بخشی از مقاله
پاستوریزاسیون شیر به روش القایی و تاثیر آن بر کیفیت میکروبیولوژیکی شیر
چکیده
افزایش درجه حرارت فرآیند در روش معمولپاستوریزاسیونِ شیرجهت تکمیل و کفایت عمل در شیرهای آلوده، موجب سوختگی لایههای شیر در سطح جداره پاستوریزاتور و ایجاد لایه ضخیم سنگ شیر مینماید که این اتفاق علاوه بر ممانعت از انتقال حرارت کافی، با تولید ترکیبات سرطانزا، تغییر رنگ در شیر و بار میکروبی باقیمانده بالا، سلامت محصول را تهدید میکند. در روش حرارتی مورد استفاده در این تحقیق (روش القایی)، جریان الکترومغناطیسی به داخل شیر القاء شده و موجب داغ کردن سریع آن میشود. در این پژوهش، با استفاده از دستگاه مولد جریان القائی، شیر در 243 شرایط مختلف پاستوریزه شده و روش بهینه جهت فرآیند مکفی با به کارگیری طرح آزمایشی فاکتوریل انتخاب گردید. در این آزمایش اثر 4 عامل مختلف شامل سه شدت انتقال الکتریسیته 350)، 1000 و 1600 وات)، سه سطح اتکای ظروف آزمایش 12)، 17 و23 سانتیمتر)، سه درجه حرارت 72)، 75 و (84 C و سه زمان پاستوریزاسیون 15)، 20 و 30 ثانیه) با سه تکرار استفاده شد. انتخاب روش بهینه در سه مرحله به ترتیب بر اساس (1 کمترین درصد بار میکروبی باقیمانده، (2 کمترین زمان سپری شده برای پاستوریزاسیون و (3 کمترین انرژی مصرفی برای فرآیند برگزیده شدند. نتیجه مقایسه، %99/5 انهدام کل میکروبی در نمونه منتخب روش القایی و %98/23 در نمونه معمولی را نشان دادضمناٌ. شمارش کلی فرم و اشرشیای باقیمانده در روش القایی یک دهم روش معمول بوده است و در روش القایی به دلیل سرعت رسیدن به درجه پاستوریزاسیون، سنگ شیر هم ایجاد نشد.
واژگان کلیدی: پاستوریزاسیون، سلامت شیر، حرارت القایی، میکروبیولوژی
مقدمه
درصنعت فرآوری شیر و تولید انواع محصولات لبنی، بخش آماده سازی و فرآوری شیر خام بخشهای مهم و کلیدی واحد به شمار میآیند چرا که این بخشها علاوه بر اثر مستقیم بر کیفیت محصولات نهایی، تاثیرگذاری قابل توجهی در تعیین قیمت تمام شده انواع محصولات تولیدی و همچنین تعیین هزینههای سربار از جمله انرژی را با خود به همراه دارند (فرهنگی، .(1383از طرفی شیر، محیط بسیار مناسبی جهت رشد و تکثیر میکروبهاست، به طوری که فلور میکروبی شیر خام شامل باکتریهای لاکتیک، استرپتوکوک ها، استرپتوکوکوس لاکتیس، استرپتوکوکس کرموریس، لوکونوستک، لاکتوباسیل ها، پدیوکوکوکوس، میکروکوک ها- استافیلوکوک ها، باسیلوس های اسپورزا، باسیلوس های غیر اسپورزا، باسیلهای اسید فست و بروسلاها، قارچ ها، مخمرها، باکتریوفاژها می باشد که در پستان و پوست گاو وجود دارند (فرانک. 1997، بی نام. .(1980 لذا مهمترین مساله-ای که در فرآیند تولید شیر وجود دارد، سالم سازی آن (یونیدو. (1995 و افزایش عمر نگهداری شیر از ساعتها به ماههاست (سوکومار. .(1991 بنابراین، شمارش کل باکتریهای زنده1 یا شمارش کل میکروبی در تعیین شرایط ماده خام، موثر بودن مراحل عمل آوری، پاکیزگی وسایل و ظروف و کنترل زمان و درجه حرارت فرآیند و در نهایت در نگهداری و توزیع شیر مفید می-باشد (رابینسون. .(1990 در بررسی های انجام یافته چای و همکاران میانگین بار کلی میکروبی شیر خام را (2003) 12×106cfu/ml، بروک حداکثر میزان بار کلی میکروبی در شیر خام ممتاز را (با توجه به استاندارد موجود در ایالات متحده آمریکا cfu/ml (1×104،)1×105cfu/mlبروک و همکاران. (2007، گزارش کردند.
