Línea de producción AMF

Descripción

El principal objetivo del proceso de AMF es descomponer la emulsión de aceite en agua y separar todos los componentes grasos no procedentes de la leche. Hay dos variantes posibles: la ruta directa mediante el desnatado de leche cruda, después de lo cual se realiza el procesado y concentración de la nata, o a partir de mantequilla. Como resultado de la flexibilidad y la estructura de automatización del proceso, puede utilizarse la nata, además de la mantequilla dulce y la mantequilla ácida, como materiales básicos para producir grasa láctea anhidra (AMF).

Proceso para fabricar grasa láctea anhidra a partir de nata
Proceso para fabricar grasa láctea anhidra a partir de nata

El esquema muestra un ejemplo de cómo producir grasa láctea anhidra a partir de nata.

También puede integrarse un tratamiento con NaOH que permite reducir el contenido de ácidos grasos libres. Pueden introducirse varios parámetros y variables de proceso en el sistema de control de la planta para los distintos materiales y calidades; estos parámetros y variables ajustan automáticamente todas las regulaciones y procedimientos funcionales para satisfacer las necesidades del producto.

Proceso estándar

En este sistema se introduce nata con un contenido graso aproximado del 40% y se calienta a entre 55 y 60°C en un intercambiador de calor de placas. Se necesita esta temperatura para que la nata que debe concentrarse en el tambor de la separadora tenga poca viscosidad y, al mismo tiempo, una diferencia de densidad máxima entre la fase de nata concentrada y la fase de suero. Un concentrador de nata concentra la nata hasta un contenido graso del 75%. Este concentrado se transfiere al proceso de inversión de fase. El suero separado se bombea desde la separadora al tanque de leche mantecosa después del enfriamiento y la recuperación de calor. Esto significa que el suero, aún tibio, sirve para recuperar el calor, lo que tiene un efecto positivo en la eficiencia energética de todo el sistema.

Como en el proceso de fabricar mantequilla, el objetivo inicial es romper y separar la membrana de los glóbulos grasos a fin de obtener la inversión de fase. Las membranas de los glóbulos grasos se puede romper mediante energía mecánica. El proceso de liberación de grasa y su proceso asociado de conversión de fase tienen lugar por división de los glóbulos grasos intactos, por medios mecánicos, en un homogeneizador. Los siguientes aspectos son muy importantes para una conversión de fase efectiva: concentrar la nata en la carga del homogeneizador, el diseño del homogeneizador, la presión de homogeneización y la recirculación especial del medio con inversión de fase.

En el concentrador de aceite aguas abajo, la emulsión y el suero se separan como fase densa de la fase oleosa ligera y se devuelven a la fase de concentración de nata. Por otro lado, la fase oleosa ligera, con una concentración de hasta el 99%, se calienta a una temperatura aproximada de 90°C y se lava después de añadir agua. En el "polisher" de aceite, el agua de lavado se separa y el contenido de agua restante se reduce en un evaporador por vacío. En esta fase del proceso, el butteroil recuperado tiene un contenido graso de un 99,8% como mínimo, por lo que cumple los requisitos de máxima calidad. Antes de que la grasa láctea anhidra se transfiera para su almacenamiento, es enfriada a aproximadamente 50°C.

Concentración de nata

Concentrador de nata
Concentrador de nata

La concentración de la nata se realiza con separadoras de leche especialmente adaptadas que tienen las características nominales necesarias para concentrar nata viscosa. La nata precalentada se transporta desde el intercambiador de calor de placas directamente a la alimentación de la separadora. La concentración desde un 35 – 42% a un 72 – 75% de grasa se realiza en la separadora. Debe alcanzarse este contenido graso, como mínimo, para que las fases del proceso aguas abajo sean óptimas. La nata viscosa se transfiere directamente por el trayecto más corto posible al tanque de grasa, que sirve como tanque intermedio aguas arriba del homogeneizador y la inversión de fase. El suero separado se transporta a un tanque de almacenamiento después de la recuperación de calor y el enfriamiento final.

