اولترا فیلتراسیون به یکی از 3 طریق زیر در پنیرسازی مورد بهره برداری قرار می گیرد :
1- پیش تغلیظ غلظت های پایین با فاکتور تغلیظ 2-5/1 = CF (Concentration Factor) جهت استاندارد سازی نسبت پروتئین به چربی . این هدف در تولید سنتی پنیر دنبال می شود .
2- تغلیظ متوسط با 5-3 = CF در تولید اصلاح شده پنیر (حذف مقادیری از آب پنیر) که تجهیزات آن تفاوت عمده ای با تولید مرسوم دارد .
3- تغلیظ جهت رساندن مقدار نهایی ماده خشک پنیر به حدود 35 درصد ( 8-6 = CF) که پس از آن جهت حصول ماده خشک مد نظر، پنیر تحت خلاء قرار داده می شود .
روش اول و دوم قابل کاربرد در تولید چندین نوع پنیر هستند در حالیکه روش سوم را می توان در تولید انواع جدیدی از پنیرها به کار گرفت . دلمه پنیر دارای فاکتور تغلیظ 5-3 با افزایش سختی روبروست که در نتیجه آن تقاضا جهت تقویت یا طراحی انواع ویژه ای از همزن ها و کاتر ها به وجود آمده است . تجهیزات برش مرسوم قادر به برش دلمه با حداکثر میزان پروتئین 7 درصد می باشند ( 2 = CF) . شیر در واحد UF تا فاکتور تغلیظ 5-3 ( معادل رسیدن مقدار کل ماده جامد به 40-25 درصد) غلیظ می شود.
می توان طی UF ، لاکتوز را از طریق شستشو با آب از ناتراوه جدا کرد . با این روش می توان میزان لاکتوز دلمه و pH آن را کنترل نمود.
ناتراوه جهت آنزیم زنی بسته به نوع پنیر تا دمای ċ 38-20 سرد می شود . بعد از قالب ریزی دلمه ، دلمه ها روی هم چیده می شوند تا تحت تاثیر نیروی وزنشان تا حد امکان تراوه باقی مانده از آنها خارج گردد . در این مدت دلمه ها چندین مرتبه با دستگاه ( ترنینگ ) چرخاننده زیر و رو می شوند . در نهایت ممکن است پنیر قبل از خارج شدن از قالب توسط اعمال نیروی مکانیکی برای مدت کوتاه 15-10دقیقه تحت فشار قرار داده شود .
روند جدید
فرآیند تغلیظ شیر تا رسیدن شیر به 8-6 = CF (توسط UF) از طریق به کار گیری تیمار تحت خلاء نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است . این روند جدید توجیه پذیری نحوه تولید را از نظر منطقی افزایش می دهد . این چنین روش هایی به شدّت هدر رفت چربی و پروتئین را کاهش می دهند .
هر دوی غشاهای UF و MF عمدتاً ترکیبات را بر مبنای اندازه جداسازی می نمایند.
CF = (ورودی غذای حجم)/(نهایی غذای حجم)
CF اغلب به صورت × 1 ، × 2 ، × 3 و … بیان می شود . توانایی تغلیظ یک ماده غذایی عموماً بر اساس اجزای سازنده ، فشار اُسمزی و ویسکوزیته ماده غذایی تعیین می گردد .
عمر غشا تحت تاثیر عوامل متعددی است به عنوان مثال ترکیب و ساختار غشاها حائز اهمیت است اما شرایط فرآوری و پاک سازی غشا عوامل مهم تری به حساب می آیند .
مهم است به خاطر داشته باشیم بافت ریز غشا می تواند منجر به کاهش جداسازی تراوه گردد . با این حال با تکیه بر نوع غشا و TMP ، بافت ریز غشا معمولاً اثر گذاری معنی داری را نشان نمی دهد . تحقیقات نشان می دهد که گرفتگی و رسوبات غشا ، و نه بافت ریز آن دلیل اصلی کاهش شار در UF و TMP کمتر از 3/0 مگاپاسکال می باشد .
اندازه ، شکل ، قابلیت تغییر شکل ، و شعاع هیدرودینامیکی یک مولکول از عوامل بسیار اثر گذار بر جداسازی با UF / MF می باشند . مولکول های باریک و یا با قابلیت تغییر شکل آسان نسبت به مولکول های مستحکم و شدیداً ساختار یافته با وزن مولکولی یکسان ، راحت تر از غشا عبور می کنند . در اثر فشار ، مولکول های منعطف تر قادرند جهت عبور از غشاها حتی با وجود منافذ ریزشان تغییر شکل پیدا کنند و از آن ها عبور نمایند ؛ از این رو پروتئین های کروی به جهت تغییر شکل کمتر در اثر فشار وارده ، جهت تعریف وزن مولکولی cut – off در غشای UF استفاده می شوند.
