Casein-Herstellungsanlage

Übersicht

Casein stellt mit ca. 80 Prozent den wichtigsten Proteinanteil in der Kuhmilch dar. Für eine Vielzahl von Industriesektoren ist isoliertes Casein ein wertvolles Rohmaterial. Die Nahrungsmittelindustrie verwendet Casein in Pulverform als hochqualitatives Protein. Eine große Bedeutung hat es auch als Bindemittel für Lacke, für Schichtholzverleimung, als Fotolack in der Ätztechnik und für die Herstellung von Klebstoffen, Kitt, Appreturen und Lederdeckfarben. GEA Prozesslinien unterstützen die Casein-Gewinnung durch Säure- oder Labfällung.

Casein ist in Milch in kolloidaler Lösung vorhanden. Je nach Temperatur weisen die Caseinpartikel Abmessungen von 10 bis 200 μm auf. Partikelgrößen zwischen 10 und 30 μm werden als Caseinsubmicellen, darüberliegende als Caseinmicellen bezeichnet. 

Casein besteht aus langen Molekülketten 20 verschiedener Aminosäuren. Diese Molekülketten sind zu Submicellen kombiniert, die durch Phosphatsalze zusammengehalten werden. Um das Casein zu isolieren, müssen die Caseinmicellen aus der Milch gefällt werden. Dies wird möglich, wenn die Oberflächenladung und infolgedessen die Abstoßungskräfte der Caseinmoleküle reduziert werden, sodass die Koagulation stattfinden kann. Die alternativen Prozesse werden als Säure- oder Labfällung bezeichnet.

Säurefällung

Bei der Säurefällung unter Verwendung einer Mineralsäure durchdringen die positiv geladenen Wasserstoffionen die Caseinmicellen, was zu einer Abnahme der negativen Gesamtladung der Caseinmicellen führt. Gleichzeitig werden auch die Hydrathülle und die Anzahl der doppelt geladenen Kalziumionen reduziert. Ladungen gleicher Polarität und infolgedessen eine Reduzierung der Abstoßungskräfte führen zu einem Überwiegen der Anziehungskräfte. Das Wärmeenergie der Partikel lässt diese aufeinanderprallen und sich zu größeren Aggregaten vereinigen, die dann aus der Milch ausfallen.

Labfällung

Anders als bei der reversiblen Säurefällung werden die Micellenkomponenten bei der Labfällung irreversibel abgespalten. Das Labenzym spaltet den gegenüber Kalzium unempfindlichen hydrophilen Teil. Ungefähr 50 Prozent der negativen Gesamtladung der Caseinoberfläche geht dadurch verloren, sodass die schützende Hydrathülle geschwächt und der gegenüber Kalzium empfindlichen Teil des Caseins an der Micellenoberfläche freigelegt wird. In der zweiten, nun auf die Enzymreaktion folgenden Koagulationsphase findet die Aggregatbildung statt. Die eigentliche Gelbildung erfolgt durch Brückenbildung zwischen den Aggregaten und den Kalziumionen.

Vor der Fällungsreaktion: Bakterienreduktion aus der entrahmten Milch

Ob Lab- oder Säurefällung, eine gut entfettete, entrahmte Milch steht am Anfang der Caseinproduktion. Für die Herstellung eines perfekten Endprodukts reicht es nicht aus, wenn die entrahmte Milch nur pasteurisiert wurde. Sie muss auch möglichst weitgehend frei von Keimen sein.

Im Entkeimungsseparator werden die Bakterien und Keime zentrifugal separiert und durch Teilentleerungen aus dem Trommel ausgetragen. Anschließend wird die entkeimte und entrahmte Milch in einem Plattenwärmeaustauscher bis auf die Koagulationstemperatur erwärmt. Je nach Caseintyp (Säure oder Lab) erfolgt die Ausfällung des Caseins entweder durch Inlinezugabe technischer Säure oder durch Verwendung von Enzymen unter Zugabe von Lab. Die letztere Ausfällungsmethode erfolgt chargenweise, weil bei ihr eine bestimmte Zeitdauer einzuhalten ist.

Zur Unterstützung und Förderung des Koagulationsprozesses schließen sich abgestufte indirekte Wärmebehandlungen mit Folgereaktionen an.

Die eigentliche Separierung des koagulierten Caseins aus der Molke erfolgt durch Dekanter. Die sich bildende Molke (erste Stufe) wird gekühlt, geklärt und dann zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet. Das Rohcasein muss zur Erhöhung des Reinheitsgrads weitgehend von den ihm anhaftenden Mineralien und Lactose befreit werden. Um dies zu erreichen, wird es mehrere Male im Gegenstromprinzip gewaschen und dann bis zu einem Restwassergehalt von maximal zehn Prozent getrocknet. Das geschlossene System von GEA erledigt dies mit einer außergewöhnlich geringen Waschwassermenge, sodass natürliche Ressourcen eingespart und gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt werden.