه و… تعیین میشود. همچنین پارامترهای مختلفی نظیر:
- مکانیزم عملکردی پاستوریزاسیون شیر و مدل دستگاه،
- توان و جنس قطعات مکانیکی و الکتریکی تعبیه‌شده،
- جنس بدنه،
- کیفیت عایق بندی و واشر گذاری،
- سرعت انجام فرآیند،
- برند سازنده و…
نیز در تعیین قیمت سیستم پاستوریزاسیون شیر (پاستوریزاتور) موثر می باشند. لذا باتوجه به تفاوتهای فاحش در نیازها و سفارشها، بمنظور دریافت دقیق هزینه تولید این سیستم ها و دیگر تجهیزات صنعتی ( فرمانتور، مخزن تحت فشار، هموژنایزر، انواع فیلتر دیسکی و کارتریج، چیلر و ده ها ماشین آلات دیگر)، با کارشناسان فنی گروه صنعتی سازآب تماس حاصل نمایید.