قدرت یونی و pH محلول نیز بر اندازه ظاهری مولکول اثر گذارند ؛ برای مثال در محلول دارای قدرت یونی پایین تر ، پُلی الکترولیت هایِ به شدّت باردار شده آسان تر در پشت غشا باقی می مانند و عبورشان از غشا محدود می گردد . اجزای سازنده ماده غذایی نیز بر نفوذ پذیری غشا تاثیر گذارند ؛ مثلاً حفظ اسیدها در پشت غشا دشوارتر از نمک های متناظرشان می باشد. مولکول های آلی کوچک ( الکلها ، استرها ، آلدئیدها ، کتونها ) و مولکول های غیر آلی یونی کوچک نظیر آمونیوم نسبت به مولکول های آلی بزرگتر احتمال عبورشان از غشا بیشتر است و نیز احتمال عبور پروتئین های با وزن مولکولی پایین زمانی که در درون یک محلول خالص حضور دارند بیشتر از زمانی است که در محلولی همراه با پروتئین های با وزن مولکولی بالاتر حاضر هستند .
دیافیلتراسیون روشی جهت تغلیظ بیشتر ناتراوه در مقایسه با UF / MF استاندارد بویژه برای تغلیظ پروتئین می باشد و به دو صورت مداوم و غیر مداوم قابل اجراست . علت محدودیت UF / MF استاندارد جهت تغلیظ بیشتر ناتراوه ، افزایش در ویسکوزیته ناتراوه در اثر حذف تراوه می باشد . در برخی موارد ویسکوزیته خیلی بالای جریان غذایی مانع از جریان یابی آن در کانال غشایی می گردد که افزودن آب به غذا سبب کاهش ویسکوزیته و فشار اسمزی ایجاد شده نیز سبب ممکن سازی عبور بیشتر تراوه از غشا می گردد . DF مداوم و غیر مداوم می توانند به درجه خلوص یکسانی دست یابند . شیوه مداوم ، میانگین شار بیشتری در مقایسه با شیوه غیر مداوم داراست.
واقعیت این است که حضور مقادیر کمتری از پروتئین های سرمی در شیر پنیرسازی نکته مطلوبی است چرا که نقایص عطر و طعمی و بافتی نسبت داده شده به پروتئین های سرمی را کاهش می دهد ؛ علاوه بر این سبب کاهش اثرات زیان آور ناشی از تیمار حرارتی ، بر انعقاد شیر با مایه پنیر می گردد .
* مزایای استانداردسازی پروتئین
1.افزایش بازده تجهیزات ویژه ، عمدتاً در تولید پنیر و کاهش نیاز جهت تنظیم و اصلاح پارامترهای فرآورش در پنیرسازی . تغییرات در ترکیب شیر ورودی جهت پنیرسازی سبب استفاده ناکارآمد از دستگاه ها و ایجاد مشکلات در کنترل تولید مداوم پنیر می گردد ( سرعت و میزان انعقاد ، سفتی دلمه ، سرعت و میزان اُفت pH با توجه به خاصیت بافری کازئین ) .
2.کاهش تغییر در ترکیبات شیر سبب کاهش تغییر در ترکیب پنیر می گردد و تولید پنیرهای با خصوصیات عملکردی و ساختاری خارج از استاندارد را کاهش می دهد .
3. افزایش بهره وری تولید پنیر به جهت افزایش روزانه تولید پنیر در هر وَت . افزایش اندکی در بازده پنیر مشاهده می گردد که علت آنرا به کاهش افت چربی و پروتئین به درون آب پنیر و نیز حفظ بهتر پروتئینهای محلول در آب نسبت می دهند
4. دسترسی داشتن به شیر با ترکیب یکنواخت در تمام طول سال و افزایش مقدار پروتئین در پنیر بدون افزودن WPC، شیر خشک یا کازئین . تغلیظ پروتئین شیر پنیرسازی میزان مایه پنیر و کشت های آغازگر مصرفی را کاهش داده و از این طریق سبب افزایش بهره وری و سودمندی های اقتصادی می گردد .
5. استاندارد سازی پروتئین شیر با استفاده از رقیق سازی شیر با تراوه حاصل از UF می تواند یک مشکل عمده اقتصادی چنین فناوری را تاحد زیادی حل نماید چرا که سبب حفظ قیمت بالای تراوه خواهد شد .
در حال حاضر فناوری های غشایی مورد کاربرد در صنعت پنیر سازی شامل اسمز معکوس ، نانوفیلتراسیون ، اولترافیلتراسیون و میکرو فیلتراسیون می باشند . اُسمز معکوس آب را از شیر جدا می کند و خصوصیاتی مشابه با تبخیر حرارتی در آن ایجاد می نماید .NF به طور انتخابی سبب حذف مواد معدنی کوچک می شود . UF سبب حذف لاکتوز و مواد معدنی کوچک می شود و MF جهت جداسازی باکتری ها از شیر پنیرسازی ( سِبُیا و مایبس ،2000 ) و بهبود کازئین شیر پنیرسازی ( ازطریق جداسازی پروتئین های آب پنیر از شیر ) به کار گرفته می شود ( مایبس و همکاران ،2001 ) .
