انتظار می‌ رود بازار جهانی بسته ‌بندی مواد غذایی و نوشیدنی ‌های آسپتیک تا سال ۲۰۲۵ به ۳۵ میلیارد دلار برسد. بخشی از این رشد به دلیل افزایش محبوبیت در محصولات لبنی است. این امر باعث افزایش تقاضا برای محصولاتی با قابلیت نگهداری در دمای اتاق و ماندگاری طولانی تر شده است.

در حالی که تکنیک آسپتیک برای بسیاری از غذاها و نوشیدنی ها ایده آل است، مزایا و معایبی را برای شیر و نوشیدنی های لبنی به همراه دارد. علاوه بر این، نیاز به تجهیزات، فرآیندها و فناوری های خاص، موانع جدیدی هستند که این فناوری تحمیل می کند. بنابراین، بسیاری از کارخانه های لبنی به دنبال راه های بهتری برای فرآوری شیر هستند تا به نیازهای مصرف کننده پاسخ دهند، این مسئله به ویژه در بازارهای نوظهور که شیر اغلب در دمای محیط توزیع می شود، حائز اهمیت می باشد.
این مقاله به بررسی دو روش پردازشUHT  و ESL، و مزایا و معایب آن ها می ‌پردازد.

بررسی اجمالی پردازش شیر

پاستوریزه کردن به عنوان فرآیند گرمایش با حداقل ۶۳ درجه سانتیگراد برای ۳۰ دقیقه (روش بچ یا غیرمداوم) یا ۷۲ درجه سانتیگراد برای ۱۵ ثانیه  HTST(زمان کوتاه، دمای بالا)، تعریف می شود. طبق قانون شیر پاستوریزه FDA ایالات متحده، این فرآیند حرارتی برای از بین بردن Coxiella burnetii وMycobacterium tuberculosis/M. bovis ، پاتوژن های اصلی آلوده کننده شیر، می باشد. ماندگاری شیر پاستوریزه در کشورها و مناطق مختلف بسیار متفاوت است. شیر پاستوریزه می تواند از چند روز در برخی از کشورها تا بیش از ۲۰ روز به دلیل وجود زنجیره انتقال سرد در ایالات متحده ماندگاری داشته باشد.

ماندگاری و کیفیت شیر پاستوریزه می تواند تحت تأثیر میزان اسپور در شیر خام، شرایط پاستوریزاسیون، آلودگی از طریق سطوح تماس، محیط و به ویژه دمای توزیع باشد. باکتری های تشکیل دهنده اسپور مانند گونه های باسیلوس و گونه های کلستریدیوم به عنوان آلاینده های مکرر شیر خام و پاستوریزه و محصولات لبنی در دهه های اخیر نشان داده شده است.
برای غلبه بر این چالش ها، روش های پردازش جدید برای کاهش یا حذف بیشتر میکروب هایی که می توانند باعث فساد مواد غذایی و ایجاد بیماری شوند، ارزیابی می شوند. دو روش پردازش حرارتی UHT (درجه حرارت فوق العاده بالا) و UP (پاستوریزاسیون فوق العاده) هستند. شیر ESL نقش مهمی در پویایی بازارهای لبنیات دارد زیرا که روش ‌های جدید فرآوری و بسته ‌بندی را توسعه می ‌دهد.

پردازش UHT چیست؟

این روش شامل پردازش شیر در دماهای بالا (۱۵۴-۱۳۵ درجه سانتیگراد) در بازه های زمانی کوتاه (۲-۱ ثانیه) برای دستیابی به "استریلیزاسیون تجاری" می باشد. محصول نهایی از طریق انکوباسیون در دمای ۵۵ درجه سانتیگراد به مدت ۷ روز و در دمای ۳۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۵ روز از نظر استریلیته و پس از آن نیز از لحاظ رشد باکتری آزمایش می شود. در نهایت با بسته بندی تحت خلاء، محصول نهایی می تواند در دمای محیط به مدت ۱۲-۶ ماه پایدار بماند.

UHT یک فرآیند استریل کردن درجا (in container) نیست. به این ترتیب، امکان تخریب باکتری ها با آسیب شیمیایی کمتر را فراهم می کند در حالی که اسپور باکتری های گرمادوست را غیرفعال می کند. بنابراین محصول نهایی در عین استریل بودن باید به صورت آسپتیک بسته بندی شود.

