صناعة الحليب

oMaR236 · #1 November 3, 2013, 07:31 AM

السلام عليكم ورحمة الله

صناعة الحليب

- المقدمة

تعتبر صناعة الحليب بشكل عام أكبر مصدر للمياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الأغذية في العديد من البلدان . و مع نمو إدراك أهمية المعايير المطورة لمعالجة المياه الملوثة فإن متطلبات التصنيع قد أصبحت صارمة بشكل متزايد . تتصف صناعة الحليب بأنها ذات منتجات متنوعة و كذلك خطوط الإنتاج . يمكن لمعمل الحليب أن يضم واحد أو إثنين من خطوط الإنتاج أو ربما كل خطوط الإنتاج (حليب مبستر , جبنة , زبدة ....إلخ ) .

بسبب إحتواء المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب على مواد قابلة إلى حد كبير للتحلل البيولوجي فإن هذه المياه يمكن معالجتها بشكل فعال بأنظمة المعالجة البيولوجية . لذلك فإن هذا البحث يتطرق إلى خيارات معالجة المياه الملوثة المنصرفة عن معامل الحليب و يتضمن أيضا" بحث عملي لإختبار قدرة المفاعل اللاهوائي الدفعي و المثار لمعالجة المصل .

2- الحليب

ان الحليب عبارة عن سائل مغذي يتم الحصول عليه من الحيوانات الثدية. ان قدرة الاناث على انتاج الحليب يعتبر من الخواص المحددة للثديات. يشكل الحليب المصدر الرئيسي لتغذية الاطفال حديثي الولادة. في المرحلة المبكرة للارضاع يكون الحيلب محتويا" على المضادات الحيوية بحيث تنقل من الام الى الرضيع. وهذا يسهم في تقليل تعرض الاطفال الرضع والأمهات معا" للأمراض.
استخدم الحليب المأخوذ من الحيوانات المنزلية من قبل البشر منذ 8000 عام قبل الميلاد. و على الرغم من أن الأغنام و الماعز كانا أول الحيوانات المنزلية المنتجة للحليب بسبب سهولة ادارتها مقارنة مع البقر، فان البقر حاليا" يعتبر المصدر الرئيس للحليب.
يبلغ الانتاج العالمي السنوي من الحليب حوالي 600 مليون طن بحيث توزع من حيث المصدر الى 85 % من البقر، 11 % من الجاموس و 2% من الاغنام و الماعز(Gerrit, 2003) . ان نسب استخدام الانتاج العالمي الاجمالي للحليب في التصنيع متنوعة و على سبيل المثال: (%39) للحليب السائل المعد للشرب، (% 33) للاجبان, .
يعتبر الحليب سائل معقد جدا" فهو يحتوي على مايزيد عن 100000 جزيئ مختلف. ان التركيب الاجمالي للحليب يحدد كما يلي: % 4.1 دهون, % 3.6 بروتين، % 4.9 لاكتوز، % 0.7 مركبات مختلفة مثل الفلزات المعدنية و الفيتامينات و الشحوم (Hui, Y. K., 1993) . يتألف الدهن في الحليب من يتألف بشكل رئيس من ثلاثي الغليسيريدات المحتوية على مدى واسع من الحمض الدهنية والتي بدورها تحوي نسبة عالية نسبيا" من الحموض الدهنية المشبعة و الحمض الدهنية ذات السلاسل القصيرة.
منذ عام 1830 تم التعرف على ان الحليب يتضمن نوعين من البروتين بواسطة جعل الوسط حمضيا" و بدرجة pH تساري 4.6. ان البروتينات غير المنحلة عند pH تساري 4.6 يطلق عليها الكاسيين (Caseins) و التي تشكل 78 بالمائة من النتروجين الكلي ضمن الحليب البقري، و أما القسم المنحل فيدعى المصل(Whey). ان اللاكتوز هو الكربوهيدرات الاساسية ضمن كل انواع الحليب الناتج عن الحيوانات الثديية. ويحتوي الحليب على كمبات قليلة من الاشكال الاخرى للسكريات مثل الغلوكوز(50 mg/l) و الفركتوز، .. الخ.

3- تصنيع منتجات الحليب

ان صناعة الحليب يمكن تقسيمها بشكل عام الى نوعين رئيسيين من حيث الانتاج:

أ- الانتاج الاولي للحليب في المزارع الحيوانية (بقؤ، أغنام، .. الخ) و ذلك للاستهلاك البشري.

