Separacja membranowa nieustannie na topie

inż. Oliwia Sokołowska
Forum Mleczarskie Biznes 1/2017 (27)

Na przestrzeni ostatnich lat szeroko pojęta tematyka badawcza, swoim zakresem obejmująca procesy membranowe, cieszy się ogromnym i wciąż rosnącym zainteresowaniem. Jednym z głównych powodów tego stanu rzeczy jest jedna z najbardziej rozpowszechnionych możliwości sterowania składem fazy ciekłej jak i gazowej, zależnie od potrzeb oraz od specyfiki prowadzonych działań. To, jak duże cząstki ulegną procesowi rozdziału zależy od właściwości membrany – możliwa jest separacja cząstek od wielkości dziesiątek μm zaczynając do dziesiątych części nm kończąc. Membrana pracuje na poziomie molekularnego rozdziału cząstek o różnych rozmiarach, co w sposób zasadniczy odróżnia ją od tradycyjnych filtrów. Niewątpliwie idą za tym względy nie tylko ekonomiczne, ale także ekologiczne, sprawiając że techniki membranowe stanowią alternatywę dla pozostałych, tradycyjnych metod rozdziału. W procesach mikrofiltracji, ultrafiltracji oraz dializy, rozdziałowi głównie (z zawiesin czy suspensji), ulegają stosunkowo duże cząstki o rozmiarach 500-5 μm oraz te o rozmiarach typowych dla cząstek koloidalnych 500-1μm, głównie od rozpuszczalnika i związków małocząsteczkowych. Rozdzielanie składników niewiele różniących się rozmiarami jak np. podobnych względem rozmiaru obojętnych małocząsteczkowych związków od rozpuszczalnika, którym zazwyczaj jest woda, umożliwiają specjalne typy membran w procesach zwanych odwróconą osmozą i nanofitracją. Różne jony są oddzielane za pomocą membran jonowymiennych. Z kolei perwaporacja to technika membranowa stosowana do rozdzielania mieszanin azeotropowych.

