Technologie membranowe w przemyśle mleczarskim Propozycja firmy A-Lima Bis

Transkrypt

1 1 Technologie membranowe w przemyśle mleczarskim Propozycja firmy A-Lima Bis Wszystkie zakłady przetwórcze, w tym także zakłady przetwarzające mleko, aby móc skutecznie konkurować na rynku zmuszone są do ciągłego rozwoju i unowocześniania procesów przetwarzania mleka, tak aby w efekcie móc w jak największym stopniu wykorzystać wszystkie cenne składniki mleka oraz zmniejszyć koszty produkcji. Jedna z technologii, która pozwala na maksymalne zagospodarowanie bardzo cennego surowca jakim jest mleko, jest technologia membranowa. Jest to bardzo szybko rozwijająca się technologia, przy zastosowaniu której możliwe jest poza wspomnianą maksymalizacją wykorzystania surowca, zmniejszenie kosztów przetwórstwa oraz otrzymanie wielu produktów np. : - izolatów i koncentratów wszystkich białek mleka (MPI, MPC) oraz białek serwatkowych (WPI, WPC), - demineralizacja mleka, serwatki, permeatów po ultrafiltracji - nowych rodzajów twarogów, deserów których produkcja przy dotychczas stosowanych technologiach nie byłaby możliwa lub bardzo kosztowna. Poniżej przedstawiono podstawowe zastosowania technologii membranowych w przemyśle mleczarskim w zależności od przerabianego surowca: Serwatka (po produkcji serów podpuszczkowych jak i tzw. serwatka kwaśna z produkcji np. twarogów, kazeiny): - Koncentracja (zagęszczania) - Demineralizacja (częściowe usuwanie związków mineralnych) - produkcja WPC, WPI Mleko (w zależności od oczekiwanego produktu końcowego mleko pełne, odtłuszczone, pasteryzowane lub surowe, mleko ukwaszone) -Koncentracja (zagęszczanie) - Standaryzacja zawartości białka - Standaryzacja zawartości kazeiny - Produkcja MPC, MPI - Produkcja serów typu Feta, białych serów - Produkcja twarożków lub deserów Inne surowce: - Oczyszczanie solanki serowarskiej - Oczyszczanie kondensatów z wyparek - Oczyszczania permeatów po procesach RO lub NF Przedstawione powyżej zastosowania technologii membranowych to oczywiście tylko część możliwych aplikacji, w których możliwe jest ich wykorzystanie. W związku z ograniczoną objętością artykułu, możemy jedynie przedstawić szerzej dwa zastosowania technologii membranowych, przy czym oba dobitnie pokazują zalety tych technologii. TECHNOLOGIA PRZETWORSTWA SERWATKI KWAŚNEJ PRODUKCJA PROSZKU SERWATKOWEGO Produktem ubocznym produkcji, każdego rodzaju serów niezależnie od prowadzonej technologii tworzenia skrzepu jest serwatka. Zawiera ona od 50 do 60 % składników suchej masy mleka użytego do produkcji. Dlatego stanowi bardzo cenny surowiec, który powinno poddać się dalszej przeróbce. Zależnie od