پردازش ESL چیست؟

پردازش ESL فرآیندی مابین پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون است. برای این نوع پردازش در اکثر کشورها الزامات دما-زمان خاصی وجود ندارد. با این حال در ایالات متحده شیر ESL، که به عنوان "فراپاستوریزه" نامیده می شود، باید با عملیات حرارتی بالای ۱۳۸ درجه سانتیگراد برای بیش از ۲ ثانیه تولید شود. با این حال، از نظر تجاری، برخی از محصولات از ۱۴۰-۱۲۰ درجه سانتیگراد به مدت ۴-۰.۵ ثانیه پردازش می شوند. بار میکروبی چنین محصولاتی در مقایسه با پاستوریزاسیون کاهش یافته و در شرایط بهداشتی بدون بسته بندی تحت خلاء بسته ‌بندی می ‌شوند، بنابراین در دمای یخچال ماندگاری طولانی ‌تری دارند.

باید در نظر داشت که شیر ESL نیز از لحاظ تجاری استریل در نظر گرفته نمی شود، اما بسته به محصول و فرآیند بسته بندی مدت نگهداری معمولاً به ۴۵ تا ۱۲۰ روز افزایش می یابد. روش های دیگری برای محصولات ESL توسعه یافته اند اما کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. این روش ها شامل میکروفیلتراسیون+HTST، باکتوفوگاسیون+عملیات حرارتی، عملیات حرارتی+افزودن آنتی باکتری، یا عملیات حرارتی همراه با یک فناوری غیر حرارتی مانند تابش اشعه ماوراء بنفش، فناوری میدان پالسی، یا تابش گاما می باشد.

مزایا و معایب روش های پردازش UHT  و  ESL

 مزایای شیر UHT:

۱. زمان پردازش کمتر
پردازش UHT در عرض چند ثانیه کامل می شود و فرآیند را تسریع می بخشد. گرمایش معمولاً در ۲-۱ ثانیه انجام شده و پس از آن محصول به صورت آسپتیک خنک و بسته بندی می شود.
۲. ماندگاری طولانی مدت در دمای اتاق
شیر UHT را می توان ۶ ماه یا بیشتر بدون یخچال نگهداری کرد. این امر توزیع محصول را ساده و امکان نگهداری طولانی مدت محصول در قفسه های فروشگاه را فراهم می کند.
۳. کاهش بار میکروبی
پردازش  UHTتا ۹۹.۹٪ میکروارگانیسم ها (از جمله پاتوژن ها) را از بین برده و اسپورها را غیرفعال می کند. تنها زمانی مشکل به وجود می آید که شیر با ارگانیسم های تشکیل دهنده اسپور که از طریق UHT نابود نشده اند آلوده شده باشد، یا درصورت وجود بیوفیلم در خطوط فرآوری، و یا درصورتیکه شیر پس از فرآوری، به عنوان مثال، در حین بسته بندی یا حمل ونقل آلوده شده باشد. با این حال، دمای فوق ‌العاده بالا می تواند بار میکروبی را کاهش داده و امکان ذخیره ‌سازی ایمن در دمای اتاق را فراهم کند، امکانی که در سایر روش ‌های پردازش مانند پاستوریزاسیون یا پردازش ESL نمی ‌توان به آن دست یافت.
۴. ایمن تر از شیر خام
شیر UHT از لحاظ تجاری، استریل در نظر گرفته شده و به صورت آسپتیک بسته بندی می شود. این محصولات باید تحت شرایط شدید آزمایش شوند تا از سالم بودن محصول اطمینان حاصل شود. نمونه ها به مدت ۱۵ روز در یک ظرف دربسته در دمای ۳۰ درجه سانتیگراد نگهداری می شوند.
۵. صرف انرژی کمتر
نگهداری شیر UHT در دمای محیط قطعا یک مزیت است. این مزیت مدیریت زنجیره توزیع را ساده کرده و هزینه های ذخیره سازی و توزیع را به طور کلی کاهش می دهد.
۶. تنوع بیشتر و ارزان‌ تر بسته بندی ها
مزایای لجستیکی قابل توجهی در این روش وجود دارد. با حذف ظروف شیشه ‌ای یا پلاستیکی بزرگ، بسته‌ های خالی را می ‌توان به صورت فشرده نگهداری کرد، بنابراین فضای ذخیره ‌سازی کاهش یافته و امکان حمل محموله ‌های بزرگ فراهم می شود.

مضرات شیر UHT:

۱. مشکلات کیفی شیر/ تغییر طعم
عدم رضایت مصرف کنندگان اغلب به دلیل طعم "پخته"، کهنه یا اکسید شده، و تلخ به دلیل پپتیدهای تولید شده توسط پروتئازهای پایدار در برابر حرارت، یا طعم ترش یا اسیدی به دلیل فعالیت باقیمانده آنزیم های باکتریایی است. یکی دیگر از مسائل مهم شیر UHT، ژل شدگی در گذر زمان است، فرآیندی که در آن ژل کاستارد مانند به صورت توده، پوسته یا لایه ای بر سطح شیر تشکیل می شود. فقط نگهداری در دمای پایین (۴ درجه) یا بالا (۴۰-۳۵ درجه) شروع ژل شدگی را به تاخیر می اندازد. جداسازی چربی و تشکیل رسوب نیز ممکن است رخ دهد.
۲. کاهش ارزش غذایی شیر
فرآوری UHT ویتامین B را ۱۰٪، اسید فولیک را ۱۵٪ و ویتامین C را تا ۲۵٪ کاهش می دهد. ویتامین های محلول در چربی (A، D، E) و برخی از ویتامین های محلول در آب (اسید پانتوتنیک، اسید نیکوتینیک، ریبوفلاوین و بیوتین) تا حد زیادی تحت تأثیر UHT قرار نمی گیرند، اما کاهش ۲۰٪ و ۳۰٪ به ترتیب در تیامین و ویتامین B12 می تواند در طول UHT رخ دهد. سطوح اسید آسکوربیک و اسید فولیک به طور قابل توجهی در شیر UHT در طول پردازش و ذخیره سازی کاهش می یابد. ویتامین های  B1، B12  و C به میزان ۲۰-۱۰٪ کاهش می یابد، همچنین کاهش در چربی و ماده خشک کل اتفاق می افتد.
۳. فرآیند گران قیمت / مصرف انرژی بالا / و نیازمند تجهیزات پیچیده
ظروف شیر UHT باید با استفاده از فناوری های آسپتیک پر شوند تا خطر آلودگی میکروبی از بین برود. علاوه بر این، به دلیل استفاده از فناوری آسپتیک، نیازمند تجهیزات پیشرفته و نیروی کار آموزش دیده می باشد.
۴. منشا شیر ناشناس
اغلب، شیر خام از چندین تامین کننده در یک بچ برای پردازش در کارخانه ترکیب می شود. این امر ردیابی را در صورت وجود مشکل در بچ دشوارتر می کند.

مزایای شیر ESL:

۱. خواص ارگانولپتیکی مشابه شیر پاستوریزه است
شیر ESL طعم پخته قوی ای ندارد که مشخصه شیر UHT باشد. این امر نوشیدن آن را لذت بخش تر می کند.
۲. زمان ماندگاری طولانی
در مقایسه با پاستوریزاسیون استاندارد، شیر ESL ماندگاری بسیار بیشتری دارد. بسته به محصول و زمان پردازش/ دمای مورد استفاده، افزایش قابل توجهی از زمان ماندگاری مشاهده می شود. متغیرهای دیگر عبارتند از دمای ذخیره سازی، پردازش اضافی مانند پر کردن آسپتیک یا فیلتراسیون/باکتوفوگاسیون. زمان ماندگاری از ۳۰ تا ۶۰ روز متغیر است.
۳. ارزان تر از پردازش UHT
در حالی که نسبت به پاستوریزاسیون استاندارد گران تر است، پردازش ESL به دلیل نیاز به دمای پایین تر و فرآیندهای بسته بندی ساده تر مانند استفاده از محیط غیراسپتیک اما تمیز، ساده تر از پردازش UHT است.

مضرات شیر ESL:

۱. احتمال آلودگی
شیر ESL در شرایط بسیار تمیز اما نه آسپتیک بسته بندی می شود، بنابراین خطر آلودگی از محیط بسیار محتمل است. هنگامی که شیر در دمای ۱۳۴ درجه سانتیگراد گرم نشود، بزرگترین خطر وجود تشکیل اسپور سایکروتروف مانند باسیلوس سرئوس است. تعادل ظریفی بین افزایش زمان و درجه حرارت برای استریلیزاسیون وجود دارد، زمان طولانی یا دمای بیش از حد زیاد می ‌تواند برای محصول مضر باشد، در حالی که زمان خیلی کم و دمای خیلی کوتاه خطر آلودگی را افزایش می‌ دهد.
۲. احتمال مشکلات طعم
شیر ESL می تواند پیش از پردازش از طریق پروتئازهای باکتریایی تولید شده در شیر تلخ شود و اکسیداسیون ناشی از نور می تواند طعم را تغییر دهد. با این حال، تکنیک پردازش و پارامترهای مناسب کیفیت محصول را بهینه می کند.
۳. نقایص بافت پس از نگهداری طولانی مدت
شایع ترین تغییرات ظاهری شامل جدا شدن فاز لیپیدی، رسوب پروتئین های دناتوره شده و پدیده ژلی شدن در طی نگهداری (age gelation) است.
۴. سایر مشکلات
تولیدکنندگان باید درجه حرارت، استفاده از مواد و سایر تجهیزات را بهینه کنند و راه هایی برای کاهش هزینه ها به دلیل افزایش زمان فرآیند بیابند. برای به حداکثر رساندن خروجی و در عین حال به حداقل رساندن هزینه ها نیاز به فناوری و تجربه است. شیر ESL نیز باید در یخچال نگهداری شود و هزینه های ذخیره سازی مشابه محصول پاستوریزه را متحمل شود.