اعداد ومعاملة الحليب في معامل الالبان

 بعد استلام الحليب ووزنه في معامل الالبان يخزن في خزانات الحليب الخام الكبيرة المبردة والمجهزة بمحرار خارجي للسيطرة على درجة حرارة الحليب على 4 درجة سليزية كما في الشكل التالي.

شكل خزانات الحليب المجهزة بمحرار خارجي للسيطرة على درجة حرارة الحليب

وهي أما على شكل سايلوات عمودية أو أفقية مصنوعة من الحديد غير القابل للصدأ ومجهزة بأجهزة خاصة لتحريك الحليب بشكل بطيء ومستمر كي لا يطفو الدهن على السطح كما في الشكل التالي.

 شكل يبين السايلوات العمودية

 وعند الابتداء بعملية التصنيع، يضخ الحليب عبر مرشحات خاصة للتخلص من الاجسام الغريبة الكبيرة الحجم والقاذورات المرئية التي تصل الحليب عن طريق الحيوان نفسه أو من الادوات المستعملة في الحلب او من المعمل. اذ تؤدي القاذورات إلى تغيير في خواص الحليب وصفاته ولذلك يجب التخلص من هذه المركبات غير المرغوب فيها بواسطة عمليات الترشيح والتنقية.

عملية الترشيح

يستخدم فيها مرشحات (Filter) وهي عبارة عن أجهزة محكمة الغلق يمر بها الحليب تحت ضغط معين بواسطة مضخات خاصة ويفضل ترشيح الحليب وهو على درجة حرارة حوالي 37 درجة سليزية، إلا أنه في بعض الحالات الأخرى يمكن ترشيحه على درجة حرارة حوالي 10 درجة سليزية، وجهاز الترشيح عبارة عن اسطوانة مزدوجة مثقبة بواسطة ثقوب ذات أقطار معينة وبها فتحتان، السفلى لدخول الحليب تحت ضغط، والعليا للخروج منه وقد يوجد بين جداري الاسطوانة المزدوجة قطعة من القماش ذات مسام معينة تسمح بمرور الحليب وترشيحه، ويجب إجراء عملية غسيل المرشح بعد كل عملية ترشيح حتى لا تتسدد الثقوب وتقل كفاءتها.

أما في حالة ترشيح الكميات الكبيرة من الحليب يستخدم المرشحات المتعددة اذ يحدث تبادل بينها ففي الوقت الذي يحدث فيه الترشيح في وحدة معينة من الجهاز يتم تنظيف الوحدة الأخرى من الجهاز وهذه العملية تتم غالباً بطريقة آلية تحدث بسرعة وسهولة.

وعلى العموم تقسم المرشحات بين نوعين:

1- مرشحات الحليب الدافئ:

اذ ترفع درجة حرارة الحليب الى 40-50 درجة سليزية لخفض لزوجته وجعله أكثر سهولة في التعامل. ويكون موقع جهاز الترشيح بين خزان الحليب وبين المقطع الخاص برفع درجة حرارة الحليب في جهاز التبادل الحراري ذو الالواح Plat Heat exchanger.

2- مرشحات الحليب البارد:

وهي الطريقة المفضلة في كثير من المعامل وخاصة الحديثة منها، اذ ينساب الحليب البارد خلال المرشحات بدرجة حرارة الاستلام مما يعد اقتصاديا في نفقات تشغيل معامل الالبان وتوضع هذه المرشحات بين خزان الحليب وجهاز البسترة، أما في حالة استلام الحليب في معامل الالبان الصغيرة أو مركز تجميع الحليب فيكون موضع المرشحات بين حوض استلام الحليب وخزان الحليب وعندما يكون الحليب مبردا يدفع ضمن المرشحات بدرجة حرارة 10 درجة سليزية.

المصفيات الميكانيكية

أن أساس عمل المصفيات الميكانيكية هي قوة الطرد المركزي ويتم بواسطتها فصل القاذورات الملوثة للحليب التي لم يتم التخلص منها خلال عملية الترشيح والتي تتصف بكون كثافتها أقل من كثافة مصل الحليب كما مبين في الشكل التالي.