ب- تصنيع الحليب بغرض اطالة مدى البيع للحليب و منتجاته وهذا الامر يتم بشكل نموذجي بواسطة:

· المعالجة الحرارية لضمان سلامة استهلاك الحليب و لاطالة مدة الاحتفاظ به.
· اعداد مختلف انواع منتجات الحليب بشكل مهدرج او شبه مهدرج كالزبدة و الجبنة القاسية و بودرة الحليب، مما يؤمن امكانية تخزينها.

تتوزع صناعة الحليب في مختلف دول العالم ، و على أية حال ف‘ن بنية و تركيب المصنع يختلف من بلد الى بلد . بالنسبة للدول النامية فان الحليب على الأغلب يباع للاستهلاك المباشر ، و أما في البلاد المتطورة فان قسما" كبيرا" من الحليب يتم تصنيعه . و عادة ما تتوضع معامل تصنيع الحليب ذات الفترة التشغيلية القصيرة (مثل معامل اللبن و الجبنة الطرية و الكريمة ) على تخوم المدن لتكون قريبة من مراكز البيع . و أما المعامل ذات الحياة التشغيلية الطويلة و اللتي تنتج ( على سبيل المثال الزبدة أو بودرة الحليب أو بودرة المصل ) فانها تميل الى التواجد في المناطق الريفية قريبة من أماكن تواجد منتجي الحليب الطازج .

3-1 انتاج الحليب المبستر و الحليب المعالج بدرحة حرارة عالية زائدة (UHT)

و تضم العمليات المتبعة في انتاج هذين النوعين من الحليب مايلي :

· استقبال و اختبار الحليب الخام( Receiving and testing raw milk): يستقبل الحليب الخام من مراكز التجميع و اللتي عادة ما تكون تابعة للقطاع العام أو القطاع الخاص . و يختبر الحليب من أجل النوعية في المختبرات والتي يتم فيها قياس مؤشرات العناصر التالية المتواجدة في الحليب ( محتوى الدهون ، حجم المواد الصلبة ، و جود المواد الحافظة مثل (formaldehyde) و عادة ما يرفض الحليب اذا تواجدت ضمنه.

· التصفية( Straining ) : في هذه المرحلة يمر الحليب عبر المصافي ثم الى آلة قياس السعة من أجل الوزن ثم يبرد الحليب من درجة 6-8 درجة مئوية ويوضع في أحواض التخزين حيث يكون بعضها مخصص لحليب الأبقار و الاخر الجواميس و غيره.

· البسترة ( Pasteurization ) : يسخن الحليب على مرحلتين , الأولى و تكون من 7 الى 65 درجة مئوية و الثانية من 65 الى 80 دردجة مئوية و يحفظ في الدرجة 80 لمدة 15 ثانية ثم يبرد لدرجة 4-6 درجو مئوية . ان عملتي تسخين الحليب و تبريده بهذه الطريقة هي من أجل التأكد من موت البكتيريا الشائعة فيه مما يحافظ على السلامة العامة .

· الحليب المعالج بدرحة حرارة عالية زائدة (UHT) : يعقم الحليب المبستر عن طريق رفع درجة حرارته الى 135-150 درجة مئوية لمدة 4 ثواني (Ultra High Temperature, UHT). عندها سوف يتجانس الحليب عن طريق نخفيض حجم كريات الدهون لمنع فصل القشدة على السطح .

· التعبئة ( Packaging ) : يعبأ الحليب عن طريق الآلات اللتي تستخدم عادة أكياس مصنعة من مادة البولي ايتيلين polyethylene .

3-2 الأجبان

يعتبر الجبن من أقدم المواد الغذائية المعروفة لدى الانسان بسبب أهميتها الغذائية . هنالك على الاقل ثلاثة عناصر لصناعة الجبن و هي : الحليب، التخثير و الاستنبات البكتيري(culture) . تبعا" لعمليتي التسخين والتمليح أثناء صناعة الجبن فان تنوعا" هائلا" من الجبنة المنتجة يمكن الحصول عليها . على الصعيد العالمي فان 30% من الحليب المنتج عالميا" يستعمل لصناعة الجبن حيث يتوزع نحو 40% منها في أمريكا و نحو 50% في الاتحاد الاوروبي(FOX. P. F, 1998). بالرغم من أن الجبنة التقليدية تحتوي على كمية عالية من الدهون فانها أيضا تعتبر من المصادر الغنية بالبروتين و الكاليسيوم و الفوسفور. الجدول (1) يبين بعض التراكيب الاساسية لبعض أنواع الجبنة ،و تعتبر جبنة الكيدار و الجبنة الهولندية و السويسرية و الفيلاتا(الموزريلا ) من أهم الانواع حيث أنها مجتمعة تشكل نحو 80% من مجمل انتاج الجبن .

