تولید مواد غذایی که شامل مراحل زیادی از جمله کشاورزی و فرآوری مواد غذایی است، یکی از بخش‌هایی است که بیشترین مصرف انرژی را دارد و شامل چندین فرآیند انرژی است.
قابل توجه‌ترین فرآیندها تبخیر و خشک کردن است که برای نگهداری مواد غذایی اعمال می‌شود.
در حالی که از تبخیر برای به دست آوردن غذاهای مایع غلیظ و خشک کردن برای تولید غذاهای جامد استفاده می‌شود، هر دو بر اساس حذف آب از طریق انتقال گرمای نهان هستند.
مصرف انرژی این فرآیندها 15 تا 25 درصد از کل انرژی مصرفی در کشورهای توسعه یافته را تشکیل می‌دهد و پرانرژی‌ترین روش در میان آنها خشک کردن اسپری پس از خشک کردن انجمادی است.
بخش عمده مواد غذایی که از خشک‌کن‌های اسپری استفاده می‌کند، بخش لبنیات بوده و گزارش شده است که تبخیر و تولید پودر در یک کارخانه لبنی معمولی آلمانی 32٪ از کل برق و 58٪ از کل انرژی حرارتی را مصرف می‌کند.
مقادیر مشابهی برای صنایع لبنی هلند و ایرلند نیز به دست آمده است، بخش لبنیات از اسپری خشک کن در تولید پودرهای لبنی استفاده می‌کند. تولید پودر لبنیات بین سال های 2000 تا 2018 به طور متوسط سالانه 2.2 درصد افزایش یافت و کل تولید پودر لبنیات به 12 میلیون تن رسید.
شیر خشک بدون چربی را می‌توان برای حدود 18 تا 24 ماه بدون خراب شدن قابل توجه در دمای محیط نگهداری کرد.
علاوه بر این، شیرخشک‌ها به دلیل راحتی در حمل و نقل، جابجایی، فرآوری و فرمولاسیون محصولات غذایی به طور کلی ترجیح داده می‌شوند.
پودر شیر برای محصولات لبنی بازسازی شده یا ترکیب شده و همچنین نانوایی، شیرینی و فرآورده‌های گوشتی استفاده می‌شود، بنابراین شیرخشک های اصلاح شده با عملکرد و کیفیت بالا در صنایع لبنی بسیار حیاتی است.
از آنجایی که دولت‌ها در حال حاضر در حال اجرای سیاست‌های تشویقی برای توسعه شیوه‌های تولید کشاورزی و مواد غذایی پایدار هستند، مطالعات انجام شده برای بهبود پایداری سیستم‌های تولید مواد غذایی با شناسایی برگشت‌ناپذیری‌ها اهمیت پیدا می‌کند و تحلیل اکسرژی یکی از موثرترین ابزارها برای این منظور است.
کاربردهای آنالیز اگزرژی در ادبیات علمی برای تولید سیستم‌های غذایی را می‌توان در سه گروه اصلی تجزیه و تحلیل عملیات/ابزار خاص، تجزیه و تحلیل محصول/کارخانه خاص و فرآیند کلی تولید شامل مراحل اولیه (کشاورزی) و ثانویه (تولید مواد غذایی) ارزیابی کرد.
در تحلیل‌های عملیات/ابزار، داده‌های تجربی (معمولاً داده‌های آنی) به‌دست‌آمده از تجهیزات ارزیابی می‌شوند تا مکان‌ها و ابعاد تلفات/تخریب‌های اگزرژی را درک کنند. اگرچه مطالعات مختلف زیادی با استفاده از این رویکرد در ادبیات انجام شده است،
در تجزیه و تحلیل محصول/کارخانه، داده‌های مبتنی بر میانگین یک دوره معین از یک خط تولید متشکل از عملیات/ابزارهای زیادی به‌دست می‌آید و عملکرد هر جزء پس از جداسازی خط تولید به اجزای اصلی ارزیابی می‌شود.
در آنالیزهای کلی فرآیند تولید، عملکرد اجرایی فرآیند تولید غذا با شروع تولید اولیه مواد غذایی (مرحله کشاورزی) و پایان دادن به بسته بندی محصول نهایی محاسبه می‌شود با این رویکرد، از روش‌های تحلیل اکسرژی تجمعی برای ارزیابی عملکرد سیستم استفاده می‌شود و تمام منابع انرژی، اعم از تجدیدپذیر یا غیر تجدیدپذیر، ارزیابی می‌شوند.
در سال‌های اخیر، تولید غذای حیوانی مورد سوال قرار گرفته و اثرات زیست محیطی آن به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته است.
در مطالعه حاضر، تولید کلی WMP شامل تولید اولیه (مرحله تولید کشاورزی، تولید شیر خام) و تولید ثانویه (مرحله تولید صنعتی، تولید پودر) با رویکرد مصرف اکسرژی تجمعی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
با توجه به نتایج، مصرف انرژی و اگزرژی و انتشار دی‌اکسیدکربن تحت سلطه مرحله تولید اولیه یعنی تولید شیر خام بوده و در مرحله تولید ثانویه (تولید پودر) مهمترین تجهیزات دستگاه اسپری خشک کن با توجه به مصرف اگزرژی تجمعی و پس از آن اواپراتور و پاستوریزه است.
در حالی که استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر می‌تواند مزایای قابل توجهی را به خصوص در مرحله تولید ثانویه ارائه دهد، ارزش کل CNEx را می‌توان با اعمال تغذیه مرتعی در دامپروری در طول فرآیند تولید اولیه کاهش داد.
در این تحقیق تمامی فرآیندها از فرآیند تولید شیر خشک تا فرآیندهای بسته بندی (از جمله فرآیندهای کشاورزی) با رویکردی کل نگر مورد بررسی قرار گرفته است.
منابع انرژی تجدیدپذیر در توسعه روش‌های سازگارتر با محیطزیست و پایدارتر در فرآیندهای تولید مواد غذایی اهمیت زیادی دارند.
خشک کردن شیر
شیر ابتدا وارد اواپراتور شده و حدود یک سوم آب آن خارج می‌شود. در طی این فرآیند، شیر پاستوریزه می‌شود که فرآیند پاستوریزاسیون، محتوای باکتری‌ها را کاهش می‌دهد.
سپس شیر غلیظ شده و در برج‌های اسپری خشک می‌شود. در فرآیند خشک کردن اسپری در جدیدترین برج‌های اسپری، مایع پاستوریزه و هموژنیزه شده در محفظه اسپری اتمیزه می‌شود.
آب تبخیر شده از طریق هوای خروجی تخلیه و پودر خشک در خشک کن اسپری می‌نشیند و از آنجا از طریق یک قفل بهداشتی به بستر جریان خارجی تخلیه می‌شود. این محصول، خشک، خنک و الک شده و سپس به سیلوهای ذخیره‌سازی یا مستقیماً به خط بسته‌بندی منتقل می‌شود.
هوای خروجی از محفظه خشک کن اسپری همچنان حاوی بقایای محصول ریز است که معمولاً در سیکلون‌ها و فیلترها کانال می‌شوند و رسوب می‌کنند.
شیر خشک بدون چربی حاوی حداکثر 1.5 درصد چربی است و رنگ آن سفیدتر است. پودر شیر کامل زرد روشن حاوی تقریباً 26 درصد چربی است که آن را شیری‌تر و پرپشت‌تر از شیر خشک بدون چربی می‌کند.