Inversión de fase

Inversión de fase
Inversión de fase

En su estado normal, la grasa láctea forma una emulsión estable con agua en la variedad de aceite en agua. Para estabilizar la emulsión, la grasa queda envuelta en una cubierta absorbente de fosfolípidos y proteínas. 

El objetivo de producción de grasa láctea anhidra es descomponer esta emulsión y separar todos los componentes que no sean grasa láctea. La membrana se puede romper mediante energía mecánica o una reacción química. La energía mecánica (por ejemplo, homogeneización) se utiliza para romper las membranas. Las membranas, recompuestas, forman glóbulos grasos más pequeños, creados por la fragmentación de las membranas originales, a partir de las proteínas del suero lácteo.

También se emplea una reducción de glóbulos grasos, por ejemplo, para procesar la leche comercial, a fin de evitar el efecto de nata “sobrenadante”.

No es posible una inversión de fase completa con este proceso. Además, se forma una capa emulsificada relativamente estable a partir de la cantidad existente de nata y parte del suero; esto evita la separación en forma de una tercera capa entre las fases de aceite y suero.

Se necesitan medidas especiales cuando hay que minimizar el proceso reversible de formación de nuevos glóbulos grasos intactos.

La minimización del contenido de la emulsión se basa en lo siguiente: las tres fracciones: grasa, fosfolípidos y proteínas, son responsables de que la emulsión sea estable. Si se elimina una de las tres fracciones o cambia de tal forma que no se puede utilizar como bloque de construcción de las membranas, se evita que se formen glóbulos grasos intactos y no puede crearse la emulsión.

Cuando los parámetros mencionados se aplican a la inversión de frase, se obtiene un grado de inversión del 80 – 95%.

A diferencia de la homogeneización estándar, el objetivo en este caso no es reducir el tamaño de los glóbulos grasos sino destruir sus membranas, a fin de recuperar la grasa. Por lo tanto, es importante evitar que se formen glóbulos grasos con membranas nuevas intactas.

La primera conclusión es que hay que minimizar la cantidad de suero antes de comenzar con la producción de aceite, a fin de minimizar también la cantidad de bloques de construcción para las membranas.

A fin de obtener una liberación adecuada de grasa, se requiere un contenido de grasa en nata superior al 75%, lo que se consigue con el concentrador de nata. La liberación de grasa y la inversión de fase resultante tienen lugar por fragmentación mecánica de los glóbulos grasos intactos en un homogeneizador.

Inversión de fase - Homogeneizador

Concentración de aceite

Concentrador de aceite
Concentrador de aceite

Después de la inversión de fase, la posterior concentración de grasa se realiza en el siguiente paso de separación. Comparado con el primer paso de concentración, este segundo paso no se realiza con la separadora de leche clásica sino con una separadora de aceite especial. Además, frente a una separadora de desnatado, la configuración de los discos apilados es muy distinta. En primer lugar, esto se debe a que cambia la proporción del volumen; la fase de grasa representa la porción más grande, y segundo, el enfoque se pone en la pureza del aceite.

Esto resulta evidente si se observa la sección transversal de la cuba de una separadora de aceite. Los canales ascendentes están hacia el borde externo, a fin de obtener el trayecto más largo posible para el aceite, lo que incrementa su grado de pureza. El aceite debe tener el menor contenido de proteínas posible, a fin de evitar que vuelva a emulsificarse en el procesado. El contenido graso del suero tiene una función secundaria en este paso del proceso.

Ahora, el producto se concentra de un 72 – 75% de grasa hasta un aproximadamente un 99%. La fase de emulsión mencionada y el suero se separan como fase pesada. En particular, la emulsión se separa mediante una cuba de diseño especial. 

Dependiendo de la proporción de grasa libre producida por inversión de fase, el contenido de grasa en el suero es de un 15 – 25%. Debido al paso anterior de inversión de fase, el suero de esta separadora contiene un alto porcentaje de fosfolípidos y lecitina, comparable al de la leche mantecosa en el proceso clásico de batido de mantequilla. 

