Technika: Instalacje suszarnicze

Suszenie to proces znany od zarania dziejów. Z biegiem lat udoskonalano proces suszenia osiągając formę znaną obecnie. Opracowano podstawy teoretyczne, budowę odpowiednich urządzeń i praktyczną realizację procesu. Suszenie pozwalało i zresztą nadal pozwala na przedłużenie trwałości żywności, umożliwia jej zmagazynowanie w postaci zapasów np. na okres nieurodzaju bądź zmiany warunków pogodowych.

Dawniej suszenie w swej najprostszej formie odbywało się przy udziale słońca i wiatru. Żywność uprzednio rozdrobnioną rozkładano poddając ją działaniu promieniowania słonecznego, a po osiągnięciu zadowalającego stopnia utraty wody, magazynowano bądź dalej przetwarzano. W skrócie proces suszenia polega zatem na zredukowaniu ilości bądź usunięciu wody, poprzez przekazanie tej wilgoci do czynnika suszącego. Wilgoć obecną w materiale można podzielić na tzw. wodę wolną i wodę związaną. Wyrażenie „woda związana” należy rozumieć jako wodę związaną w związkach chemicznych, zaadsorbowaną na powierzchni związków czy też związaną w wyniku działania sił osmotycznych. Ze względu na wartość pracy jaką należy włożyć, aby oderwać 1 mol wody od danego ciała, wiązania wilgoci można podzielić na wiązania chemiczne, fizyko-chemiczne, fizyko-mechaniczne. Woda wolna to ta, która nie jest związana z cząsteczkami.

Należy pamiętać o tym, że niezależnie od charakteru związania wody powierzchniowej z materiałem istnieje także woda higroskopijna. Woda higroskopijna jest to wilgoć trwale związana z materiałem i nie jest możliwe jej całkowite usunięcie z materiału poddawanego procesowi suszenia. Proces suszenia przebiega przy jednoczesnym ruchu ciepła i masy. Podgrzany do określonej temperatury czynnik suszący przekazuje ciepło wilgotnemu materiałowi, pochłaniając jednocześnie z niego wilgoć. Dobór właściwych parametrów procesu suszenia zależy głównie od właściwości materiału wilgotnego ale także od możliwości technicznych i ekonomicznych suszarek.

Jeśli skupić się na samej istocie suszenia to można proces ten podzielić na dwa etapy. Pierwszym etapem jest początkowe podgrzewanie materiału. Następnie dochodzi do odparowania wilgoci z powierzchni suszonego materiału, a powstająca para wodna przedostaje się do przepływającego powietrza. Gdy cała wilgoć z powierzchni materiału ulega odparowaniu, pierwszy okres suszenia kończy się.

W drugim etapie szybkość suszenia stale się zmniejsza. W tym okresie dochodzi do odparowywania wilgoci z coraz głębszych warstw ciała suszonego. Zachodzi zjawisko dyfuzji wewnętrznej czyli wędrówki wilgoci z głębiej położonych warstw materiału ku jego powierzchni, gdzie dalej już zachodzi dyfuzja w warstwie powietrza przepływającego. W tym momencie na szybkość suszenia duży wpływ mają wymiary i struktura ciała poddawanego suszeniu.

Suszenie podzielić można na suszenie konwekcyjne, suszenie kontaktowe lub suszenie pod działaniem pola energetycznego. Suszenie konwekcyjne, to takie gdzie czynnikiem doprowadzającym ciepło do suszonego materiału i jednocześnie odprowadzającym z niego wilgoć jest zazwyczaj powietrze. Powietrze opływa suszone warstwy materiału. Suszarnie konwekcyjne mają różną konstrukcję, zalicza się do nich m.in. suszarki taśmowe lub bębnowe. Suszenie kontaktowe to suszenie materiału, które następuje w wyniku zetknięcia się materiału z powierzchnią grzejną. Tego typu suszenie wykorzystują np. suszarki walcowe. Przykładem suszarki wykorzystującej suszenie pod działaniem pola energetycznego jest suszarka dielektryczna.