تعمل المصفيات الميكانيكية بدرجة أكثر دقة عن ما هو في حالة استخدام المرشحات اذ تساعد على التخلص من الشوائب الموجودة بالحليب كالأتربة والشعر وخلايا الدم البيضاء والخلايا الافرازية وكذلك التجمعات البكتيرية خاصة المصفيات الميكانيكية التي تعتمد تصفية الحليب على البارد. ان الفراغ الموجود نتيجة صغر الاقماع في المصفيات الميكانيكية يساعد على تجميع الشوائب الموجودة بالحليب وتنقيتها ويتكون أثناء الدوران طبقة هلامية التركيب تسمى Clarifier slime وهو عبارة عن المركبات غير الذائبة الموجودة بالحليب وتضم بعض الخلايا البيضاء والحمراء وبعض الخلايا الإفرازية وبعض المجموعات الميكروبية ونسبة بسيطة من دهون الحليب وهذه الطبقة تختلف حسب تركيب الحليب ودرجة نظافته وأنواع وعدد المجموعات الميكروبية وحموضة الحليب وأيضاً درجة حرارة التصفية وحسب سرعة المصفيات، ويميل لون هذه الطبقة إلى الاحمرار في حالة إصابة الحليب بمرض التهاب الضرع وزيادة عدد كرات الدم أو في نهاية موسم الحليب.

ويفضل إجراء عملية التصفية على 5-10 درجة سليزية في مصفيات الحليب البارد أو على 55-60 درجة سليزية في مصفيات الحليب الدافئ.

شكل يوضح جهاز تصفية الحليب ومخطط يوضح عملية التصفي

تأثير عملية التصفية على صفات الحليب

1- قد يحدث زيادة في بعض المجموعات الميكروبية بعد عملية التنقية ذلك لحدوث تفكك لهذه المجموعات في أثناء عملية التنقية ويلاحظ ذلك في العدد الكلي في الأطباق.

2- ان انخفاض درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة في فقد الدهن في وحل المرشح أثناء عملية التنقية نظراً لحدوث تجمع لحبيبات الدهن.

3ـ بعض الحالات يحدث زيادة في معدل تكوين الحموضة في الحليب الذي اجريت له عملية تنقية بطريقة أسرع وذلك نتيجة تفكك بعض المجموعات الميكروبية وبالتالي سرعة نشاطها وأيضاً تأثيرها على إزالة بعض المواد الضارة وخروجها في الطبقة الهلامية.

العوامل التي تؤثر على عملية التصفية

1- درجة الحرارة: فان ارتفاعها يؤثر على خفض لزوجة الحليب وبالتالي يؤثر على خواصه الطبيعية والكيمائية وأفضل درجة حرارة للتنقية هي 32 درجة سليزية.

2- كما أن حموضة الحليب تؤثر على لزوجته وعلى المكونات الذائبة وغير الذائبة وفي بعض الأحيان فإن ارتفاع الحموضة لدرجة عالية تؤدي الى تجبن الحليب.

فرز الحليب

إن الغرض من إجراء عملية الفرز هو الحصول على جزء من الحليب يحتوي على نسبة عالية من الدهن (القشطة) للاستفادة منها في صناعة الزبد وصناعات أخرى، ويبقى الجزء الاخر من الحليب تقريباً خاليا من الدهن ويسمى بحليب الفرز الذي قد يستعمل في صناعة اللبن والجبن أو صناعة الحليب المجفف وغيره من المنتجات.

فوائد عملية الفرز

1- تعديل نسبة الدهن في الحليب.

2- الحصول على مادة تحتوي على نسبة عالية من الدهن (القشطة).

3- الحصول على حليب الفرز.

4- لتقليل حجم الحليب.