از طرف دیگر جستجو و شمارش باکتریهای کلیفرم ، میزان آلودگی ثانویه شیر پاستوریزه و کیفیت بهداشتی محصول را بخوبی نشان میدهد (فرخنده. .(.1351 چای و همکاران (2004) میانگین کلیفرم را در شیر 9/1×103cfu ml گزارش کردند. دریک و همکاران در تحقیقی (2003) اعلام کردند، 99/2 درصد کلیفرم ها در دمای 63 C به مدت 30 دقیقه و 100 درصد کلیفرمها در دمای 67 C در مدت 30 دقیقه از بین می روند.
کنترل آلودگی شیر و لبنیات از نظر اشرشیا کلی، نشان دهنده خطر وجود باکتری بیماری زای انتریک در آن است Robinson.) رابینسون .(1990 رید و همکاران (1957) از قول هوولند و دالبرگ نقل کردند کهD value اشریشیا کلی شیر خام 0/8) دقیقهD140F= )، 0/008) دقیقه= (D160F و 0/0008) دقیقه( D170F = میباشد.
اهمیت مخمرها در واحدهای تولید لبنیات بخاطر تخمیر قند شیر و تبدیل آن به الکل و دی اکسید کربن است (حکمتی. .(1370 روستیتا و فلیر((1995، حداکثر جمعیت کپک ومخمر را 107 تا108cfu/ml و چای و همکاران((2004 میانگین کپک و مخمر را 104 تا 103 cfu ml− در شیر خام اعلام کردند.
فرآیندهای حرارتی پاستوریزاسیون
هدف اصلی فرآیندهای مختلف پاستوریزاسیون حذف میکروارگانیزم های بیماری زا یا کاهش سطح آنها جهت حفظ امنیت غذایی و سلامتی انسان و افزایش عمر نگهداری بدون تاثیر بر ارزش غذایی شیر می باشد (گود. 1995، دیلونگ. .(1906 آخرین روش حرارتی معمول پاستوریزاسیون شیر در حال حاضر روش دمای بالا و زمان کوتاه2 میباشد که در این روش، گرمای مورد نیاز بوسیله ی آب گرم تامین شده و شیر بین دو جداره نازک صفحاتی از استیل جریان مییابد. حداکثر کارآیی این روش پاستوریزاسیون برای انهدام باکتریها، حدود 99 درصد است (ورکمن. .(1941 رنیر و بور ( 2009)،
میزان کاهش بار میکروبی را در اثر فرآیند پاستوریزاسیون HTST تا %92 گزارش کردند. این روش نسبت به روش القائی دارای معایبی میباشد که عبارتند از: درصد کاهش کمتر بار کلی میکروبی، تولید سنگ شیر، ایجاد طعم پختگی و مصرف انرژی بیشتر.
تولید حرارت به روش القایی
اساس کار دستگاه ایجاد کننده حرارت القائی، مبتنی بر کشف آمپر بوده است. آمپر در سال 1821 نشان داد که یک سیم لوله حامل جریان الکتریکی، مانند یک آهنربای میله ای عمل می کند. او نتیجه گرفت که کلیه اثرات مغناطیسی به علت جریانهای الکتریکی القائی است (مورتون، .(2003 در روش القایی یعنی روش حرارتی مورد استفاده در این تحقیق، کویل های الکتریکی بدون تماس با ماده ی غذایی مایع (شیر) ، جریان الکترومغناطیسی ایجاد می کنند که این جریان به داخل شیر القاء شده و موجب گرم کردن آن می شود. یعنی در واقع محیط شیر به عنوان کویل دوم ِاین جریان الکتریکی (ترانسفورمر) عمل کرده و جریان عبور الکتریسیته را ممکن می سازد. در این روش، حرارتدهی سریع بوده و اتلاف انرژی کم می باشد (یوشیجیما و فوجیتا. .(2000
هدف ازاین پژوهش، بهینه سازی روش معمولی یا کلاسیک فرآیند پاستوریزاسیون HTST با کمک روش جدید حرارت القایی است تا شیر فرآیند شده سالمتر با بار میکروبی کمتر، بدون ایجاد طعم پختگی و عدم تولید سنگ شیر در لولههای پاستوریزاتور و با مصرف انرژی کمتر نسبت به روش معمول حاصل شود.
