توحيد الدهون والرطوبة في عملية صنع الزبدة المستمرة

لماذا يُضبط الماء والملح بهذه الصرامة

تُباع الزبدة وفق تعريف تركيبي. فمعيار Codex للزبدة يشترط محتوى أدنى من دهن الحليب قدره 80 % m/m، ومحتوى أقصى من الماء قدره 16 % m/m، ومحتوى أقصى من المواد الصلبة اللادهنية للحليب قدره 2 % m/m [1]؛ وتحدّد اللائحة (EU) No 1308/2013 حدود الماء والمواد اللادهنية نفسها ومحتوى من دهن الحليب لا يقل عن 80 % ويقل عن 90 % [2]. ودهن الحليب هو المكوّن المكلف، ولذلك يريد مصنع الألبان أن يعمل أقرب ما يمكن إلى حد الماء بقدر ما يسمح به تباين عمليته — وهذا التباين ليس صغيراً. فعند مسح أربع عمليات خضّ مستمر، وجد Packard انحرافاً معيارياً ناجماً عن الخضّ في ظل التعديل المستمر قدره ±0.087 % للرطوبة و±0.058 % للملح، مقابل خطأ تحليلي قدره ±0.074 % و±0.015 %، وأن الزبدة عند آلة التعبئة كانت أقل رطوبة بمقدار 0.11 % في المتوسط من الزبدة الخارجة من الخضّاضة [3].

أين يُحدَّد التركيب في آلة صنع الزبدة المستمرة

تتبع معظم آلات صنع الزبدة المستمرة مبدأ Fritz: إذ تُخَضّ القشدة وتُفصل عن اللبن الخضّ وتُعجن في آلة واحدة [4]. وفي التخطيط الموصوف في دليل Tetra Pak لمعالجة الألبان، تدخل القشدة أسطوانة خضّ مبرَّدة؛ وتمرّ الحبيبات واللبن الخضّ عبر قسمي الفصل والتجفيف بالعصر؛ وتعمل أقسام العجن اللولبية على تشتيت الطور المائي؛ ويمكن إضافة الملح بحاقن عالي الضغط؛ وتحتوي مرحلة العجن الأخيرة على حاقن للتعديل النهائي لمحتوى الرطوبة [4]. ويذكر الدليل أنه بعد الضبط تنحرف الرطوبة بأقل من نحو 0.1 % ما دامت خصائص القشدة على حالها، وأنه يمكن تركيب مرسِلات للرطوبة والملح والكثافة ودرجة الحرارة عند المخرج واستخدامها للتحكم الآلي [4].

وهذه المرسِلات هي الحجة الكاملة للمحلل المدمج في الخط: فالحواقن نقاط جرعات، والحلقة المحيطة بها تحتاج إلى قياس تركيب المخرج بتواتر كافٍ وبتأخير معروف. والقيد — ما دامت القشدة على حالها — هو أيضاً سبب الحاجة إلى الحلقة، لأن مردود الخضّ يتغيّر على مدار السنة [4].

الطرائق المرجعية

الطرائق المرجعية وزنية ومتتابعة. إذ يحدّد ISO 3727-1 | IDF 80-1 الطريقة المرجعية لمحتوى الرطوبة في الزبدة [5]، وISO 3727-2 | IDF 80-2 الطريقة المرجعية للمواد الصلبة اللادهنية [6]، وISO 3727-3 | IDF 80-3 حساب محتوى الدهن من هاتين النتيجتين [7]؛ ويُحدَّد الملح وفق ISO 1738 | IDF 12 [8]. وتعرّف هذه الطرائق معنى مصطلحات بطاقة البيان، وأي طريقة سريعة تُعايَر وتُقيَّم مقابلها. وهي إجراءات مخبرية، فتؤكد الدفعة بعد وقوع الأمر لكنها لا تستطيع توجيه الحواقن.

ما تُظهره أدبيات المستشعرات وNIR

رصد Shiinoki وآخرون الرطوبة والملح في الخط في عملية مستمرة لصنع الزبدة المملحة بالنفاذ الميكروي، رابطين إزاحة الطور والتوهين عند 3 GHz بالمحتويين بالانحدار الخطي على مدى نحو 15.5–17.5 % رطوبة و1.0–2.0 % ملح [9]. ويقيس التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة الماء عبر نطاقَي امتصاصه العريضين قرب 1,440 و1,930 nm؛ ويشير Büning-Pfaue إلى أن ذلك يجعل NIR ملائماً لتحليل الماء في الخط، لكن الترابط الهيدروجيني ودرجة حرارة العينة يؤثران في موثوقية النتيجة [10].