سه مشخصه ویژه مورد ارزیابی در فرآیند غشایی انجام پذیرفته بر روی شیر پنیر سازی شامل ظرفیت بافری، انعقاد آنزیمی و خصوصیات رئولوژیکی می باشند .
ظرفیت بافری
علّت افزایش ظرفیت بافری طی اولترافیلتراسیون شیر، تغلیظ مواد معدنی شیر ( کلسیم ، منیزیم ، فسفر ) به همان نسبت تغلیظ پروتئین می باشد . همانطور که می دانیم این مواد معدنی به میسل های کازئینی متصل هستند . پیامدهای ناشی از افزایش ظرفیت بافری شامل ایجاد دگرگونی در موارد زیر می باشند :
– سینتیک های اسیدی سازی توسط باکتری های اسیدلاکتیک -pH نهایی پنیر – سینتیک های انعقاد آنزیمی – خصوصیات رئولوژیکی دلمه – فعالیت آنزیم های رسیدگی – لایزیز ( lysis ) باکتری های اسید لاکتیک مزوفیل در طول دوره رسیدگی ( سِبُیا و همکاران،2001 ) – رشد و میزان بقای فلور مولّد فساد ( راش و کازِکُوسکی ،1982 ) _ ظرفیت نگهداری آب توسط پنیر در طول رسیدگی
بنابراین زمانی که شیر تغلیظ می شود بایستی جهت رسیدن به pH مطلوب در محصول نهایی ، باکتری های اسید لاکتیک تولید اسید بیشتری نمایند تا pH محصول در پنیر سخت به حدود 2/5 و در پنیرهای نرم و تازه به 6/4 برسد.
کشت توده ای استارتر توسط تخمیر ناتراوه شیر کامل یا پس چرخ با کشت آغازگر مزوفیلیک در دمای ċ22 به مدت 15-12 ساعت به دست می آید .این کشت توده ای در مقایسه با کشت توده ای سنّتی فعّال تر است و در دمای اتاق به مدت 12-10 ساعت فعال باقی می ماند. ناتراوه تخمیر شده نیز از میزان پروتئین بالایی برخوردار است که در افزایش بازده پنیر مشارکت می کند ( میستری و کازکوسکی،1986 b) و برای به کاربری در پنیرهای سنّتی یا فراپالایش شده گزینه مناسبی می باشد .
راش و کازکوسکی ( 1982 ) اثبات کردند که افزایش ظرفیت بافری از حد PH 7/6 در شیر اولترافیه سبب فراهم آوری شرایط مناسب رشد و بقای باکتری های معیّنی نظیر اشریشیاکلی اینتروپاتوژنیک می گردد ؛ به این ترتیب تنظیم مقادیر مواد معدنی حاضر در ناتراوه ( بسته به نوع پنیر ) امری حائز اهمیت است. می توان با افزودن عوامل اسیدی کننده نظیر گلوکونودلتالاکتون یا اسیدهای آلی (در برخی کشورها) و یا فعالیت کشت های آغازگر در مرحله قبل از UF یا در حین آن ، اقدام به تنظیم pH ناتراوه نمود . اسیدیفیکاسیون سبب انحلال نمک های فسفات منیزیم و کلسیم و در نهایت حذف آنها می گردد ؛ حذف این یون ها می تواند از طریق افزودن کلرید سدیم ( 9/0-5/0گرم در 100 گرم ) به ناتراوه در حین UF یا بعد از آن نیز انجام پذیرد .
رفتار رئولوژیکی شیرهای کنسانتره ( ناتراوه )
زمانی که مقدار پروتئین شیر به وسیله اِعمال UF افزایش می یابد و یا دما کاهش داده می شود شیر از خود رفتار سودوپلاستیک نشان خواهد داد .گرانروی ( ویسکوزیته ) شیر فراپالایش شده با افزایش مقدار پروتئین افزایش خواهد یافت . جهت تولید پنیرهای نیمه سخت و سایر پنیرهای حاصل شده از ناتراوه فراپالایش شده با گرانروی بالا نیاز است که همه گازهای محلول محبوس شده در فاز مایع شیر از آن جدا گردند و از مخلوط کن ویژه ای جهت تولید پنیر استفاده شود ( ساکن و متحرک ) تا از اختلاط کامل مایه پنیر و کشت های آغازگر با ناتراوه اطمینان حاصل شود ( مایبس،1987 ) . چنانچه گازهای محلول با به کارگیری خلاء از شیر خارج نشوند دلمه ای اسفنجی به دست خواهد آمد که از نظر طعم و ظاهر کم کیفیت خواهد بود . اگر مایه پنیر به نحوه مطلوب و کافی با شیر مخلوط نشود دلمه حاصله به جهت انعقادهای منطقه ای و ناپیوسته دارای بافتی غیر یکنواخت و محتوی تکّه تکّه های کوچک خواهد بود .