نظرية فرز الحليب باستعمال الفراز

ان فرز الحليب بواسطة الفراز يعتمد الاختلاف بين كثافة المادة الدهنية وبين كثافة الجزء غير الدهني. ومن المعلوم أنه عند تسليط قوة طاردة مركزية تعادل 1000 مرة بقدر قوة الجاذبية الارضية على مادتين مختلفتين في الوزن النوعي نرى أن هذه القوة تطرد المادة الثقيلة الى الخارج. ونظرا لوجود الفرق بين كثافة الحليب الفرز التي هي 036 .1 غم / سم3 وكثافة الدهن التي هي 9 .0 غم /سم3 نرى أن قوة الفراز تطرد الحليب الفرز الى الخارج (وزنه النوعي عالي) بينما يتركز الدهن (وزنه النوعي واطئ) الى الداخل بالقرب من المحور الداخلي للفراز (اي الحليب الفرز الى الخارج والقشطة الى الداخل) وبذلك يمكن عزلهما بفتحتين الاولى مرتبطة بالجزء القريب من المحور يخرج الدهن عن طريق فتحة القشطة، والاخرى بالأجزاء البعيدة عن المحور حيث يجمع الحليب الفرز ويسمى بميزاب الحليب الفرز كما هو موضح بالشكل التالي.

شكل يبين مخطط عملية الفرز

تعديل نسبة الدهن في الحليب

ويقصد بهذه العملية تغيير نسبة الدهن في الحليب أو القشطة بحيث يحتوي الحليب الجديد على نسبة معينة من المواد الدهنية. ان عمليه تعديل تركيب الحليب تعد من الامور الهامة لدى المهتمين بتصنيع الالبان ففي بعض مصانع الالبان تجرى عملية فرز الحليب لتعديل تركيبة ولغرض الحصول على قشده وحليب فرز يستعمل في صناعة بعض انواع الجبن والالبان المتخمرة وفي بعض فصول السنة يفرز الزائد من الحليب لتصنيعه الى منتجات لبنية اخرى مثل الزبد – الجبن – البان مكثفه ومجففه لغرض تخزينها وتسويقها في فصول السنة التي تقل فيها كميه الحليب.

 ويجرى تعديل تركيب الحليب لكي يكون مطابق للوائح والقوانين التي تنص عليها بعض البلدان على ان يحتوي الحليب المبستر على نسبه دهن معينه وغالبا ما تكون 3% كما يجب الا تقل المواد الصلبة اللادهنيه عن 5 .8 % في حالة حليب البقر و 75 .8 % في حالة حليب الجاموس.

تجرى هذه العملية قبل عملية البسترة أو قبل عملية التجنيس في حالة انتاج حليب مبستر مجنس أما بإزالة قشطة واضافة حليب فرز وفي حالة المصانع الكبيرة تستعمل فرازات قياسيه يمرر فيها الحليب لإنتاج قشده وحليب فيها نسبه الدهن المرغوبة وذلك عن طريق التحكم في سرعته باستعمال جداول قياسيه خاصة بهذه الفرازات، وقد تسبب عملية الفرز رج للحليب بدرجه كافيه لحدوث التزنخ في القشطة أو الحليب وذلك عند فرز الحليب الخام الذي لم يسبق معاملته حراريا لذلك يجب بسترة الحليب والقشطة الناتجة من عملية الفرز مباشرة عقب الفرز لمنع حدوث التزنخ.

تعديل نسبة الدهن باستخدام مربع بيرسون

في المعامل الصغيرة تجرى عملية التعديل قبل البسترة أما بنزع قشطة او اضافه حليب فرز أو قشده وذلك باستعمال مربع بيرسون لمعرفه كمية كل من الحليب والقشطة الواجب خلطهما لإنتاج حليب يحتوي على نسبة الدهن المرغوبة.

وعند استعمال مربع بيرسون في هذه الطريقة

1- يرسم مربع وتوضع نسبة الدهن المرغوب وجودها في الحليب الناتج وسط المربع.

2- توضع نسبة الدهن في القشطة المستعملة في التعديل في أحد أركان المربع وتوضع نسبة الدهن في الحليب الفرز على الركن الأخر من المربع وعلى نفس الجانب.

