מדידת קשיות ג'ל החלב במהלך הקרישה בהשפעת אנזימים (קרישה) או תסיסות (התססה)

 מד קשיות ג'ל החלב CoaguSens™ Connect מאפיין בזמן אמת את ההתפתחות של קשיות ג'ל החלב במהלך הקרישה בהשפעת אנזימים (קרישה) או תסיסות (התססה).
העיקרון הטכנולוגי המוגן בפטנט של מכשיר זה מבוסס על מכניקה טהורה: תגובת החלב לדינמיקה של רעידות קטנות ועדינות נמדדת תחילה באמצעות פרוב לייזר ללא מגע, ולאחר מכן מעובדת כדי לקבל ערך כמותי עבור קשיות הג'ל (אלסטיות או מודול האלסטיות הקשיח G’).
ל-CoaguSens™ Connect המפרטים העיקריים הבאים:

• מדידת אלסטיות בזמן אמת של קשיות ג'ל החלב.
• שליטה תרמית בין 20°C (68°F) ל-50°C (122°F).
• הגנה מפני חדירה (IP65).
• פרוטוקול תקשורת עם בקרי PLC: Modbus TCP/IP.

CoaguSens™ Connect מגיע עם ממשק מסך מגע ידידותי למשתמש ומודולרי, הנקרא CoaguTouch™, אשר תוכנן להגדרה, הרצה וניתוח נתונים.
הממשק תוכנן להשתלבות פשוטה עם מערכות בקרת תהליכים מבוססות PLC לבקרה אוטומטית של התהליך.
CoaguTouch™ מספק כלים ופונקציות נוחות למשתמש לניהול, ניתוח, הצגת נתונים, אחסונם והעברתם.

אופטימיזציית תפוקת מכל במפעל באמצעות מד קשיות ג'יל החלב  CoaguSens™ Connect

מטרות המחקר היו:

1. להשתמש במד קשיות ג'ל החלב -CoaguSens™ Connect כדי למדוד ולשרטט בזמן אמת את קשיות ג'ל החלב במהלך הקרישה וליד המכלים.
2. להגדיל את שיעור שימור המוצקים (תפוקת המכל) על ידי קביעת קשיות החיתוך האופטימלית של ג'לי החלב.

שיעור שימור המוצקים חושב מתוך מוצקי החלב שבמכל (סך כל המוצקים שבחלב) ומוצקי מי הגבינה (סך כל המוצקים במי הגבינה שנדגמו לאחר החיתוך וזמן המנוחה), שנמדדו שניהם באמצעות MilkoScan FT2 Infrared Milk Analyzer (FOSS, דנמרק).
שיעור שימור המוצקים חושב לפי הנוסחה:

שיעור שימור המוצקים (%) =
(משקל מוצקי החלב - משקל מוצקי מי הגבינה) ÷ משקל מוצקי החלב

שיעור שימור המוצקים הוא אינדיקטור טוב יותר לביצועי הקרישה בהשוואה לתפוקת הגבינה הכוללת, המושפעת מלחות הגבינה ומתהליכי ייצור נוספים לאחר קרישת החלב.
המחקר התבצע במפעל גבינות צ'דר בצפון אמריקה המשתמש בחלב עשיר במיוחד:

הרכב החלב

• תכולת חלבון בחלב: 4.2%
• תכולת מוצקים כוללת בחלב: 14.5%

המחקר חולק ל-3 שלבים:

שלב 1 – למידה
בשלב זה נמדדה קשיות ג'ל החלב בשלב החיתוך באמצעות CoaguSens™ Connect ב-40 מכלים שונים.
זמן החיתוך נקבע על ידי יצרן הגבינה באמצעות טכניקת מישוש ידנית להערכת מרקם הגבן.

שלב 2 – ייצוב
ממוצע קשיות החיתוך של 40 המכלים שנבדקו בשלב הלמידה חושב (235 Pa) ושימש כיעד קשיות החיתוך עבור 40 מכלים נוספים.
צעד זה ייצב את קשיות חיתוך הג'ל ואת שיעור שימור המוצקים, שהגיע לממוצע של 60.0%.

שלב 3 – אופטימיזציה
ביצוע שלב הלמידה סיפק תובנות מעניינות. מכלים שבהם ג'לי החלב נחתכו בקשיות נמוכה יותר הציגו שיעורי שימור מוצקים גבוהים יותר.
לכן, יעד קשיות החיתוך שונה מ-235 Pa ל-170 Pa. כתוצאה מכך, ממוצע שיעור שימור המוצקים עלה מ-60.0% ל-63.3%.

מכל עם קיבולת של 16,000 ליטר חלב, שהיה מפיק 2,324 ק"ג גבינה עם 60% שיעור שימור מוצקים, הפיק לאחר שינוי יעד קשיות החיתוך 2,452 ק"ג גבינה.
במילים אחרות, הייצור גדל ב-128 ק"ג גבינה למכל בתכולת לחות של 39%.

כלכלה והחזר השקעה
באמצעות מסירת ערכי קשיות ג'ל החלב בזמן אמת ליצרן הגבינה, CoaguSens™ Connect מאפשר שליטה מושלמת בזמן אמת בשלב החיתוך ואופטימיזציה מהירה של תפוקת המכל.
הגדלת פרודוקטיביות המכל מאפשרת לייצר יותר גבינה מאותו נפח חלב, דבר המשפיע לטובה על היבטים עסקיים רבים:

• דחיית הצורך בהשקעה במכלים נוספים
• היכולת לענות על הזמנות דחופות
• צריכת חומרי גלם ואנרגיה מופחתת

הצגת קינטיקת הקרישה בזמן אמת מאפשרת תגובה מהירה לבעיות בקרישה, טעויות אנוש או כשלים בציוד.
בכל שלב, CoaguSens™ Connect מספק מידע על קשיות הג'ל ומאפשר קבלת החלטות נכונות להצלת המנה, התפוקה ואיכות הגבינה.
החזר ההשקעה (ROI) תלוי בהיקפי הייצור ונע בין 6 ל-12 חודשים.

