Mikrofiltracja: Mikrofiltracja w zakładzie

Koncentrat kazeiny micelarnej ma interesujące właściwości, szczególnie w kontekście produkcji serów. Do podstawowych korzyści płynących z zastosowania MCC w serowarstwie można zaliczyć zmniejszenie zużycia mleka na kg sera, skrócenie czasu uzyskania skrzepu (nawet do 53%), bardziej zwięzły skrzep oraz znaczne zmniejszenie ilości kwaśnej serwatki podczas produkcji serów twarogowych czy serków wiejskich.

Ponadto, MCC może znaleźć zastosowanie w następujących aplikacjach:

• w procesie hydrolizy białkowej do otrzymywania produktów o wysokich właściwościach odżywczych
• zamiast suszonej kazeiny w zabielaczach do kawy, ubijanych toppingach
• do produkcji mleka wzbogaconego w białko i wapń
• jako surowiec do produkcji indywidualnych frakcji kazeiny (np. β-kazeina) lub κ-glikomakropeptydu
• jako baza do napojów
• napoje energetyzujące o długim terminie przydatności do spożycia
• napoje odżywcze dla diabetyków.

Permeat MF produkowany przy zastosowaniu membran o małych porach (0,1-0,2 μm; w przeciwieństwie do dużych porów 1,4 μm, znajdujących zastosowanie do usuwania bakterii) zawiera głównie β-laktoglobulinę, α-laktoalbuminę, laktozę, sole mineralne oraz azot niebiałkowy, a więc składem przypomina słodką serwatkę. Niemniej jednak należy podkreślić istotne różnice w składzie między permeatem MF a serwatką, które w konsekwencji determinują właściwości funkcjonalne i sensoryczne produktów otrzymywanych z ich udziałem. Permeat MF zawiera bardzo małe ilości tłuszczu, którego wysoka zawartość negatywnie wpływa na smak i zapach, właściwości pianotwórcze oraz jakość produktów w czasie przechowywania. Ponadto, permeat MF jest wolny od glikomakropeptydu powstającego w wyniku działania podpuszczki na κ-kazeinę. Do dodatkowych zalet permeatu MF należy zaliczyć jego klarowność, sterylność oraz brak obecności fagów.

Marcin Skrzypek

Współwłaściciel w Intermasz – Filtracja membranowa

Mikrofiltracja jest najnowszą i najdynamiczniej rozwijającą się techniką filtracji membranowej w mleczarstwie. Szeroki zakres granic rozdziału membran mikrofiltracyjnych oferuje rozległe możliwości ich zastosowania – nie tylko do coraz powszechniejszych aplikacji z zakresu usuwania bakterii i przetrwalników z mleka, czy też solanki serowarskiej, ale coraz częściej także do frakcjonowania składników mleka, maślanki, czy też słodkiej i kwaśnej serwatki.

Inaczej, niż w przypadku procesów ultrafiltracji, nanofiltracji, czy odwróconej osmozy, w których dominującą pozycję zajmują membrany polimerowe, w przypadku instalacji mikrofiltracyjnych bardzo często lub też wyłącznie (usuwanie bakterii i przetrwalników z mleka, czy serwatki) wykorzystywane są membrany ceramiczne. Jak dowodzi praktyka przemysłowa, instalacje ceramiczne, pomimo wyższych kosztów inwestycyjnych, okazały się niezawodną i atrakcyjną alternatywą dla układów opartych na membranach polimerowych. Kilkukrotnie wyższa wydajność filtracji z jednostki powierzchni, wysoka selektywność rozdziału składników, długa żywotność, łatwość i niski koszt regeneracji chemicznej membran to podstawowe zalety membran ceramicznych, które sprawiły, że membrany te znalazły zastosowanie już w ponad 20 instalacjach przemysłowych w polskich zakładach mleczarskich.