3- ثم تطرح نسبة الدهن الموجودة في مركز المربع من كل من النسب الموجودة في أركان المربع ويوضع الناتج على الركن المقابل وبذلك تنتج عدد أجزاء القشطة بالوزن الواجب خلطهما بالحليب الفرز لإنتاج حليب يحتوي على نسبه الدهن المرغوبة.

ملاحظة: عند تعديل نسبة الدهن بواسطة مربع بيرسون يجب الانتباه الى نقطتين هامة:

1- إذا كان لديك وزن معين من حليب ويراد تعديل نسبة الدهن فيها الى أكثر او أقل من النسب الموجودة بها، وبعدها يطلب منك حساب وزن الحليب الناتج فان النسب لا تجمع.

2- أما إذا اردت تحضير وزن معين من حليب ذو نسبة دهن معينة من خلط قشطة مع حليب فرز أو حليب ذو نسبة دهن معلومة فأنه يجب جمع النسب الناتجة بعد الطرح كما في الامثلة التالية.

أمثلة على تعديل نسبة الدهن:

مثال 1: لو كان لديك حليب فرز بنسبة دهن صفر وقشطة بنسبة دهن 30 %، ما الكميات الواجب خلطها من المنتوجين للحصول على طن (1000كغم) حليب معدل بنسبة دهن 3 %

ملاحظة:

يرسم مربع بيرسون ويثبت في أركانه المعلومات أعلاه لإنتاج 1000كغم حليب معدل.

ملحوظة: أما إذا اردت تحضير وزن معين من حليب ذو نسبة دهن معينة من خلط قشطة مع حليب فرز أو حليب ذو نسبة دهن معلومة فأنه يجب جمع النسب الناتجة بعد الطرح كما في المثال.

وهذا يعني انه يتوجب خلط 3 أجزاء من القشطة 30% لكل 30 جزء من الحليب المعدل 3%:

مثال2:

لديك 300 كغم حليب نسبة الدهن به 5 % المراد تعديل تركيبه بحيث يكون نسبه الدهن في الحليب الناتج 3 % فما كمية الحليب الفرز الواجب اضافتها مع ملاحظة ان الحليب الفرز خالي من الدهن.

يعمل مربع بيرسون ووضع (3) في منتصف المربع ومن أسفل المربع جهة اليسار صفر والتي تعبر عن نسبه الدهن بالحليب الفرز واعلى منها 5 والتي تعبر عن نسبه الدهن بالحليب الكامل ونطرح الطرفين من الوسطين ويتضح ان:

ملاحظة:

إذا كان لديك وزن معين من حليب ويراد تعديل نسبة الدهن بها الى أكثر او أقل من نسب الدهن الموجودة اصلا فيه وبعدها يطلب منك حساب وزن الحليب الناتج فان النسب لا تجمع.

وهذا يعني يجب اضافة 2 كغم حليب فرز الى كل 3 كغم حليب 5 % دهن للحصول على حليب نسبة الدهن به 3 %.

حليب 5%          حليب فرز

ـــــــــــــــ         ـــــــــــــــ

      3                     2

    300                  س

اذن 300 كغم حليب 5 % دهن يضاف اليها س حليب فرز

س = 300×2 /3 = 200 كغم حليب فرز

مثال3:

ماهي عدد كيلوغرامات القشطة التي نسبة الدهن بها 50 % اللازم اضافتها الى 240 كيلوغرام من حليب يحتوي على 3 % من الدهن للحصول على حليب يحتوي على 4 % من الدهن وماهي كمية الحليب الناتجة.

وهذا يعني اننا نحتاج 1 كغم من قشطة 50 % دهن لكل 46 كغم من حليب 3 % دهن للحصول على حليب 4 % دهن:

قشطة 50%             حليب 3%

ــــــــــــــــــــ            ـــــــــــــــ

      1                          46

      س                      240

س = 1×240 /46 = 21 .5 كغم قشطة 50% يجب خلطها مع 240 كغم حليب 3 %دهن للحصول على حليب 4% دهن.

240 + 5.21 =245.21 كغم حليب 4% (كمية الحليب لناتجة)

وتتبع هذه الطريقة في تعديل أي مكون اخر غير الدهن مثل المادة الصلبة الغير دهنيه وغيرها.