انعقاد رنتی فرآیند پیچیده ای است که به چندین عامل بستگی دارد :
– درجه حرارت – غلظت پروتئین – pH – قدرت آنزیم و …
در صورت افزودن مقدار یکسانی از مایه پنیر به حجم های یکسانی از شیر یا ناتراوه فراپالایش شده، زمان تشکیل دلمه با افزایش مقدار پروتئین تغییر نخواهد کرد اما طول زمان بین تشکیل دلمه تا برش دهی کوتاه خواهد شد.
استانداردسازی پروتئین
محتمل است که این روش وسیع ترین روش UF مورد کاربرد در تولید پنیر می باشد چرا که می تواند با اکثریّت پنیرها خود را مطابقت دهد و در کنارش سودمندی های اقتصادی نیز ایجاد نماید ؛ در این روش طی تغلیظ شیر با UF غلظتش تا دو برابر ( بر پایه پروتئین ) افزایش می یابد و در تولید انواع پنیر مورد مصرف قرار می گیرد. برای پنیرهای سخت نظیر چدار از تغلیظ 6/1 تا 7/1 برابر استفاده می شود . در مقادیر بالاتر درجه تغلیظ ، بافت دلمه رنتی بی نهایت سفت خواهد شد به طوری که فرآیندپذیری آن دشوار می گردد و امکان دارد اُفت چربی به درون آب پنیر نیز افزایش یابد. کاهش دمای پخت و مصرف خامه هموژنیزه می تواند رطوبت این پنیر را افزایش دهد . هموژنیزاسیون همچنین می تواند جهت افزایش بیشتر در بازده تولید پنیر چدار حاصل از شیر UF مفید واقع شود . در صورت انجام ترمیزاسیون قبل از مرحله UF، بازده پنیر کاتیج افزایش خواهد یافت.
مایبس ( 1979 ) در فرانسه ایده انجام UF شیر پنیر سازی را در مزارع و دامپروری ها توسعه بخشید ؛ در این طرح ، شیر قبل از تحویل به کارخانه پنیرسازی تا کمتر از دو برابر تغلیظ می گردد . تراوه حاصل از فرآیند به عنوان خوراک به دام داده می شود . هدف از انجام UF در مزارع و دامپروری ها ، کاهش هزینه حمل و نقل و افزایش بازده پنیر بود .
* ناتراوه های دارای حدّ تغلیظ متوسط
شیر به میزان 2 تا 5 برابر حدّ اولیه اش جهت پنیرسازی تغلیظ می گردد . دیافیلتراسیون ممکن است جهت تعدیل و تنظیم مقدار مواد معدنی و ظرفیت بافری ناتراوه مفید واقع شود . در این روش مقادیر بسیار بیشتری از پروتئین های آب پنیر داخل بافت پنیر حفظ می شوند و بازده پنیر نسبت به روش های استاندارد سازی پروتئین بیشتر است. مثال دلمه حاصله بافتی خیلی سفت داراست و فرآوری آن توسط تجهیزات مرسوم دشوار می باشد .پنیر فتا ( متخلخل ) در پاسخ به تقاضای مردم جهت دست یابی به پنیری با بافت و ظاهری مطلوب ( دارای روزنه های مکانیکی ) و مشابه با محصولات سنّتی توسعه داده شد که در پنیر UF حاصل از پیش پنیر مایع یافت نمی شد. ناتراوه نهایی 5/28 گرم از 100 گرم ماده جامد کل را شامل می شود که این مقدار متناظر با فاکتور تغلیظ 3به 1 می باشد.بعد از هموژنیزاسیون ناتراوه کشت آغازگر یا گلوکونو دلتا لاکتون افزوده شده و سپس پاستوریزاسیون ناتراوه در ċ80 مدت 60 ثانیه انجام می گیرد آنگاه تا دمای ċ 34 سرد می شود ..مایه پنیر افزوده شده و به صورت مکعبی برش می خورند سپس درون قالب ها قرار داده شده و آبگیری انجام می شود . آبگیری در دمای ċ 24- 10 به مدت 24-16 ساعت صورت می گیرد که طی آن pHدلمه به 8/4 کاهش پیدا می کند ( اِسکُوهاج ،1987 ) . محصول حاصل از این کواگولاتورها واقعاً قابل تمایز از محصول سنّتی نمی باشد . افزایش حدود 14 درصدی در بازده (بر پایه ماده جامد) حاصل از این روش در مقایسه با فرآوری سنّتی ادّعا می شود ( مردنسن، 1985) . در فرآیند انعقادی مذکور انجام گرفته بر روی پیش پنیر مایع با افزایش 30 درصدی بازده مواجه شدند . استفاده از این فرآیند ( استفاده از ناتراوه با درجه تغلیظ متوسط )سبب کاهش مفرط در عطر و طعم پنیر فِتای استاندارد شده است که اکنون در یونان با نام مُستعار به کار می رود . کوآگولاتورهای مورد کاربرد شامل آلکِرد آلفالاوال ( معروف به تِتراپَک ) و پِیسی لاک.
