พาสเจอร์ไรส์ด้วยฮีทปั๊ม

พาสเจอร์ไรส์(pasteurization)เป็นเทคนิคการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนอุณหภูมิต่ำ ตั้งชื่อเป็นเกียรติแก่ หลุยส์ ปาสเตอร์(Louis Pasteur) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ค.ศ.1864-1865 ที่ค้นพบเทคนิคการฆ่าเชื้อจุลชีพในเหล้าไวน์ โดยใช้อุณหภูมิ50–60 ซ.เนื่องจากอุณหภูมิสูงจะทำให้รสและกลิ่นของไวน์เปลี่ยนแปลง ต่อมาได้นำมาใช้เพื่อการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์อื่นๆ

การพาสเจอร์ไรส์สามารถทำลายเอนไซม์ต่างๆ รวมทั้งจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค โดยอุณหภูมิที่ใช้จะไม่ทำให้น้ำเดือด (<100oซ) ทำให้สารอาหารยังอยู่ครบถ้วนหรือเกือบครบถ้วน การพาสเจอร์ไรส์เป็นการถนอมอาหารแบบชั่วคราว สามารถป้องกันมิให้จุลชีพเจริญได้ในระยะเวลาหนึ่ง จึงมีประโยชน์ในการเก็บผลิตภัณฑ์ สำหรับการขนส่งและกระจายผลิตภัณฑ์อาหารที่ต้องรับประทานเป็นประจำ โดยไม่เก็บไว้นาน ๆ เช่น นม น้ำผลไม้ ไอศกรีมก่อนนำไปปั่นแข็ง เป็นต้น

แผนภูมิที่ 1.แสดงความสัมพันธ์ของอุณหภูมิและระยะเวลาที่ใช้ในการพาสเจอร์ไรส์ตามมาตรฐานอังกฤษซึ่งจะสามารถทำลายจุลชีพแบบตุ่ม(Tubercular bacillus) และทำลายสารย่อยที่ทำลายฟอสเฟต (Phosphatase) ได้เฉพาะในช่วงอุณหภูมิต่ำที่ใช้ระยะเวลานาน

แผนภูมิที่ 1. ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิและระยะเวลาที่ใช้ในการพาสเจอร์ไรส์

ผู้ผลิตอาจเลือกใช้อุณหภูมิและเวลาที่สัมผัสความร้อนได้ตามแผนภูมิที่ 1.การพาสเจอร์ไรส์ที่นิยมใช้มี 2 วิธีได้แก่

1. ใช้อุณหภูมิต่ำ - เวลานาน (LTLT : Low Temperature - Long Time) วิธีนี้ใช้ความร้อนเพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีอุณหภูมิ 62.8 - 65.6oซ เป็นระยะเวลา 30 นาที เมื่อผ่านความร้อนตามเวลาที่กำหนดแล้ว ต้องลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็ว

2. ใช้อุณหภูมิสูง - เวลาสั้น (HTST : High Temperature - Short Time) วิธีนี้ใช้อุณหภูมิสูงกว่าวิธีแรก แต่ใช้เวลาน้อยกว่าคืออุณหภูมิ 71.1oซ คงไว้เป็นระยะเวลา 15 วินาที เมื่อผ่านความร้อนตามเวลาที่กำหนดแล้ว ต้องลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วเช่นเดียวกัน

อุปกรณ์พาสเจอร์ไรส์

สามารถแบ่งการพาสเจอร์ไรส์ออกเป็น 2 แบบ คือการผลิตเป็นครั้ง(batch pasteurization) และการผลิตต่อเนื่อง (in-line pasteurization) การผลิตเป็นครั้งมักจะใช้กับวิธีLTLTสำหรับผู้ผลิตรายย่อยขึ้นไป ขนาดอุปกรณ์จึงขึ้นกับปริมาณวัตถุดิบที่ต้องการ รูปที่ 1.เครื่องพาสเจอร์ไรส์แบบ 3 ถังประกอบด้วย ถังพัก ถังต้มให้ความร้อนด้วยก๊าซ และถังเย็นใช้น้ำแข็งทำความเย็น และรูปที่ 2. เครื่องพาสเจอร์ไรส์ซึ่งมีถังพักและถังต้มซ้อนกัน ให้ความร้อนด้วยก๊าซเช่นเดียวกัน

รูปที่ 1.เครื่องพาสเจอร์ไรส์ผลิตในประเทศ ขนาด 36 ลิตร 3 ถัง (จาก http://marchcool.com/pasteurize/pasteurize.html)

รูปที่ 2.เครื่องพาสเจอร์ไรส์ซึ่งมีถังพักและถังต้มซ้อนกัน

(บริษัท ซากาย่าออโต้เมท http://www.pantipmarket.com/mall/sakaya/?node=products&id=23927)

การผลิตแบบต่อเนื่องใช้สำหรับการผลิคแบบโรงงาน ใช้วิธี HTST ใช้อุณหภูมิสูงแต่ระยะเวลาน้อย เครื่องสูบน้ำจะส่งวัตถุดิบผ่านท่อมารับความร้อนที่อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นหรือแบบท่อซ้อนท่อซึ่งใช้น้ำร้อนเป็นแหล่งความร้อน ทำให้วัตถุดิบมีอุณหภูมิ 72 ซ รักษาอุณหภูมิไว้ 15 วินาที แล้วจึงทำให้เย็นลงมาที่อุณหภูมิ 4 ซ. โดยแลกเปลี่ยนความร้อนให้วัตถุดิบก่อนเข้าเครื่องบรรจุ รูปที่ 3.ใช้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น (Plate type heat exchanger) ซึ่งสามารถถอดทำความสะอาดได้ และรูปที่ 4.ใช้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อซ้อนท่อ (Tube in tube coaxial heat exchanger) ซึ่งต้องล้างด้วยการไล่ด้วยน้ำสะอาดเท่านั้น

รูปที่ 3.Plate Type Pasteurizer (http://www.bajajmachines.com/pasteurization-equipment.html)

รูปที่ 4. Multi-tube coaxial Pasteurizer (http://www.bajajmachines.com/pasteurization-equipment.html)

ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านความร้อนแล้วจะบรรจุลง กล่องหรือขวดโดยวิธีปราศจากเชื้อแล้วนำไปแช่เย็นที่อุณหภูมิ 7.2 ซ หรือทำความเย็นเพื่อลดอุณหภูมิต่อเนื่อง

การพาสเจอร์ไรส์ผลิตภัณฑ์นม

น้ำนมดิบเป็นสารที่มีความซับซ้อน กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการผลิตนมได้แก่ การฮอโมจิไนซ์(homogenization) การพาสเจอไรซ์ (pasteurization) หรือกระบวนการยูเอชที(UHT, Ultra High Temperature)

โฮโมจีไนซ์คือกระบวนการที่ทำให้น้ำนมเข้มข้น มีสีขาวเนียนเป็นเนื้อเดียวกันและรสชาติดี โดยลดขนาดของไขมันในน้ำนมให้เล็กด้วยการอัดน้ำนมด้วยความดันสูงผ่านรูขนาดเล็ก อณูไขมันจะกระจายอยู่ในน้ำนมอย่างสม่ำเสมอ น้ำนมที่ไม่ได้ผ่านการโฮโมจีไนซ์จะแยกชั้นเป็นครีมที่ด้านบนของภาชนะ ก่อนมีการโฮโมจีไนซ์ขะใช้วิธีเขย่าหรือคนให้นมเป็นเนื้อเดียวกันแต่ก็ยังแยกชั้นได้ในภายหลัง

การพาสเจอร์ไรส์นมใช้อุณหภูมิ 72 – 75 ซ. เป็นเวลา15-20 วินาทีแล้วจึงทำให้เย็นที่อุณหภูมิไม่เกิน 8 ซ. ถ้าทำความเย็นตลอดการเก็บและกระจายสินค้า ระยะเวลาหลังบรรจุจนถึงผู้บริโภคจะทำให้มีอายุ 5-15 วัน จึงควรบริโภคไม่เกิน 10 วัน นับจากวันที่บรรจุในภาชนะบรรจุพร้อมจำหน่าย

นมยูเอชที(UHT, Ultra High Temperature) คือนมที่ผ่านกระบวนการที่ใช้อุณหภูมิ 135-140 ซ. เป็นเวลา 3 วินาทีเป็นกระบวนการทำงานต่อเนื่องในระบบปิดเพื่อไม่ให้ปนเปื้อนเชื้อในอากาศ หลังจากนั้นให้น้ำนมผ่านความเย็นแล้วจึงบรรจุกล่องปราศจากเชื้อ(Tetra Pak) นมยูเอชทีสามารถเก็บได้นานถึง 6 เดือนโดยไม่ต้องอาศัยความเย็นหรือใส่สารกันบูด โดยยังรักษารสชาติและคุณค่าทางอาหาร ผลิตภัณฑ์ที่นิยมใช้กระบวนการยูเอชทีได้แก่น้ำนม น้ำผลไม้ ครีม นมถั่วเหลือง ไวน์ ซูปเข้มข้น และซูปเหลว (broth) ซึ่งทำให้เก็บผลิตภัณฑ์นมให้มีอายุการเก็บนานกว่า

รูปที่ 5.เปรียบเทียบการพาสเจอร์ไรส์และยูเอชที

กระบวนพาสเจอร์ไรส์ไม่ใช่กระบวนการที่ดีที่สุด แต่ก็เป็นกระบวนการทรงคุณค่าและจำเป็นสำหรับโรงงาน/ฟาร์มเพื่อการขายหรือการส่งต่ออีกทีหนึ่ง เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ไม่ซับซ้อนและหาอุปกรณ์ได้ง่าย นมพาสเจอร์ไรส์สำหรับการขายอาจบรรจุในภาชนะพลาสติกที่มีลักษณะเป็นถุงหรือขวดหรืออาจบรรจุในกล่องกระดาษลามิเนต เพื่อป้องกันการบริโภคน้ำนมที่เสื่อมสภาพต้องระบุวันหมดอายุเพื่อการตรวจสอบ

การพาสเจอร์ไรส์ไม่เปลี่ยนคุณค่าทางอาหารและรสชาติของนม และช่วยป้องกันผู้บริโภคจากโรคที่เกิดจากเชื้อในนมได้แก่ เชื้อซาโมเนลล่า(salmonella) ทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรคในคน(pathogen) ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ที่ทำให้น้ำนมเสียคุณภาพ เช่น เอนไซม์ไลเปส(lipase)ซึ่งไฮโดรไลซ์ไตรกลีเซอไรด์ในไขมันนมเป็นกรดไขมันอิสระเช่นกรดบิวทิริกซึ่งจะทำให้เกิดกลิ่นหืน แต่ความร้อนที่ใช้ไม่สามารถทำลายจุลินทรีย์ที่เป็นสาเหตุการเสื่อมสภาพของน้ำนมทุกชนิด ดังนั้นหลังการพาสเจอร์ไรส์ต้องเก็บรักษาน้ำนมไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 8oซ เพื่อควบคุมจุลินทรีย์ที่ยังเหลืออยู่ไม่เพิ่มจำนวนเช่น แบคทีเรียที่ทนความร้อน(thermophilic bacteria) สปอร์ของแบคทีเรีย(bacterial spore)

ประกาศกระทรวงสาธารณสุข(ฉบับที่ 282) พ.ศ.2547 ระบุว่า กรรมวิธีพาสเจอร์ไรส์เป็นการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนเพื่อลดปริมาณจุลินทรีย์ให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยต่อผู้บริโภคและยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ฟอสฟาเทส (phospatase) โดยใช้อุณหภูมิและเวลาอย่างใดอย่างหนึ่ง ดังต่อไปนี้

1. ใช้ความร้อนต่ำ - เวลานาน (LTLT) อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 63 ซ. และรักษาอุณหภูมินี้ไม่น้อยกว่า 30 นาที แล้วทำให้เย็นลงทันทีที่อุณหภูมิ 5 ซ.หรือต่ำกว่า (ต่ำกว่ามาครฐานอื่น) หรือ

2. วิธีใช้ความร้อนสูง - เวลาสั้น (HTST) ด้วยระบบการฆ่าเชื้อแบบต่อเนื่อง (in-line pasteurization) ใช้อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 72 ซ. และรักษาอุณหภูมินี้ไม่น้อยกว่า15 วินาที แล้วทำให้เย็นลงทันทีที่อุณหภูมิ 5 ซ. หรือต่ำกว่า หรือ

3. อุณหภูมิและเวลาที่ให้ผลในการฆ่าเชื้อได้เทียบเท่ากับ 1. และ 2. แล้วทำให้เย็นลงทันทีที่อุณหภูมิ 5 ซ. หรือต่ำกว่า

คุณภาพหรือมาตรฐานของน้ำนมพาสเจอไรซ์

1. มีกลิ่น รส ตามลักษณะเฉพาะของผลิตภัณฑ์ของน้ำนมนั้น

2. มีเนื้อของแข็งทั้งหมดไม่น้อยกว่าร้อยละ 8 ของน้ำหนัก สำหรับผลิตภัณฑ์นมชนิดเหลว

3. ไม่มีจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค

4. ไม่มีสารที่อาจเป็นพิษ เช่น สารพิษจากจุลินทรีย์ และสารปนเปื้อนในปริมาณที่อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพ ได้แก่ สารตกค้างจากยาฆ่าแมลง สารปฏิชีวนะ และอะฟลาทอกซิน (aflatoxin) เป็นต้น

5. ตรวจพบแบคทีเรียในผลิตภัณฑ์ของน้ำนมชนิดเหลวที่ผ่านกรรมวิธีการพาสเจอร์ไรส์ 1 มิลลิลิตร ได้ไม่เกิน 10,000 ณ แหล่งผลิต และไม่เกิน 50,000 ตลอดระยะเวลาเมื่อออกจากแหล่งผลิตจนถึงวันหมดอายุการบริโภคที่ระบุบนฉลาก

6. ตรวจพบแบคทีเรียชนิดโคลิฟอร์ม (coliform) ได้ไม่เกิน 100 ในผลิตภัณฑ์นมชนิดเหลวที่ผ่านกรรมวิธีการพาสเจอร์ไรส์ 1 มิลลิลิตร ณ แหล่งผลิต

ผู้บริโภคควรทราบข้อปฏิบัติสำหรับอาหารที่ผ่านการพาสเจอร์ไรส์ โดยเฉพาะนมดังต่อไปนี้

1. นมพาสเจอร์ไรส์ต้องเก็บไว้ในตู้เย็นเสมอ เพราะความร้อนที่ใช้พาสเจอร์ไรส์เพียงแต่ฆ่าเชื้อที่เป็นสาหตุของโรคเท่านั้น แต่จุลชีพที่ไม่เป็นสาเหตุของโรคยังคงมีอยู่ในน้ำนมและจะเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วหากไม่เก็บนมไว้ในตู้เย็นนมอาจจะเสียภายใน 1 - 7 วันเท่านั้น จึงต้องเก็บไว้ในตู้เย็นที่มี อุณหภูมิประมาณ 5 องศาเซลเซียส

2. ก่อนดื่มนมพาสเจอร์ไรส์ทุกครั้งควรเทใส่แก้วเพื่อสังเกตลักษณะของนมก่อนดื่ม เพราะนมพาสเจอร์ไรส์จะมีกำหนดอายุ โดยเก็บในสภาพเย็นตลอดแต่ถ้านมสดถูกทิ้งไว้ในอุณหภูมิธรรมดานอกตู้เย็นนาน ๆ โดยเฉพาะหน้าร้อน นมสดอาจจะเสียได้ภายใน 3 วันเท่านั้น นมต้องไม่มีตะกอนเป็นเม็ดขาว และเมื่อชิมต้องไม่มีรสเปรี้ยว

การพาสเจอร์ไรส์ผลิตภัณฑ์อื่นๆ

ภูมิต้านทานของคนส่วนใหญ่สามารถต่อต้านโรคที่เกิดจากอาหารได้ แต่คนบางกลุ่มได้แก่เด็กและผู้ใหญ่ที่มีปัญหาด้านสุขภาพหรือด้านภูมิต้านทานจะเสียงต่อการเจ็บป่วยและอาจเสียชีวิตเมื่อบริโภคอาหารที่มีแบคทีเรียอันตราย การพาสเจอร์ไรซ์ผลิตภัณฑ์เป็นการฆ่าแบคทีเรียเพื่อความปลอดภัยของผู้บริโภคและยืดระยะเวลาการเก็บรักษา แต่ความร้อนก็ทำลายโปรตีนบางชนิด สารย่อย(เอ็นไซม์) ภูมิคุ้มกัน ฮอร์โมน วิตามิน เกลือแร่ ที่ไวต่อความร้อน ซึ่งไม่ทราบว่าคุณภาพทางอาหาร ผลิตภัณฑ์ลดลงเพียงใด บางผลิจภัณฑ์จึงเติมสารอาหารเช่นวิตามินเพิ่มคุณค่าทางอาหาร รูปที่ 6.แยกประเภทของเครื่องดื่ม และตารางที่ 1.อธิบายประเภทของเครื่องดื่มซึ่งผู้ผลิตควรใช้กระบวนการพาสเจอร์ไรส์

รูปที่ 6. ประเภทของเครื่องดื่ม

ตารางที่ 1.อธิบายประเภทของเครื่องดื่ม

ผลิตภัณฑ์อาหารอื่นๆก็สามารถใช้กระบวนการพาสเจอร์ไรส์ได้ เช่น ซูป ซูปเหลว และผลิตภัณฑ์อื่นๆที่คาดไม่ถีง จากการตรวจสอบย้อนกลับพบว่าผลอัลมอนด์ก็อาจมีเชื้อซาโมเนลล่าซึ่งทำให้เกิดไข้ไทฟอยด์และอาหารเป็นพิษ ทำให้มีการฟ้องร้องในศาลสหรัฐฯ ให้ผู้ปลูกต้องพาสเจอร์ไรส์อัลมอนด์ นอกจากเพื่อการฆ่าเชื้อแล้วยังมีเป้าหมายที่จะกีดกันอัลมอนด์ดิบจากสหภาพยุโรปด้วย โรงงานลูกชิ้นปลาในประเทสก็ใช้วิธีการฆ่าเชื้อในลักษณะเดียวกันคือต้มลูกชิ้นที่อุณหภูมิประมาณ 70oซ เพื่อฆ่าเชื้อโดยไม่ให้ลูกชิ้นสุก แล้วจึงเก็บในห้องเย็นก่อนส่งต่อให้แก่ลูกค้า ร้านก๊วยเตี๊ยวต่อไป

การทำงานของฮีทปั๊ม

ฮีทปั๊มเป็นเครื่องให้ความร้อนพลังงานทดแทน ใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มศักย์ให้กับพลังงานความร้อนในธรรมชาติเพื่อให้สามารถนำความร้อนนี้มาใช้ประโยชน์ได้ ฮีทปั๊มมีหลักการทำงานและอุปกรณ์แบบเดียวเครื่องทำความเย็น ประกอบด้วยคอยล์เย็น คอยล์ร้อน เอ็กซ์แปนด์ชั่นวาล์ว และคอมเพรสเซอร์ ความร้อนจากแหล่งความร้อนจะถูกดึงเข้าคอยล์เย็นและเพิ่มศักยภาพ(อุณหภูมิ)ด้วยคอมเพรสเซอร์ และนำไปใช้ด้วยคอยล์ร้อน ทำให้ได้ความร้อนมากกว่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้และมีอุณหภูมิที่สูงขึ้น

ให้ฮีทปั๊มมี COP, Coefficient Of Performance = 3.0 ฮีทปั๊มให้ความร้อน 3เท่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ ต้นทุนความร้อนจึงมีราคาถูกกว่าเชื้อเพลิงธรรมชาติ ฮีทปั๊มจึงช่วยลดการเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการใช้พลังงานความร้อน ซึ่งเป็นการลดปัญหาโลกร้อน ไม่นับความเย็นที่ได้จากคอยล์เย็นซึ่งถ้าสามารถนำความเย็นไปใช้ได้ด้วยจะทำให้ลดได้ทั้งค่าพลังงานความร้อน ความเย็น และสภาพแวดล้อมแบบทวีคูณ การพาสเจอร์ไรซ์ใช้ทั้งตวามร้อนและความเย็นเพื่อให้ได้ความเย็นมากเท่ากับความร้อนจึงเพิ่มคอยล์ร้อนเสริมระบายความร้อนด้วยอากาศหรือน้ำเพื่อให้มีซับคูล(sub-cool)ตามรูปที่ 7.

รูปที่ 7.วงจรการทำงานของสารทำความเย็นและอุปกรณ์ของฮีทปั๊ม

ตัวอย่างการใช้ฮีทปั๊ม

ยกตัวอย่างการพาสเจอร์ไรส์น้ำนมแบบต่อเนื่องที่มีอัตราการไหล 5 กก./วินาทีตามรูปที่ 8.อุณหภูมิน้ำนมเริ่มต้น 28ซ. อุณหภูมิพาสเจอร์ไรส์ 75oซ อุณหภูมิน้ำระบายความร้อน 28oซ อุณหภูมิอากาศ 32oซ เครื่องสูบน้ำจะส่งน้ำนมผ่านอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนชุดแรกเพื่อรับความร้อนจากน้ำนมที่ออกจากถังอุณหภูมิ 75oซ ทำให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นเป็น 28+dTpoซ แล้วจึงรับความร้อนจากคอยล์ร้อนของฮีทปั๊มให้ได้อุณหภูมิ 75oซ ก่อนส่งเข้าถังเพื่อหน่วงเวลาให้ได้ไม่น้อยกว่า 20 วินาที และดันน้ำนมในถังที่หน่วงได้เวลาแล้วออกมาผ่านอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อคายความร้อนให้กับน้ำนมที่เข้าจนมีอุณหภูมิ75-dTp แล้วจึงลดอุณหภูมิลงให้มากที่สุดด้วยคอยล์เย็นของฮีทปั๊ม แล้วจึงส่งเข้าห้องเย็น

รูปที่ 8.วงจรการทำงานของกระบวนการพาสเจอร์ไรส์น้ำนมด้วยอุณหภูมิ 75oซ และการใช้ฮีทปั๊ม

ความจุความร้อนของน้ำนม 3.77 kJ/kg.K (Engineering Toolbox)

ให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในคอยล์ร้อน dTc = 2 ซ.

ต้องการความร้อนจากฮีตปั๊ม = 5 x 3.77 x 2 = 37.7 kW

อุณหภูมิน้ำนมเข้าคอยล์ร้อน = 75 – 2 = 73 ซ.

อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในpre-heat dTp = 73-28 = 45 ซ.

อุณหภูมิน้ำนมเข้าคอยล์เย็น = 75 – 45 = 30 ซ.

ต้องการอุณหภูมิน้ำนม = 5 ซ.

ต้องการความเย็นทั้งหมด = 5 x 3.77 x (30-5) = 471.25 kW

ใช้คอยล์ร้อนเสริมทำให้คอยล์เย็นทำความเย็นได้= ความร้อนจากคอยล์ร้อน = 37.7 kW

เครื่องทำความเย็นทำอุณหภูมินมเป็น 5 ซ. = 471.25 – 37.7 = 433.55 kW

ให้ความหนาแน่นของน้ำนม 75 ซ. = 1.0 kg./ltr.

ขนาดของถัง Holding tank = 20 x 5 x 1.0 = 100 ltr.

เมื่อเริ่มทำงานจะเติมนมเข้าระบบแล้วจึงหมุนเวียนนมผ่านคอยล์ร้อนจนกว่าจะมีอุณหภูมิ 75 ซ.แล้วจึงเริ่มการพาสเจอร์ไรซ์ การหมุนเวียนจะต้องมีปั๊มนมตามในรูปที่ 9.ซึ่งขณะที่หมุนเวียนนี้จะไม่มีความร้อนจากคอยล์เย็นทำให้สารทำความเย็นผ่านคอยล์เย็นเป็นของเหลวทำให้คอมเพรสเซอร์เสียหายได้ จึงต้องมี hot gas by-pass แบ่งก๊าซร้อนมาผสมทำไห้ได้ความร้อนลดลงเหลือประมาณ 40%

ความร้อนทั้งหมดที่ใช้อุ่นนม = 100 x 3.77 x (75 – 28) = 17719 kW.sec.

ใช้เวลาอุ่นนม = 17719 / 37.7 /60 /0.4 = 19.8 นาที

ฮีตปั๊มจะต้องสามารถทำงานได้จนอุณหภูมิแตกต่างที่คอยล์ร้อนน้อยที่สุด 1.0 ซ.เพื่อความปลอดภัย

ขนาดปั๊มหมุนเวียน = 37.7 /3.77 / 1.0 = 10 ltr./sec

เลือกคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบที่ใช้สารทำความเย็น R-134a อุณหภูมิคอยล์ร้อน 78 ซ. อุณหภูมิคอยล์เย็น12.5 ซ. อุณหภูมิซับคูล 0 ซ. อุณหภูมิซุปเปอร์ฮีต 5 ซ.ได้ค่า Heating COP = 2.8 เนื่องจากใช้

ฮีตปั๊มใชัไฟฟ้า = 37.7 / 2.8 = 13.5 kW

คอยล์ร้อนเสริมทำให้คอยล์เย็นให้ความเย็นเพิ่มเท่ากับความร้อนเดิม COP cooling = 2.8 COP heating ใหม่= 3.8

ระบายความร้อนคอยล์ร้อนและคอยล์ร้อนเสริม = 13.5 x 3.8 = 51.2 kW

ขนาดคอยล์ร้อนเสริม = 51.2 – 37.7 = 13.5 kW

ตารางที่ 2.ผลการคำนวณตัวอย่างเมื่อเปลี่ยนอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในคอยล์ร้อน

จากตารางที่ 2.จะเห็นว่าเมื่อใช้อุณหภูมิแตกต่างของน้ำนมที่คอยล์ร้อนน้อยจะทำให้ขนาดของอ้ตปั๊มเล็ก ทำให้ลงทุนน้อย แม้จะต้องใช้เวลาเพื่ออุ่นน้ำนมบ้างแต่ก็ยอมรับได้ ในตัวอย่างนี้จึงเลือกอุณหภูมิแตกต่างของน้ำนมที่คอยล์ร้อน 2 ซ.

ให้มีการทำงาน 10 ชม./วัน ค่าไฟฟ้า 4.0 บาท/kWh

ค่าไฟฟ้าฮีทปั๊ม = 13.5 x 10 x 4 = 540 บาท/วัน

ทำให้เกิดก๊าซ CO2 = 13.5 x 10 x .52 = 70.2 kg./วัน

เมื่อใช้ก๊าซแอลพีจีเป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อนเท่ากันกับความร้อนจากฮีทปั๊ม

จากตารางที่ 2.เมื่อใช้ก๊าซแอลพีจี

ค่าก๊าซแอลพีจี = 37.7 x 10 x 2.31 = 880.87 บาท/วัน

ก๊าซ CO2 จากการใช้ก๊าซ = 37.7 x 10 x 0.24 = 90.48 kg./วัน

การประหยัดค่าเครื่องเย็นที่ใช้ลดอุณหภูมิผลิตภัณฑ์นม 5oซ ถ้าเป็นเครื่องที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ จะมีอุณหภูมิคอยล์ร้อน 45oซ และอุณหภูมิคอยล์เย็น 2 ซ. มี COP cooling 2.46

ลดภาระให้ห้องเย็นเพื่อดึงอุณหภูมิผลิตภัณฑ์นมได้ = 37.7 x 4 x10 / 2.46

= 613 บาท/วัน

ก๊าซ CO2 จากตู้แช่ = 37.7 x 10 x 0.52 / 2.46 = 79.69 kg./วัน

ฮีทปั๊มช่วยลดค่าทำงานทั้งสิ้น= 880.87 – 540 + 613 = 953.87 บาท/วัน

ทำงาน -300 วัน/ปี = 286616 บาท/ปี

ฮีทปั๊มช่วยลด CO2 ทั้งสิ้น = 90.48 - 70.2 + 79.69 = 99.97 kg./วัน

= 29991 kg./ปี

บทส่งท้าย

พาสเจอร์ไรส์เป็นกระบวนการที่ใช้ฆ่าเชื้อเพื่อความปลอดภัยของผู้บริโภคและยืดระยะเวลาการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์สำหรับการกระจายไปสู่ผู้ใช้ ใช้อุณหภูมิไม่สูงนักจึงไม่ทำลายคุณค่าทางอาหาร แต่ก็ไม่สามารถฆ่าเชื้อได้ทั้งหมด การเก็บผลิตภัณฑ์จึงต้องใช้อุณหภูมิต่ำเพื่อควบคุมจุลชีพที่เหลือมิให้ทำลายผลิตภัณฑ์เร็วเกินไป เมื่อใช้ทั้งความร้อนและความเย็นจึงเหมาะสำหรับใช้ฮีทปั๊มเป็นแหล่งความร้อนและความเย็น ลดพลังงานและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก

การพาสเจอร์ไรส์ด้วยฮีตปั๊มประกอบด้วย ฮีทปั๊ม อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน หอผึ่งน้ำ ปั๊มน้ำ และแม้จะมีราคาสูงขึ้นกว่าแต่มีอุปกรณ์ครบถ้วน เมื่อเปรียบเทียบกับหม้อน้ำร้อนที่ใช้ก๊าซแอลพีจี ฮีทปั๊มสามารถประหยัดพลังงานได้มากกว่า มีการบำรุงรักษาน้อยกว่า และช่วยลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งสำหรับโรงงานที่ส่งสินค้าไปต่างประเทศอาจมีข้อกำหนดด้านก๊าซเรือนกระจก ฮีทปั๊มจะช่วยลดการกีดกันทางการค้า

อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนช่วยลดการใช้พลังงานของกระบวนการพาสเจอร์ไรส์ ยิ่งสามารถแลกเปลี่ยนได้มากยิ่งทำให้ต้องการพลังงานน้อยลง จึงต้องบำรุงรักษาและตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนเป็นพิเศษ และเป็นอุปกรณ์ที่สามารถปรับปรุงเพื่อลดการใช้พลังงานของกระบวนการได้

จากตัวอย่างการคำนวณการใช้ความเย็นของฮีทปั๊มช่วยให้ประหยัดค่าไฟฟ้าและลดการเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเครื่องทำความเย็นได้มากกว่าด้านความร้อนจากฮีทปั๊ม เนื่องจากการปรับปรุงการทำงานของฮีทปั๊มให้ได้ความเย็นมากขึ้นด้วยการติดตั้งคอนเดนเซอร์เสริมซึ่งทำให้ฮีทปั๊มให้ความเย็นมากกว่าความร้อนที่ได้ ประกอบกับเครื่องทำความเย็นใช้พลังงานไฟฟ้าสูงมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า การลดภาระความเย็นจึงช่วยให้ประหยัดได้เพิ่มขึ้นมาก

การพาสเจอร์ไรส์เป็นกระบวนการสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมอาหาร สามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ได้หลายรูปแบบทั้งของเหลวได้แก่ ผลิตภัณฑ์นม น้ำผลไม้ และน้ำใช้ในโรงพยาบาล เป็นต้น และของแข็ง ได้แก่ ลูกชิ้นปลา ผลอัลมอนด์และได้พัฒนาใช้กับน้ำเสียในสหรัฐอเมริกา การใช้ฮีทปั๊มสำหรับกระบวนการพาสเจอร์ไรส์เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการลดต้นทุนการผลิตและลดปัญหาสภาพแวดล้อม

โรงงานมักจะมองข้ามการพัฒนาเทคโนโลยีของตนเอง โดยเฉพาะเมื่อเป็นอุปกรณ์ในกระบวนการผลิตหลักของโรงงานเพราะเกรงความผิดพลาด ขาดบุคคลากรที่มีความรู้ ขาดการวิจัย ฝังใจว่าการวิจัยพัฒนาเป็นการเสียเงินเปล่า บางโรงงานมีการวิจัยพัฒนาผิดทางตามกระแสการผลักดันจากภายนอกเช่นการให้ทุนจากหน่วยงานภายนอก ต้องลงทุนซื้อเครื่องจักรใหม่เพื่อทดแทนเครื่องจักรเก่าที่หมดอายุหรือทุกครั้งที่จะเพิ่มกำลังการผลิต บางโรงงานที่นิยมซื้อเครื่องจักรเก่าเพราะมีต้นทุนถูกกว่าของใหม่ แต่เครื่องจักรเก่าที่ไม่มีประสิทธิภาพหรือเปลี่ยนเทคโนโลยี จะแข่งขันได้อย่างไร

เมื่อเข้าใจวิธีการพาสเจอร์ไรส์ การทำงานของฮีทปั๊ม และการนำฮีทปั๊มมาใช้สำหรับการพาสเจอร์ไรส์ เพื่อให้สามารถประหยัดพลังงานและลดต้นทุนของการพาสเจอร์ไรส์ได้คุ้มค่าสำหรับการลงทุน เป็นแนวทางให้โรงงานผู้ผลิตสนใจพัฒนากระบวนการพาสเจอร์ไรส์ให้เป็นเทคโนโลยีของตนเอง มิใช่เทคโนโลยีของผู้ขายเครื่องจักรอุปกรณ์เท่านั้น