مثال 4:

احسب وزن الحليب الفرز الواجب إضافته الى 70 كغم حليب 5 .4 % دهن لتصبح نسبة الدهن فيه 5 .3 % وما كمية الحليب الناتجة.

وهذا يعني خلط 5 .3 جزء من حليب 5 .4 مع جزء واحد من الحليب الفرز:

حليب فرز               حليب 4.5

ــــــــــــــــ            ـــــــــــــــــ

     1                         3.5

    س                       70

س= 1×70/3.5 = 20 كغم حليب فرز

20 + 70 = 90 كغم كمية الحليب الناتجة

التركيب الكيمائي للحليب الفرز واستخداماته:

يشبه الحليب الفرز في تركيبه الكيمائي الحليب الكامل فيما عدا نسبة الدهن اذ لا تزيد نسبة الدهن في الحليب الفرز الناتج من الفرازات الجيدة عن 5.0 %، بينما تصل نسبة الدهن في الحليب الراقد أو اللبن الرائب الناتج من الأواني المفرطحة إلى 7 .0%، وفي اللبن الرائب الناتج من الأواني العميقة إلى 35 .0 %.

يستخدم الحليب الفرز في أغراض كثيره سواء أكان ناتجاً من المزارع أو المصانع وفيما يلي أهم استخداماته:

1. يستخدم في صناعة بعض أصناف الجبن مثل الجبن القريش وجبن الكوخ.

2. يستخدم في المزارع في تغذية العجول والدواجن.

3. يستخدم في صناعة الخبز والبسكويت والحلوى والفطائر.

4. يستخدم في صناعة الأيس كريم (المثلجات القشطية) وهو على حالته السائلة أو بعد تكثيفه أو تجفيفه.

5. يستخدم في تحضير بعض الألبان المتخمرة كما يستعمل بيئة لحفظ بعض المزارع البكتيرية.

6. يستخدم في صناعة الزبد الصناعية والقشدة الصناعية.

7. يستخدم في تحضير الكازين الذي له فوائد كثيرة منها استخدامه في صناعة المواد الشبيهة بالعاج والمواد العازلة للكهرباء والمواد المقاومة للأحماض والرطوبة، كما يدخل في تركيب بعض المبيدات الحشرية والفطرية كمادة لاصقة.

 تجنيس الحليب Homogenization of milk

الحليب المجنس: هو الحليب الذي تم تجزئة حبيبات الدهن فيه إلى حبيبات صغيرة بطريقة آلية تؤدي إلى زيادة درجة استحلاب الدهن به وصعوبة تكوين طبقة القشدة بحيث إذا ترك لتر منه في زجاجة لمدة 48 ساعة فإن نسبة الدهن المتكونة في الطبقة السطحية منه لا تزيد على 10٪ من نسبتها في بقية الحليب بشرط أن يكون سبق بسترته بعد عملية التجنيس.

أجهزة التجنيس

تتم عملية التجنيس بتمرير الحليب في جهاز يسمى المجنس Homogenizer تحت ضغط عال خلال فتحة ضيقة تتألف من صمام المجنس. ويستعمل انواع مختلفة من الاجهزة أشهرها المجنس ذو المرحلتين. في المرحلة الاولى يتم التجنيس تحت ضغط مرتفع 3000 باوند / انج² ثم المرحلة الثانية يجري التجنيس فيها تحت ضغط منخفض 500 باوند /انج² كما في الشكل التالي.

شكل يبين المجنس ذو المرحلتين

العوامل المؤثرة على كفاءة عملية التجنيس

1ـ الضغط

كلما زاد الضغط كلما قل حجم حبيبات الدهن المجنسة، وزيادة الضغط عن حد معين يجعل الحبيبات الصغيرة تميل الى التجمع مرة اخرى. ولذلك يجري التجنيس عادة على مرحلتين:

أ- تحت ضغط مرتفع لا يزيد عن 5000 باوند / انج².

ب- يعاد التجنيس على ضغط منخفض أقل من 500 باوند / انج².