وبالنسبة إلى الزبدة تحديداً، عاير Hermida وآخرون جهاز NIR على 102 عينة بطريقة المربعات الصغرى الجزئية المعدّلة، وحصلوا، على مجموعة مستقلة من 24 عينة، على أخطاء معيارية للتحقق قدرها 0.255 للرطوبة و0.071 للمواد الصلبة اللادهنية و0.377 للدهن (R² 0.83 و0.94 و0.72)، مع اختبارات t مزدوجة لم تُظهر فرقاً معنوياً عن الطرائق المرجعية [11]. وإحصاءات الدهن الأضعف أقل أهمية مما تبدو: فالدهن في الزبدة يُحصل عليه بالحساب من الرطوبة والمواد الصلبة اللادهنية [7]، ولذلك تتحكّم استراتيجية الخط في الماء مباشرةً، وفي الملح حيث يلزم، وتترك الدهن يتبعهما.

وقد بُرهن على NIR في الخط على منتج دهني لدن قريب الصلة قابل للدهن: فقد قاس Isaksson وآخرون 36 دفعة تجريبية من المارغرين تراوحت رطوبتها بين 14.28–21.91 % بمسابير ألياف بصرية للنفاذ المنتشر في منطقة 780–1,100 nm، وحصلوا على خطأ تحقق متقاطع قدره 0.13 % رطوبة في الخط، وهو مماثل عملياً لقيمة 0.14 % التي حُصل عليها خارج الخط [12]. وترد إرشادات تطبيق NIR على الحليب ومنتجاته في ISO 21543 | IDF 201، الذي أدرجت طبعته لعام 2006 الرطوبة والدهن والمواد الصلبة اللادهنية والملح في الزبدة ضمن تطبيقاته [13].

إدخال محلل في حلقة جرعات الماء

ثلاث نقاط تحدّد ما إذا كانت مثل هذه الحلقة تتفوّق على التعديل اليدوي:

• عايِر مقابل الطرائق المرجعية. يرث نموذج NIR خطأ قيم التدريب الخاصة به؛ وتحاليل ISO 3727-1 و-2 و-3 وISO 1738 على العينات الممسوحة هي أساس المعايرة والتحقق [5][6][7][8].
• تحكّم في درجة الحرارة وطريقة التقديم. تستجيب نطاقات الماء لدرجة الحرارة والترابط الهيدروجيني [10]، والزبدة الخارجة من مرحلة العجن الأخيرة تحمل درجة حرارة وكثافة يراهما المستشعر مع تركيبها [4]؛ ابنِ المعايرة في الظروف التي سيراها المحلل في الإنتاج.
• افصل ضجيج المستشعر عن تباين العملية. وجد Packard أن الخطأ التحليلي والتباين الناجم عن الخضّ من الرتبة نفسها بالنسبة إلى الرطوبة [3]؛ والحلقة التي تلاحق ضجيج المستشعر تضيف الماء استجابةً للضجيج، ولذلك ينبغي أن تُستمدّ حدود التحكم من دراسة تكرارية على الخط.

كيف تتعامل USTECH مع ذلك

لمخرج آلة صنع الزبدة المستمرة تستخدم USTECH محلل ProLine17EC، وهو محلل NIR متين مدمج في الخط بتصنيف IP65 وهيكل من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 ونافذة من الياقوت، أو ProLine17ECS حيث يلزم معدل قياس أعلى. وتُطوَّر المعايرات في caliX مقابل النتائج المرجعية لـ ISO 3727 وISO 1738 [5][6][7][8]، وينقل ProChem قيم الرطوبة والملح إلى PLC أو SCADA للإنذارات والتحكم في نقاط ضبط حواقن الماء والمحلول الملحي. أما الدقة التي يبلغها نموذج في الخط على زبدة مصنع معيّن، وما إذا كان يمكن نمذجة الملح بجودة نمذجة الرطوبة، فيُحدَّد في دراسة جدوى على عيناتكم الخاصة.