Development of decentralized solar-assisted yogurt processing unit for the production of on-farm high-quality yogurt
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften, Fachgebiet Boden- und Pflanzenbauwissenschaften | ger |
| dc.contributor.referee | Hensel, Oliver (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Munir, Anjum (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2024-08-02T10:56:53Z | |
| dc.date.available | 2024-08-02T10:56:53Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-2024073110610 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/15953 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject.ddc | 600 | |
| dc.subject.ddc | 630 | |
| dc.subject.swd | Pakistan | ger |
| dc.subject.swd | Kleinbauer | ger |
| dc.subject.swd | Joghurtherstellung | ger |
| dc.subject.swd | Milchwirtschaft | ger |
| dc.subject.swd | Nachhaltigkeit | ger |
| dc.subject.swd | Solartechnik | ger |
| dc.title | Development of decentralized solar-assisted yogurt processing unit for the production of on-farm high-quality yogurt | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| dcterms.abstract | In Pakistan, the dairy sector represents a significant part of agricultural production and is an important source of income, especially for small farmers. Yogurt production at the farm level is important for adding value to the milk. In this study, a solar-assisted yogurt processing unit capable of performing three processes of heating, fermentation, and cooling in a single unit was developed. It consisted of a circular chamber surrounded by a coil for heating by a solar vacuum tube collector and a pillow plate for cooling by a solar PV-powered chiller unit. Experiments were performed using 50, 40, and 30 L of raw milk under a constant water circulation rate of 50 L per minute for heating followed by a cooling process under 36, 18, and 6 rpm of stirrer speeds. The total energy consumed was calculated to be 6.732, 5.559, and 4.207 kWh for 50, 40, and 30 L batch capacity respectively. Energy and exergy-based thermal analysis showed that 40% of the total energy was consumed during the heating process of raw milk in all cases. The specific product energy was calculated to be lower (485 kJ/kg) for the higher volume of milk (50 L). The exergy recovered during the refrigeration process was found in the range of 0.48-4.54 kJ/kg, 1.35-3.96 kJ/kg, 0.84-6.18 kJ/kg for 50, 40, and 30 L of batches respectively. Out of the total available power (2218W) at the evacuated tube collector, 69.70% of energy was available for milk heating. The comparative quality analysis of yogurt processed in a solar-assisted yogurt processing unit with the existing milk value chain and its techno-economic feasibility was evaluated. The quality attributes for processed yogurt like fat (5.5%), solid-not-fat (8.683%), acidity (0.93%), lactose (4.73%), total solids (14.183%), pH (4.3433), density (1.039 kg/L) syneresis (9.87 mL/100g), S. thermophilus count range (10.18-10.30 log cfu/mL) and L. bulgaricus count range (10.26-10.34 log cfu/mL) were found within the standardized ranges. Moreover, no detection of coliform count in solar-processed yogurt endorsed the current idea of performing three processes of heating, fermentation, and cooling in a single unit. Based on the energy sources utilized, the payback period was calculated to be 1.3 to 9 years with an expected lifespan of 15 years while in terms of product profit, the payback period was predicted to be 1.78 years. The processing cost per liter of milk for yogurt production was calculated to be 0.0189 USD. Considering CO₂ emission savings, it is anticipated that a solar-powered yogurt processing unit can generate 107.73 MWh of useful energy during its operating life with zero CO₂ emission. The study offers a sustainable energy solution for the decentralized processing of raw milk, particularly in remote areas of developing countries where access to electricity is limited. | eng |
