UHT: Technologia UHT w produkcji mleczarskiej
Po aseptycznej homogenizacji produkt jest chłodzony do około 20°C w wymienniku ciepła, a następnie trafia bezpośrednio do aseptycznej maszyny napełniającej lub do aseptycznego zbiornika w celu pośredniego przechowywania przed zapakowaniem. Szybkie nagrzewanie i chłodzenie wyjaśniają, dlaczego systemy bezpośrednie zapewniają wyższą jakość produktu i są często wybierane do produkcji produktów wrażliwych na ciepło, takich jak mleko spożywcze. Obróbka UHT mleka w systemie bezpośrednim pozwala więc na otrzymanie produktu o lepszym profilu smakowym i mniejszych zmianach chemicznych niż w przypadku systemu pośredniego.
W systemach pośrednich produkt i medium grzewcze nie mają bezpośredniego kontaktu. Zamiast tego ciepło jest przekazywane do produktu za pośrednictwem wymiennika ciepła. Wymienniki ciepła mogą mieć konstrukcję rurową lub płytową. W systemie tym produkt o temperaturze około 4°C jest pompowany ze zbiornika magazynowego do zbiornika wyrównawczego, a stamtąd przez pompę zasilającą wędruje do sekcji regeneracyjnej płytowego wymiennika ciepła. W tej sekcji produkt jest podgrzewany do około 75°C przez produkt wcześniej poddany obróbce UHT, który jest jednocześnie chłodzony. Podgrzany wstępnie produkt jest następnie homogenizowany pod ciśnieniem 18–25 MPa. Homogenizacja przed obróbką UHT jest możliwa w pośrednich instalacjach UHT, co oznacza, że można stosować homogenizatory nieaseptyczne. Jednak dodatkowy aseptyczny homogenizator po procesie UHT może poprawić teksturę i stabilność fizyczną produktu. Wstępnie podgrzany zhomogenizowany produkt przechodzi do sekcji grzewczej płytowego wymiennika ciepła, gdzie jest podgrzewany do około 140°C. Podgrzewanie odbywa się za pomocą gorącej wody w zamkniętym obiegu wody. Po podgrzaniu produkt przechodzi przez rurę utrzymującą. Na koniec wykonywane jest chłodzenie regeneracyjne w dwóch sekwencjach: najpierw względem zimnego końca obiegu gorącej wody, a następnie względem zimnego produktu wchodzącego. Produkt, który opuszcza chłodnicę regeneracyjną, przechodzi bezpośrednio do aseptycznego opakowania lub do aseptycznego zbiornika w celu pośredniego przechowywania.
Ze względu na inną metodę przenoszenia ciepła ogrzewanie pośrednie jest wolniejsze niż ogrzewanie bezpośrednie. Z drugiej jednak strony w instalacjach pośrednich możliwe jest odzyskiwanie ciepła wykorzystywanego do podgrzewania mleka. Duża część (nawet powyżej 90%) ciepła jest odzyskiwana poprzez wykorzystanie gorącego mleka do podgrzania napływającego zimnego mleka. W ten sposób gorące mleko przepływa przez wymiennik ciepła w kierunku przeciwnym do przepływu zimnego mleka po drugiej stronie bariery ze stali nierdzewnej wymiennika ciepła. W przypadku instalacji bezpośrednich ciepło nie jest odzyskiwane z etapu chłodzenia próżniowego, ale tylko z etapów chłodzenia pośredniego po etapie chłodzenia próżniowego. Zazwyczaj odzysk ciepła w instalacji z ogrzewaniem bezpośrednim wynosi około 50%.
Jarosław Trębski
dyrektor sprzedaży, GEA Process Engineering
GEA ma ponad 125 lat doświadczenia w przetwarzaniu płynnego mleka i prawie 100 lat doświadczenia w produkcji mleka w gospodarstwach rolnych. Rozumiemy mleko. Nasze know-how w zakresie przetwarzania mleka UHT oraz portfolio produktów obejmuje każdy etap od odbioru mleka i składników, przez oddzielanie mleka, obróbkę i homogenizację, aż po napełnianie. Większość z tych etapów jest zarządzana za pomocą rozwiązań GEA w zakresie automatyzacji i kontroli procesu. Jesteśmy w stanie zadbać o każdy szczegół, w tym konfigurację zaworów o długiej żywotności oraz oszczędzających miejsce higienicznych rurociągów, a także dostosować się do przetwarzania wsadowego lub ciągłego.
Nasi klienci mogą wybierać spośród trzech różnych typów instalacji UHT, które obejmują opcje bezpośredniego lub pośredniego ogrzewania, które dostosowujemy do ich wymagań dotyczących produktu i procesu, układu instalacji i wydajności.
Przez 35 lat naszego funkcjonowania na polskim rynku dostarczyliśmy bardzo dużą ilość instalacji UHT dla krajowych mleczarni. Możemy się pochwalić, że dostarczyliśmy nie tylko standardowe instalacje z pośrednim grzaniem, ale także iniekcję oraz infuzję.
Oferujemy również klientom możliwość testowania procesów na naszych instalacjach pilotażowych UHT, w zakładzie testowym GEA lub w zakładzie produkcyjnym klienta.
Mleko UHT smakuje inaczej lub przynajmniej nieco inaczej niż mleko pasteryzowane. Niektórzy opisują mleko UHT jako mające lekko karmelowy lub słodki smak. Stopień zależy od zastosowanej metody przetwarzania, ale jest to spowodowane procesem podgrzewania, który dezaktywuje drobnoustroje i enzymy powodujące psucie się mleka. Ale jeśli przesadzi się, to wówczas uzyskamy przypalony smak.
