در مطالب قبلی وبلاگ پریسماتک به بررسی اصول کار رفراکتومتر یا بریکس مترهای دیجیتال، انواع رفرکتومتر و نیز کاربرد انواع مختلف رفرکتومتر در حوزه‌های گوناگون ازجمله کاربرد رفراکتومتر در صنایع غذایی و صنعت زنبورداری برای اندازه‌گیری میزان رطوبت مطلوب عسل را بیان کردیم. همچنین نحوه کالیبراسیون رفراکتومترها را بررسی کردیم. در این مطلب قصد داریم به کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی بپردازیم.
رفراکتومتر دیجیتال یا رفرکتومتر دیجیتال یا بریکس متر یک وسیله نوری است که برای سنجش ضریب شکست (refractive index) مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طریق تبدیل این ضریب شکست، می‌توان وزن مخصوص و مقدار محتوای قندی را نیز به دست آورد. زمانی که امواج الکترومغناطیسی (شامل نور مرئی) از میان مرز دو ماده مختلتف می‌گذرند، مسیر امواج با زاویه خاصی تغییر می‌کند. دلیل این امر، تغییرات سرعت امواج هنگام گذار از مرز محیط‌های مختلف است. به این پدیده فیزیکی، انکسار یا شکست (Refraction) می‌گویند.
بر اساس قانون اسنل، زمانی که نور از یک محیط با ضریب شکست پایین‌تر مانند هوا به محیطی با ضریب شکست بالاتر مانند آب وارد می‌شود، سرعت آن تغییر می‌یابد. این تغییر سرعت موجب می‌شود که یک پرتو نور هنگام عبور از یک ماده با ضریب شکست n1 به ماده دیگر با ضریب شکست n2، دچار تغییر زاویه شود. نسبت سینوس دو زاویه برابر با معکوس نسبت ضریب شکست‌های مربوط به دو ماده است. به این رابطه ریاضی قانون اسنل می‌گویند.
در رفراکتومتر دیجیتال تصویر زیر، نور از یک منشور با ضریب شکست بالا (معمولا شیشه یا یاقوت کبود مصنوعی) به نمونه منتقل می‌شود. اگر زاویه برخورد از مقدار مشخصی بیشتر شود، نور از مرز بین منشور و نمونه بازتاب می شود. نور منعکس شده توسط یک سنسور CCD تشخیص داده می‌شود. هر چقدر ضریب شکست نمونه مورد اندازه‌گیری کوچکتر باشد، زاویه بحرانی کوچکتر و سطح روشن سنسور بزرگ‌تر خواهد بود. بنابراین ضریب شکست نمونه را می‌توان توسط رفرکتومتر دیجیتال به دست آورد. برای این کار، باید نسبت منطقه روشن به منطقه تاریک در CCD را محاسبه کرد.
ضریب شکست که توسط رفراکتومتر دیجیتال یا رفرکتومتر دیجیتال اندازه‌گیری می‌شود، کاملا به دمای ماده وابسته است. هر چقدر دمای ماده بالاتر باشد، سرعت حرکت نور در آن ماده نیز بیشتر است. در نتیجه ضریب شکست آن نیز کمتر خواهد بود. ضریب شکست همیشه باید همراه با طول موج نور مورد استفاده برای اندازه‌گیری و دمای ماده بیان شود. اما معمولا در رفرکتومتر دیجیتال ضریب شکست را در دمای بیست درجه سانتی گراد و با استفاده از نور با طول موج خط D سدیم اندازه می‌گیرند. به همین دلیل معمولا ضریب شکست با واحد nD20 بیان می‌شود.
یکی از مهم‌ترین حوزه‌های کاربردی رفراکتومتر یا بریکس متر، در حوزه صنایع لبنی است. رفراکتومترها در تولید فراورده‌های مختلف لبنی از جمله شیر تغلیظ شده، ماست، پنیر، شیر خشک، غذای نوزاد و … بسیار پرکاربرد هستند. حضور رفراکتومترها (مخصوصا رفراکتومترهای اینلاین یا آنلاین) در خط تولید این کارخانه‌ها الزامی است. در ادامه موارد مختلف کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی را بیان می‌کنیم.
شير يك محلول پيچيده است كه از اجزای اصلی چربی، پروتئين، قند شير و آب تشكيل شده است. محصولات لبنی فرآوری‌شده نظير شير تغلیظ شده شيرين شده اجزای ديگری مانند ساكارز را نيز در خود دارند. درصد اين مواد خشک بسته به نوع دامی كه از آن شير را گرفته‌اند، تغذيه دام و فصل تغيير می‌كند. علاوه بر اين، آب اضافی، روغن‌های گياهی اضافه شده و مقادير مختلف ساكارز در شير شيرين شده نيز ميزان ماده خشک را تحت تاثير خود قرار می‌دهند.