مواد و روشها
از شیر خام ورودی کارخانه پگاه به عنوان ماده اولیه آزمایش استفاده شد. سایر مواد آزمایشگاهی شامل محیطهای کشت پلیت کانت آگار، وای جی سی، بریلیانت گرین بایل براث و آگار جهت جامد کردن محیط کشت برای آزمونهای میکروبی و از قرص های آزمون فسفاتاز قلیایی جهت آزمون کفایت پاستوریزاسیون شیر استفاده گردید.
پاستوریزاسیون شیر خام کارخانه پگاه زنجان به دو روش کلاسیک (در پاستوریزاتور شرکت پگاه زنجان) و روش القائی (در دستگاه حرارتی القایی مدل TPI-Bساخت شرکت هیتاچی) در 243 وضعیت مختلف که بصورت آزمایش فاکتوریل 81) 3×3×3×3 تیمار) در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی، با 3 تکرار در آزمایشگاه میکروبیولوژی دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان انجام گرفت. در این آزمایش اثر 4 عامل مختلف شامل سه سطح اتکای ظروف آزمایش 12)، 17 و23 سانتیمتر)، سه شدت انتقال الکتریسیته 350)، 1000 و 1600 وات)، سه درجه حرارت 72 C)، 75 C و (84 C و سه زمان پاستوریزاسیون 15)، 20 و 30 ثانیه) با سه تکرار استفاده شد. سپس کشت میکروبی شیر خام وشیر پاستوریزه شده با دو روش کلاسیک و القائی جهت شمارش کل میکروبی، کلیفرم، اشرشیا کلی و کپک و مخمر(رفرنس) همراه با آزمون فسفاتاز قلیایی انجام گرفت.
نتایج و بحث نتایج شمارش میکروبی شیر پاستوریزه شده به روش القایی
نتایج تجزیه واریانس و اثر عوامل مختلف شامل سه سطح اتکای ظروف آزمایش 12)، 17 و23 سانتیمتر)، سه شدت انتقال الکتریسیته 350)، 1000 و 1600 وات)، سه درجه حرارت 72)، 75 و (84 C و سه زمان پاستوریزاسیون 15)، 20 و 30 ثانیه) با سه تکرار بر صفات اندازه گیری شده شامل بار کل میکروبی، کلیفرم-ها، اشرشیا کلی، کپک و مخمر در جدول 1 ارائه شده است.
مقایسه میانگین درصد بار کلی میکروبی باقیمانده پس از فرآیند پاستوریزاسیون القائی با استفاده از آزمون دانکن در سطح %5 انجام و نتایج در جدول 2 ارائه گردید.
نتایج جدول تجزیه واریانس حاکی از آن است که سطوح تمامی فاکتور ها تفاوت معنی داری را در سطح 5 و 1 درصد از نظر صفات اندازه گیری شده نشان دادند.
اثر عوامل سطح اتکا، الکترومغناطیس، دما و زمان بر درصد کاهش و باقیمانده میکروبهای شیر پاستوریزه به روش القایی
اثر سطح اتکا، الکترومغناطیس، دما و زمان در مورد باقیمانده درصد بار کلی میکروبی، کلیفرم، اشرشیا و کپک و مخمر تیمارها معنی دار بودند .(P0≤0/01)
رابطه مستقیم بین سطح اتکای ظرف آزمایش و بار میکروبی نابود شده شیر وجود دارد. یعنی با افزایش سطح تماس ظرف شیر با سیم پیچ دستگاه القایی، حرارت بیشتری به شیر وارد می شود.
رابطه غیر مستقیم بین شدت جریان الکترومغناطیس و درصد بار میکروبی باقیمانده شیر موجود است و با افزایش شدت جریان القایی، میکروب بیشتری در شیر نابود می شوند.
رابطه مستقیم بین سطوح مختلف دمایی بر درصد بار میکروبی باقیمانده شیر وجود دارد. یعنی با افزایش درجه حرارت،میزان انهدام میکروبی بیشتر است که این امر کاملاً بدیهی است. همچنین رابطه مستقیم بین سطوح مختلف زمان بر درصد بار میکروبی منهدم شده شیر وجود دارد که این امر نیز بدیهی است چرا که با طولانی کردن زمان حرارت دهی، مسلماً شیر، میکروبهای بیشتری را از دست می دهد.
بر اساس نتایج ارائه شده در جدول تجزیه واریانس، مطلوبترین و نا مطلوبترین سطوح فاکتورهای سطح اتکا، الکترومغناطیس، دما و زمان به ترتیب( 23 سانتیمتر، 1600 وات، 84 درجه سانتیگراد و 30 ثانیه) و ( 12 سانتیمتر، 350 وات، 72 C و 20 ثانیه) بودند.
