Linea di produzione AMF

Panoramica

L'obiettivo principale del processo AMF è la scomposizione dell'emulsione olio-in-acqua e la separazione di tutti i componenti grassi non derivati dal latte. Sono possibili due varianti: la via diretta tramite scrematura del latte crudo seguita da un'ulteriore lavorazione / concentrazione della panna, o dal burro. Grazie alla flessibilità del processo e della struttura del processo di automazione, la panna così come la panna dolce e il burro di panna acida possono essere utilizzati come materiali di base per la produzione di AMF.

Processo di produzione di AMF dalla panna
Processo di produzione di AMF dalla panna

Il diagramma di flusso mostra un esempio di come ottenere AMF dalla panna.

È anche possibile integrare un trattamento NaOH consentendo così la riduzione del contenuto di acidi grassi liberi. Nel sistema di controllo dell'impianto è possibile inserire diversi parametri e variabili di processo per i vari materiali e qualità; questi parametri e variabili di processo regolano automaticamente tutte le impostazioni e le procedure di funzionamento per soddisfare i requisiti del prodotto specifico.

Processo standard

Il sistema viene alimentato con panna con un contenuto di grassi pari circa al 40%, riscaldata inizialmente a una temperatura di 55-60 °C in uno scambiatore di calore a piastre. Questa temperatura è necessaria per garantire che la panna che deve essere concentrata nel separatore centrifugo abbia una viscosità minima e che, nello stesso tempo, esista la massima differenza di densità fra la fase di panna concentrata e la fase di siero. Quindi un concentratore di panna concentra la panna fino al 75% di grasso. Questo concentrato viene poi convogliato nel processo di inversione di fase. Il siero separato viene pompato dal separatore al serbatoio del latticello dopo il raffreddamento e il recupero del calore. Ciò significa che il siero ancora caldo viene usato per il recupero del calore, che influisce anche positivamente sull'efficienza energetica dell'intero sistema.

Come nel processo di produzione del burro, l'obiettivo iniziale è la scomposizione e la separazione della membrana di globuli di grasso per ottenere l'inversione di fase. Le membrane dei globuli di grasso possono essere scisse con energia meccanica. Il processo di rilascio del grasso e il processo di inversione di fase correlato avvengono separando i globuli di grasso intatti con mezzi meccanici in un omogeneizzatore. I seguenti aspetti sono molto importanti per un'efficace inversione di fase: la concentrazione della panna nell'alimentazione all'omogeneizzatore, l'esecuzione dell'omogeneizzatore, la pressione di omogeneizzazione e un particolare ricircolo del liquido sottoposto a inversione di fase.

Nel concentratore di olio a valle, l'emulsione e il siero, come fase pesante, sono separati dalla fase d'olio leggera e riconvogliati nella fase di concentrazione della panna. D'altro canto, la fase d'olio leggera con una concentrazione fino al 99% viene portata a una temperatura di circa 90 °C e lavata dopo aver aggiunto dell'acqua. Nel raffinatore dell'olio l'acqua di lavaggio viene separata e il contenuto di acqua residuo viene ridotto in un evaporatore a vuoto. In questa fase di processo, l'olio di burro recuperato ha un contenuto d'olio minimo del 99,8% e soddisfa pertanto i requisiti di massima qualità. Prima che l'AMF venga trasferito per lo stoccaggio, viene raffreddato a circa 50 °C.

Concentrazione di panna

Concentratore di panna
Concentratore di panna

La concentrazione della panna viene eseguita con separatori di latte appositamente adattati che sono omologati per la concentrazione di panna viscosa. Dallo scambiatore di calore a piastre la panna preriscaldata viene trasportata direttamente all'alimentazione del separatore. La concentrazione avviene nel separatore dal 35 – 42% al 72 – 75% di grasso. È necessario ottenere come minimo questo contenuto di grasso in modo che le fasi di processo a valle siano ottimali. La panna altamente viscosa viene convogliata direttamente e nel modo più rapido possibile al cosiddetto serbatoio "high-fat" che funge da stoccaggio temporaneo a monte dell'omogeneizzatore e dell'inversione di fase. Il siero separato viene trasferito in un serbatoio di stoccaggio dopo il recupero del calore e il raffreddamento finale.

Inversione di fase

Inversione di fase
Inversione di fase

Nel suo stato normale, il grasso del latte forma un'emulsione stabile con acqua del tipo olio-in-acqua. Per stabilizzare l'emulsione, il grasso viene rivestito da una membrana adsorbente di fosfolipidi e proteine. 

La scomposizione di questa emulsione e la separazione di tutti i componenti grassi non derivanti dal latte è l'obiettivo della produzione AMF. La membrana può essere scissa con energia meccanica o con una reazione chimica. L'energia meccanica (ad es. l'omogeneizzazione) viene usata per rompere le membrane. I globuli di grasso più piccoli sono formati dalle nuove membrane create che a loro volta sono state generate dalla frammentazione delle membrane originali e dalle proteine nel siero di latte.