(1) تركيب بعض انواع الجبن لكل 100 غرام

دهون /غرام بروتين /غرام ماء/ غرام نوع الجبنة
34.4 25.5 36 الكيدار
3.9 13.8 79.1 الكوتيج
47.4 3.1 45.5 قشدة الجبنة
20.2 15.6 56.5 الفيتا
21 25.1 49.8 الموزوريلا

بشكل عام هنا خمسة مراحل لتحويل الحليب الى خثارة الجبن و هي : التخثير coagulation و التحميض acidification و استخراج المصل syneresis و القولبة molding و التمليح salting .

3-3 المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب

ان حجم و تركيز وتركيب المياه الملوثة الناتجة عن وحدة تصنيع الحليب تعتمد على نوع المادة المنتجة و طريقة التصنيع و درجة ادارة المياه المستخدم اثناء التصنيع وبعده. و بشكل عام فان المياه الملوثة الناتجة يمكن تقسيمها لثلاثة مجموعات: مياه التصنيع(تستخدم للتسخين مثلا") و المياه الملوثة الناتجة عن عمليات التنظيف و مياه الصرف العادية (عادة ما تصرف مباشرة للمجاري).
قبل البدء بتحديد خيارت معالجة المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب، لا بد من معرفة الطرق المتنوعة لتصنيع الحليب و أحمال التلوث المقابلة لمختلف منتجات الحليب(الجدول 2). ان كمية الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب يمكن تقديرها حسب هيئة صناعة الحليب الامريكية يملك الحليب احتياج اوكسجيني بيولوجي (BOD) ما يعادل 250 مرة اكبر من تلك التي تحتويها مياه المجاري المنزلية. لذلك فمن الطبيعي أن نتوقع حملا" عضويا" عاليا" للمياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب. فعلى سبيل المثال فان قيمة كل من COD و BOD للمصل الناتج عن تصنيع الجبنة تقدر ب 68000 ملغ/ل لأجل COD و 35000 ملغ/ل من أجل BOD علما" أن اللاكتوز يساهم بـ 90% من هذه القيم (Wang & Howard, 2004 ).

4- معالجة المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب

تعتبر صناعة الحليب احدى اعظم مصادر المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الاغذية في العديد من البلدان. و مع ازدياد الاهتمام بالمعايير المسموحة لصرف المياه الملوثة الى المصبات المائية فان القوانيين المحددة لصرف المياه الملوثة الناتجة عن صناعية الحليب أصبحت اكثر صرامة. و على الرغم من ان صناعة الحليب لا تعتبر ذات ارتباط كبير بالمشاكل البيئية الحادة الا انه يجب تأثيرها البيئي بعين الاعتبار لما تحتويه من ملوثات ذات طبيعة عضوية. لابد من الاشارة انه مع الادارة الجيدة للمياه الملوثة باستخدام الدارة المغلقة فان معالجة المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب لا تكون تلك المشكلة الكبيرة.

كل مراحل تصنيع الحليب بما فيها الانتاج و التصنيع و التعبئة و النقل و التوزيع و التسويق تعتبرذات تأثير بيئي. تبعا" للطبيعة المختلفة و التنوع الكبير لمنتجات صناعة الحليب فان الملوثات الناتجة عن التصنيع تختلف كما" و نوعا" و التي بحال عدم معالجتها ستؤدي الى مشاكل تلوث كبيرة. و على العموم فان الملوثات التاتجة عن تصنيع الحليب تحوي كمية كبيرة من الملوثات العضوية مثل البروتينات و الكربوهيدرات و الدهون، كما تحوي تراكيز عالية من المواد الصلبة المعلقة و النتروجين بالضافة الى الزيوت و الشحوم مع التنوع الكبير بقيمة حمضة المياه(pH). وهذا بالطبع يفرض معالجة خاصة لهذه الملوثات لمنع او لتخفيف المشاكل البيئية التي قد تنتج عنها.

ان التخلص من المياه الملوثة الناتجة عن صتاعة الحليب عادة ما يواجه باحدى المشاكل التالية:

أ‌- فرض غرامات مالية كبيرة من قبل السلطات المحلية لقاء معالجة هذه المياه الملوثة ضمن محطات المعالجة المحلية.

ب‌- التلوث الناتج عن صرف هذه المياه الموثة بدون معالجة.