تعيين دقيق ماده خشک در انواع مختلف شير به تشخيص كيفيت شير كمك زيادی می‌كند. به صورت سنتی ماده خشک با استفاده از روش Gravimetric تعيين می‌شود كه مستلزم صرف چند ساعت زمان است. علاوه بر اين، برای تعيين ماده خشک می‌توان از يك ترازوی Gravimetric ديجيتال دقيق همراه با هيتر استفاده كرد. اما اين روش نيز مستلزم صرف حداقل 10 دقيقه زمان است.
یکی از مهم‌ترین موارد کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی تعیین ماده خشک شیر است. با توجه به اينكه درصد ماده خشك با ضريب شكست نور در محلول ارتباط دارد، يك جايگزين مناسب و سريع براي آناليز Gravimetric يا ترازوي ديجيتال، تعيين ماده خشك با استفاده از رفركتومتر است. در اين روش ديگر نيازی به آماده‌سازی نمونه نيست و در كوتاه‌ترين زمان ممكن ماده خشك نمونه محاسبه می‌شود.
تعيين ماده خشك كمك می‌كند تا كيفيت محصولات و فرآورده‌های مختلف لبنی ثابت باقی بماند. با توجه به اينكه تركيبات موجود در شير و فرآورده‌های لبنی دارای نوسانات طبيعي خاص خود هستند، در شرایط زیر نتايج بسيار دقيق‌تری قابل دستيابی خواهد بود.
تعيين ماده خشك محصولات لبنی، در منابع مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته است و روابط آن نيز ارائه شده‌اند. از واحد Brix% می‌توان به عنوان يك مقیاس عمومی برای ارتباط ماده خشك و ضريب شكست استفاده كرد. واحد Brix% به صورت پیش فرض در تمام مدل‌های رفركتومتر پريسماتك قابل مشاهده است. می‌توان از Brix% جهت مقايسه نمونه‌های مختلف استفاده كرد و ديد كه آيا سطح ماده خشك تغيير كرده است يا خير. با اين وجود استفاده از بريكس به اندازه كافی برای تعيين درصد ماده خشك دقيق نیست.
Löwe در كتاب خود، يك جدول ارائه داد كه با استفاده از آن می‌توان بريكس نمايش داده شده در رفركتومتر را به ماده خشك در ۲۰ درجه سانتی‌گراد تبديل نمود. برای این کار می‌توان از فرمول زیر استفاده کرد:
TS% = 0.6386x + 0.689
در رابطه فوق، X مقدار نمایش داده شده در رفرکتومتر برای شیر چرب است. برای اندازه‌گیری ماده خشک بر اساس ضریب شکست نیز می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:
TS% = 592.47RI – 788.13
در این رابطه RI مقدار ضریب شکست شیر است. Rice و همكارانش، توابعی را برای تعيين ماده خشك از طريق رفركتومتر برای شير تغلیظ شده به دست آوردند. البته در صورتی كه نمونه مورد نظر دارای بلورهای حل نشده شكر باشد باید مجدداً به آن حرارت داده شود تا دانه‌های شكر كامل حل شود و سپس بر روی منشور قرار داده شود. آن‌ها برای شير با %8 چربی، فرمول زير را برای بدست آوردن ماده خشك در 20 درجه سانتي‌گراد به دست آوردند:
TS% = 70+444 (RI – 1.4658)
فرمول محاسبه ماده خشک برای شیر خامه‌گیری‌شده (skim) از روی ضریب شکست به صورت زیر است:
TS% = 70+393 (RI – 1.4698)
Moore و همكارانش در سال 2009 به جاي ضريب شكست از بريكس كه در تمام مدل‌های رفركتومتر پريسماتك به عنوان واحد اندازه‌گيری پيش فرض نمايش داده می‌شود، جهت تعيين ماده خشك استفاده كردند. آن‌ها با استفاده از فرمول زير ميزان ماده خشك در شير را تعيين كردند:
TS% = 0.9984 (%Brix) + 2.077
آن‌ها همچنین ماده خشك 12.51% را به عنوان كيفيت مطلوب براي شير اعلام کردند. البته این مقدار در کشور ما ۱۱.۵٪ است. اگر ماده خشك از اين مقدار كمتر بود، می‌توان با استفاده پودرهای مختلف آن را جبران نمود.
