DESHIDRATAREA ZERULUI PRIN PULVERIZARE

 8.3. Deshidratarea zerului prin pulverizare

 

Valorificarea zerului sub formã deshidratatã este cea mai importantã formã de valorificare a zerului. Se cunosc aproximativ 10 produse din zer sau derivate ale acestuia, concentrate sau uscate

- zer dulce praf

- zer acid praf

- zer delactozat praf

- zer demineralizat praf

- zer mediu de culturã praf

- zer concentrat, etc.

Caracteristicile zerului praf sunt influenþate în mãsurã importantã de proprietãþile lactozei care reprezintã 70 % din substanta uscatã. În anumite condiþii de uscare, se formeazã lactozã amorfã, care conþine izomeri a ºi b în proporþii variabile ºi care face ca zerul sã fie foarte higroscopic, iar în contact cu aerul sã se aglomereze. La dizolvare, de asemenea se formeazã aglomerãri.

Pentru a evita obþinerea zerului higroscopic, este necesar ca majoritatea lactozei sã fie transformatã, înainte de uscare, în formã a monohidratatã cristalizatã, iar în cursul uscãrii cristalele trebuie menþinute intacte, în suspensie, fapt pentru care, pentru uscare ºi foloseºte uscarea prin pulverizare.

În acest sens, zerul filtrat, degresat ºi pasteurizat ( pentru a preveni acidifierea ) se concentreazã într-un evaporator sub vid, la o temperaturã de max 700 C, pânã la minim 50 % s.u. Pentru a realiza cristalizarea lactozei, se procedeazã la rãcire în douã etape.

- rapidã pânã la 28 - 300 C

- lentã pânã la 15 - 180 C

În prima fazã, existã condiþii optime ca b - lactoza sã fie convertitã în a - lactozã.

Prin procedeul Anhydro se realizeazã mai întâi o rãcire rapidã prin pulverizare, urmatã de o rãcire sub agitare uºoarã în tancuri cu manta, timp de 6 - 8 ore ( prin care circulã apã de 10 - 120 C ).

Apoi zerul, se usucã în instalaþia Anhydro în douã etape:

a. zerul concentrat este uscat cu aer cu temperatura de intrare în turn de 150 - 1600 C ºi de ieºire 50 - 600 C, astfel încât pulberea are 12 % umiditate. Zerul praf umed este evacuat din turn pe o bandã transportoare, pe care rãmâne 3 - 5 minute. Aceastã etapã este foarte importantã. La 12 % umiditate, lactoza amorfã din produs se aflã într-o stare saturatã din care cristalizeazã foarte uºor. Pe banda transportoare se continuã cristalizarea lactozei anhidre în a - lactozã nehigroscopicã, prin absorbþia unei molecule de apã.

Banda transportoare alimenteazã al doilea turn de uscare, cu cilindru rotativ, prin care trece aer cald de 1200 C.

Produsul uscat este trecut printr-un filtru cu ciclu spre o moarã ºi un sistem de site.

Fig. nr....

1 - turn de uscare prin pulverizare

2 - bandã transportoare

3 - uscãtor cu cilindru rotativ

4 - cicloane

5 - moarã

6 - site

Prin acest procedeu se obþine o pulbere cu curgere liberã, fãrã particule fine ºi nehigroscopicã ( 95 % din lactozã este sub formã cristalizatã ), cu o bunã capacitate de reconstituire ºi cu o largã utilizare în industria alimentarã.

 

8.4. Obþinerea lactozei

 

Lactoza este principalul component al s.u. din zer. În soluþii apoase, lactoza se gãseºte sub forma izomerilor a ºi b într-un echilibru care depinde de concentraþie ºi temperaturã. Prin uscarea rapidã a soluþiei de lactozã, rezultã forma amorfã cu un amestec de a ºi b lactozã.

În fabricarea lactozei, prezintã o mare importanþã fenomenul de cristalizare. Forma cristalinã cea mai obiºnuitã este a - lactoza hidratatã, care cristalizeazã din soluþii suprasaturate la temperaturi sub 93,50 C ºi conþine o moleculã de apã pe molecula de lactozã. A doua formã cristalinã, b - lactoza anhidrã, se obþine la cristalizarea din soluþii la temperaturi peste 93,50 C.

În procesul de cristalizare apar spontan, în soluþii suprasaturate, germeni care apoi ajung la mãrimea cristalelor. În cazul soluþiilor de lactozã, germenii de cristalizare apar mai greu, fapt pentru care este necesarã adãugarea de cristale ( pulbere de lactozã sau lapte concentrat ).

