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Pier Luigi VecchiaParma, 20 settembre 2012.
Sommario
Definizione di “siero di latte”
I derivati del siero di latte
I prezzi attuali di alcuni derivati
Quali innovazioni e in che direzione
1. Innovazioni di prodotto
2. Innovazioni di processo
3. Innovazioni nei processi
4. Risparmio energetico
5. Innovazioni nell’ automazione
Il siero di latte è il liquido che si separa dal latte dopo il processo di caseificazione e costituisce circa l’85% del volume trasformato.
Di per sé costituisce materia prima per altre produzioni alimentari: a cominciare dalla ben nota “ricotta.
(Carlo Correra, Magistrato, Alimenti e Bevande, III,25, 1 / 2 , 2001)
Una definizione di siero di latte
Latte crudo
Latte pastorizzato
Pastorizzazione/standardizzazione
Separazione
Latte magro
Latte magro in polvere grassoConcentrazione/essiccam.
Latte per caseificazioneformaggio
SIERO
Ultra-/diafiltrazione
Ultra-/dia-filtrazione Siero proteine
concentrate
Isolato di siero proteine
Idrolisi
enzimatica
Siero proteineidrolizzate
Chromatografia
a-lactalbumina
b-lactoglobulina
Immunoglobuline
Lactoferrina
Lactoperossidasi
PERMEATO
Rennet
Lattosio
Concentrazione/cristallizzazione
Sciroppo di galattosio/glucosio
Idrolisi enzimatica
Lattulosio
Isomerizzazione
Lattitolo
idrogenazione
Tagatosio
Isomerizzazione
Galacto-oligosaccaridi
Trattamento
enzimatico
concentrato proteico del latte
Isolato proteico del latte
Idrolizzato proteicodel latte
Idrolisi enzimatica
Ultrafiltrazione
Ultra-/microfiltrazione Micelle di caseina
Caseina
PrecipitazioneAcido/enzim.
Caseinati
Trattamento alcalino
Latte intero in polvereConcentrazione/essiccam.
Concentrazione/essiccamento
Siero in polvere
Colostro
Permeato in polvereConcentrazione/essiccam.
Micro-/ultra-filtrazione
Sieroproteine conc.ad alto valore di grasso
Coo
kin
g /
Se
pa
ratio
n
Enzymatic Hydrolysis
CrossflowWhey
Butterrmilk
Whey
Butter
Dairy and Whey Ingredients
Phospholipids
Sphingomyelin
Raw Milk
Pasteurized Milk
Skim Milk
Cheese Milk
Whey
Pasteurization /Standardization
SeparationMilk
FatMilk Protein Isolate
Milk Protein
Concentrate
Milk Protein
Hydrylysate
Micellar Casein
Ultrafiltration
Ultra- /Diafiltration
Enzymatic / Hydrolysis
Ultra- /Microfiltration
Whole Milk Powder
Skim Milk Powder
Casein
Caseinates Cheese
Concentration / Drying
Concentration / Drying
Acid / Enzymatic precipitation
Washing / Separation / Drying
Alkaline Treatment
Drying or Extrusion
Rennet
α-Lactalbumin
β-Lactoglobulin
Immunoglobulin
Lactoferrin
Lactoperoxidase
Whey Protein
Concentrate
Whey Protein
Isolate
Whey Protein
Hydrolysate
High Fat
WPC
Whey Powder
Demin. Whey
Powder
Concentration / Drying
Demineralization
Concentration / Drying
Ultra- /Diafiltration
Micro- /Ultrafiltration
Enzymatic / Hydrolysis
Ch
rom
ato
gra
ph
y
Permeate
Permeate Powder
Lactose
PharmaceuticalLactulose
Galactose /
GlucoseLactitol Tagatose
Galacto
OligosaccharidesLactose edible
Concentration / Crystallization
Separation / DryingConcentration / Refining
Crystallization / Separation / DryingIsomerization Enzymatic / Hydrolysis Hydrogenation
Isomerization Enzymatic process
Butter AMFCooking /
SeparationMaturation / Separation
Kneating
ButtermilkButterrmilk Powder
Milk Minerals
Separation
Concentration / Crystallization
Drying
Separation / Pasteurization
Whey
Cream
I derivati più prodotti in Italia
Siero di latte in polvere
Siero demineralizzato (50, 70, 90)
Lattosio
WPC 35 in polvere
WPC concentrati liquidi (35, 60 e 80)
Permeato
Siero concentrato al 20%, al 30% al 60% Lattulosio (FRESENIUS), Tagatosio e Galatto-oligosaccaridi (TAGOS)
I prezzi dei principali derivati Siero di latte in polvere uso zootecnico: 1000,00-1100,00 €/ton
Siero di latte in polvere uso alimentare: ~ 1200
Siero concentrato al 20%: 700-900 t/s.s. (250-300 € inf. alla polvere)
Lattosio alimentare: 1600 - 1700
Permeato : 700 - 800
WPC 35 in polvere: ~ 3200
WPC 60 in polvere: 4900-5200
WPC 80 in polvere: 8500-12000 (in funzione della qualità)
WPC 35 concentrato al 20% di s.s. 1600-1700 t/s.s. partenza Italia
WPC 50 concentrato al 20% di s.s. 2800-2900 t/s.s.
