Membrany: Techniki membranowe w produkcji mleczarskiej
Proces ultrafiltracji ma zastosowanie w mleczarstwie do produkcji lodów, lodów o obniżonej zawartości laktozy, serów, standaryzacji zawartości białka, frakcjonowania hydrolizatów białek mleka i oczyszczania ścieków mleczarskich. Ponadto pozwala na zagęszczanie białek serwatkowych z oddzieleniem związków mineralnych. Urządzenia do UF są w stanie produkować koncentrat białek serwatkowych WPC (ang. Whey Protein Concentrate) o zawartości nawet 85%. Połączenie UF z procesem MF pozwala na produkcję izolatów białek serwatkowych.
Nanofiltracja (NF) jak sama nazwa wskazuje dotyczy instalacji membranowej z membranami o średnicy porów wyrażonej w nanometrach [nm]. Ciśnienie procesowe jest rzędu 1-4 MPa. Podczas tego selektywnego rozdziału zachodzi proces zagęszczania wraz z demineralizacją. Generalnie NF wykorzystywana jest do zagęszczania i odsalania serwatki. Przez pory membrany przechodzą jony soli mineralnych i niskocząsteczkowe związki organiczne (np. kwas mlekowy). W przemyśle mleczarskim nanofiltracja stosowana jest również podczas obróbki serwatki kwasowej wykorzystywanej np. do produkcji lodów.
Urządzenia do odwróconej osmozy (RO) służą głównie do usuwania wody oraz wstępnego oczyszczania ścieków. Pracują przy ciśnieniu operacyjnym rzędu 3-10 MPa. Podczas procesu RO, przez membranę przechodzi woda, niewielkie ilości soli mineralnych i niebiałkowych związków azotowych. Instalacje membranowe z wykorzystaniem odwróconej osmozy ze względu na aspekty ekonomiczne mają zastosowanie głównie do zagęszczania serwatki oraz mleka odtłuszczonego. Permeat RO może być wykorzystywany jako tzw. cow water, do mycia np. posadzek.
Mankamentem instalacji membranowych jest często zjawisko „foulingu” (po polsku zarastanie), czyli przywierania zawieszonych lub rozpuszczonych substancji do powierzchni lub wnętrza porów membrany. Proces ten może być odwracalny (mówimy wówczas o polaryzacji stężeniowej) lub nieodwracalny. W celu regeneracji membran zastosowanie mają metody chemiczne lub mechaniczne. Wszystkie instalacje membranowe powinny być prawidłowo umyte i wypłukane zaraz po przeprowadzonym procesie produkcyjnym zgodnie z zaleceniami.
Przed zakupem instalacji membranowej należy zastanowić się nad jej wydajnością. Jeśli w zakładzie mleczarskim będzie produkowany nowy wyrób warto, aby wstępnie dokonać prób jego produkcji na skalę laboratoryjną. Takie działanie ułatwi firmom oferującym rozwiązania z wykorzystaniem technik membranowych, właściwą i optymalną konfigurację urządzenia.
Grzegorz Wróblewski
Dyrektor Handlowy w SPX Flow Technology Poland (brand APV)
Na początku trochę historii. Firma Danish Sugar Companies (znana obecnie jako Danisco) rozpoczęła prace nad rozwiązaniami membranowymi jeszcze w 1965 roku w Nakskov w Danii, gdzie została opracowana pierwsza membrana dla przemysłu mleczarskiego.
Pierwszym systemem membranowym zastosowanym w przemyśle mleczarskim była dostarczona przez firmę Danish Dairies Maschinery-Factory (dzisiaj SPX) do zakładu w Christiansfeld (Dania), RO oparta o membrany z octanu celulozy.
Intensywny rozwój w zakresie materiałów do produkcji membran (opracowanie membran polisulfonowych), doprowadził firmę Pasilac (dzisiaj SPX) w latach 1970-1980 do wiodącej pozycji w dziedzinie dostaw technologii filtracji membranowej dla mleczarstwa. Pod koniec lat 70. zespół Danish Sugar Companies, Pasilac i pracowników naukowych, rozpoczął prace w centrum rozwojowym Pasilac (obecnie SPX), w wyniku których powstały rozwiązania oparte na membranach płytowo-ramowych. W konsekwencji ugruntowało to w latach 80. wiodącą rolę firmy Pasilac w technologii membranowej.
Dzisiaj nowe trendy w wykorzystaniu technik membranowych przesuwają się w kierunku wykorzystania ich do rozdziału określonych składników produktu.
Przykładowo, NF jest obecnie coraz częściej wykorzystywana do demineralizacji serwatki, stosowanej do produkcji odżywek dla niemowląt (często z dodatkowym wspomaganiem procesem elektrodializy).
RO jest nadal głównie wykorzystywana do wstępnego zagęszczania serwatki, mleka, czy permeatu przed wyparką, w celu obniżenia kosztów produkcji.
Natomiast UF jest wykorzystywana w wielu typowych rozwiązaniach, jak np. w standaryzacji mleka serowarskiego, jogurtowego, a nawet mleka w proszku (jeżeli zawartość białka w mleku przewyższa poziom wymagany normą). UF jest wykorzystywana również przy produkcji świeżych produktów. Widoczne są tendencje zastosowania UF przy produkcji jogurtu typu Skyr, a także wysokiej jakości jogurtów typu greckiego.
Przy produkcji serów metodą tradycyjną znalazła natomiast zastosowanie MF, gdzie stosowane przez SPX membranowe rozwiązania usuwania drobnoustrojów i przetrwalników (system Bug-Away) zastępują tradycyjnie stosowane w tym miejscu baktofugi. Dzięki takim rozwiązaniom uzyskuje się istotnie poprawioną jakość mikrobiologiczną mleka serowarskiego a w konsekwencji sera.
Systemy MF można spotkać również przy produkcji mleka ESL. Informacja o usunięciu bakterii i przetrwalników przy użyciu filtracji, a nie obróbki termicznej jest wykorzystywana przez producentów, jako silne narzędzie marketingowe. Oferowany tu przez SPX system „Bug-Away” oparty jest na sprawdzonych rozwiązaniach i potwierdzonych pozytywnych testach jakościowych produktu.
MF jest również wykorzystywana w procesie frakcjonowania białek w mleku odtłuszczonym. Daje to możliwość zredukowania ilości typowej serwatki przy produkcji serów czy kwaśnej serwatki w przypadku produkcji twarogów, na rzecz tzw. idealnej serwatki. Ta stanowi idealną bazę do rozwoju technologii produkcji wysokowartościowych produktów białkowych.
Warto zwrócić uwagę na tendencję do wprowadzania rozwiązań zapewniających zrównoważony rozwój, a także stosowania technik odnawialnych. Filozofia ta wiąże się zarówno z obniżaniem kosztów produkcji, jak i zmniejszaniem kosztu utylizacji odpadów i ścieków. Tendencja ta wyraża się coraz większym zainteresowaniem skierowanym na systemy membranowe do odzysku mleka z „białej wody” (popłuczyn), środków myjących po procesie mycia itp.