2 2 sposobu prowadzenia procesu otrzymywania skrzepu i rodzaju sera różny jest skład i właściwości pozyskanej serwatki (tab. 1) Tabela 1 Porównanie składu serwatki kwaśnej i słodkiej Serwatka kwaśna Serwatka słodka Zawartość sm (%) 5,80 5,50 Azot białkowy (%) 0,60 0,44 Azot niebiałkowy (%) 0,20 0,17 Laktoza (%) 3,60 4,16 Kwas (%) 0,80 0,15 Zawartość popiołu (%) 0,70 0,52 ph 4,2-4,6 5,8-6,4 Kierunek zagospodarowania serwatki w wielu wypadkach uzależniony jest od jej rodzaju. W przypadku produkcji serów z skrzepu podpuszczkowego, otrzymywana serwatka tzw. słodka może być (w najprostszym sposobie jej zagospodarowania) wysuszona, a wyprodukowany proszek znajduje wiele zastosowań w przemyśle spożywczym i paszowym. W przypadku serwatki z produkcji serów kwasowych i kwasowopodpuszczkowych tzw. serwatka kwaśna nie jest surowcem, z którego bez wstępnej obróbki można otrzymać proszek o właściwościach takich jak proszek z serwatki słodkiej. Problem, który stanowi największą przeszkodę w suszeniu kwaśnej serwatki jest jej bardzo wysoka kwasowość, która wyrażona w ph waha się w granicach 4,2-4,6 wobec 6,0-6,2 dla serwatki słodkiej. Tak niski poziom ph powoduje, że istnieją bardzo poważne problemy w trakcie krystalizacji i suszenia, mogące w efekcie uniemożliwić otrzymanie proszku. Istnieje realna możliwość podniesienia wartości ph serwatki kwaśnej do poziomu stwierdzanego dla serwatki słodkiej przez zastosowanie środków neutralizujących i następnie jej wysuszenie. Lecz w tym przypadku znacznie wzrośnie w proszku zawartość soli mineralnych do poziomu nawet %. (tab. 2). Tak wysoka koncentracja soli powoduje bardzo słony a niekiedy gorzki smak proszku, a tym samym jego nie przydatność do wielu możliwych zastosowań, a w konsekwencji niskie zainteresowanie rynku takim produktem. Powyższe wnioski oraz stwierdzenia uzasadniały zatem celowość opracowania takiego procesu technologicznego aby w konsekwencji otrzymać z kwaśnej serwatki proszek o parametrach odpowiadających proszkowi z serwatki słodkiej a w szczególności o końcowym ph 6,0 6,2 i zawartości popiołu nie wyższym niż 8,5 %. W wyniku przeprowadzonych badań i prób tego rodzaju technologię opracowano w firmie A-Lima-Bis i z powodzeniem wdrożono do praktyki przemysłowej. Jednym z podstawowych procesów zastosowanych w tej technologii jest proces nanofiltracji serwatki (NF), którego zastosowanie pozwoliło na otrzymanie proszku o parametrach przedstawionych w tabeli 2, w której podano skład i ph proszku serwatkowego otrzymanego z serwatki słodkiej i kwaśnej wg technologii A-Limy- Bis. Zamieszczono jednocześnie graniczne wartości tych wyróżników, koniecznych dla zakwalifikowania proszku do klasy I. Tabela 2 Proszek serwatkowy z Proszek serwatkowy z Wymagania serwatki słodkiej serwatki kwaśnej klasy 1 Zawartość wody % 3,5 3,2 max 4,0 Zawartość białka % 11,8 11,1 min 11,0 Zawartość laktozy % 71,8 69,2 min 67,0 Zawartość popiołu % 8,2 7,5 max 8,5 ph 6,1 6,0 5,8-6,6 dla

3 3 Z danych tych wynika jednoznacznie, że zastosowana technologia pozwala na otrzymanie z kwaśnej serwatki proszku o parametrach niekiedy nawet lepszych niż z serwatki słodkiej (patrz zawartość popiołu). Firma A-Lima-Bis dostarczyła ponad 15 kompletnych instalacji przetwórstwa serwatki kwaśnej wraz z technologią produkcji proszku serwatkowego z tego rodzaju serwatki. W skład instalacji w zależności od potrzeb Klientów poza urządzeniami membranowymi, wchodziły działy przygotowania serwatki do przeróbki (pasteryzatory, klaryfikatory, wirówki do odtłuszczania serwatki), krystalizatory, systemy mycia itd. Dostarczona instalacje charakteryzuje się bardzo niską energochłonnością i kompletowana jest w oparciu o najwyższej jakości podzespoły. TECHNOLOGIE ODZYSKU I UZDATNIANIA WODY W PRZEMYŚLE MLECZARSKIM Bardzo istotnym elementem kosztów funkcjonowania zakładów są koszty mediów, w tym wody. Dlatego ważne jest zoptymalizowanie zużycia wody oraz wykorzystanie w możliwie jak największym stopniu rezerw tkwiących w zakładzie. W wielu zakładach w wyniku prowadzenia procesów przetwórczych tj. - Procesów membranowych (RO, NF) zagęszczania serwatki, permeatu po UF czy też mleka, - procesów zagęszczania mleka, serwatki, permeatu po UF z zastosowaniem wyparek, powstają bardzo duże ilości wody, która po odpowiedniej obróbce może zostać zawrócona do procesów technologicznych, przez co znacząco można obniżyć pobór wody, a przez to zmniejszyć koszty produkcji. Przykład: Podczas przeróbki w trakcie 1 dnia kg serwatki o zawartości 5,5 % sm w trakcie jej zagęszczania na instalacji RO do 18% sm, uzyskamy ok kg tzw. permeatu. W trakcie dalszej koncentracji serwatki do zawartości sm ok. 60% powstanie ok kg kondensatu (skroplin). W sumie z kg serwatki jesteśmy w stanie pozyskać ok kg tzw. wody z mleka. Ze względu na skład i właściwości permeatów i kondensatów niemożliwe jest ich bezpośrednie zastosowanie do procesów technologicznych, końcowego płukania czy też jako wody kotłowej lub wody chłodzącej. Wynika to przede wszystkim z obecności azotu niebiałkowego NPN oraz soli mineralnych (tabela nr 3), a z drugiej z zanieczyszczenia mikrobiologicznego. Dlatego też celem zapewnienia odpowiedniej czystości chemicznej i mikrobiologicznej konieczne jest podanie ich odpowiedniej obróbce - uzdatnianiu. Tabela nr 3 Porównanie składu permeatów i kondensatu z procesów zagęszczania serwatki słodkiej z permeatem po procesie ich oczyszczania na instalacji RO-Polisher Peremat po RO Permeat po NF Kondensat po wyparkach Permeat po RO-Polisher ChZT ppm Czyste % białko NPN % 0,06 0,1 0,01 0,01 Laktoza % 0,02 0, Kwas mlekowy % 0 0 0,01 0 Popiół % 0,01 0,25 0,01 0 Sucha masa % do 0,1 0,4 0,03 0

