كفية الترشيح بالاغشية لانتاج الجبن

* مــقــدمــة : ـــ


حدثت ثورة كبيرة في مجال صناعة الألبان في أواخــر الستينات عندما تم الإستفادة من طرق الفصل بالأغشية Membrane separation من خلال إستخدام تكنيك الترشيح الفوقي Ultrafiltration حيث تم في عام 1989 تصنيع أكثر من 400000 طن جبن بإستخدام تكنيك UF .



** بداية إستخدام أغشية الترشيح في صناعة الألبـان ومنتجاتها : ــ


كان ذلك في عام 1969 م وقد تم تطبيقه في : ــ


1 ــ إنتاج الجبن Cheese production : ــ تم صناعة الجبن الطري الطـازج والطري بأنواعه ,نصف الجاف , الجاف من ألبان البقر والجاموس والماعز والغنم .


2 ــ إنتاج ألبـان مجفـفة بنجاح وإنتاج جبن جــيد الـصـفات .


3 ــ إستعادة القابلية للتجبين بالمنفحة للألبان المعاملة بالحرارة العالية Ultra high of heat treatment ــ (UHT) ....


4 ــ تركيز Concentration اللبن في المزارع (منـاطق الإنتاج ) ..


5 ــ إزالة البكتريا من لبن الجبن باستخدام الترشيح الدقيق Microfiltration (MF) ..


6 ــ تدعيم لبن الجبن بالكازين باستخدام ال MF .


7 ــ تحسين الطرق التقليدية Traditional methods لصناعة الجبن مما أدى إلى تحسين الجودة الكلية لعدد كبير من أصــناف الجــبــن .


8 ــ زيادة المحصول (Yield) من تحويـل الـلــبن إلى جــبن .


9 ــ ساعد إستخدام تقنية ال UF في توفير العمالة الكثيرة الضرورية في كثير من أنواع الجبن إذا ما صنعت بالطرق التقليدية .



10 ــ إنتاج أنواع جديدة من الجبن تتناسب مع رغبــات المستـهلكين ..

طــرق الترشــيح بالأغشية
Membranes filtrated methods
============================

ــ تختلف طرق الترشيح بالأغشية في درجة كفاءتها في فصل مكونات اللبن .. والإختلاف بينها يعتمد على حجم الجزيئات من المواد الذائبة التي يتم فصلها ــ والجدير بالذكر ــ أنه لا توجد حدود فاصلة بين هذه الطرق حيث هناك تداخل في حجم الجزيئات التي يمكن فصلها ..

وتتميز هذه الطــرق إلى : ـــ

1 ــ Ultrafiltration UF

2ــ Nanofiltration NF

3 ــ Reverse Osmosis RO

4 ــ Microfiltration MF



Ultrafiltration UF

في هذه الطريقة يتم فصل المكونات الدقيقة والعالقة التي يبلغ وزنها الجزيئي (1000 :1000000دالتون ) وحجمها الجزيئي 0.001 : 0.02 ميكروملليمتر .. وعادة مايدفع السائل إلى سطح الغشاء وتحت ضغط منخفض وتنقسم كمية اللبن المرشحة إلى

أ ــ راشح Permeat

ب ــ المركـز Retentate

وال Permeat يحتوي على : water, Lactose , soluble salts, NPN,soluble vitamins

أما ال Retentate فيحتوي على : ــ

Protein , fat insoluble salts

Nanofiltration _ NF

وهذه الطريقة تقع بين ال UF , RO حيث تفصل الدقائق التي وزنها الجزيئي أقل من 300 : 1000 دالتون (وفي هذه الطريقة يحتجز ال NaCl في المــاء) وجميع ما يتبقى من مكونات يحتجز في ال Retentate ــ ولذلك تعتبر هذه الطريقة مناسبة جــداً لفصل المــلح Desalting من الWhey cheese .

Reverse Osmosis --RO

ــ تعتبر هذه الطريقة في الأساس عملية تجفيف حيث يتم فصل المــاء Dewatering .. وتعمل هذه الطريقة تحت ضغط يصل إلى 5 : 10 أضعاف المستخدم في ال UF على الأقل ..

ــ وتقوم هذه الطريقة بفصل الجزيئات والأيونات الصغيرة الذائبة التي يبلغ وزنها الجزيئي أقل من 1000 دالتون (150 دالتون في المتوسط ) وحجمها الجزيئي أقل من 0.001 ميكروملليمتر ــ وعلى ذلك فإن الدهن والبروتينات واللاكتوز وجميع الأملاح الغير متأينة تحتجز وتتركز بواسطة هذه الأغشية ويسمح فقط للمــاء والأملاح المتأينة بالمرور خلال الغشــاء ..

