پایدارکننده‌های شیر

چالش‌های کلیدی فناورانه در تولید شیر UHT و شیر طعم‌دار

در فرایند UHT، شیر برای چند ثانیه به بالای 135 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. این بار حرارتی تعادل میسل‌های کازئین و پروتئین‌های سرم را بر هم می‌زند. رسوب‌گذاری روی سطوح مبدل حرارتی مدت‌زمان تولید را کوتاه می‌کند؛ پس از پرکنی، رسوب در کف بسته‌بندی تشکیل می‌شود؛ و طی ماه‌ها محصول ممکن است غلیظ و ژله‌ای شود. این عیب آخر با عنوان ژله‌ای شدن ناشی از کهنگی شناخته می‌شود و عامل اصلی فیزیکی تعیین‌کننده پایان ماندگاری است.

در شیرکاکائو و نوشیدنی‌های شیری طعم‌دار، دو مشکل دیگر نیز بروز می‌کند: ته‌نشینی ذرات کاکائو و تشکیل حلقه خامه در سطح. در نوشیدنی‌های غنی‌شده با پروتئین یا کلسیم، پنجره پایداری حرارتی حتی باریک‌تر می‌شود. ریشه مشترک این مشکلات اغلب خود شیر خام است: سطح کلسیم یونی، pH و تعادل مواد معدنی بر حسب فصل، منطقه و مرحله شیردهی تغییر می‌کند. در شیری که مدت طولانی در سرما نگهداری شده، پروتئازهای مقاوم به حرارت تولیدشده توسط باکتری‌های سرمادوست از فرایند UHT جان سالم به در می‌برند و ژله‌ای شدن را در طول نگهداری تسریع می‌کنند.

رویکرد حل مسئله

پایدارسازی در این گروه محصولات بر سه ابزار متفاوت تکیه دارد که هر یک ریشه متفاوتی را هدف قرار می‌دهد:

• کنترل تعادل کلسیم: در حین حرارت‌دهی، یون‌های آزاد کلسیم پل‌هایی بین میسل‌های کازئین ایجاد می‌کنند که منجر به تجمع می‌شود. سیترات‌ها و فسفات‌ها این یون‌ها را کلات می‌کنند و بار منفی خالص سطح میسل را افزایش داده، شیر را در برابر فرایند حرارتی مقاوم‌تر می‌سازند. همه فسفات‌ها نتیجه یکسانی نمی‌دهند: تحقیقات نشان داده که هگزامتافسفات سدیم (SHMP)، تری‌سدیم سیترات و دی‌سدیم فسفات کلسیم یونی و رسوب را کاهش می‌دهند، در حالی که مونوسدیم فسفات — که pH را پایین می‌آورد — اثر قابل‌توجهی ندارد. پلی‌فسفات‌های زنجیر بلند نیز به تأخیر انداختن ژله‌ای شدن ناشی از کهنگی شناخته شده‌اند.
• معلق نگه داشتن ذرات: در شیرکاکائو، κ-کاراگینان با کازئین برهم‌کنش می‌کند و در دوز بسیار پایین یک شبکه ژل سیال ضعیف ایجاد می‌کند که ذرات را در طول ماندگاری معلق نگه می‌دارد. این عملکرد تنها با نمک‌های کلات‌کننده کلسیم قابل دستیابی نیست؛ این دو ماده مکمل یکدیگرند.
• حفاظت از امولسیون: ابزار اصلی مقابله با تشکیل حلقه خامه، هموژنیزاسیون است. هموژنیزاسیون آسپتیک در پایین‌دست واحد UHT، کلاسترهای پروتئین و چربی تشکیل‌شده در حین فرایند حرارتی را پراکنده کرده، هم رسوب و هم جدا شدن خامه را کاهش می‌دهد.

یک محدودیت باید به‌روشنی درک شود: ژله‌ای شدن ناشی از پروتئاز با پایدارکننده‌ها قابل پیشگیری نیست. در این حالت، راه‌حل در کیفیت شیر خام و مدت‌زمان نگهداری آن نهفته است.