* ایده پیش پنیر های مایع
در این فرآیند تجهیزات مرسوم پنیرسازی به کار گرفته نمی شود چرا که شیر توسط UF تا دست یابی به نسبت اجزای تشکیل دهنده هر نوع پنیر تغلیظ می شود . این روش از بالاترین پتانسیل جهت افزایش بازده برخوردار است که علّت آن حداقل سازی میزان جداسازی آب پنیر و درنتیجه حداکثر سازی حفظ پروتئین های آب پنیر در درون پنیر می باشد . بر خلاف استانداردسازی پروتئین ، این روش برای برخی از انواع پنیر قابل اجراست چرا که دست یابی به نسبت اجزای تشکیل دهنده همه انواع پنیر بوسیله UF ممکن نیست . تولید پنیر فتا با روش پیش پنیر مایع نیز با موفقیت بالایی روبرو بوده است. حلب به مدت 20-10 دقیقه در امتداد یک نوار نقاله در حرکت است و تا رسیدن مجدد به بخش اندازه گیری و پُرکنی ، ناتراوه منعقد شده است . این عملیات سه مرتبه تکرار می شود ؛ در نتیجه سه لایه منعقد شده در حلب قابل مشاهده خواهد بود . بعد از این مرحله حلب وارد بخش برش دهی می شود و در آنجا سه ردیف دلمه تشکیل شده به قطعات کوچکتر ( جهت فروش در خرده فروشی ها ) برش داده می شوند . قبل از افزودن نمک خشک سطح پنیر با لایه ای از کاغذ پارچمنت ( سلولزی ) پوشانده می شود . پس از نمک زنی ، حلب ، درب بندی شده و توسط دستگاه گرداننده ( تِرنینگ ) وارونه می گردد تا آب پنیر تراوش شده از دلمه سبب انحلال نمک گردد ( تشکیل آب نمک ) سپس پنیر جهت گذران مرحله رسیدگی مدتی ذخیره می شود.
اما افزودن روغن کره می تواند در طول مرحله آبپوشی مجدد فرآیند و یا قبل از هموژنیزاسیون ، به ناتراوه صورت گیرد.
* روش BAF
در این بخش، فرآیند اسیدی سازی باکتریایی پنیر فتا (BAF) ، شیر پاستوریزه در دمای ċ80-75 مدت 30 ثانیه حرارت داده می شود سپس طی هموژنیزاسیون دو مرحله ای ؛ مرحله اول ، فشار 5/4 مگاپاسکال و مرحله دوم ، فشار 5/0 مگا پاسکال همگن و یکنواخت می شود و جهت رسیدن به دمای گرمخانه گذاری ( انکوباسیون ) کشت آغازگر سرد می گردد . به علاوه تیمار حرارتی شدید ( مثلاً ċ 90 ) و هموژنیزاسیون تحت فشار بالا ( بیش از 18 مگاپاسکال ) همانطور که قبلاً توسط تمیم و کرکی جارد (1991) بیان شد در فرآیند BAF به کار برده نمی شوند ؛ با این حال ممکن است جهت تولید برخی پنیرهای UHT ( استریل تحت دمای فوق بالا ) ، ناتراوه مدت چند ثانیه در دمای حدود ċ150 تیمار شود . از جمله این پنیرها ، پنیر کواِزوفِرِسکو ( بدون نمک ) می باشد. تلقیح مستقیم DVI ) یا ( DVS انجام می گیرد . مخلوطی از لاکتوکوکوس لاکتیس زیر گونه لاکتیس و لاکتوکوکوس لاکتیس زیر گونه کرموریس قابل کاربرد است که CO2 تولید نمی کنند و تحت عنوان تولید کنندگان سریع اسید طبقه بندی می شوند.افزودن نمک خشک در دو مرحله ( قبل و بهد از کشت ) انجام می گیرد و برخلاف روشهای دیگر که افزودن مایه پنیر در pH5/5 اتفاق می افتاد در اینجا در pH کمتر از 5 اتفاق می افتد. . مدت زمان انعقاد 20-15 دقیقه می باشد و ظروف محتوی دلمه در دمای محیط ( حدود 25 سانتیگراد ) مدت یک شب نگهداری می شوند و بعد از گذشت این مدت زمان ، دلمه ها به سردخانه ( ċ 7- 5 ) انتقال داده می شوند . پنیر می تواند یا بلافاصله پس از سرمایش به مصرف برسد و یا مدت 12 ماه در دمای ċ 7-5 انبار شود .