| dcterms.abstract | In Pakistan stellt der Milchsektor einen bedeutenden Teil der landwirtschaftlichen Produktion dar und ist insbesondere für Kleinbauern eine wichtige Einnahmequelle. Die Joghurtproduktion auf betrieblicher Ebene ist wichtig, um der Milch einen Mehrwert zu verleihen. In dieser Studie wurde eine solarunterstützte Joghurtverarbeitungseinheit entwickelt, die in der Lage ist, drei Prozesse Erhitzen, Fermentieren und Kühlen in einer einzigen Einheit durchzuführen. Sie besteht aus einer kreisförmigen Kammer, die von einer Spule zum Erhitzen durch einen solarbetriebenen Vakuumröhrenkollektor und einer Kühlmittelplatte zur Kühlung durch eine solarbetriebene Kühleinheit mit Photovoltaik umgeben ist. Experimente wurden mit 50, 40 bzw. 30 Litern Rohmilch unter einer konstanten Wasserkreislaufrate von 50 Litern pro Minute für das Erhitzen durchgeführt, gefolgt von einem Kühlprozess mit einer Drehzahl des Rührers von 36, 18 und 6 Umdrehungen pro Minute. Der Gesamtenergieverbrauch betrug entsprechend der verschiedenen Batchkapazitäten 6,732, 5,559 bzw. 4,207 kWh. Energie- und Exergie-basierte thermische Analysen zeigten, dass 40% der Gesamtenergie in allen Fällen während des Erhitzens der Rohmilch verbraucht wurden. Die Kalkulation der spezifischen Produktenergie für das höhere Milchvolumen (50 l) ergab mit 485 kJ/kg einen niedrigeren Wert. Die während des Kühlvorgangs zurückgewonnene Exergie lag im Bereich von 0,48-4,54 kJ/kg, 1,35-3,96 kJ/kg, 0,84-6,18 kJ/kg für die unterschiedlichen Milchmengen. Von der Gesamtleistung (2.218 W) am evakuierten Röhrenkollektor waren 69,70% der Energie für das Erhitzen der Milch verfügbar. Die vergleichende Qualitätsanalyse von Joghurt, der in einer solarunterstützten Joghurtverarbeitungseinheit verarbeitet wurde, mit der bestehenden Milchwertschöpfungskette und deren technisch-wirtschaftlichen Durchführbarkeit wurde bewertet. Die Qualitätsmerkmale für verarbeiteten Joghurt wie Fett (5,5%), Nicht-Fett-Feststoffe (8,683%), Säuregehalt (0,93%), Laktose (4,73%), Gesamtfeststoffe (14,183%), pH-Wert (4,3433), Dichte (1,039 kg/L), Synerese (9,87 mL/100g), S. thermophilus-Zählbereich (10,18-10,30 Log cfu/mL) und L. bulgaricus-Zählbereich (10,26-10,34 Log cfu/mL) lagen innerhalb der standardisierten Bereiche. Die Tatsache, dass im solar verarbeiteten Joghurt keine coliformen Keime nachgewiesen wurden, bestätigt die Idee, die drei Prozesse Erhitzen, Fermentieren und Kühlen in einer einzigen Einheit durchzuführen. Basierend auf den verwendeten Energiequellen wurde die Amortisationszeit auf 1,3 bis 9 Jahre mit einer erwarteten Lebensdauer von 15 Jahren berechnet, während die Amortisationszeit in Bezug auf den Produktgewinn auf 1,78 Jahre prognostiziert wurde. Die Verarbeitungskosten für die Joghurtproduktion wurden zu 0,0189 USD pro Liter Milch berechnet. Es wird davon ausgegangen, dass eine solarbetriebene Joghurtverarbeitungsanlage während ihrer Betriebsdauer 107,73 MWh Nutzenergie erzeugen kann, ohne Entstehung von CO₂-Emissionen. Die Studie bietet eine nachhaltige Energielösung für die dezentrale Verarbeitung von Rohmilch, insbesondere in abgelegenen Gebieten von Entwicklungsländern, wo der Zugang zu Strom begrenzt ist. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Husnain, Syed Nabeel | |
| dcterms.dateAccepted | 2024-04-05 | |
| dcterms.extent | xii, 147 Seiten | |
| kup.iskup | false | |
| ubks.epflicht | true |