استریلیزاسیون شیر

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 ۱۱۰ تا ۱۲۰C طی ۱۰ تا ۴۰ دقیقه استریل می شود . در روش دو مرحله ای محصول ابتدا تحت فرایند UHT ( 2 تا ۵ ثانیه در ۱۳۵ تا ۱۵۵C ) 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 ۵-۱ 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 ۱۳۵ تا C155 به مدت ۲ تا ۶ ثانیه ، فراورده استریلی با حداقل تغییرات شیمیایی به دست می دهد .
در فرایند UHT شیر ، دو نوع عملیات حرارتی به کار برده می شود :
۱- 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 .
۲- حرارت غیر مستقیم که به کمک برخی از انواع مبدل های حرارتی انجام می پذیرد .
استریلیزاسیون مداوم با تزریق شیر به بخار
تصویر ۵-۶ ، اساس یک پالاریزاتور را نشان می دهد ه بر طبق آن ، محصول ابتدا وارد یک بالانس تانک (۱) می شود . شیر از این جابه یک پیش گرم کن دو مرحله ای (۲ و ۳ ) 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 (۴) 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 (۵) سپری می نماید . کاهش سریع دما تا C 77 در محفظه خلا (۶) ، 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 (۷) و از آن جا به یک خنک کن دو مرحله ای (۸ و ۹ ) فرستاده می شود . در این قسمت ، دمای شیر به وسیله آب سرد به c25 می رسد و متعاقبا به تانک استریل (۱۰) یا مستقیما به ماشین پر کن اسپتیک هدایت می گردد .
۶-۱-۲ استریلیزاسیون مداوم با حرارت غیر مستقیم
اصول کلی یک سیستم UHT غیر مستقیم در تصویر ۵-۷ 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 ۲،۴ ، ۶ ، ۸ و یا ۱۰ 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 ۵-۷ 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 ( ۱) به مبدل حرارتی صفحه پمپ شده ، بدون هیچ گونه تغییری در دما ، بخش اول دستگاه (۲) 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 (۳) 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 (۴) و قبل از و ورود به هواگیر (۵) 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 (۶) پمپ شده و آن گاه به مبدل حرارتی برگردانده می شود (۷) . دمای شیر در این مرحله به c 95 می رسد و به مدت ۳۰ ثانیه در این درجه حرارت نگهداری می شود . پس از آن در بخش استریلیزاسیون (۸) ، شیر برای ۳ ثانیه در معرض دمای c 137 قرار می گیرد . بعد از کاهش دما در دو مرحله آخر (۹ و ۱۰ ) 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 ۹ و ۱۰ 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 (۱۱) 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 (۱۲) 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 (۱۳) 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 ، ۲/۰ تا ۳/۰ حجم شیر است . نظر به این که آب به دمایی حدود ۶۵ 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 ۹۰% 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 (۲) در نقطه ورودی محصول بهره گرفته می شود . این بخش زمان مورد نیاز برای رسیدن به استریلیزاسیون اولیه را به ۱۰ 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 .