Cristalizarea este influenþatã de:

- temperaturã - temperatura optimã variazã cu gradul de suprasaturare. În funcþie de alþi factori, modificarea temperaturii poate determina o creºtere sau o reducere a vitezei de cristalizare, sau nu produce nici un efect;

- suprafaþa cristalelor - prin mãrirea suprafeþei de depunere a moleculelor de lactozã se realizeazã o creºtere a vitezei de cristalizare;

- gradul de suprasaturare - influenteazã direct viteza de cristalizare;

- prezenþa unor substanþe - în soluþia de lactozã determina o modificare a miºcãrii ºi orientãrii moleculelor de lactozã având ca efect micºorarea vitezei de cristalizare.

Pentru fabricarea lactozei existã douã procedee de bazã, dependente de natura zerului utilizat:

- cristalizarea lactozei din zerul netratat

- cristalizarea lactozei din zerul din care proteinele ºi eventual sãrurile au fost îndepãrtate.

1. Lactoza din zer netratat

Zerul, dupã separarea particulelor de proteine în suspensie ºi degrasare, se concentrazã într-o instalaþie cu multiplu efect, pânã la 50 - 55 % s.u. ºi este trecut în tancurile de cristalizare unde se regleazã pH-ul cu acid clorhidric la 4,8 - 4,9, apoi se adaugã cristale de lactozã pentru declanºarea fenomenului de cristalizare.

Pentru uºurarea cristalizãrii, reducerii pierderilor la spãlare, cristalizarea se conduce astfel încât dimensiunea minimã a cristalelor sã fie de 0,1 mm. Rãcirea se face în mai multe etape, riguros controlatã, deoarece procesul de cristalizare depinde în principiu de cantitatea de b - lactozã convertitã în a - lactozã.

- de la temperatura de evacuare din concentrator la 350 C cu apã rece

( câte 0,50 C / h )

- de la 350 C la 250 C cu apã rãcitã ( câte 10 C / h )

- de la 250 C la 150 C cu apã rãcitã ( 2,50 C / h )

- de la 150 C la 100 C, rapid, cu apã rãcitã.

Separarea cristalelor de lactozã se face prin centrifugare, apoi cristalele se spalã, pentru îndepãrtarea impuritãþilor, asigurându-se un grad de puritate de 99 % raportat la s.u. Lactoza se usucã în pat fluidizat, apoi se macinã sub formã de pulbere ºi se ambaleazã.

Fig. nr. .....

1 - instalaþie de concentrare

2 - tancuri de cristalizare

3 - decantoare centrifugale

4 - uscãtor în pat fluidizat

2. Lactoza din zer purificat

Metoda de obþinere este ca cea prezentatã mai sus, cu deosebirea cã zerul suferã un proces de deproteinizare, deoarece proteinele reprezintã fracþiunea principalã din impuritãþile prezente în lactoza brutã.

În cazul zerului acid cu un conþinut ridicat de substanþe minerale, se procedeazã mai întâi la o dezacidifiere cu lapte de var pânã la pH = 6,3 - 6,4. Sãrurile de calciu precipitate se eliminã prin filtrare. Dacã nu se aplicã dezacidificarea, dupã concentrare se obþine un produs vâscos din care lactoza cristalizeazã cu dificultate. Procedeele recente de demineralizare a zerului prin electrodializã sau schimb ionic permit îndepartarea pânã la 85 % din totalul substanþelor minerale.

Rafinarea lactozei

Lactoza brutã, recoltatã dupã o singurã cristalizare, este coloratã ºi are un conþinut ridicat de proteine ºi sãruri. Rafinarea constã dintr-o serie de tratamente prin care se indeparteazã majoritatea impuritãþilor, între care cea mai importantã este recristalizarea.

Se obþine astfel o pulbere albã, cu o puritate de 99,85 % ( lactozã farmaceuticã ).

Pentru aceasta, lactoza brutã este dizolvatã în apã, sub forma unei soluþii 30 %, care este tratatã cu 250 g adjuvant de filtrare ( diatomitã ) ºi 250 g pastã decolorantã ( 3/4 negru animal ºi cãrbune activ ºi 1/4 acid clorhidric ºi apã ) pentru 100 kg lactozã brutã aflatã în soluþie.

