بسترة الحليب

المعاملات الحرارية للحليب

عرف الانسان حفظ المواد الغذائية باستخدام الحرارة منذ عام 1765 حين قام سبالانزاني Spallanzani بتسخين مرق اللحم في دوارق مقفلة بدرجة حرارة الغليان مدة ساعة كطريقة لحفظه بضعة ايام.

ويعود الفضل الى العالم باستور Pasteur الذي تمكن عام 1865 من منع حدوث التخمرات غير المرغوبة في النبيذ عن طريق تسخينه في درجة حرارة ما بين 50-60 درجة سليزية لمدة بضع دقائق.

وأثبت باستور بأن الحليب يصبح حامضياً نتيجة تكاثر البكتريا التي تصل اليه عن طريق الهواء، كما وجد ان تسخين الحليب يؤدي الى قتل كثير من البكتريا التي توجد فيه وتمنع زيادة حموضته. وكان أول استعمال تجاري للبسترة في المانيا عام 1880 من قبل العالم آشبور Ashbor ثم انتشرت بسترة الحليب في هولندا والدنمارك والسويد في عام 1885. واهتم العلماء منذ ذلك التاريخ بدراسة أفضل درجات الحرارة والمدة اللازمة لتعريض الحليب ومشتقاته والمواد الغذائية الاخرى لها للقضاء على البكتريا الممرضة فيها، من دون ان يؤثر ذلك في خواصها الطبيعية والكيميائية أو في قيمتها الغذائية.

يعد الحليب من أسرع المواد الغذائية قابلية للتلف. ونظراً لكونه غذاء متكامل فهو يصلح لنمو المجهريات التي تتكاثر بسرعة مسببة تغيرات كبيرة في صفات الحليب الكيميائية والفيزيائية. ان تواجد العناصر الغذائية كاملة في الحليب وبشكلها المعروف يجعله من الأوساط المثالية لنمو المجهريات.

كما ورد سابقاً انه لا يمكن الحصول على حليب خالي من المجهريات حتى لو توفرت أفضل الظروف الصحية والتعقيمية للحيوان والمحلب. وبطبيعة الحال تستلم معامل الالبان خليطاً من الحليب الذي يختلف بمحتواه من الاحياء المجهرية اعتماداً على جهد المنتج وادراكه لمتطلبات النظافة والتنظيف اثناء عملية الحلب. فكلما زاد المحتوى البكتيري في الحليب كلما كانت قابلية حفظه أقل. ومن العوامل المساعدة على زيادة العدد البكتيري في الحليب هو حفظه في درجات الحرارة الاعتيادية ولحين تسويقه الى معامل الالبان.

ان التلوث بالأحياء المجهرية التي قد تصل الى الحليب تكون بطبيعة الحال خليط من أعداد وأنواع من الأحياء المجهرية فمنها ما هو غير ضار في الصحة العامة مثل المجهريات المنتجة لحامض اللاكتيك وغيرها. ومنها ما هو ضار في الصحة العامة والناقلة للمرض او المنتجة للسموم ونظراً لتوفر الظروف المناسبة لمثل هذه الأحياء المجهرية فأنها تتكاثر، وتعتمد سرعة تكاثرها على طبيعة الحليب ودرجة الحرارة. لذلك قد يعد الحليب الخام مصدراً لانتشار المرض مما يقتضي الامر معاملته بطريقة معينة تؤدي الى القضاء على الأحياء المجهرية المرضية. وقد اعتمدت المعاملات الحرارية لهذا الغرض اذ وجد ان السيطرة على مثل هذه المعاملات قد تحقق الحفاظ النسبي على خواص الحليب الفيزيوكيميائية وعلى اعتبار الحليب الذي لا يتحمل المعاملات الحرارية المتبعة في معامل الالبان حليباً ذو نوعية رديئة.

البسترة Pasteurization:

تعرف البسترة بأنها تسخين كل جزء من المادة المعاملة الى درجة سليزية من الحرارة تكفي للقضاء على جميع انواع البكتريا المرضية والضارة والانزيمات التي تسبب فساد المادة وجعلها غير صالحة لتغذية الانسان.