La riduzione dei globuli di grasso viene usata anche, ad esempio, per la lavorazione del latte da bere, al fine di evitare il cosiddetto effetto "creaming".

Una completa inversione di fase non è possibile con questo processo. Inoltre uno strato di emulsione relativamente stabile viene formato con la quantità di panna esistente e una parte del siero; ciò impedisce la separazione con un terzo strato fra le fasi di olio e siero.

Per ridurre al minimo il processo reversibile di formazione di nuovi globuli di grasso intatti sono necessarie misure speciali.

Per ridurre al minimo il contenuto dell'emulsione occorre considerare quanto segue: le tre fasi, ovvero grasso, fosfolipidi e proteine, sono in gran parte responsabili per un'emulsione stabile. Se una delle tre fasi viene eliminata o modificata in misura tale da non poter più essere usata come blocco costitutivo delle membrane, la formazione di globuli di grasso intatti viene impedita e la formazione dell'emulsione non è possibile.

Quando tutti i suddetti parametri vengono applicati all'inversione di fase, si ottiene un grado di inversione pari all'80 – 95%.

Diversamente dall'omogeneizzazione standard, lo scopo non è ridurre le dimensioni del globuli di grasso ma distruggere le membrane o gli involucri in modo da poter recuperare il grasso. Pertanto è importante evitare la formazione di globuli di grasso con nuove membrane intatte.

Da quanto sopra si conclude innanzitutto che la quantità di siero deve essere ridotta al minimo prima di iniziare l'effettiva produzione di olio, in modo da minimizzare la quantità di blocchi costituenti della membrana disponibili.

Pertanto, per ottenere un adeguato rilascio di grasso, è necessario un contenuto di grasso della panna superiore al 75%, che si ottiene nel concentratore di panna. Il rilascio di grasso e l'inversione di fase da ciò determinata avvengono con la frammentazione meccanica dei globuli di grasso intatti in un omogeneizzatore.

Inversione di fase - Omogeneizzatore

Concentrazione di olio

Concentratore di olio
Concentratore di olio

Dopo l'inversione di fase, l'ulteriore concentrazione del grasso avviene per mezzo della successiva fase di separazione, la concentrazione dell'olio. Diversamente dalla prima fase di concentrazione, questa fase non viene più eseguita con il classico separatore di latte ma con un separatore di olio speciale. La configurazione del pacco di dischi è fondamentalmente diversa rispetto a un separatore per scrematura. Ciò è dovuto innanzitutto ai flussi di diverso volume, poiché la fase grassa ora rappresenta la percentuale maggiore e, in secondo luogo, in questo caso il fattore su cui concentrarsi è la purezza dell'olio.

Ciò appare evidente considerando la sezione trasversale del tamburo di un separatore di olio. I canali ascendenti sono rivolti verso il bordo esterno per ottenere il percorso più lungo possibile per l'olio e, di conseguenza, un maggior grado di purezza. L'olio deve essere più privo possibile di proteine per evitare una nuova emulsificazione durante la lavorazione successiva. Il contenuto di grasso del siero riveste solo un ruolo secondario in questa fase di processo.

In questa fase, il prodotto viene concentrato da ca. il 72 – 75% di grasso a ca. il 99% di grasso. La fase di emulsione suddetta e il siero vengono separati come fase pesante. In particolare, l'emulsione viene separata da un tamburo di esecuzione speciale. 

A seconda della percentuale di grasso libero prodotta dall'inversione di fase, il contenuto di grasso del siero è fra il 15 e il 25%. A causa della precedente inversione di fase, il siero di questo separatore contiene una percentuale molto elevata di fosfolipidi e lecitina che è paragonabile a quella del latticello di un classico processo di zangolatura del burro. 

Il siero viene alimentato al serbatoio di compensazione a monte del concentratore di panna. In questo modo, il grasso viene separato di nuovo dal siero durante la concentrazione della panna. Il siero così scremato viene scaricato dal processo come fase mista, il che significa che qui viene prodotto un solo flusso di siero. Prima della successiva fase di separazione, l'olio concentrato viene portato a una temperatura di processo di ca. 90 °C.

Raffinazione dell'olio

Composizione dell'olio senza e con raffinazione
Composizione dell'olio senza e con raffinazione

L'olio concentrato e riscaldato viene raffinato in una fase di separazione finale. Questa fase assicura l'elevato grado di purezza dell'AMF richiesto dal codice. Il disegno sopra riportato mostra in alto la composizione dell'olio senza raffinazione e in basso la composizione con raffinazione.

Per ottenere un'ulteriore purificazione dell'olio, una determinata quantità di acqua calda viene aggiunta all'olio concentrato. Quest'acqua diluisce la concentrazione d'olio e, di conseguenza, anche il contenuto di lattosio e ceneri ancora presente.