Se aduce la fierbere, se adaugã HCl pânã la aciditate titrabilã 0,09 % ( exprimatã în acid lactic ) ºi este lãsat în contact peste noapte. Apoi se încãlzeºte iar la fierbere ºi se reduce aciditatea cu lapte de var la 0,05 %. Precipitatul format se depune la fundul vasului, iar lichidul sifonat se filreazã prin filtru presã, apoi prin filtru de celulozã. Se obþine un filtrat limpede ºi incolor care se acidifiazã uºor cu acid clorhidric, apoi se concentreazã pânã la 70 % s.u. În continuare procesul este asemãnãtor cu cel prezentat la fabricarea lactozei brute.

Lactoza se utilizeazã la

- fabricarea mediilor de culturã

- fabricarea antibioticelor

- în industria alimentarã ( produse pentru sugari, produse cu destinaþie specialã, produse de panificaþie, etc. )

- în industria chimicã pentru fabricarea spumei de poliuretan.

8.5. Procedee de conversie a lactozei

 

Fermentare - biomasã - zer cu drojdie

- separare - drojdie de zer ( proteine unicelulare ) µ §

derivate proteice din biomasã

- metaboliþi - lactaþi

- acid lactic

- alcool etilic

- vitamine B2, B12

- penicilinã

- acetonã

- acid lactobionic

- alcool butilic

- alcool izopropilic

Hidrolizã - enzimaticã |

- acidã | glucozã + galactozã

- schimb ionic |

În schema de mai sus sunt prezentate unele procedee de valorificare a zerului prin conversia lactozei, principalul component al substanþei uscate.

Prin fermentarea lactozei sub acþiunea unor bacterii lactice ºi / sau drojdii, din zer se pot obþine numeroase bacterii destinate alimentaþiei umane.

- bãuturi slab alcoolice - obþinute prin fermentarea zerului cu culturã de chefir, adaus de extract de frunze ºi plante aromate, filtrare, aromatizare, fermentare cu drojdii ºi îndulcire cu zaharinã.

- bãuturi asemãnãtoare berii, vinului

- bãuturi proteice - din zer sau concentrate din zer.

Zerul este un substrat convenabil pentru cultivarea unor drojdii sau mucegaiuri în vederea obþinerii proteinelor de biosintezã ( denumite ºi proteine monocelulare ). Biomasa obþinutã în acest mod constituie o sursã potenþialã.

De asemenea, lactoza din zer poate fi fermentatã cu microorganisme specifice, în scopul obþinerii unor metaboliþi - lactaþi, alcool etilic, acid lactic, etc.

În ultima perioadã, s-a realizat hidroliza lactozei în glucozã ºi galactozã, cu scop tehnologic ( evitarea fenomenului de cristalizare a lactozei în unele produse lactate, creºterea puterii de îndulcire a amestecului de glucozã - galactozã ), cât ºi pentru a face posibilã consumarea unor produse lactate de cãtre persoane cu intoleranþã la lactozã.

8.5.1. Obþinerea biomasei

Cultivarea unor drojdii în zer se bazeazã pe proprietatea acestora de a metaboliza lactoza. Se foloseºte Kluyveromyces fragilis ( sinonim Saccharomyces ), obþinându-se zer cu celule în suspensie în care lactoza a fost transformatã în biomasã, cât ºi drojdie uscatã.

Zerul folosit ( cel acid dã randament mai mare ca cel dulce ), este necesar sã fie suplimentat cu o serie de substanþe nutritive, pentru o multiplicare activã a celulelor de drojdie. Se folosesc o serie de sãruri, în diferite formule: sulfat de amoniu, fosfat de amoniu, sulfat de potasiu, sulfat de magneziu, azotat de potasiu, fosfat dipotasic.

Zerul se pasteurizeazã la 85 - 900 C timp de câteva minute, se rãceºte la temperatura de însãmântare ( 32 - 330 C µ §430 C ), se însãmânþeazã cu drojdie ( cultura sã reprezinte 30 % din masa lactozei prezentã în zer ).

În procesul de multiplicare al drojdiei, oxigenul are un rol important, folosindu-se aproximativ 30 ml/min/l la începutul termostatãrii pânã la 120 ml/min/l dupã douã ore, apoi scade brusc la 20 ml/min/l la sfârºitul perioadei de 4 ore.