انتخاب تیمار های برگزیده
انتخاب تیمار ها در سه مرحله انجام گرفت.
انتخاب مرحله اول
به دلیل اهمیت انهدام میکروبی در طی پاستوریزاسیون القایی، تیمارهایی از شیر که پس از اعمال روش مذکور، کمترین درصد بار میکروبیِ باقیمانده را داشته و همچنین هیچ اختلاف معنی داری را با یکدیگر نشان ندادند به عنوان تیمارهای منتخب این روش در مرحله اول، مطابق جدول 3 برگزیده شدند. کمترین و بیشترین درصد باقیمانده و درصد کاهش کلیفرم، اشرشیا کلی و کپک و مخمر در تیمارهای منتخب بالا به ترتیب 0 و %100 گزارش شد.
انتخاب مرحله دوم
به دلیل اهمیت زمان و هزینه بر بودن اتلاف زمان در محاسبات اقتصادی کارخانه (مانند هزینه دستمزد کارگر و مصرف برق)، در این مرحله از میان 8 تیمار منتخب، تیمارهایی که زمان بیشتری برای پاستوریزاسیون صرف کرده اند، حذف شدند.
محاسبه زمان مصرفی زمان رسیدن به درجه پاستوریزاسیون به اضافه زمان نگهداری در آن دما((Holding مساوی زمان مصرفی برای پاستوریزاسیون است، بطوری که زمان پاستوریزاسیون تیمارهای 30*84*350*17 ، 30*84*350*23 و 30*84*1000*17 به ترتیب 9/75 ، 7/25 و 4/5 دقیقه می باشد، که نسبت به 5تبمار دیگر دارای زمان بیشتری است. بدین ترتیب 3 تیمار مذکور طبق جدول 4 حذف گردیدند.
انتخاب مرحله سوم
انتخاب مرحله سوم بر اساس حداقل انرژی ورودی، بالاترین راندمان و کمترین تلفات انرژی در پاستوریزاسیون القایی انجام گرفت. به این منظور شدت جریان الکترومغناطیسِ به کار گرفته شده، در زمان مصرفی برای پاستوریزاسیون القایی ضرب گردید. تیمارهای 30*84*1000*17 و30*84*1600*12 دارای بالاترین انرژی ورودی که به ترتیب 0/476 و 0/528
گیگا ژول بر تن ودارای پائین ترین راندمان انرژی که به ترتیب %35/7 و %32/9 و بالاترین تلفات انرژی که به ترتیب %64/4 و %67/1 می باشند، بدین ترتیب این 2 تیمار حذف گردیدند و در نتیجه تیمارهای منتخب در جدول 5 ارائه شده اند .
نتایج میکروبی شیر پاستوریزه کلاسیک نتایج پاستوریزاسیون کلاسیک سه نمونه شیرخام توسط کارخانه در جدول 6 ارائه شده است.
با توجه به نتایج، اختلاف معنی داری میان نمونه ها مشاهده نگردید و نمونه شماره 3 دارای کمترین درصد بار کلی میکروبی می باشد. مقایسه اثر دو روش پاستوریزاسیون القائی و کلاسیک بر کیفیت میکروبی شیر حداقل و حداکثر درصد کل بار میکروبی باقیمانده در روش القائی به ترتیب %0/50 و %8/06 و به عبارتی کاهش بار کلی میکروبی ما بین 91/94 تا 99/5 درصد می باشد. میانگین درصد باقیمانده و کاهش کل بار میکروبی در روش کلاسیک به ترتیب %1/76 و %98/23 بود. میانگین درصد باقیمانده و کاهش بار کل میکروبی تیمار های منتخب در روش القائی به ترتیب %0/63 و % 99/37 بود. میانگین درصد باقیمانده و کاهش بار کلی میکروبی 3 تیمار منتخب القائی و نمونه شماره 1 کلاسیک در جدول 6 ارائه شده است. 3 تیمار منتخب القائی فقط با نمونه شماره 1 کلاسیک مقایسه شدند زیرا شیر خام نمونه شماره 2 و 3 جزء نمونه هایی هستند که تیمارهای غیر منتخب از آنها حاصل شده اند. در مورد تمام تیمارهای منتخب تاثیر پاستوریزاسیون القائی بیش از %99 بوده است در صورتی که درصد کاهش بار کلی میکروبی در شیر پاستوریزه به روش کلاسیک کارخانه حدود %98 بود (شکل 1 )