El suero se introduce en un tanque equilibrador aguas arriba del concentrador de nata. La grasa se separa del suero, de nuevo, durante la concentración de la nata. El suero desnatado se descarga del proceso como fase mixta, con lo que se produce ahora una sola corriente de suero. Antes del siguiente paso de separación, el aceite concentrado se calienta hasta una temperatura de proceso de unos 90°C.

Refinado de aceite

Composición de aceite con y sin refinado
Composición de aceite con y sin refinado

El concentrado y el aceite calentado se “refinan” en una fase de separación final. Este paso garantiza la alta pureza de la grasa láctea anhidra que exige el estándar. La ilustración anterior muestra la composición del aceite sin refinar en la sección superior, y la composición con refino en la sección inferior.

Para lograr una “purificación” superior, se añade una cantidad definida de agua caliente al aceite concentrado. Esta agua diluye la concentración del aceite y, por consiguiente, el contenido de lactosa y ceniza aún presente.

El agua añadida se separa de inmediato otra vez en la separadora de refinado. El aceite purificado de esta manera alcanza una concentración grasa de aproximadamente el 99%. La mezcla separada de agua y suero sigue conteniendo los constituyentes de la leche separados y un muy bajo contenido en grasa, además del agua. Para garantizar un contenido en agua inferior al 0,1% en el aceite, este se transfiere al último paso del proceso antes de enfriarlo y envasarlo.

Secado de aceite / Secador por vacío

El aceite calentado a 90°C se introduce en un secador por vacío antes de refinarlo. La entrada del producto está diseñada con la superficie más grande posible, a fin de conseguir una buena evaporación del agua. Hay un condensador y una bomba de vacío instalados para reducir la presión en el recipiente hasta aproximadamente -0,9 bar, para que el agua se evapore a una temperatura inferior a 100°C. La misma bomba absorbe los vahos producidos. Antes de la descarga desde el sistema cerrado, se produce un enfriamiento instantáneo. Los posibles componentes grasos residuales, eliminados en los vahos, se separan en un tanque de desnatado sin entrar en los sistemas de aguas residuales.

El aceite se separa desde la sección inferior del evaporador y se transfiere o bombea a la fase de refrigeración.

Reducción de ácidos grasos libres

Los ácidos grasos libres (FFA) en el aceite final son causa de una pérdida de calidad. Además, los estándares IDF imponen un límite máximo en la cantidad de ácidos grasos libres (figura 1). La reducción del contenido en ácidos grasos libres, debido a que sus valores iniciales son demasiado altos, puede conseguirse por medios físicos y mecánicos.

Los ácidos grasos libres son grasas de cadena corta, como el ácido butírico, caproico o carmínico. Si estos ácidos están presentes en una concentración suficiente, causarán problemas de sabor (ranciedad) y aroma.

El proceso da lugar a ácidos grasos libres debido a que las enzimas de lipasa se adhieren a la membrana de los glóbulos grasos y descomponen la grasa libre en un determinado periodo de tiempo. Hay que considerar

que la actividad de esta enzima es muy lenta a alta temperatura. Su actividad máxima tiene lugar a unos 37°C. Por encima de 50°C, su actividad es mínima, y se detiene por completo a temperaturas superiores (> 60°C). Si asumimos que puede haber un contenido de ácidos grasos libres relativamente alto en el producto inicial, en forma de nata o mantequilla, habrá que tomar medidas especiales para eliminar los ácidos grasos libres del producto.

Puede utilizarse un proceso de saponificación para reducir el contenido de estos ácidos. Añadir lejía (valor pH del producto > 11) causa que se “saponifiquen” los ácidos grasos libres.

El floculado resultante se puede separar en la separadora de refinado. La fase producida debe eliminarse por completo del proceso.

Número de peróxido

La calidad del butteroil también se determina por el número de peróxido que expresa los miliequivalentes de oxígeno Ounido por el peróxido en un kilogramo de aceite. Por regla general, la oxidación de grasa que haya ocurrido no se puede reducir, aunque es posible eliminarla o mantenerla constante durante determinado periodo de tiempo. Esto se consigue añadiendo antioxidantes.

Los antioxidantes son aditivos que evitan que aumente el número de peróxido del aceite y, en cierta medida, reducen los valores de peróxido presente. Por ejemplo, se puede utilizar tocoferol.