تعد عملية البسترة من العمليات الضرورية جداً في صناعة منتجات الالبان اذ توفر حليب صحي يمكن أن يصنع منه منتجات لبنية مختلفة كالأجبان والزبدة والمثلجات اللبنية. وقد استخدمت البسترة ايضاً في معاملة العصائر لإطالة مدة حفظها، وتتحكم في درجة الحرارة اللازمة للبسترة وفي المدة الزمنية اللازمة لها العوامل التالية:

1- نسبة المواد الجافة: كلما زادت نسبة المادة الجافة ارتفعت درجة الحرارة اللازمة للبسترة او مدتها، وكلما زادت لزوجة العصير او لزوجة المادة طالت مدة التعريض الحراري، وكلما ارتفعت نسبة الحموضة في المادة تقل متطلبات المعاملة الحرارية وكذلك تقليل وقت المعاملة كما هي الحال في العصائر والمثلجات غير الحليبية.

2- نوع ومقدار التلوث الميكروبي: تتطلب بعض البكتريا المتحملة للحرارة معاملة في درجات حرارة عالية، كما ان زيادة عدد البكتريا يتطلب زيادة مدة المعاملة الحرارية او مدة البسترة.

الأسس العامة في بسترة الحليب

ان الاسس العامة في بسترة الحليب تتلخص في النقطتين التاليتين:

1- الناحية الصحية: وهي القضاء على كافة الأحياء المجهرية المرضية الموجودة في الحليب ومعظم الأحياء المجهرية الاخرى.

2- تحسين قابلية حفظ الحليب: هناك العديد من المجهريات الاخرى المتواجدة في الحليب تتأثر نتيجة للمعاملات الحرارية. ان خلو الحليب من هذه المجهريات يؤدي الى إطالة مدة حفظه.

من هنا تبين بأن بسترة الحليب يجب ان تضمن القضاء على كافة الأحياء المجهرية المرضية بأكثرها مقاومة للحرارة وهي ميكروبات السل Mycobacterium tuberculosis.

ان عملية البسترة تؤدي ايضاً الى القضاء التام على الاعفان والخمائر وكذلك القضاء على 95-99% من عدد البكتريا الموجودة في الحليب.

طرائق البسترة: -

تستعمل أربع طرائق لبسترة المواد الغذائية وهي:

1ـ البسترة البطيئة.

2ـ البسترة السريعة.

3- البسترة تحت التفريغ.

4- البسترة في درجات حرارة فوق العالية.

1- البسترة البطيئة:

ترفع درجة حرارة كل قطرة من الحليب على سبيل المثال الى 62-65 درجة سليزية مدة لا تقل عن 30 دقيقة، ثم يبرد الحليب بسرعة الى درجة حرارة 4 درجة سليزية عند صناعة الحليب المبستر، او الى درجة حرارة 38 درجة سليزية عند استعمال الحليب في تصنيع منتجات اخرى كالأجبان.

تتم هذه العملية في اوعية مزدوجة الجدران كما في الشكل (أ) مصنوعة من مادة غير قابلة للصدأ مزودة بأجهزة لتحريك الحليب على نحو مستمر في اثناء التسخين لمنع حدوث اي تغييرات غير مرغوبة في الحليب كالطعم المطبوخ cooked flavor، ويكون الحوض مغلقاً في هذه الاثناء مع تسجيل درجة الحرارة للتأكد من عدم انخفاضها عن الحد المعين طول الوقت اللازم للبسترة كما في الشكل (أ و ب).

 شكل (أ) مخطط جهاز البسترة البطيئة

شكل (ب) احواض البسترة البطيئة

أن مصدر الحرارة المستعمل في مثل هذه الاحواض هو البخار والماء اذ ترفع درجة حرارة الماء بين الجدارين الى درجة حرارية اعلى من درجة حرارة البسترة المرغوبة وعند اقتراب وصول درجة حرارة الحليب الى تلك الدرجة يوقف ضخ البخار ويحفظ الحليب على هذه الدرجة للفترة الزمنية المطلوبة.

وبعد انقضاء المدة المحددة للبسترة يضخ الحليب بمضخة متصلة بحوض البسترة فيجري الحليب المبستر في انابيب نظيفة ومعقمة توصل حوض البسترة بجهاز التبريد، وقد يكون هذا المبرد من النوع المسمى بالمبرد السطحي وهو عبارة عن صفيحتين معدنيتين متموجتين ومتقابلتين ويترك بينهما فراغ يجري فيه سائل او غاز مبرد، وقد يكون السائل ماء او ماء ملح مبرد بأجهزة التبريد الخاصة، وقد يكون الغاز هو غاز الفريون او غاز كلوريد المثيلين الذي يضغط بالأجهزة الخاصة والمهم في ذلك ان يسيل الحليب على السطوح الخارجية لهذه المبردات بعد اجراء تنظيفها وتعقيمها، ينظم التبريد بحيث تنخفض درجة الحرارة حتى تصبح 5 درجة سليزية، وتعد عملية التبريد بعد بسترته غاية في الأهمية وبدونها لا أهمية لعملية البسترة.

