อุณหภูมิสูงยิ่งยวด (UHT) กับพาสเจอไรเซชัน: เลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสมสำหรับสายผลิตภัณฑ์นมของคุณ

การเข้าใจกระบวนการทำความร้อนอุณหภูมิสูงยิ่งยวด (UHT) และบทบาทของมันใน เครื่องผลิตเครื่องดื่มนม

วิธีที่ UHT ช่วยยืดอายุการเก็บโดยไม่ต้องใช้ตู้เย็น

กระบวนการอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHT) ได้เปลี่ยนวิธีที่เราจัดการกับอุปกรณ์การผลิตนมอย่างแท้จริง โดยหลักการทำงานคือการทำลายจุลินทรีย์ที่ไม่พึงประสงค์ด้วยอุณหภูมิประมาณ 280 องศาฟาเรนไฮต์ (เท่ากับ 138 องศาเซลเซียส) เป็นเวลาเพียงแค่ 2 วินาทีเท่านั้น ซึ่งอุณหภูมินี้สูงกว่าวิธีพาสเจอไรเซชันแบบ HTST ทั่วไปมาก อุณหภูมิที่สูงระดับนี้สามารถฆ่าทั้งแบคทีเรียและเอนไซม์ ทำให้นมสามารถเก็บไว้บนชั้นวางขายได้นานถึง 6 ถึง 9 เดือนโดยไม่ต้องทำให้เย็น กระบวนการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วตามด้วยการเย็นตัวทันที ยังช่วยรักษารสชาติของนมให้สดใหม่ไว้ได้อีกด้วย และยังมีข้อดีเพิ่มเติมสำหรับผู้ผลิตอีกด้วย การศึกษาเกี่ยวกับการแปรรูปด้วยความร้อนแสดงให้เห็นว่าระบบ UHT สามารถลดการใช้พลังงานลงได้ประมาณ 19% เมื่อเทียบกับวิธีการเก่า จึงไม่น่าแปลกใจที่โรงงานผลิตนมหลายแห่งกำลังเปลี่ยนมาใช้วิธีนี้

หลักการทางวิทยาศาสตร์ของกระบวนการอุณหภูมิสูงพิเศษ

ประสิทธิภาพของ UHT ขึ้นอยู่กับสิ่งที่เรียกว่าสมการอาร์รีเนียส (Arrhenius equation) โดยพื้นฐานแล้ว เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นประมาณ 18 องศาฟาเรนไฮต์ หรือ 10 องศาเซลเซียส จะทำให้ความเร็วในการทำลายจุลินทรีย์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ดังนั้นที่อุณหภูมิประมาณ 280 องศาฟาเรนไฮต์ UHT สามารถลดจำนวนสปอร์เชื้อโรค C. botulinum ลงได้ถึง 9 log ภายในไม่กี่วินาทีเท่านั้น ซึ่งถือว่ามีประสิทธิภาพสูงเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีพาสเจอไรเซชัน (pasteurization) แบบดั้งเดิมที่ต้องใช้อุณหภูมิประมาณ 161 องศาฟาเรนไฮต์นานประมาณ 15 วินาทีเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในระดับใกล้เคียงกัน ปัจจุบันเครื่องจักรสำหรับแปรรูปนมใช้เทคโนโลยีการฉีดไอน้ำ (steam infusion) แทนการให้ความร้อนโดยตรง วิธีการนี้ช่วยป้องกันไม่ให้นมส่วนใดส่วนหนึ่งรับความร้อนมากเกินไป ซึ่งจะช่วยคงโครงสร้างของโปรตีนไว้ได้ดีในขณะที่ยังสามารถทำลายแบคทีเรียทนความร้อนที่เป็นสาเหตุของการเสียหายของผลิตภัณฑ์