La concentración final de tocoferol en el butteroil debe ser inferior a 200 ppm. GEA tiene el know-how para preparar y añadir sustancias de esta naturaleza.

Desnatado secundario

Desnatado secundario por contraste con el proceso estándar

Desnatado secundario de suero beta

Durante la separación centrífuga del producto, la mayor parte de los fosfolípidos libres migra al suero. Por ello, hay que calcular el contenido en fosfolípidos para determinar el rendimiento de la “fase pesada” en el proceso de butteroil. Normalmente, se utiliza nata pasteurizada. La principal diferencia con respecto al proceso estándar es que la fase de suero se recicla, pues los fosfolípidos se liberan de las membranas de los glóbulos grasos durante el proceso de inversión de fase.

Por comparación con el proceso estándar, tiene lugar un desnatado en la separadora del suero antes del concentrador de aceite. El suero de la separadora de aceite se recoge en un tanque intermedio y se transfiere a la desnatadora de suero beta. La grasa que se separa es transferida directamente al proceso de AMF en el tanque de grasa. 

Esta variante del proceso combina dos ventajas; primero, un enfriamiento separado después del desnatado secundario y, con ello, la disponibilidad de suero beta, que presenta un alto contenido de fosfolípidos, lo cual lo convierte en una base idónea para productos especiales. En segundo lugar, el desnatado secundario separado alivia el estrés en el concentrador de nata, con lo que puede utilizarse un tipo de máquina más pequeña para la misma capacidad de aceite y, en el caso de las plantas existentes, se consigue una mayor capacidad de aceite con la instalación de un desnatado secundario. 

El suero alfa no se adiciona al suero beta en este proceso, por lo que presenta un pequeño contenido de fosfolípidos en comparación con el proceso estándar. Por este medio, se puede comparar el uso de suero con las posibilidades de la leche desnatada; sin embargo, el contenido en grasa es un poco más alto que con la leche desnatada, pues determinada proporción de grasa pasa a la fase de suero cuando se concentra la nata.

Proceso con Mantequilla

Con la mantequilla como producto inicial, se encuentra presente la emulsión de agua en aceite. Durante el proceso de producción habrá tenido lugar la inversión de fase parcial. El producto inicial tiene una importancia decisiva en el diseño de la instalación. Básicamente, una instalación para procesar nata también es adecuada para la separación de mantequilla derretida.

Mantequilla dulce

Cuando es necesario procesar mantequilla dulce con un pH aproximado de 6,5 y no se puede utilizar “sustancias químicas” (como ácido cítrico) para desnaturalizar las proteínas, hay que tomar en cuenta la capa de emulsión.

La centrifugación y destrucción de esta capa solo puede realizarse con separadoras de diseño especial y por inversión de fase. El método de operación de la separadora tiene una influencia decisiva en el proceso, en el equipo adicional necesario y en la eficiencia de la instalación. Para procesar mantequilla dulce, es necesario utilizar una separadora que permita una concentración de un 99,5% de grasa. La emulsión se tiene que descargar con la fase de suero.

La mantequilla, derretida con BXA, por ejemplo, normalmente se bombea directamente al tanque de grasa. Los bloques de mantequilla se toman de la cámara frigorífica, por ejemplo, a -20°C, y se derriten en el sistema. La temperatura del producto en el tanque intermedio, según sea el diseño de la planta, es de 45 a 65°C. El producto se lleva a una temperatura de 70 – 75°C en el intercambiador de calor de placas. 

Se requiera invertir la fase mediante un homogeneizador para minimizar la fase de emulsión. El concentrador de aceite consigue una separación de grasa al 99%. La fase pesada, que es una mezcla de leche mantecosa y partículas residuales en emulsión, se transfiere a una separadora de desnatado.

La fase de aceite (ligera) se calienta a unos 90°C y después de separa de nuevo en otra separadora. Antes de que el aceite se transfiera a la separadora de refinado, se añade agua de lavado para incrementar la calidad del aceite.