محصولات PROMEL

• پایدارکننده شیر UHT (PROMEL M900) — مخلوط بدون هیدروکلوئید شامل پلی‌فسفات، تری‌فسفات، سیترات سدیم و فسفات سدیم؛ تعادل کلسیم را کنترل کرده، ته‌نشینی پروتئین و جدا شدن فاز را در حین فرایند حرارتی و نگهداری محدود می‌کند.
• فسفات قلیایی (PROMEL MS 12) — افزایش کنترل‌شده pH در فرمولاسیون‌های شیرپایه تهیه‌شده با مواد اولیه شیری با اسیدیته بالا، جهت تأمین پایداری حرارتی.
• ترانس‌گلوتامیناز (Promel Ultralase-1000) — آنزیمی که با ایجاد اتصالات عرضی کووالانسی بین پروتئین‌های شیر، شبکه پروتئینی را تقویت می‌کند؛ قابل استفاده در دسرهای شیری و فرمولاسیون‌های پرپروتئین در گروه محصولات و بازارهایی که مقررات اجازه می‌دهد.

نکات فرایندی و فرمولاسیون

• پایدارکننده باید در مرحله استانداردسازی، پیش از فرایند حرارتی افزوده شود؛ حل کردن اولیه در مقدار کمی شیر یا آب برای جلوگیری از کلوخه شدن توصیه می‌شود.
• مخلوط‌های فسفات-سیترات معمولاً در شیر نوشیدنی و نوشیدنی‌های شیری با دوز 0.05 تا 0.1 درصد استفاده می‌شوند. میزان مصرف نباید ثابت باشد بلکه باید بر اساس pH شیر ورودی و آزمون پایداری الکلی (اتانولی) تنظیم شود.
• اگر کلسیم بیش از حد کلات شود، میسل‌ها شروع به تجزیه می‌کنند؛ رنگ و ویسکوزیته محصول تغییر می‌کند و ممکن است طعم شور یا صابونی ایجاد شود. pH بیش از حد قلیایی نیز قهوه‌ای شدن مایلارد را تسریع می‌کند.
• در شیرکاکائو، میزان مصرف کاراگینان نیاز به تنظیم دقیق دارد: مقدار کم موجب ته‌نشینی کاکائو و مقدار زیاد موجب بافت پودینگ‌مانند یا ژله‌ای شدن محصول در بسته‌بندی می‌شود.
• آزمون‌های ماندگاری باید نه‌تنها در شرایط یخچالی بلکه در دمای محیط و شرایط تسریع‌شده نیز انجام شوند؛ سطح رسوب باید به‌صورت کمّی با سانتریفیوژ پایش شود.

پرسش‌های متداول

آیا می‌توان به شیر UHT ساده پایدارکننده افزود؟

این پیش از آنکه یک سؤال فناورانه باشد، یک مسئله مقرراتی است. استفاده از افزودنی در شیر نوشیدنی بدون طعم توسط ابلاغیه مربوطه و مقررات افزودنی‌های خوراکی به‌شدت محدود شده است. نوشیدنی‌های شیری طعم‌دار در گروه متفاوتی قرار می‌گیرند. طبقه‌بندی مقرراتی محصول باید پیش از هرگونه کار فرمولاسیون مشخص شود.

آیا رسوب کف ظرف و حلقه خامه سطحی یک مشکل واحد هستند؟

خیر. رسوب کف عمدتاً از پروتئین تجمع‌یافته و ذرات کاکائو تشکیل شده و با تعادل کلسیم و کاراگینان مدیریت می‌شود. حلقه سطحی ناشی از جدا شدن خامه است و عمدتاً به کارایی هموژنیزاسیون مربوط می‌شود.

چه زمانی پایدارکننده بدون هیدروکلوئید کافی است؟

اگر محصول حاوی ذراتی نباشد که باید معلق نگه داشته شوند — مثلاً نوشیدنی‌های شیری ساده یا با طعم شفاف — یک مخلوط فسفات-سیترات که تعادل کلسیم را کنترل می‌کند معمولاً کافی است و احساس دهانی نوشیدنی را تغییر نمی‌دهد.

وقتی پروفایل شیر خام، خط فرایند حرارتی و ماندگاری هدف به‌طور همزمان ارزیابی شوند، استراتژی پایدارسازی مناسب مشخص می‌شود. تیم فنی Technofood می‌تواند با ارائه نمونه و انجام آزمایش‌های پایلوت از این ارزیابی پشتیبانی کند.