Rodzaje proszków w mleczarstwie

W przemyśle mleczarskim, z uwagi na charakter produktów wykorzystywane jest suszenie rozpyłowe. Suszenie rozpyłowe to konwekcyjna technika suszenia, w której jak już wspomniano, czynnikiem doprowadzającym ciepło do materiału suszonego oraz odprowadzającym z niego wilgoć jest gorące suche powietrze owiewające materiał. Suszeniem rozpyłowym nazywamy proces, w wyniku którego z płynnego roztworu, zawiesiny powstaje produkt w postaci proszku. Suszenie rozpyłowe to technika wykorzystywana w mleczarstwie przez rosnącą liczbę przedsiębiorstw. W ostatnich latach odnotowano powstanie kilku bardzo znaczących inwestycji na terenie Polski. Jedną z nich jest największa suszarnia w Polsce zlokalizowana w Mrągowie. Pozostająca jeszcze w trakcie budowy suszarnia należy do Zakładu Produkcji Mleczarskiej mleczarni Mlekpol (SM). Nowo powstały Zakład Produkcji Sproszkowanych Wyrobów Mleczarskich przewiduje wydajność produkcji w ilości 3 mln litrów mleka i serwatki na dobę. W ofercie przedsiębiorstwa planowane jest umieszczenie produktów linii baby food czy też białek serwatkowych o dużej czystości. Kolejna instalacja, już zrealizowana, należy do Grupy Mlekovita w Wysokiem Mazowieckiem.

Na przestrzeni ostatnich lat obserwuje się wzrost produkcji galanterii mleczarskiej w tym serów. Co za tym idzie powstaje bardzo duża ilość odpadu w postaci serwatki. Jedną z możliwości poradzenia sobie z taką ilością produktu ubocznego jest wysuszenie rozpyłowe i uzyskanie w ten sposób szeregu produktów, które rynek jest w stanie przyjąć. Instalacje suszarnicze dają możliwość wytworzenia z zachowaniem wartości odżywczych wielu rodzajów proszków mlecznych takich jak: odtłuszczone mleko w proszku w skrócie OMP (ang. Skimmed Milk Powder), pełne mleko w proszku WMP (skrót pochodzi z języka angielskiego Whole Milk Powder), izolat białek serwatkowych WPI (Whey Protein Isolate), koncentrat białek serwatkowych WPC (Whey Protein Concentrate), serwatka w proszku czy permeat serwatki w proszku.

Odtłuszczone mleko w proszku jest to przetwór mleczny, który powstaje z odparowania z pasteryzowanego pełnego lub znormalizowanego mleka krowiego prawie całej wody. Skład tak powstałego produktu to maksymalnie 4% wody, nie więcej niż 1,5% tłuszczu i nie mniej niż 20% białka. Mleko w proszku ma jednolitą barwę, od białej do jasnokremowej. Z kolei mleko pełne w proszku nie powinno zawierać mniej niż 26% tłuszczu i nie mniej niż 20% białka.

Koncentrat białek serwatkowych WPC oraz izolat białek serwatkowych WPI to kolejna znana para produktów. Koncentrat białek serwatkowych to proszek w którym deklarowana przez producenta minimalna zawartość białka może stanowić 33,8% (WPC 34), 58% (WPC 60), 63% (WPC 65) lub 80% (WPC 80). Izolat, w odróżnieniu od koncentratu to proszek, w którym zawartość białka jest największa i sięga 95%. Jasne jest, że obydwa typy produktów pochodzą z serwatki.