ماست یکی از فراورده‌های لبنی بسیار محبوب در سراسر دنیا به شمار می آید. در یخچال فروشگاه‌ها نیز برندهای مختلف ماست با طعم‌های متنوع یافت می‌شود. ماست از تخمیر لاکتیکی شیرهای کامل، استاندارد و بدون چربی تهیه می‌شود. قوام، مزه و بوی مطلوب ماست در هر کشور با دیگری متفاوت است. در برخی مناطق ماست به صورت مایع با ویسکوزیته بالا و در برخی مناطق با ویسکوزیته پایین‌تر تولید می‌شود. گاهی ماست به صورت یخ‌زده به عنوان دسر و یا حتی به عنوان نوشیدنی نیز مصرف می‌شود.
می‌توان قبل از بسته‌بندی میوه‌های تازه، مربا، آب‌میوه، و یا شیرین‌کننده‌های دیگر را برای بهبود طعم ماست به آن اضافه کرد. در یک فرایند پیوسته صنعتی، مزه‌دار کردن ماست به صورت اینلاین یا آنلاین است. این کار هنگام انتقال از مخزن به خط پرکن انجام می‌شود. مقدار ترکیبات افزودنی معمولا توسط یک پمپ با سرعت متغیر اندازه‌گیری می‌شود. این پمپ افزودنی‌ها را در یک واحد ترکیب به ماست اضافه می‌کند.
افزودنی‌های میوه‌‌ای می‌توانند با شکر به صورت ۵۰ تا ۵۵٪ شیرین شوند. البته می‌توانند بدون شکر و به صورت طبیعی هم اضافه شوند. نسبت اجزا به دقت اندازه‌گیری می‌شود تا به یک درصد بریکس مطلوب نهایی برسد. بعد از ترکیب کردن، ماست مزه‌دار شده در بخش کنترل کیفی آنالیز می‌شود. این کار باید قبل از انتقال به ماشین‌های پرکن و یخچال‌های انبار انجام شود. فرایند تولید ماست طعم‌دار نمونه‌ای از کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی است.
رفرکتومتر اینلاین پریسماتک معمولا در یک کانکشن زانویی و بعد از میکسر اینلاین نصب می‌شود. غلظت و بریکس ماست مزه‌دار شده توسط رفراکتومتر اینلاین برای انجام کنترل کیفی نهایی قبل از بسته‌بندی اندازه‌گیری می‌شود. مقدار اندازه‌گیری شده توسط رفرکتومتر اینلاین توسط عوامی مانند ذرات موجود در ماست، حباب‌های هوا و یا رنگ ماست تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. اندازه‌گیری فقط به فاز مایع وابسته است و تکه‌های میوه، دانه‌ها یا توت‌های مخلوط شده در ماست تأثیری بر اندازه‌گیری ندارند.
در رفراکتومترهای اینلاین پریسماتک علاوه بر نمایش نتایج حاصل از اندازه گیری، اطلاعات توسط درگاه‌های خروجی به صورت ديجيتال (RS485) و يا آنالوگ (0/4-20mA) به كنترلر محلی نیز ارسال می‌گردند. این سیگنال به عنوان سیگنال فیدبک زمان واقعی (real-time) برای کنترل اتوماتیک فرایند مورد استفاده قرار گیرد. اندازه‌گیری دقیق و پیوسته رفراکتومتر اینلاین موجب اطمینان از صحت نسبت بین ماست و افزودنی‌های طعم‌دار کننده می‌شود.
آب پنیر یا پنیرآب (Whey) مایع باقی‌مانده از تولید پنیر و کازئین است. این ماده حاوی مقادیر بالایی پروتئین است و ۸۰ تا ۹۰٪ حجم کلی شیر ورودی به فرایند را تشکیل می‌دهد. همچنین این ماده ۵۰٪ کل مواد غذایی موجود در شیر مانند پروتئین، لاکتوز، ویتامین و مواد معدنی را در خود دارد. کنسانتره پروتئین آب پنیر (WPC) توسط اولترافیلتراسیون (UF) پردازش می‌شود. در این فرایند همچنین از اسمز معکوس (RO) یا دیفیلتراسیون نیز استفاده می‌شود.
UF پرکاربردترین فرآیند فیلتراسیون غشایی (fractionation) در صنایع لبنی به شمار میآید. این فرایند بر این اساس کار می‌کند که هر غشا از عبور مواد با سایز بیشتر از حد مشخصی جلوگیری می‌کند. به عنوان مثال، در UF، ذرات بزرگ مانند چربی و پروتئین‌ها نگه داشته می‌شوند (retentate) و ذرات کوچکتر مانند نمک‌ها و شکر از غشا یا ممبران عبور می‌کنند (permeate).
