logo

Dr inż. Janusz Kroll,
Dyrektor, Członek Zarządu
„A - LIMA – BIS” Sp. z o.o., Środa Wielkopolska , Polska


„Procesy zagospodarowywania produktów ubocznych w mleczarstwie z wykorzystaniem technik membranowych i elektrodializy.”

Wstęp

Zjawiskiem powszechnie stosowanym w branży mleczarskiej są procesy wykorzystujące techniki membranowe. Dzięki nim wszystkie podmioty, które mają styczność z produkcją oraz przetwórstwem mleka mogą pozwolić sobie na prowadzenie procesu w sposób kontrolowany, wysoce ekonomiczny i przyjazny środowisku, co przekłada się na budowanie pozycji pioniera i lidera w branży mleczarskiej. Obserwując tendencje na rynku światowym można zauważyć wzrost zainteresowania wykorzystaniem technik membranowych i elektrodializy do efektywnego zagospodarowywania szeregu produktów ubocznych. W branży mleczarskiej bardzo uciążliwym produktem ubocznym obok osadów z wirówek i innych urządzeń, skrzepów, kawałków sera czy produktów z różnych względów nie odpowiadających normom i standardom jest serwatka.

Serwatka powstająca podczas produkcji serów podpuszczkowych, kwasowych czy kwasowo-podpuszczkowych i coraz częściej permeaty po stosowanych procesach ultrafiltracji np. podczas standaryzacji mleka , stanowią bardzo cenny surowiec do dalszej przeróbki i wykorzystania, ponieważ w zależności od zastosowanej technologii , zawierają one od 50 do 60 % składników suchej masy mleka.

Do serwatki podczas produkcji serów czy też twarogów przechodzi z mleka średnio :

  • 95% albumin
  • 95% globulin
  • 33% kazeiny
  • 96% laktozy
  • 8% tłuszczu
  • 81% związków mineralnych

Skład składników suchej masy serwatki i permeatów w pełni uzasadnia celowość ich wykorzystania jako surowca do dalszej przeróbki, stad też jednym z najważniejszych kierunków rozwoju przemysłu mleczarskiego jest ich przetwarzanie do licznych produktów, których cechy funkcjonalne i żywieniowe umożliwią wykorzystanie ich w wielu gałęziach przemysłu spożywczego . Wśród tych kierunków do najważniejszych zaliczyć można: 

  • produkcję koncentratów (WPC, WPI) białek serwatkowych i laktozy
  • produkcję proszku serwatkowego o różnym stopniu demineralizacji ( 35 – 95%)

Szczególnie interesujące wydaje się być produkcja zdemineralizowanych proszków serwatkowych. Szacuje się że w najbliższych 3 latach zapotrzebowanie na zdemineralizowane proszki z serwatki będzie rosło w tempie ok. 6,8 % rocznie. Jest to spowodowane przede wszystkim szybko rosnącym zapotrzebowaniem na produkty dla niemowląt (humanizacja mleka krowiego) oraz specyficzną żywnością dla osób w podeszłym wieku. W jednym i drugim przypadku jednym z podstawowych składników do wytwarzania tego rodzaju żywności jest zmodyfikowana co do składu (zwłaszcza o obniżonej zawartości związków mineralnych) serwatka tzw. serwatka zdemineralizowana (WPD 35 -95%).

Ich produkcja wymaga jednak zastosowania nowoczesnych rozwiązań technologicznych takich jak np. nanofiltracja (NF), elektrodializa (ED), odwapnianie ( DK ), wymiana jonowa (DI)

Metody demineralizacji stosowane w przetwórstwie

Stosownie do tego, jakie stawiamy warunki wytwarzanym produktom co do końcowej zawartości minerałów (stopnia demineralizacji) oraz jaki mamy surowiec (rodzaj serwatki , permeatu) zastosować można jeden specyficzny proces lub ich kombinację, co przedstawiono na rysunku 1.

Rysunek 1

Z przedstawionych na rysunku technologii , obecnie za najbardziej optymalną pod względem technologicznym (możliwość przerobu wszystkich rodzajów serwatki i permeatów) , możliwości otrzymania na jednej linii technologicznej wielu produktów (różny stopień demineralizacji) , a także pod względem jakości otrzymywanego produktu (składu i jakości mikrobiologicznej) uważa się połączenie procesu nanofiltracji (NF) i elektrodializy (ED).
Proces nanofiltracji obecnie jest szeroko stosowany w zakładach mleczarskich do wstępnego zagęszczania serwatek (wszystkich rodzajów) i permeatów (s.m. 18-24%) z jednoczesną ich częściową demineralizacją (ok. 35%).