ت‌- الحصول على كميات كبيرة من الحمأة لمصانع الحليب التي تعتمد على الطريقة الهوائية لمعالجة المياه الملوثة.
ان مستوى المعالجة عادة ما يرتبط بالتشريعات المحلية. فبينما أغلب مصانع الحليب الكبيرة تملك محطات معالجة خاصة بها او على الاقل تصرف المياه الملوثة بعد معالجتها بشكل اولي الى محطات معالجة مياه الصرف الصحي المحلية اذا كانت متوفرة او تصرفها الى مياه البحر، فان الكثير من المصانع الصغيرة لتصنيع الحليب تصرف مياهها الملوثة الى الاراضي لاسخدامها في الري.

يمكن تلخيص مراحل معالجة المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب كما يلي:

· الفصل أو العزل
· التصفية
· التعديل
· ضبط pH
· ازالة الدهون
· ازالة الحمل العضوي (BOD)
· استخدام المياه المعالجة بري الاراضي

4-2 خيارات المعالجة

ان الطبيعة المتنوعة للمياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب، من حيث معدل التدفق و تغير قيم pH المياه و محتوى الموااد الصلبة المعلقة، يجعل خيارات المعالجة صعبة. و بسبب كون ملوثات صناعة الحليب قابلة للتحلل البيولوجي بشكل كبير فان معالجة المياه الملوثة بالطريقة البيولوجية تكون فعالة و مجدية.
هناك ثلاثة خيارات لمعالجة المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب:

أ‌- التصريف الى اقرب محطة معالجة مياه صرف صحي محلية

ب‌- ازالة المواد شبه الصلبة و الملوثات الخاصة من قبل متعهد بحيث يقوم بالتخلص منها وفق طريقة سليمة بيئيا" متفق عليها سلفا"

ت‌- معالجة المياه الملوثة الناتجة بواسطة محطة معالجة ضمن الموقع (مخصصة للمعمل).

ان الخيارين الاول و الثاني مرتبطان بزيادة الكلفة لذلك فان الخيار الثالث ينصح به عموما".

4-3 المعالجة البيولوجية

ان التحلل البيولوجي يعتبر أحد أكثر الطرق الواعدة لازالة المواد العضوية من المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب و منتجاته. و على اية حال فان الحمأة الناتجة عن المعالجة الهوائية تقود الى مشاكل جدية و تتبعها زيادة في الكلفة خصوصا" للتخلص منها بشكل امن.
ان المعالجة البيولوجية اللاهوائية تتم بواسطة عمل البكتيريا في وسط لايحوي اكسجين و بحيث تحول المواد العضوية الى الغاز الحيوي(الميتان و ثاني اكسيد الكربون) و الكتلة الحيوية الجديدة و النواتج اللاعضوية. حوالي 95 % من الحمل العضوي من الملوثات العضوية تحول الى غاز حيوي بالطريقة اللاهوائية، و الباقي يستخدم للنمو البكتيري و الصيانة للخلايا البكتيرية.

تتلخص المعالجة اللاهوائية للملوثات العضوية عبر ثلاثة مراحل:

أ‌- مرحلة الحلمهة:

و فيها تقوم البكتيريا اللاهوائية بفرز انزيمات الى الوسط الخاجي بحيث تقوم بتفكيك المواد العضوية المعقدة التي لا تستطيع المرور عبر الجدار الخلوي الى مواد بسيطة منحلة تتمكن من المرور بسهولة عبر الجدار الخلوي، و على سبيل المثال فالكربوهيدرات المعقدة تحول الى سكريات بسيطة و الدهون المعقدة الى حموض دهنية و البروتينات المعقدة الى حموض امينية.

ب‌- مرحلة انتاج الحموض و انتاج الاسيتيت:

خلال مرحلة انتاج الحموض فان نواتج الحلمهة تدخل عبر الجدر الخلوية للبكتريا و يتم أكسدتها لاهوائيا" (تخمير) بحيث ينتج الاكسدة غاز ثاني اكسيد الميتان و غاز الكبريت و الكحول و حموض عضوية اخرى و مركبات تحوي النتروجين العضوي و الكبريت العضوي. ان الحمض العضوي الاكثر اهمية من بين الحموض هو الاسيتيت. ان الاسيتيت هو الحمض العضوي الاساسي الذي يستخدم من قبل بكتريا الميتان لانتاج غاز الميتان. ان الحموض الدهنية ذات السلاسل القصيرة، غير حمض الاسيتيت، و التي تنتج في المرحلة الحمضية(انتاج الحموض) تتحول بدورها الى حمض الاسيتيت وغاز الهيدروجين و غاز ثاني اكسيد الكربون بواسطة بكتيريا المنتجة للاسيتيت (مرحلة انتاج الاسيتيت). الهيدروجين المتوفر (H2) و غاز ثاني اكسيد الكربون تتحول جزئيا" الى حمض الاسيتيت. كلا" من حمض البروبيونيت و البيوتايريت لايمكن استخدامها مباشرة من قبل بكتيريا الميتان لذلك تقوم بكتيريا الاسيتيت المنتجة للهيدروجين بتحويلها اسيتيت و هيدروجين، و لا تبدأ عمليه تفكيك هذين الحمضين حتى تستهلك بكتريا الميتان كامل حمض الاسيتيت الموجود. ان بكتيريا الاسيتيت تتكاثر بشكل بطيئ و زمن التوالد عادة ما يكون اكبر من ثلاثة ايام.