به منظور کاهش فعالیت باکتری‌ها، پنیرآب به محض جمع‌آوری پردازش می‌شود. فرایند ابتدا با جداسازی چربی و ذرات پنیراب و سپس اولترافیلتراسیون انجام می‌شود. در UF، پنیراب از یک فیلتر غشایی عبور می‌کند تا پروتئین پنیراب به عنوان retentate و لاکتوز آن به عنوان permeate جداسازی شوند. بعد از جداسازی، هر دو محصول از طریق تبخیر، غلیظ می‌شوند. برای داشتن یک محصول پودری، پنیراب به دستگاه spray dryer ارسال می‌شود. لاکتوز نیز متبلور شده و با سانتریفیوژ و خشک کردن توسط fluid bed dryer از مایع مادر جدا می‌شود. حال محصول پودری مورد نظر برای بسته‌بندی آماده است.
كنستانتره پروتئين آب پنير پودری است که دارای ۳۵ تا ۸۵٪ پروتئین در ماده خشک است. برای به دست آوردن غلظت پروتئین بیش از ۸۰٪، لازم است که دیافیلتر (diafilter) انجام شود. برای این کار باید آب به UF اضافه شود تا اجزای مولکولی سبک شسته شوند و لاکتوز بیشتری حذف شود. با این کار غلظت پروتئین نسبت به کل ماده خشک بالاتر می‌رود. فرایند استخراج پروتئین و لاکتوز آب پنیر نمونه‌ای دیگر از کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی است.
لاکتوز جزء اصلی پنیراب است. دو روش اصلی برای استخراج لاکتوز از پنیراب وجود دارد. روش اول متبلورسازی آب پنیز تغلیظ شده است. در روش دوم می‌توان لاکتوز را با متبلورسازی آب پنیری به دست آورد که پروتئین با UF از آن جداسازی شده است. پس از UF، از طریق تبخیر آب پنیر ابتدا به غلظت ۶۰ تا ۶۲٪ می‌رسد. سپس به مخازن متبلورسازی (crystallization tanks) منتقل می‌شود. در این مرحله کریستال seed به آن اضافه می‌شوند. پس از متبلورسازی، کریستال‌ها از طریق سانتریفیوژ جداسازی می‌شوند. در گام بعد می‌توان با fluid bed dryer محصول پودری به دست آورد. در مرحله آخر، لاکتوز آسیاب شده و سپس غربال می‌گردد و در نهایت بسته‌بندی می‌شود.
توسط رفركتومتر اينلاين پريسماتک می‌توان غلظت را به صورت دقیق کنترل کرد. این کار در افزايش كيفيت محصول نهايی و كاهش هزينه‌های توليد نقش مهمی ایفا می‌کند. در ادامه کاربرد و نحوه نصب رفرکتومتر اینلاین پریسماتک در فرایند تولید پروتئین آب پنیر و استخراج لاکتوز را توضیح می‌دهیم.
در هر دو فرایند پروسس پروتئین آب پنیر و لاکتوز، رفراکتومتر اینلاین پریسماتک برای کنترل دقیق غلظت ورودی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. معمولا رفراکتومتر اینلاین بر روی یک کانکشن زانویی نصب می‌شود. درواقع رفکتومتر در شعاع بیرونی زانویی به صورت مستقیم و یا با استفاده از یک flow cell به صورت زاویه‌دار نصب می‌شود. دلیل این امر، وجود شرایط بهینه فلو و نیز ایجاد خاصیت خودتمیزکنندگی رفرکتومتر است.
با کمک رفرکتومتر می‌توان با دقت سطح غلظت را پس از اولترافیلتراسیون و مرحله تبخیر تنظیم و کنترل کرد. اندازه‌گیری غلظت در خروجی مرحله تبخیر به بهینه‌سازی مصرف انرژی نیز کمک می‌کند. همچنین وجود رفرکتومتر باعث اطمینان از غلظت محصول ارسالی به مرحله spray dryer یا متبلورساز (crystallizer) می‌شود. رفرکتومتر به صورت مستقیم در متبلورساز نصب می‌شود تا اشباع محلول لاکتوز را کنترل کند و seeding point را به صورت دقیق معین کند.