نتیجه گرفتند که کیفیت و بازدهی پنیر فتای حاصل از Chy-Max(r) ( شامل اشرشیا کلی ) مشابه با محصول حاصل از Ha-La(r) ( شامل مایه پنیر گوساله ) می باشد .
نقایص موجود در پنیر حاصل از شیر اولترافیه شامل دارا بودن بافت شنی ، سفت یا خُرد شونده می باشد که می تواند به مقدار نمک های کلسیم بیشتر در ناتراوه ( 7/6 = pH ) نسبت داده شود ؛ بنابراین آگاهی از نحوه حفظ کلسیم در ناتراوه و توسعه راه های تنظیم مقدار آن جهت حفظ بافت بهینه حائز اهمیت است (کین اِستِد و گویو ، 1998) . مقدار مواد معدنی را می توان با استفاده از پیش اسیدیفیکاسیون یا دیافیلتراسیون تنظیم نمود .
در صورت حفظ تمامی پروتئین های آب پنیر در درون پنیر ، تقریباً 20 گرم از 100 گرم پروتئین کل پنیر را تشکیل می دهند . ظرفیت نگهداری آب پروتئین های آب پنیر بسیار بیشتر از کازئین است و به همین دلیل پنیرهای اولترافیه در مقایسه با پنیرهای سنّتی کمتر مُستعدّ خشک شدن ( طی فروش در خرده فروشی ها ) می باشند . به جهت حضور پروتئین های آب پنیر در پنیر UF، این پنیرها با سرعت کمتری رسانده شده و توسعه عطر و طعم نیز آهسته تر خواهد بود . شدّت اثر پروتئین های آّب پنیر بر توسعه عطر و طعم در صورت استفاده از روش استانداردسازی پروتئین کمتر می باشد چرا که طی آن میزان کمتری از آنها در پنیر حضور خواهند داشت اما در پنیرهای UF با درجه تغلیظ بالا و نیز پنیرهایی که دوره رسیدگی آنها طولانی است شدت اثر این پروتئین ها بر کُندی توسعه عطر و طعم بیشتر خواهد بود. تاخیر در فرآیند رسیدگی پنیر می تواند به چند دلیل اتفاق بیفتد . مقدار بالای پروتئین های آب پنیر (عمدتاً بتالاکتوگلوبولین) در پنیرهای UF می تواند تا حدّی جلوی فعالیت پروتئولیتیکی مایه پنیر ( کیریمِر و همکاران، 1987) و پلازمین ( وِسِر،1981 ) را بگیرد. پروتئین های آب پنیر دناتوره نشده در مقابل فعالیت پروتئولیتیکی این پروتئازها و آنزیم های آغازگر مقاوم هستند اما دلیل احتمالی محکم تر ، ظرفیت بافری بالای ناتراوه ( 7/6 = pH ) می باشد . میزان تجزیه آلفا- اِس1- کازئین و بتا کازئین در پنیر UF کاهش می یابد ( کیریمر و همکاران،1987) .
حفظ بیش از اندازه کلسیم در پنیر سبب دشواری در رسیدن به قابلیت فرآیند پذیری بهینه در پنیرهایی نظیر موزارلا و تلخی در پنیرهای تازه حاصله از دلمه اسیدی می گردد . تلخی در پنیرهای تازه دارای دلمه اسیدی ، ناشی از افزایش ظرفیت بافری می باشد که در اثر آن سلول های آغازگر به میزان بالایی در دلمه باقی مانده اند .
Flux = شار = میزان استخراج تراوه (پرمییت) بر حسب لیتر در هر متر مربع از غشا طی 1 ساعت l/(m^2.h)
گرفتگی غشا = ترسیب و تجمع اجزای غذایی بر روی سطح غشا یا داخل منافذ آن که سبب کاهش برگشت ناپذیر جریان (شار) طی ادامه فیلتراسیون می گردد.