4 4 Podstawowe etapy uzdatniania permeatu i skroplin przedstawiono na schemacie. Jak wynika z schematu proces uzdatniania wody przebiega dwuetapowo. Pierwszy etap to zapewnienie odpowiedniej jakości chemicznej (tabela 3) z wykorzystaniem technologii membranowych opartych na procesie odwróconej osmozy (RO-Polisher), drugi etap to zapewnienie odpowiedniej jakości mikrobiologicznej (proces HOD). Zastosowanie tego procesu pozwala na prawie całkowitą redukcję zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych zawartych w permeacie lub skroplinach (tabela 1).

5 5 Bardzo istotnym elementem, który należy brać pod uwagę przy wyborze dostawcy instalacji membranowych jest typ zastosowanych membran. Nie mogą to być membrany, które są stosowane do demineralizacji wody. Wszystkie membrany powinny posiadać atest dopuszczający do stosowania w przemyśle mleczarskim, czyli o standardzie sanitarnym (FDA) Zaprezentowane skojarzone technologie, pozwalają w efekcie na uzyskanie wody całkowicie bezpiecznej mikrobiologicznie i o bardzo dobrej jakości chemicznej, a także na obniżenie kosztów produkcji poprzez wykorzystanie wody z mleka, która użyta może być m.in.: - do procesów technologicznych, - do CIP w tym do końcowego płukania - jako woda zasilająca kotłownie - jako woda chłodząca Zastosowanie w zakładzie przedstawionych technologii pozwala również na znaczące ograniczenie ilości zrzucanych ścieków, a przez to zmniejszenie kosztów produkcji oraz zmniejszenie negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne. Podsumowanie: Technologia membranowa jest jednym z podstawowych, niezwykle istotnych kierunków rozwoju naszego przedsiębiorstwa. Produkowane przez nas urządzenia do filtracji membranowej spełniają najbardziej surowe wymagania, dotyczące urządzeń dla przemysłu spożywczego. Produkcja, montaż i próby odbywają się w wysoce specjalizowanym zakładzie, a doświadczony personel zapewnia montaż, odbiór i przeszkolenie pracowników klienta. Jesteśmy niezależnym dostawcą. To pozwala nam wybrać membrany, pompy, zawory i inne podzespoły, które najlepiej spełniają życzenia i potrzeby klienta. Urządzenia do filtracji membranowej często są elementem składowym większych linii produkcyjnych, gdzie zarówno maszyny jak i rozwiązania z zakresu automatyki koniecznie muszą funkcjonować razem jako jedna niepodzielna całość, dlatego opracowujemy całościowe projekty technologiczne oraz dostarczamy całe linie produkcyjne Projektowanie urządzenia Przy projektowaniu urządzenia najbardziej odpowiadającego zadanemu celowi w grę wchodzi wiele czynników. Są to: rodzaj produktu, jego jakość, elastyczność i koszty eksploatacji, wpływ na środowisko i inne. Właśnie w tym obszarze A-Lima-Bis jest partnerem do podjęcia rozmów. We współpracy z klientem analizujemy aktualne potrzeby w zakresie przerobu, oceniamy możliwe alternatywy i wybieramy najlepszą ich kombinację z jednej strony, a z drugiej określamy rodzaj membran, ich układ oraz parametry procesu takie jak: ciśnienie, temperatura, prędkość przepływu, procedury mycia, itd. W naszych urządzeniach stosujemy komponenty (membrany, pompy, zawory i inne) uznanych europejskich i światowych marek Dr inż. Janusz Kroll Dyrektor Członek Zarządu