اگر یک تجهیز در فرایند اسمز معکوس یا RO مورد استفاده قرار گیرد، به دلیل فشار بالا (حدود ۴۰ بار)، باید خارج از حلقه نصب شود. در این حالت از یک مسیر انحرافی با نازل کوچک بر روی لوله اصلی استفاده می‌شود. ورودی این مسیر فرعی به رفرکتومتر اینلاین متصل است و خروجی آن به خط اصلی بازگردانده می‌شود. با این کار می‌توان مشکل فشار، دما و غلظت‌های بالا را رفع کرد. چون حجم مایع ورودی از طریق مسیر انحرافی کم است، به رفرکتومتر اینلاین و سایر تجهیزات صدمه وارد نمی‌شود.
معمولا در هیچ یک از کاربردهای بیان‌شده در این بخش احتیاج به سیستم شستشوی منشور رفرکتومتر نیست. زیرا پروسه هر ۱۰ تا ۱۲ ساعت توسط CIP شستشو می‌شود. به طور معمول دمای فرایند تولید پروتئین پنیراب بین ۱۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد است. همچنین بازه بریکس اندازه‌گیری شده بین ۰ تا ۸۵ Brix تغییر می‌کند.
شیر خشک و غذای نوزاد به عنوان مکمل و یا در مواردی به عنوان جایگزین شیر مادر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مواد یا به صورت پودر خشک و یا به صورت مایع آماده مصرف در بطری تولید می‌شوند. صرف نظر از برند، تمامی این محصولات حاوی منبع پروتئین، چربی، کربوهیدارت و افزودنی‌های دیگر هستند. غذای نوزاد را می‌توان به روش wet-mixing تهیه کرد که در آن تمام اجزا به صورت مایع هستند. همچنین می‌توان از روش dry-blend برای این کار استفاده کرد که در ان اجزا به صورت پودری هستند. البته می‌توان از ترکیب این دو روش نیز استفاده کرد.
تکنولوژی wet-mixing معمولا محبوبیت بالاتری دارد. زیرا در این روش می‌توان کنترل بهتری روی ترکیبات شیر و امنیت میکروبیولوژیکی آن داشت. توجه کنید که ترکیبات فرمول باید با دقت کنترل شود تا به محصولی باکیفیت تا حد امکان نزدیک به شیر مادر و سالم برای نوزادان دست یافت.
فرایند wet-mixing شامل سه مرحله است. این مراحل عبارتند از: آماده‌سازی ترکیب، تغلیظ و خشک کردن. برای آماده‌سازی ترکیب، مایع پایه می‌تواند آب یا شیر بدون چربی باشد. سایر ترکیبات پودری قابل حل در آب (مانند پروتئین‌های شیر) به مایع پایه اضافه می‌شوند. سپس ترکیب حاصل را در یک مخزن بزرگ به منظور هیدراسیون کامل ذخیره‌سازی می‌کنند. در گام بعد به منظور افزایش یکدست بودن و پایداری امولسیون، با کاهش سایز ذرات چربی و روغن فرمول، همگن‌سازی (homogenization) انجام می‌شود.
تبخیر و تغلیظ شیر مرحله‌ای مهم و ضروری است که عملیات spray drying را بهبود می‌بخشد و زمان نگهداری محصول را افزایش می‌دهد. ترکیباتی که به گرما حساس هستند در مرحله بعد از تغلیظ اضافه می‌شوند. در نهایت، شیر غلیظ شده در یک سیستم spray drying خشک می‌شود. به منظور داشتن بیشترین کارایی، دما و محتوای جامد ترکیب شیر تا حد امکان بالا حفظ می‌شود.
محتوای جامد کم باعث می‌شود سایز ذرات کوچک باشد و قابلیت خیس شدن آن‌ها کم باشد. همچنین زمان ماندگاری محصول نهایی کاهش می‌یابد. از طرف دیگر، محتوای جامد خشک خیلی زیاد نیز ویسکوزیته شیر را افزایش می‌دهند که منجر به بزرگ شدن ذرات و تاثیر بر ظرفیت spray dryer می‌شود. به عنوان مثالی دیگر از کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی می‌توان به تولید شیر خشک و غذای نوزاد اشاره کرد.
استفاده از رفرکتومترهای اینلاین پریسماتک منجر به تولید باکیفیت، سالم و بهداشتی شیر خشک و غذای نوزاد می‌شود. این رفرکتومتر توان تحمل CIP و دماهای بالا را دارد. همچنین می‌توان رفرکتومتر را به نحوی کالیبره کرد تا علاوه بر بریکس، جامدات خشک و یا کل جامدات محلول (TDS) را نیز اندازه بگیرد. معمولا رفراکتومتر اینلاین را پس از مخزن هیدراسیون برای اندازه‌گیری TDS نصب می‌کنند. با این کار می‌توان از مقدار صحیح مواد مطابق با فرمولاسیون اطمینان حاصل کرد.