Użycie ciepła zmienia właściwości mleka. Jest to jednak zminimalizowane dzięki nowoczesnej technologii UHT naszej firmy, która wykorzystuje krótki i precyzyjny proces podgrzewania.
Pod względem wartości odżywczych mleko UHT ma taką samą ilość kalorii i wapnia jak mleko surowe. Będzie jednak zawierać nieco mniej kwasu foliowego, witaminy B12, witaminy C, tiaminy i jodu, co jest również prawdą w przypadku mleka pasteryzowanego. Straty te są zwykle utrzymywane na poziomie poniżej 20% i mogą być zrekompensowane przez ponowne dodanie witamin.
Przedstawione rodzaje systemów pokazują, że producent ma do wyboru kilka opcji, które może zastosować w swoim zakładzie produkcyjnym. Musi jednak wziąć pod uwagę szereg elementów wpływających na koszty i efekty produkcji, w tym przede wszystkim procentowy odzysk ciepła, który wpływa na wydajność operacji, zakres tolerowanych zmian chemicznych, który wpływa przede wszystkim na smak mleka, oraz zakres niszczenia bakterii, który dotyczy głównie wysoce odpornych na ciepło zarodników. Na rynku obecnie dostępne są również systemy kombinowane oferowane przez takich producentów jak GEA, APV/SPX Flow i Tetra Pak. Są to systemy łączące rozwiązania pośrednie i bezpośrednie, które pomagają zmaksymalizować odzysk ciepła z jednoczesnym zminimalizowaniem zmian chemicznych w produkcie. Od czasu wprowadzenia przetwarzania UHT w połączeniu z pakowaniem aseptycznym technologia ta jest stosunkowo stabilna, jednak pozostało wiele wyzwań, przed którymi stoją przetwórcy. Należą do nich minimalizowanie posmaków indukowanych ciepłem, efektywne niszczenie zarodników bakterii i enzymów (w szczególności tych rozkładających białka) przy jednoczesnym unikaniu zmian chemicznych oraz minimalizowanie zanieczyszczeń lub przypaleń na wymiennikach ciepła. Rozważane są różne podejścia, w tym stosowanie opakowań aktywnych, które mogą „wyłapywać” niepożądane związki smakowe i zapachowe lub wychwytywać tlen. Ponadto opracowywane są różne technologie termiczne, takie jak systemy rurowe o małej średnicy oraz różne formy ogrzewania elektrycznego i mikrofalowego o wysokiej szybkości nagrzewania. Te ostatnie podejścia technologiczne mogą być w stanie zminimalizować zmianę smaku, a jednocześnie niszczyć zarodniki do pożądanego poziomu, ale są mniej skuteczne w inaktywacji enzymu plazminy, która może powodować gorzkie posmaki podczas przechowywania produktu. Rozwija się również modelowanie komputerowe poszczególnych parametrów procesu UHT do przewidywania wpływu profili ogrzewania na szereg parametrów, w tym niszczenie poszczególnych organizmów, denaturację białek, inaktywację enzymów, zakres reakcji Maillarda, niszczenie witamin czy przekształcanie laktozy do laktulozy. To podejście do modelowania komputerowego stanowi duży krok naprzód w przewidywaniu skutków przetwarzania UHT, a oprogramowanie symulacyjne do tego celu jest obecnie dostępne w sprzedaży (np. NIZO Premia).
Technologia UHT dzięki swoim zaletom zyskała popularność w zakładach produkcyjnych na całym świecie. Istnieje bowiem wiele korzyści dla producenta, sprzedawcy detalicznego i konsumenta, jeśli produkt nie wymaga chłodzenia i może być przechowywany przez długi czas bez zepsucia. Producent może na przykład dotrzeć do zagranicznych rynków, uprościć planowanie produkcji czy ograniczyć zwrot niesprzedanych produktów. W przypadku sprzedawcy detalicznego nie jest konieczne umieszczanie produktu w warunkach chłodniczych. Jest to również technologia przyjazna dla środowiska ze względu na mniejszą ilość odpadów i mniejsze wykorzystanie energii. Wreszcie konsument zyskuje na wygodzie dzięki rzadszym zakupom, mniejszemu zatłoczeniu domowej lodówki i awaryjnym rezerwom pod ręką. Czynniki te sprawiają, że z pewnością technologia ta będzie nadal się rozwijać, a także znajdować zastosowanie w nowych rodzajach produktów mleczarskich. ?
Literatura
- Bezie A., The Effect of Different Heat Treatment on the Nutritional Value of Milk and Milk Products and Shelf-Life of Milk Products. A Review, „Journal of Dairy & Veterinary Sciences” 2019, 11(5), 555822.
- Dash K.K. i wsp., A comprehensive review on heat treatments and related impact on the quality and microbial safety of milk and milk-based products, „Food Chemistry Advances” 2022, 1, 100041.
- Krishna T.C. i wsp., Influence of Ultra-Heat Treatment on Properties of Milk Proteins, „Polymers” 2021, 13, 3164.
- Long-life milk, https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/chapter/long-life-milk (dostęp: 5.02.2025).
- Sayed Q.A. i wsp., Structural and functional properties of milk proteins as affected by heating, high pressure, Gamma and ultraviolet irradiation: a review, „International Journal of Food Properties” 2021, 24, 871–884.