WPC 60 concentrato al 20% di s.s. 3400-3600 t/s.s.
Siero in polvere DEMI 50: 1500 - 1700
Siero in polvere DEMI 70: 1800-1900
Siero in polvere DEMI 90: 2300-2600
PREZZO SIERO LIQUIDO ARRIVO: 25-30 €/ton (15 -22 partenza)
Innovazioni:una premessaOccorre distinguere tra innovazioni tecnologiche
(processi e prodotti)
- proposte dall’industria che fornisce impianti
- sviluppate all’interno delle singole industrie di trasformazione.
Le prime sono ovviamente NOTE,
mentre le seconde sono ovviamente RISERVATE e quindi
risulta difficile – per il momento - conoscerle
Quali innovazioni?
Prodotti nuovi
Processi applicati al siero
All’interno di alcuni processi
Risparmio energetico
Conduzione degli impianti di essiccamento
Prodotti nuovi
La combinazione delle varie tecnologie disponibili (trattamenti a membrana, cromatografia, elettrodialisi, scambio ionico, ecc. ) permette oggi di arrivare a prodotti sempre più ad alto valore aggiunto e qualitativamente migliori.
Alcuni esempi recenti:
Lacto salt Optitaste (Armor Protein) = (+ SAPORE e - SODIO)
Varie tipologie di zuccheri derivati dal lattosio/permeato
Microparticolazione
LINEA APV per microparticolato
La microparticolazioneLa microparticolazione del siero è un processo di trattamento termico e meccanico, che viene utilizzatoper denaturare le sieroproteine concentrate (WPC)e formare un microparticolato di sieroproteinecon dimensione simile ai globuli di grasso nellatte.
Questo processo migliora le proprietàsensoriali dei prodotti con un ridottocontenuto di grasso, dando una palatabilitàe una consistenza simile ai prodotti tradizionali.
(documentazione APV)
Si rimanda al precedente convegno di Milano: v. relazione del prof. Muchetti
Utilizzazione del microparticolato
EPC (European Pressed Cheese), formaggifreschi, formaggi spalmabili• Dessert a base latte e bevande fermentate• Milk drinks e yogurt• Salse e maionese• Gelati, cioccolato e pasticceria• Prodotti da forno• Prodotti nutraceutici e ingredienti in polvere
( documentazione APV )
Nuovi processiUno degli scopi principali è
l’ AUMENTO DEL RESIDUO SECCO
per riduzione dei costi di trasporto
per riduzione dei costi di essiccamento
Dove si può realizzare: Trattamenti a membrana ( OI e NF e UF )
Impianti di EVAPORAZIONE
Ostacoli/problemi: viscosità elevata dei concentrati soprattutto proteici e rischio di denaturazione delle sieroproteine
Trattamento a membrane Aumento del residuo secco: dal 2000 al 2012
da 18-20 % a valori superiori: 24 30 36%
Come?
Aumento di pressione sia su OI che su NF
Utilizzo/inserimento di membrane di NF su impianti esistenti di OI (con recupero del permeato da NF)
Aumento del numero di stadi di filtrazione, con aumento del ricircolo
Trattamento con NF ad alta pressione su concentrati da UF.
OSMOSI INVERSA CON AUMENTO DELLA PRESSIONE
MMS Alpine RO-Systemsmassimizzare il n. degli stadi
New MMS system development for higher TS concentration and/or lower operating costs
• Each stage has a circulation pump
• Each stage is identical in construction hence faster manufacturing and simpler service
• Data from industrial installations in Switzerland:
• ~30% reduction in membrane cost and CIP cost
• ~20% reduction in energy cost
• Higher TS levels become economically viable (skim milk concentration up to 31 % TS, whey concentration up to 24 % TS)
• System performance boost will depend on the feed material treated and the flux/concentration curve.