رفراکتومتر دوم پس از هیتر نصب می‌شود و بر مقدار مواد جامد محلول نظارت می‌کند. این رفرکتومتر کمک می‌کند تا دز صحیح ترکیبات حساس به دما را تعیین کرد و اطمینان داشت که غلظت صحیح به بخش خشک‌کن ارسال می‌شود. مواد جامد قبل از مرحله خشک‌کن برای بهینه کردن عملکرد spray dryer، مصرف سوخت و کیفیت نهایی محصول بسیار مهم و حیاتی است.
رفرکتومتر سوم را می‌توان قبل از دستگاه تبخیر (evaporator) نصب کرد تا بیشترین کنترل را بر عملکرد آن داشت. زمانی که محصول حاوی روغن یا چربی باشد، رفرکتومتر باید بعد از دستگاه همگن‌ساز یا هموژنایزر نصب شود. در این دستگاه است که گلبول‌های چربی به اندازه‌های کوچکتر شکسته می‌شوند. رفرکتومتر گلبول‌های چربی را تا زمانی که کوچکتر از ۶μm باشند تشخیص می‌دهد. فشار در دستگاه هموژنایزر می‌تواند به نحوی تنظیم شود که این اندازه گلبول به دست آید. هر چقدر فشار بالاتر باشد، گلبول‌ها کوچکتر خواهند بود. برای فشار اولیه هموژنایزر مقدار P1 = 26 MPa (260 bar) توصیه می‌شود.
معمولا شستشوی منشور در هیچ یک از کاربردهای ذکر شده در این بخش لازم نیست. با این حال، شستشوی منشور با بخار در موارد ویسکوزیته پایین یا برای سیالات با ماده جامد خشک بیش از ۴۰٪ الزامی است. رفرکتومتر اینلاین پریسماتک تجهیزی مستقل است که می‌تواند به صورت مستقل یا با یکی از چندین آپشن مختلف ارتباط با کاربرد عمل کند. استفاده از رفراکتومتر اینلاین پریسماتک در تولید شیر خشک و غذای نوزاد منجر به بهبود قابل توجه کیفیت و بهینه‌سازی هزینه‌ها می‌شود.
تبخیر (Evaporation) یا تغلیظ یکی از قدیمی‌ترین روش‌های نگهداری شیر به شمار میآید. طی این فرایند، آب موجود در شیر کاهش می‌یابد و یا حذف می‌شود و محصولی غلیظ به دست میآید. بسته به کاربرد، شیر غلیظ شده ممکن است محصول نهایی باشد و یا امکان دارد گام ابتدایی برای پروسس‌های بیشتر باشد. به عنوان مثال، امکان دارد شیر تغلیظ شده برای تولید پودر شیر یا شیر شیرین تغلیظ شده یا شیرعسلی مورد استفاده قرار گیرد.
اولین قدم در تولید شیر تغلیظ شده غیرشیرین و پودر شیر، استاندارسازی (standardization) چربی و ماده خشک موجود در شیر خام تا حد مورد نیاز محصول نهایی است. در گام بعد با جوشاندن، میکروارگانیسم‌های موجود در شیر نابود و شیر پایدار می‌شود. جوشاندن شیر خام قبل از فرایند تغلیظ، اثر مهمی در افزایش زمان نگهداری محصول نهایی دارد. سپس شیر تا به دست آمدن غلظت ماده خشک معینی تغلیظ می‌شود.
برای تولید شیر تغلیظ شده شیرین و غیرشیرین، شیر تا غلظت ۳۰٪ تا ۴۰٪ ماده خشک غلیظ می‌شود. اما برای تولید پودر شیر، باید تا غلظت تقریبا ۴۰٪ تا ۵۰٪ ماده خشک برای spray dryer و حدود ۱۸٪ برای roller dryer غلیظ شود. غلظت کل ماده جامد حل شده که در مرحله تغلیظ به دست میآید، بسیار مهم است. زیرا این عامل بر کارکرد عملیات بعدی و کیفیت محصول نهایی تاثیرگذار است.