מסקנות עיקריות
תעשיית הגבינות זקוקה לטכנולוגיה שתחליף את מישוש הידיים בצורה מדויקת ואמינה יותר.
CoaguSens™ Connect מספק מדידות בזמן אמת של קשיות הג'ל עם רגישות גבוהה, מאפשר שליטה מושלמת בתהליך הקרישה ומייעל את התפוקה בצורה משמעותית.
בבדיקות שנעשו, שיעור שימור המוצקים עלה מ-60.0% ל-63.3% והתפוקה במכל גדלה ב-5.5%.

קצבי שימור מוצקים ותהליך הקרשה: מחקר קורלציה במפעל פיילוט

רקע
המסמך מתאר מחקר שנערך במפעל פיילוט לייצור גבינות במרכז המו"פ של משרד החקלאות והחקלאות-מזון של קנדה (Agriculture & Agri-Food Canada) בעיר סן-אייאסן (QC, קנדה). מטרת המחקר הייתה למדוד את השפעת קשיחות הקריש ומהירות ההקרשה בזמן חיתוך הקריש על קצבי השימור של שומן, חלבון ומוצקים בגבינת צ'דר. במחקר נעשה שימוש במכשיר CoaguSens™ Connect (Rheolution Inc, קנדה).

CoaguSens™ Connect
מכשיר ה-CoaguSens™ Connect מודד בזמן אמת את התפתחות קשיחות הקריש בתהליך ההקרשה כתוצאה מפעולת אנזימים (הקרשה) או תסיסה.
העקרון הטכנולוגי המוגן בפטנט של המכשיר הוא מכני לחלוטין: תגובת הדינמיקה של דגימת החלב לרטט עדין נמדדת באמצעות חיישן לייזר ללא מגע. הנתונים מעובדים לכדי ערך כמותי של קשיחות הקריש (אלסטיות או מודול אחסון גזירה G').

תכונות עיקריות של המכשיר:

• מדידת אלסטיות בזמן אמת של קשיחות קריש החלב.
• שליטה תרמית בטווח של 20°C עד 50°C.
• רמת הגנה (Ingress Protection) IP65.
• פרוטוקול תקשורת עם מערכות בקרה: Modbus TCP/IP.

המכשיר מצויד בממשק משתמש מודולרי, ידידותי ונוח לשימוש בשם CoaguTouch™, המאפשר להגדיר את המכשיר, לבצע בדיקות ולנתח נתונים.

מטרת המחקר
המטרה הייתה למדוד את ההשפעה של חיתוך קרישי חלב בארבע רמות שונות של קשיחות הקריש על קצבי השימור של שומן, חלבון ומוצקים בגבינת צ'דר. בנוסף, המחקר בדק את השפעת מהירות ההקרשה בזמן החיתוך על קצבי השימור השונים.

פרוטוקול המחקר
הניסוי בוצע בשלוש חזרות אקראיות עבור כל אחת מארבע רמות קשיחות הקריש, סך הכול 12 מיכלים. המחקר נערך בין נובמבר 2016 למרץ 2017. מיכל אחד שהציג תוצאות קיצוניות (חריגות) הוצא מהמחקר.

תנאי הייצור

• מיכלים: שלושה מיכלי "Double-O" בנפח 100 ליטר בכל יום ייצור.
• תקופה: נובמבר 2016 עד מרץ 2017.
• תוכנית ניסוי: 4 ימי ייצור, 3 מיכלים ליום, כאשר ארבע רמות הקשיחות נבדקו באופן אקראי.

פרמטרים טכנולוגיים

• שומן החלב: 3.88% (±0.04%).
• חלבון החלב: 3.48% (±0.04%).
• מוצקי החלב: 12.85% (±0.08%).
• pH החלב: מותאם ל-6.7.
• תרבית: Lactococcus lactis ssp cremoris.
• אנזים קרישה: CHY-MAX Extra.
• קלציום כלוריד: 26 מ"ל לכל 100 ליטר חלב.
• טמפרטורת הקרשה: 32°C.
• pH בעת חיתוך הקריש: 6.45.
• רמות קשיחות הקריש שנבדקו: 190, 210, 230 ו-260 Pa.

מדידות באמצעות CoaguSens™ Connect
המערכת מדדה את הפרמטרים הבאים:

• קינטיקת ההקרשה: קשיחות הקריש כפונקציה של זמן.
• קשיחות הקריש בזמן החיתוך.
• מהירות ההקרשה בזמן החיתוך (Vcut).
• מהירות ההקרשה המקסימלית (Vmax).

תוצאות ומסקנות
המחקר הדגים בבירור את השפעת קשיחות הקריש על קצבי השימור של שומן, חלבון ומוצקים בגבינה. נצפה כי קשיחות חיתוך נמוכה יותר מובילה לקצבי שימור גבוהים יותר של רכיבים יקרי ערך בגבינה.

השפעה כלכלית
תוצאות המחקר שימשו לחישוב פוטנציאל החיסכון הכלכלי במפעלים תעשייתיים גדולים, באמצעות אופטימיזציה של מהירות ההקרשה וקשיחות הקריש בזמן החיתוך.