W przemyśle mleczarskim aplikowanie technik membranowych, ze wskazaniem na mikrofiltrację, z powodzeniem rekomendowane jest do zapewnienia pożądanej czystości mikrobiologicznej mleka przerobowego i, co jest oczywiste, przekłada się także na istotną poprawę produktów finalnych powstałych na jego bazie, wydłużając jednocześnie ich termin przydatności do spożycia. Zachowany jest także naturalny smak mleka – właściwość ta tracona jest w przypadku pasteryzacji czy sterylizacji mleka surowego, gdzie wskutek stosowania wysokiej temperatury powstaje posmak gotowania, tak charakterystyczny dla mleka UHT. Nie mniej istotne jest utrzymanie naturalnego składu witamin i struktury białek. W przypadku produkcji serów dojrzewających, serów twarogowych niezwykle istotna jest standaryzacja kazeiny. W serowarstwie bazę w produkcji serów stanowi ziarno serowe, za które odpowiedzialna jest kazeina. Kazeina najwydajniej koaguluje przy możliwie jak najmniejszej zawartości towarzyszących białek serwatkowych dlatego sedno standaryzacji kazeiny sprowadza się do odtłuszczenia mleka i poddania go frakcjonowaniu. Wskutek fizycznego rozdziału mleka na membranach ceramicznych powstają dwie frakcje: permeat i koncentrat. Permeat w swoim składzie zawiera m.in. białka serwatkowe czy laktozę. W koncentracie zaś pozostaje całość kazeiny wraz z pozostałymi składnikami – podobnie jak w mleku odtłuszczonym. Tak powstaje zestandaryzowany surowiec kierowany do dalszego przerobu. Permeat może być poddawany dalszym procesom przerobowym, jak choćby w instalacjach wyparnych. Znacząco obniżeniu ulegają także koszty związane z eksploatacją samej linii produkcji. Inwestycja przyczynia się również do oszczędności miejsca w zakładzie. Ze względu na kompaktowość i małą powierzchnię zabudowy, ograniczeniu ulega liczba wanien lub kotłów, a powstałe miejsce można wykorzystać do innych celów. Na dalszych etapach produkcji serów występuje kolejny problem, który związany jest z soleniem produktów. Do solanki przenikają z serów różne składniki i związki: tłuszcz, laktoza, białka, cząstki stałe lub bakterie (których rodzaj zależy od gatunku sera, który ma zostać wyprodukowany). Rozkładają one m.in. laktozę do kwasu mlekowego, białka czy hydrolizują tłuszcze, czego efektem jest w konsekwencji charakterystyczny smak i zapach poszczególnych serów. Proces należy stale kontrolować, ponieważ w solance mogą namnożyć się patogenne bakterie i inne niepożądane mikroorganizmy, które bezpośrednio zagrażają utrzymaniu jakości produktu końcowego na satysfakcjonującym poziomie. Należy zwrócić uwagę na fakt, że wszelkie próby regeneracji solanki metodami termicznymi bądź chemicznymi skutkują zakłóceniem swoistej równowagi dynamicznej solanki czy koniecznością instalacji wymienników ciepła, które z powodu wysokiego stężenia soli będą odporne na korozję – w przypadku metody termicznej, metoda chemiczna natomiast zakłóca dojrzewanie serów komplikując tym samym produkcję, która może zostać narażona na straty. Rozsądnym rozwiązaniem wydaje się instalacja membranowa, która umożliwia eliminację wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń występujących pod postacią zmętnień, białkowo- -tłuszczowego kożucha lub piany. Następuje również mikrobiologiczne oczyszczenie solanki z bakterii czy drożdży, a właściwości buforujące solanki zostają zachowane. Powstała po procesie produkcyjnym serów serwatka również jest zagospodarowywana. Tradycyjna obróbka serwatki (kwaśnej bądź słodkiej) opiera się na następujących po sobie etapach takich jak wirowanie, klarowanie i pasteryzacja, przy wykorzystaniu takich urządzeń jak wirówka, klaryfikator i pasteryzator. Wszystkie te czynności można zastąpić jednym procesem (jakim jest mikrofiltracja) uzyskując odtłuszczoną do zawartości 0,04% i czystą mikrobiologicznie serwatkę. Z serwatki procesowej, uprzednio przekierowanej na mikrofiltracyjną instalację membranową, produkowane są później izolaty zawierające około 95% białka, a także koncentraty białek serwatkowych, które oprócz białek serwatkowych w ilości około 80%, zawierają jeszcze cukry lub tłuszcze. Co ciekawe, podczas procesu mikrofiltracji uzyskiwany jest koncentrat kazeiny i części tłuszczu, konsystencją przypominający twarożek. Poddając taki koncentrat termizacji możliwe jest wykorzystanie go jako masy twarogowej wysokowartościowej. Idąc dalej możliwa jest produkcja twarogu z białek serwatkowych z przerobu serwatki kwaśnej. Do wyrobu twarożku serwatkowego stosuje się metodę periodyczną. Metoda ta polega po pierwsze na zagęszczeniu kwaśnej serwatki i stopniowej jej koncentracji, do momentu osiągnięcia pożądanych parametrów fizykochemicznych. Koncentrat w całości pozostaje w instalacji mikrofiltracyjnej, aby w finalnej fazie procesu opuścić instalację i trafić do zbiornika. Tak powstały twarożek może być dodawany do serków czy twarogu mielonego. Z kolei twarożek o jednorodnej konsystencji i różnej zawartości tłuszczu w suchej masie powstaje z mleka ukwaszonego, a do jego produkcji zastosowanie znajdują membrany mikrofiltracyjne i ultrafiltracyjne. Z mleka poddanego obróbce termicznej w procesie wysokiej pasteryzacji uzyskuje się następnie skrzep w wyniku zastosowania metody kwasowo-podpuszczkowej. Powstały skrzep ulega zagęszczeniu na instalacji membranowej, gdzie fizycznie skrzep rozdzielany jest na dwie frakcje. Pierwsza to koncentrat złożony z białek i tłuszczu, druga to permeat – w skład którego wchodzą m.in: laktoza, kwas mlekowy, sole mineralne, niewielka część białek serwatkowych – który to z kolei może dalej stanowić surowiec bazowy do produkcji napojów serwatkowych itp. Koncentrat może stanowić trzy rodzaje produktu końcowego; pod postacią twarożku chudego, półtłustego i tłustego. Zawartość tłuszczu zależy od jego ilości w mleku wykorzystanym w początkowym etapie produkcji.

Strona 1 z 2