پس از تغلیظ، شیر هموژنایز می‌شود. این فرایند میانگین اندازه گلبول‌های چربی را کاهش می‌دهد. در نتیجه به صورت یکدست‌تری در شیر پخش می‌شوند و از تشکیل یک لایه خامه‌ای روی سطح محصول جلوگیری می‌شود. این مرحله در تولید پودر شیر الزامی نیست، اما برای تسهیل بازسازی (reconstitution) شیر اعمال می‌شود. حال شیر تغلیظ شده و هموژنیزه شده به بخش خنک‌سازی و استریلیزاسیون منتقل می‌شود. در گام بعد یا به بخش بسته‌بندی می‌رود تا در بطری‌های مناسب به عنوان شیر تغلیظ شده ارائه شود و یا برای دستگاه خشک کن برای تولید پودر شیر ارسال شود. به عنوان مثالی دیگر از کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی می‌توان به فرایند تولید شیر تغلیظ شده اشاره کرد.
رفرکتومتر امکان اندازه‌گیری دقیق و real-time مقدار TDS را فراهم می‌کند که موجب کنترل بهتر فرایند تبخیر و تغلیظ می‌شود. رفراکتومتر را می‌توان برای خواندن مقادیر TDS و یا هر معیار دیگر از جمله بریکس کالیبره کرد. معمولا یک رفرکتومتر برای استانداردسازی بعد از مخازن نگهداری مورد استفاده قرار می‌گیرد تا مقدار دقیق ماده جامد شیر را مطابق با استانداردهای قانونی محاسبه کند.
اگر مرحله هموژنیزاسیون انجام شود، یک رفرکتومتر هم بعد از هموژنایزر تا محتوای چربی را نیز در اندازه‌گیری‌ها دخیل کند. همان طور که قبلا هم اشاره کردیم، رفرکتومتر گلبول‌های چربی را تا زمانی که کوچکتر از ۶μm باشند تشخیص می‌دهد. فشار در دستگاه هموژنایزر می‌تواند به نحوی تنظیم شود که این اندازه گلبول به دست آید. برای فشار اولیه هموژنایزر مقدار P1 = 26 MPa (260 bar) توصیه می‌شود.
یک رفرکتومتر دیگر هم بین دستگاه evaporator و پمپ فشار بالای خشک‌کن نصب می‌شود. با این کار امکان کنترل پیوسته عملکرد تغلیظ و سطح غلظت ماده خشک فراهم می‌شود. اندازه‌گیری دقیق TDS بعد از تغلیظ شیر به منظور کیفیت بالای محصول نهایی و بهبود عملیات خشک کردن الزامی است. اگر مقدار ماده خشک از حد مورد نظر بیشتر شود، ویسکوزیته شیر افزایش می‌یابد و در atomization در طول خشک کردن مشکل به وجود میآید. از طرف دیگر، کم بودن ماده جامد منجر به افزایش مصرف انرژی در مرحله خشک‌کن می‌شود.
به دلیل طراحی self-cleaning رفرکتومتر اینلاین پریسماتک، همیشه نیاز به سیستم شستشوی منشور نیست. البته برای سیالات با ماده خشک بیش از ۴۰٪ یا ویسکوزیته کمتر از ۱.۵m/s توصیه می‌شود از سیستم شستشوی منشور استفاده شود.
شیر تغلیظ شده شیرین فراورده‌ای لبنی است که با تغلیظ شیر به منظور کاهش آب موجود در آن و اضافه کردن شیرین‌کننده به آن به دست میآید. شیرین‌کننده اضافه شده می‌تواند ساکاروز، دکستروز (dextrose) و یا سایر شیرین‌کننده‌های طبیعی باشد. این روش به عنوان راه حلی برای نگهداری شیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکر موجود در شیر غلیظ شیرین‌شده، فشار اسمزی را تا حدی افزایش می‌دهد که در آن اکثر میکروارگانیسم‌ها نابود می‌شوند.
شیر تغلیظ شده شیرین معمولا در تولید شیرینی‌ها و دسرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فراورده را می‌توان از شیر کامل یا شیر بدون چربی به دست آورد. اولین مرحله از این فرایند، استانداردسازی چربی‌ها و مواد جامد تا رسیدن به حد استاندرادهای قانونی است. پس از آن، یک مرحله حرارت دادن شیر باعث پایداری و نابودی میکروارگانیسم‌های موجود در آن می‌شود. شیر گرما داده شده به دستگاه تبخیر یا evaporator پمپاژ می‌شود که در آن محتوای جامد با تبخیر آب افزایش می‌یابد. دستگاه evaporator که تحت شرایط خلا کار می‌کند، معمولا برای افزایش غلظت جامد به ۳۰٪ تا ۴۰٪ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شکر یا به عنوان ماده جامد قبل از مرحله تبخیر و یا به عنوان شهد (syrup) در طول فرایند اضافه می‌شود. کنترل دقیق مقدار شکر اضافه شده بسیار مهم است. زیرا زمان نگهداری محصول به این وابسته است که فشار اسمزی به اندازه کافی بالا باشد. شکر موجود در محصول معمولا بین ۶۲.۵٪ تا ۶۴.۵٪ است. مقدار شکر مورد نیاز را می‌توان از روی کل ماده جامد محلول موجود در شیر تازه و تغلیظ شده پیش‌بینی کرد.