• Higher investment costs (more pumps, more piping, more instrumentation) more than traded off by better economics
WPC concentrato (da GEA)
18GPIT18
Sweet whey18,0%TS
20.000 kg/h da OI
UF Unit
UF Retentate 23.6%TS
WPC35 4,100 kg/h
NFHP UnitNF-Retentate-35.0%TS
WPC35 - 2,600 kg/h
NF Permeate 16,7%TS
1,500 kg/h
UF Permeate 15,8%TS
15.900 kg/h
RO Polisher UnitRO Retentate 35.0%TS
700 kg/h
RO-P Permeate 0,1%TS
800 kg/h
Demineralizzazione
IERI: SCAMBIO IONICO( problema sulle soluzioni di rigenerazione )
OGGI: NF + ELETTRODIALISI
Sono in arrivo nuovi perfezionamenti sugli impianti dielettrodialisi che permetteranno di arrivare piùfacilmente ad una demineralizzazione del 90% e si stacercando di risolvere anche il problema delle soluzioni dirigenerazione attraverso minori consumi e quindi contrattamenti di depurazione più facili.
Si rimanda all‟articolo sulla rivista IL Latte del giugno 2012
La cristallizzazione del lattosio:IL VERO PUNTO CRITICO DI ALCUNI PROCESSI
Studi in atto (Convegno di Saint Malo del 19-21 giugno scorso):
Maggior comprensione dei fenomeni di nucleazione, crescita e sviluppo dei cristalli
Maggiore omogeneità delle dimensioni dei cristalli e
Formazione del maggior numero possibile di cristalli
La transizione vetrosa
Utilizzo degli ultrasuoni per favorire la nucleazione
PROCESSI-PRODOTTI interessati: Lattosio
Sieri di latte in polvere
permeati
La cristallizzazione del lattosio
Il Miglioramento della CRISTALLIZZAZIONE del lattosio
PORTA A
Aumento della resa di produzione (nella prod. di lattosio)
Riduzione dei fenomeni di caking sulle pareti degli impianti spray (sieri in polvere e permeato)
Riduzione dei problemi di igroscopicità nel confezionamento e nella conservazione
Miglioramento delle caratteristiche chimico-fisiche delle polveri (solubilità, scorrevolezza, bagnabilità, …)
La cristallizzazione del lattosioSenza dimenticare che
la cristallizzazione è influenzata da tanti fattori, tra i quali:
pH
Presenza di ceneri
Tipologia delle proteine (denaturazione e trattamenti o condizioni di stoccaggio e conservazione prima dell’arrivo al caseificio)
IN ALTRE PAROLE, OCCORRE SEMPRE GUARDARE ALLA QUALITA’ DELLA MATERIA PRIMA
IL PERMEATO:Trattamento del permeato
per la produzione di lattosio
Processo di “SBIANCAMENTO” in continuo (eliminazionedella riboflavina) e sistemi di demineralizzazione(processo DCPeliminazione del fosfato di calcio)
per massimizzare:
la RESA in lattosio,
la QUALITA’ del lattosio
Milk & More reclaimable Lactose Decoloring process
C ON T IN U OU S
S IM P L E H AN D L IN G
S IM P L E C H E C K IN G
C OM P E T IT IV E
R E C L AIM AB L E AC T IV E C AR B ON
Industrial Plant 10 m³/h
Comparing of “old” Decoloring Process and Milk & More Decoloring Process
Whey or
Whey Permeate
Evaporator60 % D.M.
Lactose
Crystallization
Decanter„s and
Centrifuge
Lactose edible
(Crude)
Dissolving~100°C/pH4,0/60 % D.M.
Stirring 2-3 Std~100°C/pH4,0/60 %D.M.
Filter press~100°C/pH4,0/60 %TS
Mix of
Active
Carbon
and Filter
adjuvants
Lactose
Crystallization
Waste
CentrifugeRaffinade
Fluid Bed Dryer
Lactose edible
refined
Pharmaceutical
Lactose
Mixing
Active Carbon
Filter adjuvants
Soft-Water
Preparation
Acid Water
For a good Lactose quality, additional a DCP process is required
to have a Lactose with low Ash content.
For a highr Lacose yield the Mother Liquor could be re-worke
for a 2nd crop of Lactose and higher yield.