Dalszy , głębszy proces demineralizacji możliwy jest przy zastosowaniu technologii elektrodializy (ED). Technologia ta pozwala na osiągnięcie końcowego stopnia demineralizacji do poziomu 90-95% tj. do wartości bezwzględnej zawartości popiołu w sm poniżej 1%.

Elektrodializa (ED)

Elektrodializa to proces separacji elektrochemicznej, w którym jony są przepuszczane przez membrany jonowymienne za pomocą napięcia stałego. (Rysunek 2). Ze względu na stosunkowo dużą zawartość soli rozpuszczonych w serwatkach, pod wpływem prądu stałego, zachodzi zjawisko migracji anionów i kationów w kierunku odpowiednich elektrod. Stosując usuwanie jonów z roztworu, powodujemy stopniową demineralizację roztworu, do poziomu zależnego od potrzeb tj. do odpowiedniej zawartości soli mineralnych.

rysunek 2

Bardzo istotnym dla końcowej oceny efektu procesu demineralizacji z zastosowaniem ED jest poza zawartością soli mineralnych , końcowa jakość mikrobiologiczna serwatki czy też permeatu. Proces ED w żaden sposób nie może wpływać negatywnie na tę jakość tj. powodować jej pogorszenia. Jest to tym bardziej ważne że produkty końcowe tj. proszki są jak już wspomniano używane do produkcji wyrobów dla niemowląt i dzieci, gdzie bardzo rygorystycznie przestrzegane są normy jakościowe.

Z tego względu z dostępnych na rynku metod demineralizacji , proponujemy stosowanie metod ciągłych. W procesach tych w minimalnym stopniu zachodzi zmiana jakości mikrobiologicznej, ze względu na bardzo krótki czas obróbki produktu w instalacji ED w porównaniu z instalacjami pracującymi w sposób okresowy.

Przykład takiej instalacji przedstawiono na zdjęciu .

zdjecie 1

Na zdjęciu 2 przedstawiono podstawowy element instalacji ED tj. tzw. stos membranowy produkcji firmy GE.

zdjecie 2

Kompleksowy schemat demineralizacji

W zakładach mleczarskich coraz częściej istnieje konieczność przerobu wielu rodzajów serwatek i permeatów jednocześnie połączona z optymalizacją kosztów mediów, w tym wody oraz dostosowaniem zakładów do przepisów ochrony środowiska w tym oczyszczania ścieków.
Taki kompleksowy sposób podejścia do tego problemu przedstawiono na schemacie.

schemat

W propozycji tej wykorzystano technologie membranowe (NF do zagęszczania serwatek i permeatu, RO – do oczyszczana permeatów po procesie ED , NF ) oraz elektrodializę (do demineralizacji ).
Proces technologiczny przedstawiony na schemacie pozwala na:
- przetwarzanie na jednej linii technologicznej serwatek różnych typów i permeatów
- otrzymywanie (w zależności od potrzeb) różnych stopni demineralizacji
- recykling wody poprzez maksymalne wykorzystanie procesów oczyszczania permeatów.

Podsumowanie

Przy doborze kierunków i technologii przetwarzania serwatki zawsze uwzględnia się potrzeby, specyficzne wymagania oraz możliwości konkretnego zakładu, tak aby w maksymalnym stopniu wykorzystać wszystkie składniki serwatki. Jednocześnie dąży się do zminimalizowania ilości produktów odpadowych, celem odciążenia środowiska naturalnego.

Firma Alima Bis posiadająca bardzo duże doświadczenie w tego rodzaju procesach, projektuje, wykonuje i uruchamia linie oparte na powyższej filozofii.

Wymienione zastosowania nie wyczerpują wszystkich możliwych kierunków stosowania tych procesów. Ciągły postęp w tej dziedzinie prowadzi do coraz to nowych zastosowań. W związku z tym przewiduje się, że w najbliższym czasie urządzenia do procesów membranowych, w tym ED, przestaną być nowością w zakładach lecz staną się podstawą prowadzenia procesów technologicznych.