ولذلك من الضروري وجود مؤشر لمستوى الضغط المسلط خلال عملية التجنيس كما في

الشكل التالي.

شكل يبين جهاز التجنيس ويتضح فيه وجود مؤشر الضغط المسلط

2- درجة الحرارة

وجد أن انسب درجة حرارة للتجنيس تتراوح ين 150-160° فهرنهيتية (66 - 71 درجة سليزية) وعند حدوث التجنيس على درجة حرارة منخفضة يؤدي ذلك الى:

أ– تميل حبيبات الدهن الى الاندماج مرة أخرى.

ب– احتمال وجود أنزيم اللايبيز النشط وهذا يسبب تزنخ الدهن.

3- حالة صمامات التجنيس

يجب أن تكون الصمامات ذات أسطح ملساء خالية من أي خدوش حتى لا يؤدي ذلك الى مرور حبيبات الدهن كما هي بدون تجزئة.

الغاية من تجنيس الحليب

1- عملية التجنيس تؤدي إلى تكسير حبيبات الدهن وذلك يؤدي إلى سهولة هضم دهن الحليب نتيجة لزيادة تعرض هذه الحبيبات لفعل إنزيمات الهضم التي تعمل على تحليلها ومن ثم امتصاصها وتمثيلها.

2- كما أن عملية التجنيس هذه تؤدي إلى حدوث تحسين في طعم الحليب نتيجة لزيادة انتظام توزيع الدهن في الحليب ويظهر ذو دسامة عالية وكثافة في اللون أكبر مما هو في الحليب العادي.

3- وتؤثر عملية التجنيس على تحسين صفات منتجات الحليب المختلفة الناتجة منه ويرجع ذلك الى انتظام توزيع الدهن بها ودقة تكوين المستحلب الدهني في الحليب وزيادة جودة الحليب الناتج وتنوع استخدامه اذ يفضل عند صناعة بعض منتجات الحليب مثل حليب الشيكولاتة استعمال الحليب المجنس لغرض الحصول على تجانس في قوام المنتج النهائي اذ أن انفصال الدهن يعد أحد العيوب في هذا المنتج.

ولذلك يفضل استخدام الحليب المجنس في ألبان الشرب بشرط أن تتم بسترته بعد عملية التجنيس مباشرة حتى لا يحدث فصل الدهن بعد تعبئته، كما أن إجراء عملية البسترة بعد تجنيسه تكون ضرورية اذ تقوم بالقضاء على إنزيم اللايبيز الذي قد يسرع من تلف الحليب المجنس.

استخدامات الحليب المجنس

 يعد التجنيس من العمليات الهامة في صناعة الالبان اذ يستخدم في أغراض متنوعة منها:

1- صناعة المثلجات اللبنية لإكسابها الطعم الدسم والقوام الناعم، كذلك يمنع التجنيس انفصال الدهن أثناء التجميد.

2- صناعة الحليب المكثف لمنع انفصال الدهن وتكوين حبيبات زبد نتيجة الرج أثناء النقل.

3- صناعة الحليب المبستر والمعقم لإعطاء الناتج الطعم المتجانس وكي لا تفصل طبقة القشطة على السطح مكونة طبقة قشطيه.

4- صناعة ألبان الأطفال لكونه سهل الهضم.

عيوب الحليب المجنس

للحليب المجنس وعملية التجنيس بعض العيوب مثل:

1- زيادة تكاليف الصناعة إذ تحتاج إلى أجهزة معينة ذات صفات محددة ويعاب عليه أنه احتمال تلوث الحليب الناتج وزيادة الحمولة الميكروبية إذ أن هذه العملية قد تؤدي إلى تكسير التجمعات الميكروبية وزيادة نشاطها لذلك يجب إجراء عملية البسترة بعد عملية التجنيس مباشرة.

2- قد تظهر بعض الطعوم غير المرغوب فيها في هذا الحليب الناتج إذا تمت عملية التجنيس على حرارة أكثر من 5 .37 درجة سليزية، ويلاحظ أن تعرض هذا الحليب لأشعة الشمس قد يؤدي إلى سرعة أكسدة الدهن.