تجري تعبئة الحليب بعد بسترته وتبريده بقنان نظيفة معقمة ثم تغلق هذه القناني بأغطية معقمة حال اتمام التعبئة ثم توضع القناني بعد رصفها بأقفاصها الخاصة في غرف مبردة لحين الاستهلاك.

تستعمل المعامل الكبيرة احياناً احواض مركبة من ثلاثة أجزاء بحيث يسير العمل بصورة مستمرة، ففي الوقت الذي يملئ أحد الاحواض بالحليب يجري تسخين الحوض الثاني بينما يفرغ الحوض الثالث لانتهاء مدة البسترة وفيه يسيطر على جميع العمليات بصورة اوتوماتيكية لمنع حدوث اي اختلال في سير العمليات.

تستخدم هذه الطريقة عندما تكون كمية المادة المراد بسترتها اقل من 2 طن. كما تتميز بأنها اقتصادية، أجهزتها سهلة التركيب والتشغيل والصيانة وتؤدي الى القضاء على نسبة عالية من البكتريا (اكثر من 95 %) وينصح باستخدامها في بسترة القشطة ومخلوط المثلجات اللبنية.

 2- البسترة السريعة High Temperature –Short Time (HTST)

هذه الطريقة هي الاكثر استعمالاً لبسترة الحليب في جميع انحاء العالم وفيها ترفع درجة حرارة كل قطرة من المادة المعدة للبسترة (كالحليب) الى درجة حرارة تتراوح بين 72-75 درجة سليزية مدة لا تقل عن 15 ثانية، ثم تبرد تبريد مفاجئ الى 4 درجة سليزية.

يبستر الحليب بهذه الطريقة باستخدام مبادل حراري صفائحي. فالحليب يمر بشكل طبقة خفيفة على أسطح الواح معدنية مصنعة من الفولاذ غير القابل للصدأ، وهذه الالواح ذات تموجات ومصممة بشكل تسمح بمرور الحليب وتجعله يتدفق بشكل دائري يتيح الفرصة لكل جزيئة من جزيئات الحليب باكتساب الحرارة بالتساوي، وعلى الاسطح الثانية لهذه الالواح يمر الماء الحار وبالاتجاه المعاكس لمرور الحليب، وتتكون اجهزة HTST اعتياديا من الواح التبادل الحراري المتمثلة بالأجزاء التالية:

1- الجزء المتخصص بالتبادل الحراري بين الحليب المبستر والحليب الخام وهو النظام الخاص بالاستفادة من الطاقة الحرارية.

2- الجزء المتخصص بتسخين الحليب بالماء الحار وتسمى Heating section.

3- انبوب خاص ذو حجم معين يقوم بالاحتفاظ بالحليب المبستر على درجة حرارته ولفترة لا تقل عن 15 ثانية وتسمى Heating tube.

4- صمام تحويل دورة الحليب Flow diversion valve وهذا الصمام حساس لدرجة الحرارة عند 71 درجة سليزية فأنه يحول الحليب المبستر ويعيده الى خزان الحليب الخام وتصميم هذا الصمام هو لحماية صحة المستهلك.

5- الجزء المتخصص لتبريد الحليب وفيه يستعمل الماء البارد او الماء المثلج واعتماداً على الغرض الذي بستر الحليب لأجله. ويبين الشكل (أ) جهاز التبادل الحراري HTST والشكل (ب) يبين كيفية مرور الحليب الساخن وتبريده في جزء التبادل الحراري.

شكل أ- مخطط لجهاز التبادل الحراري HTST

جزء من الجهاز يمثل كيفية دخول الحليب وخروجه من الجهاز البسترة

مقارنة بين الطريقة السريعة والطريقة البطيئة

1- تناسب الطريقة البطيئة الكميات المحدودة من الالبان التي تقل عن 5 طن يوميا فإذا زادت كمية الحليب عن ذلك كثيراً اصبحت الطريقة السريعة أكثر تناسباً.

2- تستغرق البسترة بالطريقة السريعة وقتاً اقل من البسترة البطيئة كما يمكن البدء في تعبئة الحليب بمجرد الانتهاء من بسترته.

