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.