Pier Luigi Vecchia Parma, 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 Una definizione di siero di latte 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) Latte crudo Colostro Pastorizzazione/standardizzazione Latte intero in polvere Concentrazione/essiccam. Latte magro in polvere Concentrazione/essiccam. Precipitazione Acido/enzim. Caseina Trattamento alcalino Caseinati grasso Separazione Ultrafiltrazione Idrolisi enzimatica Latte per caseificazione Ultra-/microfiltrazione SIERO Concentrazione/ essiccamento Siero in polvere Ultra-/diafiltrazione Siero proteine concentrate Micro-/ultrafiltrazione Isolato di siero proteine Concentrazione/ cristallizzazione Lattosio Concentrazione/essiccam. Idrolisi enzimatica Sciroppo di galattosio /glucosio Isolato proteico del latte Idrolizzato proteico del latte Micelle di caseina Idrolisi Chromatografia Sieroproteine conc. ad alto valore di grasso Permeato in polvere concentrato proteico del latte Ultra-/diafiltrazione Latte magro Rennet formaggio Latte pastorizzato a-lactalbumina enzimatica Siero proteine idrolizzate b-lactoglobulina Immunoglobuline Lactoferrina Lactoperossidasi PERMEATO Isomerizzazione idrogenazione Isomerizzazione Trattamento enzimatico Lattulosio Lattitolo Tagatosio Galactooligosaccaridi Dairy and Whey Ingredients Maturation / Separation Kneating Raw Milk Butterrmilk Powder Cooking / Separation Butter AMF Buttermilk Pasteurization /Standardization Ultrafiltration Milk Protein Concentrate Concentration / Drying Pasteurized Milk Concentration / Drying Milk Fat Separation Skim Milk Powder Alkaline Treatment Drying or Extrusion Milk Protein Isolate Enzymatic / Hydrolysis Skim Milk Casein Ultra- /Diafiltration Milk Protein Hydrylysate Acid / Enzymatic precipitation Washing / Separation / Drying Cooking / Separation Whole Milk Powder Ultra- /Microfiltration Micellar Casein Rennet Caseinates Cheese Cheese Milk Separation / Pasteurization Whey Butter Whey Concentration / Drying Phospholipids Sphingomyelin Whey Cream Ultra- /Diafiltration Whey Powder Whey Butterrmilk Enzymatic Hydrolysis Crossflow α-Lactalbumin Whey Protein Concentrate Demin. Whey Powder Micro- /Ultrafiltration Whey Protein Isolate Enzymatic / Hydrolysis Whey Protein Hydrolysate β-Lactoglobulin Chromatography Demineralization Concentration / Drying Immunoglobulin Lactoferrin Permeate Powder Concentration / Crystallization Separation / Drying Lactose edible Concentration / Crystallization Drying High Fat WPC Separation Lactoperoxidase Milk Minerals Permeate Concentration / Refining Crystallization / Separation / Drying Lactose Pharmaceutical Isomerization Lactulose Enzymatic / Hydrolysis Galactose / Glucose Hydrogenation Lactitol Isomerization Tagatose Enzymatic process Galacto Oligosaccharides 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%: Lattosio alimentare: 700-900 t/s.s. (250-300 € inf. alla polvere) 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 premessa Occorre 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 microparticolazione La microparticolazione del siero è un processo di trattamento termico e meccanico, che viene utilizzato per denaturare le sieroproteine concentrate (WPC) e formare un microparticolato di sieroproteine con dimensione simile ai globuli di grasso nel latte. Questo processo migliora le proprietà sensoriali dei prodotti con un ridotto contenuto di grasso, dando una palatabilità e 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), formaggi freschi, 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 processi Uno 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-Systems massimizzare 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) Sweet whey18,0%TS 20.000 kg/h UF Permeate da OI 15,8%TS UF Unit 15.900 kg/h UF Retentate 23.6%TS WPC35 4,100 kg/h NF-Retentate-35.0%TS WPC35 - 2,600 kg/h NFHP Unit NF Permeate 16,7%TS 1,500 kg/h RO Retentate 35.0%TS 700 kg/h RO Polisher Unit RO-P Permeate 0,1%TS 800 kg/h 18 GPIT 18 Demineralizzazione IERI: SCAMBIO IONICO ( problema sulle soluzioni di rigenerazione ) OGGI: NF + ELETTRODIALISI Sono in arrivo nuovi perfezionamenti sugli impianti di elettrodialisi che permetteranno di arrivare più facilmente ad una demineralizzazione del 90% e si sta cercando di risolvere anche il problema delle soluzioni di rigenerazione attraverso minori consumi e quindi con trattamenti 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 lattosio Senza 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 (eliminazione della 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 ONTINUOUS S IMPLE H ANDLING S IMPLE C HECKING C OMPETITIVE R ECLAIMABLE ACT IVE C ARBON Industrial Plant 10 m³/h Comparing of “old” Decoloring Process and Milk & More Decoloring Process Whey or Whey Permeate Stirring 2-3 Std Whey Permeate ~100°C/pH4,0/60 %D.M. Active Carbon Evaporator Filter press 60 % D.M. ~100°C/pH4,0/60 %TS Mixing Lactose Crystallization Filter adjuvants Mix of Active Carbon and Filter adjuvants DCP Process Milk & More Decoloring Process Lactose Crystallization Decanter„s and Centrifuge Acid Water Soft-Water Preparation Lactose edible (Crude) Dissolving ~100°C/pH4,0/60 % D.M. Raffinade Milk Minerals Evaporator Waste Centrifuge Lactose Crystallization Fluid Bed Dryer Lactose edible refined Pharmaceutical Lactose Decanter / Sieve Centrifuge Lactose edible refined Pharmaceutical Lactose 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. 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 Tetra Magna Crystallisation belt Tetra Magna Fluid bed shaking BSP/2011-12-19 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 Conclusione 1. 2. 3. La situazione italiana è molto particolare rispetto al resto d’Europa: quasi nessuno fa investimenti Siamo “TERRA DI CONQUISTA” per le grandi aziende europee, in particolare francesi e tedesche, che acquistano i nostri semilavorati. Siamo comunque in grado di produrre dei buoni semilavorati, anche se … 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. 4. 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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