Microfiltration _MF

ــ في هذه الطريقة يتم فصل الدقائق والمواد العالقة التي يبلغ حجمها الجزيئي 0.1 : 10 um ووزنها الجزيئي أعلا من 200000 دالتون لذلك ففيها يمكن فصل البكتريا وحبيبات الدهن وتشمل المكونات المفصولة أيضاً مكونات الشرش , B_casein , B_Lactoglobulin وكذلك مكونات اللبن الفرز ..

ــ وتعتبر ال UF , RO من أكثر الطرق إستخداماً في مجـال الألبان وإن كان الاتجاه في السنوات الأخيرة إلى استخدام ال MF , NF ...

أنـــواع الـ UF
=============

ــ يستخدم نظام الـ UF في صناعة الألبان في مصر بصفة خاصة في إنتاج الجبن الدمياطي بنوعيه كامل الدسم Full cream ونصف الدسم Half cream وكذلك جبن الكوارج Quargوكذلك الجبن الكوخ Cottage cheese .


ــ ويوجد عدة أنواع من نظام الـ UF تستخدم في صناعة الألبـان من أهمها : ــ

1 ــ الأنبوبي Tubular وهو النوع الشائع في مصــر .

2 ــ الحلزوني (اللفائف) spiral wound وهو مستخدم في معظم أنحاء العالم في صناعة الأغذية والألبان .

3 ــ نظام الألواح Plate & frame : ـ

إستخدام الأغشية المختلفة في صناعة الجبن

أولاً : ــ نظام ال Reverse Osmosis ــ (RO )

الهدف الرئيسي من استخدام هذا النظام هو تركيز الجوامد الكلية في اللبن المستخدم في صناعة الجبن .

ــ إستخدام هذا النظام في صناعة الجبن الشيدر Cheddar cheese ..

أ ــ تم تركيز لبن الجبن لحوالي 10 :25 % جوامد كلية Total solids
ب ــ استخدم في صناعة الجبن الإمكانات والمعدات التقليدية .
جـ ــ كان التركيبالإجمالي للجبن الناتج مماثل له في حالة اللبن الغير مركز .
د ــ أدى إستخدام هذا النظام إلى خفض كمية الباديء والمنفحة اللازمين بواقع 50 و 60 % على الترتيب . وكذلك إنخفضت كمية اللبن المستخدم نتيجة التركيز بواقع 20 % .

هــ ــ زاد محصول الجبن الناتج بواقع 2 : 3 % .

** ومن عيوب هذا النظــام

ــ زيادة الفاقد من الدهن Fat lossفي الشرش بزيادة التركيز نتيجة تأثير التجنيس الجزئي (بتأثير الضغط المستخدم ) خلال عمليات التصنيع .

ــ الإنخفاض المفاجيء في الضغط والذي يتضمنه هذا النظام قد يؤدي لحدوث تحلل للدهن Lipolysis في اللبن والجبن مما ينشأ عنه عيوب في النكهة .. ولعلاج ذلك يفضل خفض معدل التركيز إلى 15 % والذي يعادل 1.18 :1 للبن الكامل .

** عامةً : الجبن الناتج بنظام ال ROيحتوي على نسبة مرتفعة من سكر اللاكتوز وهذا بدوره يؤدي إلى تشجيع إستئناف عملية التخمر اللاكتيكي خلال الأيام القليلة من التسوية الأمر الذي ينشأ عنه بعض العيوب في الصفات الحسية .. ويمكن التغلب على ذلك بغسل الخثرة بالماء المثلج Chilled water للتخلص من زيادة اللاكتوز والأملاح .

ثانياً : إستخدام نظام ال Microfiltration



نظام ال MF يشبه عملية ال Bactofugation(عملية طرد مركزي لإزالة البكتريا ) إلا أن ال MF يعتبر أكثر كفاءة من عملية إزالة البكتريا بالطرد المركزي Bactofugation .


ــ وكلاهما يساعد كثيراً على زيادة كفاءة المعاملات الحرارية في القضاء على مايحتويه اللبن من ميكروبات .


ــ في عام 1986 تم استخدام نظام ال MFفي تنقية اللبن من البكتريا وكانت النتائج مرضية جداً ..إلا أن غشاء ال MF كان سبباً في إعادة تلوث اللبن بالبكتريا بدرجة سريعة جداً مما جعل شركة Alfa Laval تلجأ إلى إنتاج غشاء سيراميك جديد بنفاذية عالية وبذلك أمكن تصميم جهاز على نطاق تجاري لإزالة البكتريا بواسطة هذا الغشاء هذا الغشاء أطلق عليه إسم ال Bactocatch .