فاکتور تغلیظ = کاهش حجم حاصل از تغلیظ یعنی نسبت حجم اولیه ماده غذایی به حجم نهایی ناتراوه
سنّتی :
1) فیلترهای ضخیم با ساختار باز 2) فیلتر کاغذی
3) نیروی جاذبه = نیروی اصلی جداسازی 4) به کارگیری فشار تنها جهت تسریع جداسازی
5) جریان یابی ماده غذایی عمود بر سطح غشا 6) قابل اجرا در سیستم های باز
غشایی :
1) فیلترهای نازک 2) فیلتر پلیمری یا سرامیکی و به نُدرت استات سلولزی
3) قابلیّت کنترل اندازه منافذ 4) ضرورت به کارگیری فشار جهت تامین نیروی جداسازی
5) جریان یابی عرضی ( مماسی ) 6) لزوم انجام فیلتراسیون در سیستم بسته
کاربرد های معمول
UF،RO
UF، RO
MF ،UF
RO ،NF ،UF
UF
مُدول
قاب و صفحه
لوله ای پلیمری
لوله ای سرامیکی
مارپیچ حلزونی
فیبر توخالی
TMP سرعت جریان بالای ورودی سبب اُفت فشار زیاد در امتداد المان های غشا می گردد که منجر به فشار ترابری (TMP) غیر یکنواخت خواهد شد به گونه ای که TMP ورودی بیشتر TMP خروجی می باشد . TMP خیلی بالا سبب گرفتگی سریع غشا می گردد . این پدیده در میکرو فیلتراسیون جریان عرضی مرسوم مشاهده می شود (شکل 6.4.8) . تجربه نشان داده است TMP پایین سبب انجام هرچه بهتر فرآیند می گردد اما در میکروفیلتراسیون جریان عرضی ، TMP پایین تنها در قسمت خروجی یعنی بخش خیلی کوچکی از سطح غشا اتفاق می افتد . یکنواخت (UTP) سبب ایجاد شرایط بهینه در تمام سطح غشا می گردد . در چنین سیستمی تراوه و نا تراوه بطور هم زمان با سرعت بالا در جریان هستند و اُفت فشار تولید شده در ناحیه تراوه با ناتراوه برابر است. ( به هر واحد تشکیل دهنده سیستم غشایی مدول و به اجزای داخلی هر واحد ، اِلِمان (Element) گفته می شود ).
در میکروفیلتراسیون جریان عرضی مرسوم فواصل بین اجزای ( المان ) های غشایی خالی است اما در سیستم UTP این فواصل با دانه های پلاستیکی پر می شوند . افت فشار در ناحیه تراوه توسط پمپ تراوه تنظیم می شود و در طول عملیات ثابت باقی می ماند . در سیستم UTP به گردش دورانی تراوه نیازی نیست ؛
– مدول مارپیچ حلزونی
هر جزء غشایی ( المان ) در این طرح شامل یک یا چند پوشش غشایی است که هریک از این پوشش ها دربردارنده دو لایه مجزا شده توسط لایه هدایت گر تراوه می باشند . این لایه هدایت گر تحت عنوان (مجرای جداکننده تراوه) نامیده می شود که اجازه می دهد تراوه آزادانه از میان غشا عبور کند و به جریان ملحق شود . دو لایه غشایی تشکیل دهنده پوشش توسط ماده چسبنده ای به مجرای جدا کننده تراوه متصل می شوند به گونه ای که کناره ها و انتهای پوشش این لایه ها به هم چسبیده باشند . یک سمت از هر پوشش غشایی در تماس با مجرای جدا کننده غذا است . این جدا کننده ، یک لایه مشبک پلاستیکی است که ماده غذایی از طریق این مجرا در داخل سیستم به جریان در می آید . ساختار شبکه ای مجرای جدا کننده غذا سبب ایجاد تلاطم در جریان می شود که این اثر گذاری ، پاک سازی غشا را در سرعت های نسبتاً پایین در پی دارد . مجموعه پوشش ها توسط لوله سوراخ دار جمع آوری کننده تراوه احاطه می شوند و به این ترتیب سیستم کامل فیلتراسیون تشکیل می گردد . این سیستم با دستگاه آنتی تلسکوپینگ تجهیز می شود (شکل 6.4.12) . این دستگاه از لغزش و سُر خوردن لایه ها بوسیله جلوگیری از افزایش سرعت جریان سیال فرآوری شده ، ممانعت به عمل می آورد .
– مدول فیبر تو خالی
ماده غذایی در سطح داخلی غشا جریان می یابد و تراوه در سطح خارجی تجمّع یافته و توسط مجرای تعبیه شده در قسمت بالایی کارتریج از سیستم خارج می شود . خصوصیت ویژه این مدول قابلیت شستشو با جریان سریع در جهت مخالف با جریان ماده غذایی می باشد و در جهت تمیز کردن غشا بهره برداری می شود که طی آن تراوه از طریق انشعاب حاضر در قسمت پایینی کارتریج مجدداً به جریان در می آید و باعث جداسازی مواد ته نشین شده بر روی سطح غشا می گردد.
– حدّ جداسازی غشا بر اساس کمترین وزن مولکولی قابل جداسازی تعیین می گردد . حدّ جداسازی می تواند ثابت و مشخص یا متغیّر باشد . غشاهای با حدّ جداسازی ثابت و معین ، مواد با وزن مولکولی کمتر را جداسازی می نمایند درحالی که غشاهای با حد جداسازی متغیر به برخی مواد با وزن مولکولی بیشتر اجازه عبور می دهند و برخی مواد با وزن مولکولی کمتر را در پشت غشا متوقف می سازند . دقّت جداسازی غشا بوسیله اندازه منافذ و چگونگی توزیع آن ها معیّن می گردد . از آنجایی که امکان انجام فرآیند جزء به جزء سازی دقیق بر مبنای قطر یا جرم مولکولی وجود ندارد cut-off کم و بیش متغیّر است. جهت به کارگیری حدّ جداسازی تعیین شده بر مبنای وزن مولکولی بایستی نکاتی را مدّ نظر قرار داد ، از جمله آنکه شکل ذرّه نیز بر فرآیند جدا سازی اثر گذار است ؛ به عنوان مثال جداسازی یک ذره کروی از یک ذرّه زنجیری شکل آسان تر است.
