Pier Luigi Vecchia Parma, 20 settembre 2012.

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1 Pier Luigi Vecchia Parma, 20 settembre 2012.

2 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

3 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)

4 Latte crudo Colostro Latte intero in polvere Concentrazione/essiccam. Latte magro in polvere Caseina Concentrazione/essiccam. Precipitazione Acido/enzim. Latte pastorizzato Separazione Latte magro Pastorizzazione/standardizzazione grasso Ultrafiltrazione Ultra-/diafiltrazione concentrato proteico del latte Isolato proteico del latte Caseinati Trattamento alcalino formaggio Rennet Latte per caseificazione SIERO Idrolisi enzimatica Ultra-/microfiltrazione Idrolizzato proteico del latte Micelle di caseina Concentrazione/ essiccamento Siero in polvere Ultra-/diafiltrazione Siero proteine concentrate Micro-/ultrafiltrazione Isolato di siero proteine Sieroproteine conc. ad alto valore di grasso Chromatografia a-lactalbumina b-lactoglobulina Immunoglobuline Lactoferrina Lactoperossidasi Idrolisi enzimatica Siero proteine idrolizzate Permeato in polvere Concentrazione/essiccam. PERMEATO Concentrazione/ cristallizzazione Lattosio Idrolisi enzimatica Sciroppo di galattosio /glucosio Isomerizzazione Lattulosio idrogenazione Lattitolo Isomerizzazione Tagatosio Trattamento enzimatico Galactooligosaccaridi

5 Dairy and Whey Ingredients Chromatography Cooking / Separation Butterrmilk Powder Buttermilk Raw Milk Maturation / Separation Kneating Butter Cooking / Separation AMF Pasteurization /Standardization Whole Milk Powder Concentration / Drying Pasteurized Milk Ultrafiltration Milk Protein Concentrate Skim Milk Powder Concentration / Drying Separation Milk Fat Ultra- /Diafiltration Milk Protein Isolate Alkaline Treatment Drying or Extrusion Casein Acid / Enzymatic precipitation Washing / Separation / Drying Skim Milk Enzymatic / Hydrolysis Milk Protein Hydrylysate Caseinates Cheese Rennet Cheese Milk Ultra- /Microfiltration Micellar Casein Separation / Pasteurization Whey Powder Concentration / Drying Whey Ultra- /Diafiltration Whey Cream Whey Butter Whey Butterrmilk Enzymatic Hydrolysis Crossflow Phospholipids Sphingomyelin α-lactalbumin Demin. Whey Powder Demineralization Concentration / Drying Whey Protein Concentrate Micro- /Ultrafiltration β-lactoglobulin Permeate Powder Concentration / Crystallization Drying Whey Protein Isolate High Fat WPC Enzymatic / Hydrolysis Separation Whey Protein Hydrolysate Milk Minerals Immunoglobulin Lactoferrin Lactoperoxidase Concentration / Crystallization Separation / Drying Concentration / Refining Crystallization / Separation / Drying Isomerization Enzymatic / Hydrolysis Permeate Hydrogenation Isomerization Enzymatic process Lactose edible Lactose Pharmaceutical Lactulose Galactose / Glucose Lactitol Tagatose Galacto Oligosaccharides

6 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)

7 I prezzi dei principali derivati Siero di latte in polvere uso zootecnico: 1000, ,00 /ton Siero di latte in polvere uso alimentare: ~ 1200 Siero concentrato al 20%: t/s.s. ( inf. alla polvere) Lattosio alimentare: Permeato : WPC 35 in polvere: ~ 3200 WPC 60 in polvere: WPC 80 in polvere: (in funzione della qualità) WPC 35 concentrato al 20% di s.s t/s.s. partenza Italia WPC 50 concentrato al 20% di s.s t/s.s. WPC 60 concentrato al 20% di s.s t/s.s. Siero in polvere DEMI 50: Siero in polvere DEMI 70: Siero in polvere DEMI 90: PREZZO SIERO LIQUIDO ARRIVO: /ton (15-22 partenza)

8 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

9 Quali innovazioni? Prodotti nuovi Processi applicati al siero All interno di alcuni processi Risparmio energetico Conduzione degli impianti di essiccamento

10 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

11 LINEA APV per microparticolato

12 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

13 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 )

14 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

15 Trattamento a membrane Aumento del residuo secco: dal 2000 al 2012 da % a valori superiori: % 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.

16 OSMOSI INVERSA CON AUMENTO DELLA PRESSIONE

17 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

18 WPC concentrato (da GEA) Sweet whey18,0%ts kg/h da OI UF Permeate 15,8%TS kg/h UF Unit UF Retentate WPC %TS 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

19 Demineralizzazione IERI: OGGI: SCAMBIO IONICO ( problema sulle soluzioni di rigenerazione ) 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

20 La cristallizzazione del lattosio: IL VERO PUNTO CRITICO DI ALCUNI PROCESSI Studi in atto (Convegno di Saint Malo del 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

21 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, )

22 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

23 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

24 Milk & More reclaimable Lactose Decoloring process C O N T I N U O U S S I M P L E H AN D L I N G S I M P L E C H E C K I N G C O M P E T I T I V E R E C L AI M AB L E A C T I V E C AR B O N Industrial Plant 10 m³/h

25 Comparing of old Decoloring Process and Milk & More Decoloring Process Whey or Whey Permeate Stirring 2-3 Std ~100 C/pH4,0/60 %D.M. Whey Permeate Evaporator 60 % D.M. Lactose Crystallization Active Carbon Mixing Filter adjuvants Filter press ~100 C/pH4,0/60 %TS Lactose Crystallization Mix of Active Carbon and Filter adjuvants Waste Milk & More Decoloring Process Evaporator DCP Process Milk Minerals Decanter s and Centrifuge Raffinade Centrifuge Lactose Crystallization Acid Water Lactose edible (Crude) Fluid Bed Dryer Decanter / Sieve Centrifuge Soft-Water Preparation Dissolving ~100 C/pH4,0/60 % D.M. Lactose edible refined Pharmaceutical Lactose 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.

26 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

27 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.

28 TETRA MAGNA PROLAC DRYER Tetra Magna Crystallisation belt Tetra Magna Fluid bed shaking BSP/

29 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

30 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

31 . 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?

32 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.

33 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

34 Conclusione 1. 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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