ــ وبواسطة هذا الجهاز أمكن الترشيح الدقيق للبن الفرز الخام باستخدام أغشية حجم الثقوب بها 1.4 Um عند درجة حرارة بين 35 : 50 م . وبهذا النظام بلغ المركز الناتج Resultant retentate إلى حوالي 5 % من حجم اللبن الداخل خلال الغشاء ويمكن الوصول به إلى 3 % .


ــ ويحتوي ال Retentate الناتج على البكتريا ويمكن استخدامه في تغذية الحيوان في حالة صناعة الجبن من لبن خام أو يستخدم في تعديل نسبة الدهن في القشدة ولابد في هذه الحالة من معاملة مخلوط القشدة وال Retentate حرارياً وعادة ما تستخدم طريقة التعقيم على درجات حرارة فوق العالية UHT باستخدام 115 :120 م /3ث ويستخدم بعد تبريده إذا أريد خلطه باللبن المرشح بنظام ال MF .



ــ وبهذه الطريقة أمكن الوصول إلى معدل إنسياب بنظام ال MF (لتر / وحدة مساحة الغشاء (متر مربع ) / وحدة الزمن (ساعة) ) إلى 500 :700 لتر /متر مربع /ساعة ــ ويستمر معدل الإنسياب لمدة 10 ساعات ويتم إزالة 99.6 % من البكتريا الموجودة في اللبن .



تأثير شكل و حجم الخلايا البكتيرية على كفاءة الترشيح : ــ

ــ تتوقف كفاءة غشاء الترشيح في نظام الـ mf على شكل وحجم خلايا البكتريا ــ فقد لوحظ أن الغشاء يقوم بإحتجاز أكثر من 99.98 % في حالة البكتريا المتجرثمة مثل بكتريا Clostridium , Bacillus cereus وقد يرجع ذلك إلى إلتصاق هذه الجراثيم بجزء من جدار الخلية وبالتالي يؤدي ظاهرياً إلى كبر حجم الخلايا البكتيرية ..

أما في حالة إحتجاز Listria في عملية ال Bactocatch تكون مرتفعة بدرجة تتوقف على ما إذا كان اللبن قد سبق تعرضه لــ MF أم لا مما يدل على أن هذا النوع من البكتريا قد يكون ملتصق بالخلايا الخضرية والتي يحتجزها جميعاً غشـاء الــ MF .


ــ طبيعة اللبن الناتج من عملية الــ Bactocatch : ــ

يتميز اللبن الناتج بدرجة عالية جداً من الجودة البكتريولوجية وكذلك مدة حفظ عالية للألبان ومنتجاتها ــ ولكن ــ قد تسبب هذه العملية بعض المشاكل ــ حيث أن اللبن الناتج يكون على درجة عالية من النظــافة Ultra _clean والذي يطلق عليه صانعوا الجبن DEAD MILK

ــ وقد أجريت بحوث عديدة للتعرف على طبيعة ودور ونمو باديء التسوية في ال Dead milkفي صناعة الجبن ــ حيث وجد أن كل نوع من الجبن من هذا اللبن يحتاج إلى دراسة خاصة .

وعلى سبيل المثال : ــ

عند صناعة الجبن الإيمنتال Emmental من لبن تعرض لنظام ال Bactocatch فإنه يحتاج إلى إضافة خليط من سلالات معينة من بكتريا حامض اللاكتيك بالإضافة إلى بادئات محبة للحرارة المعتدلة وأخرى محبة للحرارة المرتفعة وبكتريا حامض البروبيونيك ..


إستخدامات أخرى لنظام ال MF : ــ

ــ يمكن إستخدام نظام الــ MF في إستخلاص الكيزين بل شقوق معينة من الكيزين واستخدام الكيزين الناتج في تدعيم لبن الجبن .

ــ ويستخدم في ذلك أغشية حجم الثقوب فيها 0.2 Um وهذه تسمح بفصل أنواع معينة من شقوق الكيزين وبذلك يمكن الحصول على لبن يحتوي على نسب مختلفة من الكيزين .



ــ إمكانية فصل الــ الألفا كازين والبيتا كازين بنظام الــ MF : ــ

عند تبريد اللبن عند أقل من 5 درجات مئوية يؤدي ذلك إلى ذوبان الــ B _casein وبذلك يمكن فصله بواسطة أغشية الــMF ..

والمركز الناتج بهذه الطريقة يحتوي على نسبة مرتفعة من الألفا والبيتا كازين على مستوى عالي من النقاوة مما يساعد على إنتاج أنواع جديدة من الجبن يحتوي على معدلات مختلفة من الألفا والبيتا كازين .