اثر گرفتگی به طور یکنواخت در طول غشا توزیع نمی شود به ویژه در زمانی که اُفت فشار باعث ایجاد TMP های گوناگون در امتداد سطح غشا می گردد . ابتدا سمت upstream غشا مسدود می شود سپس گرفتگی به مرور تمام سطح غشا را در بر می گیرد. کاهش اثر گرفتگی با استفاده از back flush ( شستشوی با جریان سریع در جهت مخالف)، جریان یابی معکوس یا UTP ( در صورت استفاده از غشاهای سرامیکی ) .
فشار ، نیروی محرّکه فیلتراسیون می باشد و لازم است بین فشار هیدرولیکی و فشار ترابری غشایی (TMP) تمایز قائل شد .
_ فشار هیدرولیکی
فشار هیدرولیکی در امتداد مدول کاهش می یابد P = P1 – P2؛ افزایش سرعت عبور جریان سبب افزایش این فشار می گردد . افزایش سرعت جریان سبب افزایش برش در سطح غشا وکاهش اثر پلاریزاسیون بر آن می گردد . در هر حال محدودیت هایی نظیر میزان مقاومت غشا به فشار و هزینه پمپ های توانمند فشار قوی ( جهت انتقال جریان با سرعت بالا ) وجود دارند .
TMP_ ، فشار بین بخش های ناتراوه و تراوه در نقطه خاصی در امتداد غشا می باشد . .غشایی میزان جریان ( شار ) آن است که برابر است با مقدار ماده بر حسب لیتر که از یک متر مربع واحد سطح طی یک ساعت عبور می کند (L/m2.h) و تابعی از TMP است. TMP نیرویی به وجود می آورد که تراوه را از میان غشا عبور می دهد و در قسمت ورودی بیشترین مقدار و در قسمت خروجی کمترین مقدار را داراست .
از آنجائی که کاهش TMP به صورت خطی است میانگین آن مدّ نظر قرار داده می شود :
TMP = (P_1+P_2)/2-P_3
فشار خروجی تراوه = P_3 فشار خروجی ناتراوه = P_2 فشار ورودی ماده غذایی = P_1
P=P_1-P_2 اُفت فشار هیدرولیکی
از جمله پمپ های مورد کاربرد می توان به پمپ های انتقال مثبت و سانتریفیوژی اشاره کرد . سیستم فراپالایش می تواند پیوسته یا ناپیوسته باشد . تولید ناپیوسته عمدتاً برای فیلتراسیون حجم های کوچک محصول به عنوان مثال در آزمایشگاه ها انجام می پذیرد .
_ به جهت استحکام بیشتر غشای RO در مقایسه با غشاهای UF و NF، فشار ورودی بیشتری برای جریان یابی ماده غذایی لازم است . UF وMF به جهت بازتر بودن ساختارشان می توانند به ترتیب توسط یک پمپ غذادهی و دو پمپ غذادهی مدیریت شوند,
معمولاً دستگاه های فیلتراسیون با یک سیستم خنک کننده ساده که با حلقه سیرکولاسیون داخلی در ارتباط است ، تجهیز می شوند . مورد کاربرد آن ، ثابت نگهداشتن دمای فرآورش و خنثی سازی افزایش دمایی ناچیز طی فرآورش می باشد.
_ پلاریزاسیون غلظت ( قطبش ) :غلظت ناتراوه در منطقه یا مناطقی از سطح غشا بیش تر از غلظت آن در محلول خوراک خواهد بود که این امر باعث ایجاد گرادیان ( افت یا شیب ) غلظت از محلول خوراک به طرف سطح غشا می گردد . این گرادیان غلظت به پُلاریزاسیون ( قُطبِش ) غلظت معروف است و می تواند منجر به تشکیل لایه کیک در سطح غشا شود . طبیعت لایه کیک تشکیل شده به نوع ماده جامد تجمع یافته در سطح غشا یا درون منافذ آن بستگی دارد ؛ این لایه زمانی که ناتراوه شامل هیدروکلوئیدها (نظیر پروتئینها) باشد می تواند حالت نسبتاً ژله ای نیز از خود بروز دهد .
T_conv=J(C_b-C_p)
J : جریان ( شار ) تراوه T_conv = نیروی هدایت کننده به سمت غشا (transit convective )
C_p = غلظت مواد حل شده در تراوه C_b = غلظت مواد حل شده در محلول خوراک (m(bulk strea
به علّت غلظت بالاتر مواد حل شده در لایه کیک نسبت به محلول خوراک ، انتشار مواد حل شده در خوراک به سمت محلول خوراک اتفاق خواهد افتاد .