I derivati del siero di latte

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 DCPeliminazione 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.