การบูรณาการ UHT เข้ากับสายการผลิตเครื่องจักรผลิตเครื่องดื่มนมในยุคใหม่

สายการผลิตผลิตภัณฑ์นมในปัจจุบันรวมเอาหน่วย UHT เข้ากับอุปกรณ์ทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน (homogenization) และระบบบรรจุแบบปลอดเชื้อ (aseptic filling) ซึ่งช่วยให้สามารถดำเนินการผลิตนมได้อย่างต่อเนื่องในอัตราที่สามารถสูงถึงประมาณ 12,000 ลิตรต่อชั่วโมง โรงงานผลิตที่ทันสมัยหลายแห่งมีการใช้เทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบคืนพลังงาน (regenerative heating) ที่สามารถกอบกู้ความร้อนได้ประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งปกติจะสูญเสียไปในระหว่างกระบวนการพาสเจอไรซ์ ช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ การออกแบบระบบเหล่านี้ยังเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการจัดส่งสินค้าไปทั่วโลก เนื่องจากสินค้าสามารถเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิห้องแทนที่จะต้องใช้ระบบทำความเย็นตลอดเวลา สำหรับบริษัทที่ดำเนินการในพื้นที่เช่น ตะวันออกเฉียงใต้ของเอเชีย หรือบางส่วนของทวีปแอฟริกา ซึ่งการรักษาระบบความเย็น (cold chains) นั้นเป็นเรื่องที่ท้าทายและมีค่าใช้จ่ายสูงมาก คุณสมบัติพิเศษนี้เพียงอย่างเดียวสามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายในการขนส่งได้ประมาณหนึ่งในสามเมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม

การพาสเจอไรซ์แบบอุณหภูมิสูงระยะเวลาสั้น (HTST) ในระบบการแปรรูปผลิตภัณฑ์นม

รักษาความสดด้วยกระบวนการแปรรูปความร้อนแบบ HTST

การพาสเจอไรซ์แบบอุณหภูมิสูงในระยะเวลาสั้น (HTST) ทำงานโดยการให้ความร้อนกับนมประมาณ 72 องศาเซลเซียส หรือราว 161 องศาฟาเรนไฮต์ เป็นเวลา 15 วินาที การทำกระบวนการนี้สามารถกำจัดแบคทีเรียที่เป็นอันตรายได้ค่อนข้างดี เช่น Coxiella burnetii แม้ว่าในปัจจุบันหลายคนอาจไม่ได้กังวลมากเกี่ยวกับเชื้อโรคเฉพาะเจาะจงนี้ สิ่งที่สำคัญมากกว่าคือหลังการรักษาสารอาหารจะยังคงอยู่ได้ประมาณ 97 ถึง 99 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากการให้ความร้อนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงไม่ก่อให้เกิดความเสียหายกับโปรตีนหรือการเปลี่ยนแปลงของรสชาติอย่างมีนัยสำคัญ นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์นมหลายรายนิยมใช้วิธีนี้เมื่อต้องจัดการกับผลิตภัณฑ์ที่มีความละเอียดอ่อน เช่น นมดิบสำหรับดื่มสด โรงงานผลิตสมัยใหม่ส่วนใหญ่พึ่งพาบนระบบอัตโนมัติในการตรวจสอบอุณหภูมิตลอดกระบวนการ ซึ่งระบบเหล่านี้โดยทั่วไปสามารถควบคุมความแปรปรวนให้อยู่ต่ำกว่าร้อยละ 0.5 ช่วยให้มาตรฐานคุณภาพและความปลอดภัยของแต่ละล็อตสินค้ามีความสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตามแม้จะมีเทคโนโลยีที่ทันสมัยเพียงใด ผู้ควบคุมเครื่องจักรยังคงต้องระมัดระวังอย่างใกล้ชิด เนื่องจากความผิดพลาดเล็กน้อยอาจเกิดขึ้นได้แม้ว่าจะมีการเตรียมการอย่างดีที่สุดแล้ว

พลศาสตร์ความร้อนและประสิทธิภาพในระบบ HTST

ระบบ HTST ทำงานโดยการให้ความร้อนแก่นมที่อัตราความเร็วมากกว่า 2 องศาเซลเซียสต่อวินาที และทำให้เย็นลงประมาณ 3 องศาเซลเซียสต่อวินาที ซึ่งช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานลงได้ราว 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับกระบวนการแบบเดิม การประหยัดพลังงานในระดับนี้ทำให้ระบบเหล่านี้สามารถจัดการกับปริมาณผลิตภัณฑ์ได้มาก โดยสามารถผลิตนมได้ประมาณ 20,000 ลิตรต่อชั่วโมง ขณะที่ใช้ไอน้ำน้อยลงถึง 85% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์รุ่นเก่า จุดเปลี่ยนสำคัญคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่สามารถกู้คืนพลังงานความร้อนได้สูงถึง 92% สำหรับบริษัทที่ดำเนินการระดับกลางหรือขนาดใหญ่ ระบบที่มีประสิทธิภาพเช่นนี้ทำให้ HTST ไม่เพียงแค่ประหยัดพลังงาน แต่ยังถือเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่สุดในตลาดปัจจุบัน

การปรับปรุงระบบ HTST เพื่อเพิ่มศักยภาพในการผลิตนมเพื่อการพาณิชย์

ผู้ผลิตนำเสนอโครงสร้างแบบโมดูลาร์ HTST ที่สามารถปรับขนาดได้ตั้งแต่ 5,000 ถึง 50,000 ลิตร/ชั่วโมง ขณะที่ยังคงจำนวนแบคทีเรียหลังการแปรรูปไว้ต่ำกว่า 10 ชิ้น/ล้านตัว โดยมีพารามิเตอร์ที่ปรับตั้งค่าได้ (68–85°C, 15–30 วินาที) ซึ่งช่วยให้ปรับใช้งานระหว่างเครื่องดื่มจากนมและเครื่องดื่มจากพืชได้อย่างราบรื่นโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ เพิ่มความยืดหยุ่นสำหรับพอร์ตโฟลิโอผลิตภัณฑ์ที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างต่อเนื่อง

ข้อแตกต่างหลักระหว่าง UHT และ HTST ในการแปรรูปนมเครื่องดื่มเพื่อการค้า

เปรียบเทียบอุณหภูมิ เวลาคงที่ และการกำจัดจุลินทรีย์

HTST ทำงานที่อุณหภูมิ 72°C (161°F) เป็นเวลา 15 วินาที ในขณะที่ UHT สามารถขึ้นไปถึงอุณหภูมิ 138°C (280°F) เป็นระยะเวลา 2–3 วินาที อุณหภูมิที่สูงขึ้นนี้ทำให้ UHT สามารถกำจัดจุลินทรีย์ได้สูงถึง 99.999% , ซึ่งสูงกว่า HTST ที่กำจัดได้ 99.5% และรับประกันความปลอดเชื้อสำหรับการค้า นอกจากนี้ เวลาในการให้ความร้อนที่สั้นลงยังช่วยลดการใช้พลังงานลง 18–22% ทำให้ UHT มีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับการผลิตที่ต้องการเก็บบนชั้นวางได้นาน

ผลกระทบต่อคุณค่าทางโภชนาการ รสชาติ และคุณภาพของผลิตภัณฑ์

แม้ว่า UHT จะทำให้วิตามินบี12 สูญเสียไป 10–15% จากความร้อนสูงมาก แต่กระบวนการทั้งสองแบบยังคงสารอาหารหลักไว้ได้ดี เช่น แคลเซียมและโปรตีนหลัก HTST ช่วยรักษารสชาติที่สดใหม่ซึ่งเป็นที่ต้องการในตลาดระดับพรีเมียม ในขณะที่นมที่ผ่านกระบวนการ UHT มักต้องมีการปรับปรุงรสชาติเพื่อลดโน้ตที่ให้ความรู้สึกรสสุกและให้ได้คุณภาพทางประสาทสัมผัสที่เทียบเท่า

การออกแบบอุปกรณ์: UHT เทียบกับ HTST ในเครื่องผลิตนมเพื่อการดื่ม

ระบบ HTST โดยทั่วไปใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเพื่อการถ่ายโอนความร้อนอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ UHT จำเป็นต้องใช้เครื่องให้ความร้อนแบบท่อหรือแบบพื้นผิวขูดซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิสุดขั้วได้ สายการผลิต UHT มีหน่วยบรรจุแบบปลอดเชื้อ ทำให้ต้นทุนการลงทุนเพิ่มขึ้น 40–60% เมื่อเทียบกับระบบ HTST แม้ว่า UHT จะต้องมีการฆ่าเชื้อที่เข้มงวดมากขึ้น แต่ระบบอัตโนมัติช่วยลดความจำเป็นในการใช้แรงงานได้

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับความเสถียรของผลิตภัณฑ์บนชั้นวาง การจัดเก็บ และการขนส่ง

ข้อดีในการจัดเก็บผลิตภัณฑ์ที่ผ่านกระบวนการ UHT ที่อุณหภูมิห้อง

กระบวนการให้ความร้อนสูงพิเศษ (Ultra High Temperature: UHT) ช่วยยืดอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์ให้อยู่ได้นานน่าประทับใจ ประมาณ 6 ถึง 12 เดือน เมื่อเก็บไว้ในอุณหภูมิห้องปกติ โดยกระบวนการนี้จะทำให้เครื่องดื่มถูกให้ร้อนถึงอุณหภูมิระหว่าง 135 ถึง 150 องศาเซลเซียส เป็นเวลาเพียง 2 ถึง 5 วินาที ซึ่งเพียงพอที่จะกำจัดแบคทีเรียก่อสปอร์และเชื้อโรคที่เป็นอันตรายเกือบทั้งหมด นั่นหมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้การเย็นจัดตลอดเวลาในการขนส่งและการเก็บรักษา สำหรับพื้นที่ที่การเข้าถึงสิ่งอำนวยความสะดวกในการทำความเย็นที่เหมาะสมเป็นเรื่องยาก การใช้กระบวนการนี้มีความแตกต่างอย่างมาก บริษัทที่ผลิตผลิตภัณฑ์จากนมที่ผ่านการแปรรูปด้วย UHT จึงไม่จำเป็นต้องกังวลกับการควบคุมอุณหภูมิให้เย็นจัดอีกต่อไป พวกเขาสามารถบรรจุสินค้าในกล่องกระดาษที่มีน้ำหนักเบาและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ แทนที่จะต้องพึ่งพาภาชนะบรรจุที่ต้องควบคุมอุณหภูมิเย็นจัดซึ่งใช้พลังงานจำนวนมาก การทำเช่นนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แต่ยังช่วยให้การขนส่งและการจัดการดำเนินไปอย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นโดยรวม

ความต้องการการเย็นจัดและรสนิยมของผู้บริโภคสำหรับนม HTST

นมที่ผ่านกระบวนการพาสเจอไรซ์แบบ HTST จำเป็นต้องเก็บรักษาไว้ตลอดเวลาที่อุณหภูมิ 2–4°C ซึ่งทำให้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานสูงขึ้น 23% เมื่อเทียบกับการเก็บในอุณหภูมิห้อง แม้จะเป็นเช่นนั้น ผู้บริโภคในเขตภูมิอากาศอบอุ่นกว่า 68% ยังคงชอบนม HTST สำหรับรสชาติที่สดกว่า อย่างไรก็ตาม การยอมรับทางเลือกแบบ UHT มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในตลาดที่ความสะดวกและอายุการเก็บที่ยาวนานมีความสำคัญมากกว่าความแตกต่างของรสชาติที่ละเอียดอ่อน

การลดต้นทุนโลจิสติกส์ด้วย UHT ในพื้นที่เขตร้อนหรือพื้นที่ห่างไกล

ในเขตร้อนและพื้นที่ห่างไกล UHT ช่วยลดต้นทุนการจัดส่งลง 0.18–0.32 ดอลลาร์สหรัฐต่อลิตร โดยไม่ต้องใช้ระบบขนส่งที่ควบคุมอุณหภูมิ และลดของเสียจาก 12% ลงต่ำกว่า 1% ผู้ผลิตที่มุ่งเน้นการส่งออกหรือเจาะตลาดที่ไม่มีโครงสร้างพื้นฐานระบบไฟฟ้าชัดเจน ต่างหันมาใช้เครื่องผลิตเครื่องดื่มนมที่รองรับเทคโนโลยี UHT เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยทางอาหาร ขณะเดียวกันก็ลดการพึ่งพาห่วงโซ่ความเย็นให้น้อยที่สุด

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมผลิตนมและเครื่องดื่มจากพืช

การแปรรูปนมสด ครีม และฐานโยเกิร์ตด้วยเทคโนโลยี UHT และ HTST

เครื่องจักรสำหรับแปรรูปนมเครื่องดื่มใช้เทคโนโลยี UHT (อุณหภูมิ 135–150°C เป็นเวลา 2–5 วินาที) เพื่อผลิตนมและครีมที่เป็นของเหลวและเก็บได้นาน โดยสามารถลดจุลินทรีย์ได้ถึง 9-log และยังคงไว้ซึ่งวิตามินบีที่ไวต่อความร้อนได้มากถึง 95% ในขณะที่ HTST (72°C เป็นเวลา 15 วินาที) ยังคงเป็นมาตรฐานสำหรับการผลิตโยเกิร์ตสด ซึ่งกิจกรรมของเอนไซม์ที่คงไว้ช่วยส่งเสริมการหมักและการพัฒนาเนื้อสัมผัสที่เหมาะสม

การขยายการใช้ UHT ในเครื่องดื่มจากพืชและเครื่องดื่มทางเลือก

ภาคส่วนเครื่องดื่มจากพืชหันมาใช้เทคโนโลยี UHT เพื่อผลิตเครื่องดื่มจากอัลมอนด์ ข้าวโอ๊ต และถั่วเหลืองที่เก็บได้นานมากขึ้น โดยในปี 2024 การเติบโตของตลาดในส่วนนี้เพิ่มขึ้น 18% เมื่อเทียบกับปีก่อน UHT ช่วยป้องกันการแยกชั้นและยืดอายุการเก็บของผลิตภัณฑ์ที่ไม่ต้องแช่เย็นให้อยู่ได้ 9–12 เดือน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วยังช่วยปกป้องโปรตีนจากพืชที่มีความละเอียดอ่อน ซึ่งมีความสำคัญต่อการเลียนแบบเนื้อสัมผัสแบบผลิตภัณฑ์จากนมในโยเกิร์ตและครีมเทียมทางเลือก

การเลือกเครื่องจักรให้เหมาะสมกับความต้องการในการแปรรูป

ธุรกิจผลิตภัณฑ์นมขนาดเล็กมักพบว่าระบบ HTST แบบโมดูลาร์มีราคาถูกกว่าระบบ UHT ประมาณ 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์นมสดที่มีอายุการเก็บไม่นาน ในทางกลับกัน โรงงานผลิตนมขนาดใหญ่ส่วนใหญ่เลือกใช้ระบบ UHT แบบไหลต่อเนื่อง โดยเฉพาะเมื่อผลิตผลิตภัณฑ์จากพืชหรือต้องการส่งออกต่างประเทศ ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีการแปรรูปนมคือระบบไฮบริดที่สามารถเปลี่ยนระหว่างโหมด UHT และ HTST ได้ ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้ผู้ผลิตนมไม่ต้องปรับปรุงสายการผลิตใหม่ทั้งหมดเพียงเพราะความต้องการเปลี่ยนไปตามฤดูกาล ซึ่งช่วยประหยัดทั้งเวลาและค่าใช้จ่ายในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อย

การแปรรูปนมแบบ UHT คืออะไร

การแปรรูปนมแบบ UHT (Ultra-High Temperature) คือการให้ความร้อนกับนมที่อุณหภูมิประมาณ 135-150°C เป็นเวลาไม่กี่วินาที ทำให้นมสามารถเก็บไว้ได้นานถึง 12 เดือนโดยไม่ต้องแช่เย็น

ความแตกต่างระหว่างการแปรรูปแบบ UHT และ HTST คืออะไร

UHT เป็นกระบวนการที่ใช้ความร้อนสูงในระยะเวลาสั้นเพื่อให้ได้อัตราการกำจัดจุลินทรีย์สูงและยืดอายุการเก็บรักษาได้นาน ในขณะที่ HTST ใช้ความร้อนที่ต่ำกว่าและเหมาะสำหรับรักษาความสดของรสชาติ

นม UHT และ HTST มีความแตกต่างกันทางด้านโภชนาการหรือไม่?

ทั้งสองกระบวนการสามารถรักษษาสารอาหารหลัก เช่น แคลเซียมและโปรตีนไว้ได้ แต่กระบวนการ UHT อาจทำให้วิตามินบี12 ลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ HTST

ทำไมการแปรรูปแบบ UHT จึงเป็นประโยชน์ต่อพื้นที่ห่างไกล?

UHT เหมาะสำหรับพื้นที่ห่างไกล เนื่องจากมีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานโดยไม่ต้องใช้ตู้เย็น ช่วยลดต้นทุนการจัดส่งและป้องกันการเสียหายของผลิตภัณฑ์

การแปรรูปแบบ UHT สามารถใช้กับเครื่องดื่มจากพืชได้หรือไม่?

ได้ UHT ถูกใช้กับเครื่องดื่มจากพืช เช่น นมอัลมอนด์และนมถั่วเหลือง ซึ่งช่วยยืดอายุการเก็บรักษาโดยไม่ต้องใช้ตู้เย็น