Sama serwatka w proszku zawiera w głównej mierze cukier mleczny – laktozę. Przedsiębiorstwa przetwarzające serwatkę podpuszczkową na laktozę spożywczą dostarczają proszek o zawartości czystej substancji przekraczającej 98%. Tego typu produkt jest stosowany w przemyśle piekarniczym, cukierniczym lub mięsnym. Obecnie na rynku oferowane są dwa typy serwatki odwodnionej typu słodkiego, zawierającej 10-14% białka ogółem i 65-75% laktozy. Są to: serwatka w proszku i serwatka w proszku częściowo zdemineralizowana. W obydwu rodzajach produktów zawartość tłuszczu jest niska i wynosi poniżej 1%.

Permeat serwatki, inaczej przesącz, to płyn pozostały po poddaniu serwatki procesowi filtracji membranowej. Stosowanie technik separacji membranowej pozwala na frakcjonowanie stałych składników serwatki w zależności od wielkości cząstek. Jest to odbiałczona serwatka, produkt uboczny powstały w wyniku produkcji koncentratu protein serwatkowych. Białka serwatkowe pozostają w retentacie (koncentracie). Jednym słowem, z serwatki powstaje kilka produktów: serwatka w proszku, permeat serwatki, koncentrat białek serwatkowych i izolat białek serwatkowych.

Jeśli chodzi o skład serwatki to zawiera ona mieszaninę wielu cennych składników, tj. białka, laktoza, związki wapnia i fosforu, kwasy organiczne i witaminy. Do serwatki przechodzi około 60% suchej masy mleka z którego wytwarzane są sery, a w przypadku laktozy, do serwatki przechodzi 96% zawartości tego cukru w suchej masie mleka. W przypadku wartościowych białek jest podobnie. Białka serwatkowe, do których należą albuminy i globuliny, przechodzą do serwatki w około 95%. Głównymi składnikami białka zawartego w proszku serwatkowym i w WPC są β-laktoglobulina, α-laktoalbumina oraz immunoglobuliny. Co istotne nie ulegają one denaturacji w trakcie przerabiania surowca w postaci płynnej. Należy mieć także na uwadze fakt istnienia dwóch typów serwatki: podpuszczkowej i kwasowej, które różnią się między sobą składem chemicznym i właściwościami fizykochemicznymi. Na przykład serwatka kwasowa charakteryzuje się niższą zawartością białek. Odtworzenie produktów proszkowych otrzymanych w procesie suszenia sprowadza się do rozpuszczenia ich w wodzie. Otrzymane w wyniku suszenia produkty charakteryzują się dłuższym okresem trwałości niż te w wersji płynnej na skutek wzrostu ciśnienia osmotycznego i obniżenia aktywności wody. Ponadto znaczenie mają także łatwość dozowania, mniejsza objętość. Cechy te są z kolei bardzo istotne z punktu widzenia magazynowania jak i transportu.

Proces produkcji proszku mlecznego przebiega dwuetapowo. Etap pierwszy to usuwanie wody z mleka, w którym zawartość suchej masy oscyluje wokół 9-12%. Zabieg ten przeprowadzany jest w wyparkach próżniowych bądź za pomocą technik filtracji membranowej takich jak ultrafiltracja czy odwrócona osmoza. Otrzymuje się w ten sposób mleko zagęszczone o zawartości suchej masy 25-50%. Wyparki próżniowe umożliwiają usunięcie w wyniku odparowania około 80% wody z mleka. Drugi etap to suszenie mleka zagęszczonego w tzw. wieżach suszarniczych, z wykorzystaniem metody rozpryskowej. Otrzymuje się w ten sposób proszek mleczny o zawartości suchej masy 95-97%. Od produktu wymaga się, aby cechował się odpowiednim składem, dobrą rozpuszczalnością, zwilżalnością, smakiem, zapachem. Celem suszenia rozpryskowego jest usunięcie wody z koncentratu w jak najkrótszym czasie z wykorzystaniem możliwie najniższej temperatury. Dzięki takiemu postępowaniu możliwe jest zminimalizowanie negatywnego wpływu wywoływanego przez wysoką obróbkę cieplną. Suszenie rozpyłowe może także być realizowane jako jedno-, dwu- lub trójstopniowe.