ت‌- مرحلة انتاج الميتان:

في هذه المرحلة يتم انتاج أغلب غاز الميتان من الاسيتيت و من كلا غاز الهيدروجين و غاز ثاني اكسيد الكربون. غاز الميتان ايضا" يتم انتاجه من الاكسدة اللاهوائية لبعض المركبات العضوية غير الاسيتيت. حوالي % 70 من غاز الميتان يتم انتاجه من الاسيتيت. الشكل (1) يظهر المراحل العامة للاكسدة اللاهوائية للملوثات العضوية. ان زمن التكاثر الخلوي لبكتيريا الميتان يبلغ حوالي 3 ايام عند درجة حرارة 35 مئوية الى 50 يوم عند درجة حرارة 10 مئوية.
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على المعالجة البيولوجية اللاهوائية للملوثات العضوية مثل درجة الحرارة و حموضة المياه و وجود العناصر السامة و نوع الملوثات المراد معالجتها و قلوية المياه و زمن المكوث و مدى توفر المواد المغذية مثل الفوسفور و النترجين، ..الخ.

الشكل (1) المراحل العامة للاكسدة اللاهوائية للملوثات العضوية لانتاج الغاز الحيوي

ان المياه الملوثة الحاوية على نسبة عالية جدا" ( مثلا" COD اكبر من 4000 ملغ/ل) من المواد العضوية عادة ما تعالج بالطريقة اللاهوائية، و عموما" فان انظمة المعالجة البيولوجية اللاهوائية يمكن ان تنقسم لقسمين:

أ‌- نظام لاهوائي ذو وسط معلق) ( Anaerobic suspended growth system و فيه تبقى البكتريا اللاهوائية معلقة ضمن الوسط بواسطة المزج.

ب‌- نظام لاهوائي ذو وسط ثابت ( Anaerobic fixed-film system ) و فيه تنمو البكتريا اللاهوائية على وسط ثابت (الواح بلاستيكية مثلا") لتشكل طبقة رقيقة (Film) من التجمعات الهائلة البكتيرية لمعالجة الملوثات بحيث تكون قادرة على اكسدة الملوثات العضوية.
ماكنات صناعة الحليب

سيرينيتي · #2 November 3, 2013, 11:42 AM

معلومات جد قيمة
لك كل الشكر
دمت بخير
ودام تألقك

oMaR236 · #3 November 5, 2013, 11:34 AM

اقتباس:

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة سيرينيتي

معلومات جد قيمة
لك كل الشكر
دمت بخير
ودام تألقك

يسلمووو مرورك وتعليقك سيرينيتي
خالص مودتي وتقديري

المواضيع المتشابهه
الموضوع	كاتب الموضوع	المنتدى	مشاركات	آخر مشاركة
فوائد الحليب للذكاء ،الحليب مفيد للذكاء ،زيادة الذكاء بتناول الحليب	ReeMi	الطب البديل	0	July 12, 2013 11:33 PM
علاج نقص إدرار الحليب،اسباب نقص إدرار الحليب	RiiFi	امومة و طفولة	0	July 5, 2013 10:14 AM
اختيارات مناسبة لزجاجة الحليب،كيفية اختيار زجاجة الحليب	ReeMi	امومة و طفولة	0	April 24, 2013 02:13 PM
الحليب , فوائد اللبن , فائدة مشتقات الحليب,فوائد الحليب	ألاء ياقوت	الطب البديل	0	October 31, 2010 01:53 AM
كيفية الاستفاده من علب الحليب ، كيف تستفيدين من علب الحليب بالصور	AHD Ashour	مجلة الكروشية والاشغال اليدوية والتطريز	3	March 19, 2010 09:26 PM

صناعة الحليب

مجلة المهن والصناعات والإختراعات