Los demás pasos del proceso son similares a los de los procesos antes descritos. Como no hay un concentrador de nata, se recomienda el desnatado secundario de la fase de aceite después de utilizar el concentrador de aceite. Cuando se procesa mantequilla ácida, con un pH entre 4,6 y 4,5, con un alto contenido de proteínas, puede utilizarse un decantador. También puede efectuarse una concentración separada de sólidos.

En todo caso, es necesario instalar aguas abajo una separadora de refinado para incrementar la concentración de grasa hasta un 99,5%.

Mantequilla salada

La cantidad de mantequilla salada que se utiliza como materia prima para fabricar butteroil se ha incrementado constantemente en años recientes. El contenido en sal se extrae junto con la leche mantecosa durante la separación centrífuga. La concentración de sal en la leche mantecosa se incrementa aproximadamente al 10% si, por ejemplo, la sal de la mantequilla alcanza un 2%. El posterior procesado de la leche mantecosa salada es limitado.

La fase de emulsión en la mantequilla salada de nata dulce se puede “romper” si se añade ácido cítrico. Al mismo tiempo, se desnaturaliza la proteína de la mantequilla. De esta manera, la materia prima tiene el mismo comportamiento que la mantequilla ácida.

La mantequilla derretida se lleva a un pH de 4,5 – 4,6 cuando se agrega el ácido. Con este pH, no solo se desnaturaliza la proteína libre; debido a la alteración en la proteína de la membrana de los glóbulos grasos intactos, también se rompe la membrana y se destruye la emulsión. Se obtiene un sedimento que se decanta con facilidad, además de agua transparente y la fase de aceite. Por comparación con la mantequilla ácida “real”, el contenido de sedimentos es muy inferior. Uno de los motivos es que la materia seca sin grasa (parte de la cual consiste de proteínas) es menor en la mantequilla dulce que en la mantequilla ácida.

Procesos Especiales / Soluciones Especiales

Además de los procesos descritos, se necesitan soluciones especiales en algunas áreas para cumplir todas las exigencias.

Proceso de lotes

Si solo es necesario procesar pequeñas cantidades de nata, puede utilizarse un sistema que consiste de dos separadoras. Además de la separadora de nata, se utiliza solo una separadora de aceite en vez de dos.

Para producir grasa láctea anhidra con este sistema, es necesario un doble recorrido en la planta. En el primer paso / lote, se concentra la nata, se realiza la inversión de fase y se concentra el aceite.

Este producto intermedio se almacena en un tanque de gran tamaño. Una vez lleno, el proceso se interrumpe y se prepara el segundo paso / lote, sin procesar la nata fresca.

En el siguiente paso, el aceite previamente concentrado se somete al mismo proceso que la materia prima. El calentador de nata del primer paso se emplea para calentar el aceite a 90°C. 

El concentrador de aceite previamente utilizado sirve como "polisher" en el segundo paso, con lo que el producto intermedio del primer paso se procesa y se obtiene grasa láctea anhidra.

Los pasos posteriores son similares a los del proceso original.

Producción de queso ghee

Línea de proceso para queso ghee
Línea de proceso para queso ghee

El queso ghee, también conocido como mantequilla clarificada, es una de las grasas de consumo más extendido en muchas regiones, con aplicación en la gastronomía de la India, Pakistán y algunos países africanos.

Cuando se quiere fabricar queso ghee, las proteínas deben permanecer el mayor tiempo posible en el producto, al contrario que con la grasa láctea anhidra, y deben recibir un tratamiento térmico para conseguir un sabor agradable.

El método clásico consiste en calentar o hervir mantequilla o nata al fuego en marmitas hasta que se evapora toda el agua y la proteína se “quema” y desnaturaliza.

El sedimento se separa y la fase grasa se utiliza como queso ghee.

Para que este proceso sea más rápido y eficiente, pueden utilizarse separadoras sencillas combinadas con hidrociclones. Después de derretir la mantequilla y evaporar el agua, el producto preparado se separa de los sólidos en un clarificador y en un ciclón aguas arriba, obteniéndose un alto nivel de pureza en el proceso.

Se suele prescindir de los pasos intermedios, como la sedimentación, para que las marmitas se utilicen con más eficiencia.