بعد از تغلیظ، برخی تولیدکنندگان شیر را برای تنظیم ویسکوزیته محصول نهایی هموژنیزه می‌کنند. سپس شیر تغلیظ شده شیرین به مرحله خنک‌سازی و متبلورسازی منتقل می‌شود. پس از این مراحل، محصول برای بسته‌بندی آماده است. مثالی دیگر از کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی کاربرد این تجهیز در فرایند تولید شیر تغلیظ شده شیرین است.
رفرکتومترهای اینلاین پریسماتک می‌توانند با دقت کل ماده جامد محلول یا TDS شیر را اندازه‌گیری کنند که منجر به افزایش کیفیت و زمان نگهداری محصول می‌شود. رفرکتومتر اینلاین پریسماتک می‌تواند برای استانداردسازی بعد از مخازن نگهداری نصب شود. اندازه‌گیری دقیق TDS در شیر تازه همچنین به تعیین دقیق مقدار شکر مورد نیاز برای افزودن در طول فرایند تغلیظ یا بعد از آن کمک می‌کند.
با نصب یک رفرکتومتر دیگر بعد از مرحله تغلیظ می‌توان بر عملکرد آن نظارت داشت و دقیقا به غلظت مورد نظر دست یافت. اگر فرایند تولید شامل هموژنیزه کردن نیز باشد، رفرکتومتر سوم را بعد از این مرحله نصب می‌کنند. این رفرکتومتر گلبول‌های چربی را تاز مانی که کوچکتر از μm۶ باشند، تشخیص می‌دهد. با تنظیم فشار هموژنایزر می‌توان به این سایز گلبول رسید.
رفرکتومتر اینلاین پریسماتک را می‌توان برای خواندن معیار مورد نظر هر کارخانه از جمله بریکس و TDS کالیبره کرد. علاوه بر این، اندازه‌گیری real time توسط رفرکتومتر پریسماتک امکان کنترل دقیق و موثر فرایند را فراهم می‌کند. به جز در حالتی که غلظت ماده جامد بیشتر از ۴۰٪ باشد و یا ویسکوزیته فلو کمتر از m/s ۱.۵ باشد، معمولا سیستم شستشوی منشور نیاز نیست.
در این مطلب به بررسی کاربرد رفرکتومتر در صنایع لبنی پرداختیم. در حال حاضر، رفركتومترهای اينلاين پريسماتک در بسياری از صنايع مختلف بر روي خطوط توليد كارخانجات در حال استفاده هستند. از اين بين می‌توان به شركت زمزم تهران، شركت بهنوش تهران، گروه توليدی مهرام، شركت رب گوجه شيلتون، شركت اتكا قائم شهر و … اشاره كرد. همچنين در بين توليد كنندگان لبنيات خصوصاً توليد كنندگان پنير UF و شير خشك، شرکت‌هایی مانند پگاه گيلان، شركت مانيماس، شركت لبنيات كومه، شركت زرين ترنج سپهر، شركت لبنيات پاكبان و … را مي‌توان به عنوان استفاده‌كنندگان اين محصول نام برد.
شرکت پریسماتک تولید کننده انواع رفرکتومترهای اینلاین و پرتابل است. برای مشاهده کاتالوگ و جزئیات بیشتر، به لینک‌های زیر مراجع کنید و یا با شماره‌های شرکت پریسماتک تماس بگیرید تا مشاوران ما به شما در انتخاب رفرکتومتر مناسب کمک کنند:
اگر این مطلب برای شما مفید بود، شاید به مطالب زیر نیز علاقه‌مند باشید:
فلومتر الکترومغناطیسی ــ از صفر تا صد
رفرکتومتر رب ــ کاربرد رفرکتومتر اینلاین در تولید رب و سس
فلومتر کوریولیس ــ از صفر تا صد
پریسماتک اولین تولیدکننده رفرکتومتر، فلومتر و کنداکتیویتی‌مترهای صنعتی در انواع مختلف است. برای راهنمایی در انتخاب این ابزارها با شماره های شرکت تماس بگیرید.
محصولات پریسماتک:
