منحنى موت البكتيريا يتناسب مع نسبة الحموضة ودرجة الحرارة التي يتم تعريضها لها الكائن الحي. تتفتت بعض الإنزيمات المسببة للتلف في بعض الخضروات عند درجات حرارة عالية. لذلك، يتم تطبيق الحرارة حتى تصل إلى الطعام درجة حرارة توفق الإنتاج أو تعطيل البكتيريا المعينة لذلك الطعام أو تقتلها. يتم الاعتماد على درجة حرارة الوسط الفعلي للطعام. تجعل المنتجات تحافظ على قوتها الغذائية لمدة تتراوح من سنة حتى أسبوع. يمكن تخزين الأغذية المبسترة وعرضها للبيع تحت ظروف ثلاجة المنزل (5-7 درجة مئوية). يُطوَّل فترة صلاحية الأطعمة التي ستستهلك لمدة أطول من الطازجة من خلال تعريضها لعملية المبسترة. يتم تعريض الحليب للحرارة حتى 63 درجة مئوية، والمخللات حتى 82 درجة مئوية، وعصير الطماطم حتى 94 درجة مئوية لتعطيل البكتيريا. خلال نصف فترة التبسترة، يجب تبريد المادة بالماء إلى 40 درجة مئوية، وإلا فستحدث فقدانات في اللون والجودة.
لا يمكن تبسترة اللحوم وعصائر اللحوم؛ حتى إن تمت التبسترة، فإن الفائدة ستكون زمنية بشكل كبير. تأتي الحليب في مقدمة الأطعمة التي يتم تطبيق هذه الطريقة عليها بشكل شائع. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم هذا الأسلوب لبعض المشروبات مثل عصير الفواكه، والبيرة، والنبيذ، بالإضافة إلى بعض الأطعمة الصلبة. يجب تطبيق الضغط أيضًا عند درجات الحرارة التي تزيد عن 101 درجة مئوية، ويُطلق عليها التعقيم. يُطبق ذلك في الأطعمة الغنية بالبروتين مثل اللحوم والبقوليات والكربوهيدرات مثل الدقيق. ينفذ مبدئي التصميم الخاص بنا لحِلول البسترة من MIT هذه العمليات بأفضل شكل.
يتألف البسترة الصفوفية من سلسلة من الألواح. توجد حشوات مقاومة للحرارة بين الألواح. تمتنع هذه الحشوات عن خلط السوائل التي تمر عبر الألواح. تكون الألواح من الفولاذ المقاوم للصدأ بسمك يتراوح بين 95 و 125 ملم. توفر الأخاديد الموجودة على الألواح تخصيبًا دواميًا وتزيد من كفاءة نقل الحرارة وتمتد لمدة تواصل السائل مع الحرارة.
مبدأ عمل البسترة
١- البداية
يأتي الحليب أولاً إلى خزان التوازن، حيث الهدف من ذلك هو الاحتفاظ بتدفق الحليب على الخط. بمعنى آخر، يتم توجيه الحليب إلى خزان التوازن لإيقاف تغذية الحليب عبر الأنابيب.
٢- إعادة التسخين الأولى
يتم إدخال الحليب الذي تم تقديمه بمساعدة المضخات إلى قسم إعادة التسخين الأولى في المبستر. يتصادق الحليب الذي يصل إلى قسم إعادة التسخين الأولى مع الحليب الذي وُضع تحت تأثير الحرارة العالية سابقًا. نظرًا لوجود ألواح بين الحليب المُبستر والحليب البارد، لا يحدث تلامس مباشر بين الحليب المُبستر والحليب البارد، ويصل حرارة الحليب البارد الملامس للحليب المُبستر إلى 55 درجة مئوية. بمجرد تحقيق هذه الحرارة، يتم إخراج الحليب من قسم إعادة التسخين الأولى ليتم إرساله إلى جهاز التفصيل.
٣- جهاز التفصيل
يتم إرسال الحليب إلى جهاز التفصيل بعد هذه المرحلة لتحقيق درجة حرارة مثالية لفصل الكريمة. يتم فصل الكريمة عن الحليب الذي تم إرساله من إعادة التسخين الأولى. (ويتم توحيد النسبة المطلوبة من الدهون.)
٤- إعادة التسخين الثانية
يتم إرسال الحليب الذي تم تحديد نسبة الدهون فيه إلى قسم إعادة التسخين الثانية. يلتقي الحليب الذي يدخل إلى هذا القسم بالحليب القادم من أنبوب التفصيل. (سيتم شرح ما هو أنبوب التفصيل لاحقًا.) يصل حرارة الحليب في هذه المرحلة إلى 60-70 درجة مئوية.
٥- جهاز التسخين
يتم إرسال الحليب إلى قسم التسخين ليتم تسخينه بالماء الساخن. بذلك يتم زيادة تدريجية للحرارة للضمان وصول حليب مسخن بشكل جيد إلى درجة البسترة.
٦- أنبوب التأخير
يتم إرسال الحليب الذي وصل إلى درجة البسترة إلى أنبوب التأخير الذي تم مناقشته في النقطة (٢). يُحقق هذا الأنبوب إعادة تأخير الحليب بهدف قتل الكائنات الدقيقة الضارة التي يحتويها الحليب. يتكون أنبوب التأخير من نظام أنبوب ملتوي مشقوق طويل. الهدف من هذا الإجراء هو ضمان بقاء الحليب عند درجة البسترة لفترة معينة. تبلغ هذه المدة حوالي ١٥ ثانية (يتم إرسال الحليب من الأنبوب التأخير mentioned in point ٤).
٧- إعادة التسخين الأولى والثانية
إذا لم يكن هناك مشكلة فيما يتعلق بدرجة الحرارة، يتم إرسال الحليب الخارج من جهاز الحفظ إلى قسمي إعادة التسخين الأولى والثانية. يتم تبريد الحليب المبستر وهو يتصادق مع الحليب البارد. وأثناء تبريد الحليب المبستر، يحدث تسخين للحليب البارد الوارد حديثًا لجهاز التبسترة. تتبع هذه الطريقة لاستعادة اقتصادية كبيرة للطاقة.
٨- المبرد
آخر مرحلة يتم فيها تمرير الحليب المبستر إلى قسم التبريد لتبريده باستخدام ماء مثلج.
إعادة تدوير الطاقة في البسترة
أهم مرحلة في عملية التبسترة هي استخدام الحليب المبستر لرفع درجة حرارة الحليب الوارد الجديد إلى ٦٥ درجة مئوية. بعد ذلك، يجب رفع حرارة الحليب المصل إلى ٩٠ درجة مئوية فقط عند وصول الحليب إلى ٦٥ درجة مئوية من الحرارة الأصلية. نتيجة لاستخدام الحليب المبستر بدلاً من الحليب الساخن بتلك الدرجة، يتم تحقيق توفير كبير في الطاقة.