Schematic, utilizarea lactozei de cãtre drojdie se reprezintã cu ecuaþia:

µ §

Tancul de fermentare trebuie dotat cu un dispozitiv de insuflare ºi agitare foarte eficace. La sfârºitul fiecãrui ciclu de termostatare de 4 ore, se procedeazã la separarea biomasei prin centrifugare sau concentrare prin evaporare.

În urma centrifugãrii se obþine un lichid vâscos, cu 15 - 18 % s.u. sau dacã se folosesc separatoare cu evacuarea continuã se obþine o suspensie de drojdie cu 30 % s.u., care se pasteurizeazã ºi se usucã prin pulverizare.

În cazul concentrãrii prin evaporare a suspensiei de drojdie, se obþine un produs care ulterior este uscat.

Procedee industriale de obþinere a biomasei din zer

 

 

 

Procedeul Linz: zerul cu pH = 4,7 - 5 este încãlzit la 85 - 900 C pentru precipitarea proteinelor care sunt separate. Se adaugã amoniac ºi sulfat de amoniu ( pânã la pH = 4,2 - 4,4 ) ºi apoi superfosfat care clarificã soluþia. Zerul se însãmânþeazã cu drojdie, se termostateazã concomitent cu aerarea. Din 1 m3 zer se obþin 12 - 15 kg drojdie uscatã.

Procedeul Waldhof

zer

|

precipitare proteine la 950 C µ § abur rece

|

amoniac, sulfat de amoniu µ § fortifiere

|

rãcire la 330 C

|

însãmânþare pH = 3 - 4 µ § culturã drojdie

|

termostatare 3,5 4 ore µ § aer

|

centrifugare

|

cremã densã

|

spãlare

|

centrifugare

|

uscare pe valþuri

|

mãcinare

|

ambalare

1 m3 zer = 20 - 25 kg drojdie uscatã cu 57 - 67 % proteine ºi 6 - 8 % grãsime

 

Procedeul Polyvit

zer

|

Fortifiere

|

Însãmânþare la 350 C µ § drojdie ( Candida )

|

Termostatare 16 - 18 ore

|

Concentrarea prin evaporare

|

Uscare pe valþuri

 

Biomasa obþinutã din zer se foloseºte la furajare. Ea prezintã proprietãþi senzoriale necorespunzãtoare pentru a fi utilizatã în consum uman.

Pentru a obþine produse cu proprietãþi senzoriale superioare, se procedeazã la autoanaliza, plasmoliza sau hidroliza biomasei. Se obþin produse care imitã gustul extractelor de carne.

Obþinerea acidului lactic ºi lactaþilor

Principiul constã in fermentarea lactozei din zer cu bacterii lactice. Se folosesc Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei, S. lactis. Fermentarea este influenþatã de:

- concentraþia în lactozã a zerului ( 5 - 20 % )

- temperatura de fermentare - este funcþie de specia bacteriei ºi se determinã experimental ( 30 - 450 C ).

- oxigenul dizolvat în mediu

- pH-ul optim 5 - 6

În practica industrialã, procesul dureazã între 48 - 60 ore.

Etapele procesului tehnologic de obþinere a acidului lactic:

- pregãtirea mediului de fermentaþie ºi a culturii de bacterii lactice

- însãmânþarea

- fermentarea la temperatura ºi pH - constant

- eliminarea fosfatului de calciu ºi a proteinelor

- neutralizarea cu acid lactic

- concentrarea soluþiei de lactat de calciu

- spãlarea prin centrifugare

- spãlare

- uscare

Zer

|

Deproteinizare

|

Fortifiere

|

Însãmânþare µ § 10 % Lb. bulgaricus

|

Fermentare 38 - 430 C, pH 5 - 6 µ § CaCO3 sau CaO

|

Fierbere 20 min ( pt. precipitarea fosfatului

| de Ca ºi distrugerea bacteriilor )

|

Filtrare

|

Reglare pH ( cu acid lactic )

|

Concentrare

|

Centrifugare

|

Spãlare

|

Uscare

|

Lactat de Ca

|

Dizolvare în apã caldã

|

Adãugare H2SO4 conc.

|

Filtrare

| |

a. lactic sulfat de Ca

Se adaugã o nouã cantitate de lactat, acid sulfuric, se îndepãrteazã CaSO4 ºi se repetã operaþia. Produsul rezultat conþine 48 - 50 % a. lactic.

Obþinerea alcoolului etilic

Zer lichid

|

Ultrafiltrare

| |

Permeat deproteinizat Concentrat proteic din zer

|

Demineralizare

|

dezabonare

CONTACTATI-NE