Whey Permeate
Milk & More
Decoloring Process
Evaporator
Lactose
Crystallization
Decanter / Sieve
Centrifuge
Lactose edible
refined
Pharmaceutical
Lactose
DCP
Process
Milk
Minerals
Impianti di essiccamento
Questo processo presenta numerose difficoltà di conduzione legate a:
Caratteristiche qualitative dei concentrati
Modalità di conduzione della CRISTALLIZZAZIONE del lattosio
Scelta dei serbatoi di cristallizzazione
Difficoltà nel PREVEDERE il comportamento dei concentrati e quindi dei sieri negli impianti
Essiccamento per i sieri … difficili
Utilizzazione di “POSTCRISTALLIZZAZIONE” all’uscita della camera di essiccamento
Particolare che permette di ottenere una igroscopicità molto ridotta per i sieri difficili da essiccare.
Si tratta, in pratica, di un “tunnel o letto statico” nel quale la polvere è trasportata lentamente verso un successivo letto vibrato esterno.
TETRA MAGNA PROLAC DRYER
BSP/2011-12-19
Tetra Magna Crystallisation belt
Tetra Magna Fluid bed shaking
Automazione sugli impianti di essiccamento
IL LOGICIEL gestione dell’impianto
(del prof. Pierre Schuck - INRA di Rennes)
Calcolo dei parametri di essiccamento (T° di entrata e di uscita) sulla base di analisi del concentrato, prima dell’invio all’impianto.
E …. riduzione dei costi dal 2 al 5% ed in qualche caso caso anche del 20%.
Anche questo aspetto è stato presentato nel dettaglio sulla Rivista oltre che nel Manuale lattiero caseario
RISPARMIO ENERGETICO RIDUZIONE DEI CONSUMI DEGLI IMPIANTI, IN PARTICOLARE DI QUELLI DI
ESSICCAMENTO
O,10/0,20 kg di vapore per evaporare 1 kg di acqua nella
concentrazione per evaporazione MVR/TVR
2,0 kg. di vapore per evaporare 1 kg di acqua negli impianti spray
CHE FARE?- Aumento del residuo secco negli impianti di concentrazione o comunque
una MAGGIORE ATTENZIONE A QUESTO PARAMETRO.
- Cambiamenti nei sistemi di formazione delle particelle da essiccare: sono allo studio – su impianti pilota – nuovi sistemi di atomizzazione che permetteranno una maggiore omogeneità ed efficienza nella dispersione del concentrato nella camera di essiccamento
…. In pratica, cosa DOVREBBE fare
chi si occupa della produzione ?
QUESTE LE DOMANDE PIU’ FREQUENTI
Come condurre la cristallizzazione nella produzione di siero in polvere?
Da quale temperatura si deve iniziare il raffreddamento?
E’ il caso di ritornare all’aggiunta di “seeding lactose”?
E’ il caso di iniziare la cristallizzazione da temperature più elevate per evitare un eccesso di disparità nelle dimensioni dei cristalli alla fine della cristallizzazione?
Come si può aumentare la resa nella produzione di lattosio?
Come si può ridurre la perdita di lattosio nelle acque madri?
Quindi, che fare?
Ogni azienda si deve impegnare in proprio con
Maggiore attenzione alla qualità della materia prima
Pianificazione dei vari parametri di cristallizzazione e di essiccamento,
ma:
Serve una materia prima qualitativamente più omogenea: la maggior parte dei problemi derivano proprio da una “qualità” troppo variabile.
Produzione di permeato in polvere
( Paraflash-APV e Tixotherm-GEA ): iniziale successo legato ad un forte aumento del residuo secco, prima della fase di essiccamento
Oggi: impianti di essiccamento specifici con letto statico esterno
“ritorno” al vecchio sistema di SEEDING LACTOSE per migliorare la cristallizzazione
Conclusione1. La situazione italiana è molto particolare rispetto al resto d’Europa: quasi
nessuno fa investimenti
2. Siamo “TERRA DI CONQUISTA” per le grandi aziende europee, in particolare francesi e tedesche, che acquistano i nostri semilavorati.
3. Siamo comunque in grado di produrre dei buoni semilavorati, anche se …
4. Abbiamo i più alti prezzi europei del siero liquido. Forse questa è una delle ragioni principali dello scarso interesse ad investire sulla trasformazione del siero.
5. La qualità del siero dovrebbe essere un problema non solo per chi acquista il siero, ma anche e soprattutto per chi lo produce e lo vende.
6. E infine non sembra ci sia dialogo tra le importanti aziende italiane per creare stabilimenti che “chiudano il cerchio” della produzione, cioè arrivare a produrre prodotti finiti in polvere per uso alimentare.
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