Firma Intermasz – Filtracja membranowa specjalizuje się w aplikacjach ceramicznych membran mikro- i ultrafiltracyjnych w przemyśle mleczarskim. Prowadzone od ponad 10 lat badania laboratoryjne i półtechniczne, współpraca z firmą TAMI Industries (jednym z wiodących producentów membran ceramicznych na świecie) oraz z czołowymi polskimi wykonawcami i firmami inżynieryjnymi zaowocowały ponad 40 wdrożeniami przemysłowymi w Polsce i w państwach ościennych.

Jedną z najciekawszych aplikacji ceramicznych membran mikrofiltracyjnych jest autorska koncepcja wielozadaniowej instalacji membranowej, zrealizowana przy współpracy z firmą Mlekomat, pozwalająca na wykorzystanie jednej instalacji do kilku procesów, takich jak:

1. Frakcjonowanie białek mleka (standaryzacja poziomu kazeiny w mleku procesowym – odtłuszczonym lub z tłuszczem),
2. Produkcja serka twarogowego z mleka ukwaszonego o różnej zawartości tłuszczu,
3. Produkcja twarożku z białek serwatkowych odzyskanych z kwaśnej serwatki,
4. Usuwanie pyłu kazeinowego i tłuszczu z serwatki słodkiej i kwaśnej.

Koncepcja ta pozwoliła na efektywne użytkowanie instalacji w cyklu dobowym i lepsze wykorzystanie bazy surowcowej. Umożliwiła też istotne zmniejszenie ilości serwatki powstającej przy produkcji serów twarogowych oraz pozyskanie dodatkowej masy białkowej z serwatki kwaśnej.

Zastosowanie ultrafiltracji pozwala na produkcję koncentratów białek serum (ang. serum protein concentrate, SPC) o zawartości białka 34% i 80%, będących odpowiednikami koncentratów białek serwatkowych (ang. whey protein concentrate, WPC). Należy jednak pamiętać, że ze względu na różnice w składzie między SPC a WPC właściwości funkcjonalne i sensoryczne tych produktów również będą różne.

Obecnie oprócz membran ceramicznych (nieorganicznych, mineralnych) do frakcjonowania białek mleka stosuje się membrany pochodzenia organicznego (polimerowe). Do najczęściej stosowanych membran organicznych należą membrany wykonane z politetrafluoroetylenu (PTFE) oraz polifluorku winylidenu (PVDF). Membrany polimerowe należą również do najczęściej stosowanych w UF. Zdecydowanym atutem membran organicznych jest niższy koszt oraz mniejsze zapotrzebowanie na energię w porównaniu z membranami ceramicznymi. Niestety membrany polimerowe wykazują dość niską stabilność chemiczną i krótszą żywotność. Z kolei membrany ceramiczne są bardzo odporne na ekstremalne warunki chemiczne i fizyczne: mogą pracować w zakresie pH od 0,5 do 13,5 oraz w temperaturach powyżej 100°C. Niemniej jednak, w przypadku membran ceramicznych bardzo ważne jest, by zmian temperatury dokonywać w sposób stopniowy (< 10°C na minutę) w celu uniknięcia pękania membran.

Należy jednak podkreślić, że rodzaj stosowanych membran, szczególnie w odniesieniu do frakcjonowania białek mleka, ma ogromny wpływ na stopień rozdziału białek, a tym samym wydajność procesu. Proces rozdziału na membranach ceramicznych w dużej mierze zależy od selektywności membrany i sił działających na cząsteczki w strumieniu cieczy zasilającym membranę. W przypadku membran polimerowych frakcjonowanie białek zależy zaś przede wszystkim od właściwości membrany i warstwy powierzchniowej tworzącej się w wyniku zarastania, która zmienia selektywność membrany.

Techniki membranowe stwarzają wiele możliwości dla przemysłu mleczarskiego, niemniej jednak, aby wyprodukować produkt o pożądanych cechach konieczne jest dobre zrozumienie interakcji pomiędzy indywidualnymi składnikami mleka zachodzącymi w danych warunkach procesu.