3- الطريقة البطيئة تكون اجهزتها أبسط في التركيب والتشغيل عما في الطريقة السريعة اذ انه بسبب قصر فترة التسخين يستلزم الامر:

أ- ضبط كمية وسرعة مرور الحليب في الجهاز.

ب- ضبط كمية وسرعة ودرجة حرارة وسط التسخين.

ج- ضبط فترة الحجز لمدة 15 ثانية.

4- ليس هناك فوارق محسوسة بين الطريقتين فيما يتعلق بتأثيرها على صفات الحليب الظاهرية او الكيميائية.

 3- البسترة الفراغية Vaccum Pasteurization

يعامل الحليب في هذه الطريقة بالبخار مباشرة وتحت نظام التفريغ، والاجهزة تسمى Vacreator تتكون هذه الاجهزة من ثلاثة اجزاء رئيسية على هيئة أوعية من الفولاذ غير القابل للصدأ ويزداد التفريغ في الوعاء الثاني عن الأول وكذلك الثالث عن الثاني ويصحب ذلك انخفاض في الحرارة، ففي الوعاء الأول يكون الضغط المخلخل (5 انج) وفيها يسخن الحليب الى درجة حرارة 90-96 درجة سليزية بعدها يمر الحليب الى جهاز آخر تحت ضغط مخلخل (20 انج) اذ تكون درجة الحرارة 62-82 سليزية وهنا يتم التخلص من الغازات وكمية البخار المكثف قبل وصوله الى الجهاز الثالث وهو تحت ضغط متخلخل يعادل (28 انج) ودرجة الحرارة 38 سليزية اذ يتم التخلص من النكهات الغريبة التي في الحليب او القشطة وكذلك يتم التخلص من بقايا البخار وبنفس الوقت يكون الحليب عرض الى درجات حرارة اوطأ اذ يترك الحليب هذا الجهاز وهو بدرجة حرارة تتراوح ما بين 32-42 سليزية ويتم تبريده بواسطة المبردات السطحية Surface cooler.

ان عملية البسترة هذه تستغرق دقيقة واحدة كما انها مفيدة وخاصة في حالة كون الحليب يحتوي على نكهات غريبة كما انها تتسبب في القضاء على حوالي 99% من مجموع البكتريا المتواجدة في الحليب.

4- الطريقة السريعة Flash pasteurization

ترفع درجة الحليب الى 71-72 درجة سليزية او أكثر وبدون حفظه على هذه الدرجة لأية مدة. وتم ذلك بإدخال الحليب في جهاز مكون من اسطوانتين عموديتين أحدهما بداخل الاخرى ويدفع بضغط مركزي بحيث يجري بصورة غشاء رقيق على الجدار الداخلي للأسطوانة الداخلية التي تسخن من الخارج بماء وبخار يجري بين الاسطوانتين الخارجية والداخلية.

كفاءة عملية البسترة:

يعد اختبار الفوسفاتيز هو الاختبار المعروف للكشف عن مدى كفاءة البسترة أو خلط الحليب المبستر بالحليب الخام واساس هذا الاختبار ان انزيم الفوسفاتيز والذي يوجد في الحليب الخام يتلف او يقضى عليه بدرجة حرارة البسترة ووقت الحفظ وعلى ذلك فأن غياب الفوسفاتيز يدل على ان الحليب قد سخن تسخيناً كافياً بينما وجوده بالحليب يدل على عدم تسخينه بدرجة كافية او احتمال تلوثه بحليب خام.

ويلخص الاختبار بالخطوات التالية:

1- خلط كمية من الحليب المبستر في أنبوبة اختبار مع استر عضوي يحتوي على الفينول وهو Phosphate-Phenyl-Disodium (مادة التفاعل الانزيمي) وكذلك محلول منظم للوصول الى رقم هيدروجيني مناسب في حدود 9- 6 .9.

2- حفظ الانبوبة في حمام مائي على 37 درجة سليزية لمدة ساعة. ففي حالة وجود انزيم الفوسفاتيز فأنه يحلل الاستر العضوي ويطلق الفينول منه والذي يمكن قياسه بطريقة لونية مع استعمال دليل ينتج الاندوفينول الازرق هذا وكلما قل غمق اللون الازرق المتكون كلما دل ذلك على انعدام أنزيم الفوسفاتيز أو قلته والعكس صحيح.

ويلاحظ ان هذا الاختبار حساس لدرجة انه يمكن كشف اي خطأ بسيط في عملية البسترة أو إضافة نسبة بسيطة من الحليب الخام لا تتعدى 1 .0 % الى الحليب المبستر.