L'acqua aggiunta viene immediatamente separata di nuovo nel cosiddetto separatore-raffinatore. L'olio così purificato e concentrato viene concentrato a circa il 99% di grasso. La miscela siero-acqua separata contiene i componenti del latte appena separati e una percentuale molto bassa di grasso, oltre all'acqua aggiunta. Per assicurare un contenuto d'acqua inferiore allo 0,1% nell'olio, l'olio viene trasferito all'ultima fase di processo prima di poter essere raffreddato e confezionato.

Essiccazione dell'olio / essiccazione sotto vuoto

Dopo la raffinazione, l'olio a temperatura di 90 °C viene alimentato ad un essiccatore sotto vuoto. L'ingresso del prodotto è progettato con una superficie più ampia possibile per garantire una buona evaporazione dell'acqua dall'olio. Un condensatore e una pompa per vuoto installati riducono la pressione nel recipiente a circa -0,9 bar, in modo che l'acqua possa evaporare a una temperatura inferiore a 100 °C. La stessa pompa aspira i vapori prodotti. Prima dello scarico dal sistema chiuso, avviene il raffreddamento flash. Possibili componenti grassi residui, che sono rimossi con i vapori, vengono separati in un serbatoio di scrematura e quindi non hanno alcun impatto sui sistemi di acque reflue.

L'olio viene separato dalla sezione inferiore dell'evaporatore e trasferito / pompato alla fase di raffreddamento.

Riduzione FFA

La presenza di FFA (= acidi grassi liberi) nell'olio come prodotto finale determina di solito una riduzione di qualità. Inoltre gli standard IDF fissano un limite massimo per il contenuto di FFA (figura 1). Se il contenuto di FFA deve essere ridotto, ad es. poiché i valori iniziali sono troppo alti, è possibile ricorrere a mezzi fisici e chimici.

Gli acidi grassi liberi sono grassi a catena corta, come gli acidi butirrici, gli acidi caproici e gli acidi carminici. Se questi ultimi sono presenti in concentrazioni sufficienti causano problemi di gusto (rancidità) e/o aroma.

Gli acidi grassi liberi derivano dal processo per cui gli enzimi lipasi aderiscono alla membrana del globulo di grasso e scindono il grasso libero per un determinato periodo. Occorre considerare

che l'attività dell'enzima è molto lenta a basse temperature. La sua attività massima è a circa 37 °C. Al di sopra dei 50 °C, la sua attività è minima e cessa completamente a temperature più alte (> 60 °C). Supponendo che il contenuto di FFA sia relativamente alto nel prodotto iniziale, ovvero panna e burro, potrebbe essere necessario adottare misure speciali per eliminare gli acidi grassi liberi dal prodotto.

Per ridurre il contenuto di FFA è possibile ricorrere a un processo di saponificazione. L'aggiunta di liscivia (valore pH del prodotto > 11) causa la saponificazione degli acidi grassi liberi.

Il flocculato risultante può poi essere separato nel separatore-raffinatore. La fase prodotta deve essere eliminata completamente dal processo.

Numeri di perossidi

La qualità dell'olio di burro è determinata anche dal numero di perossidi che esprime i milliequivalenti di ossigeno Olegato dal perossido in un kg di olio. L'ossidazione del grasso che è già avvenuta non può di norma essere ridotta; tuttavia può essere eliminata o mantenuta costante per un determinato periodo di tempo. Ciò si ottiene aggiungendo dei cosiddetti antiossidanti.

Gli antiossidanti sono additivi che impediscono un aumento del numero di perossidi dell'olio e, in parte, riducono i valori di perossidi già presenti. Ad esempio è possibile usare il tocoferolo.

La concentrazione finale del tocoferolo nell'olio di burro deve essere inferiore a 200 ppm. GEA possiede il know-how per preparare e aggiungere sostanze di questo genere.

Scrematura secondaria

Scrematura secondaria rispetto al processo standard

Scrematura secondaria di beta-siero

Durante la separazione centrifuga del prodotto, la maggior parte dei fosfolipidi liberi migra nel siero. Per questo motivo, occorre calcolare il contenuto di fosfolipidi al fine di determinare la fase pesante risultante dalla lavorazione di olio di burro. Di solito si usa panna pastorizzata. La differenza principale rispetto al processo standard si riscontra nel fatto che una fase di siero viene riciclata quando i fosfolipidi vengono rilasciati dalle membrane dei globuli di grasso durante il processo di inversione di fase.

Rispetto al processo standard, in questo caso il separatore di siero esegue la scrematura separatamente dal concentratore di olio. Il siero del separatore di olio viene raccolto in un serbatoio tampone e quindi alimentato da qui al cosiddetto skimmer di beta-siero. Il grasso qui separato viene inviato direttamente all'effettivo processo AMF, nel serbatoio "high fat". 

Questa variante di processo presenta due grandi vantaggi: innanzitutto un raffreddamento separato dopo la scrematura secondaria e quindi anche la disponibilità separata del beta-siero che grazie a un contenuto particolarmente alto di fosfolipidi è la base ideale per prodotti speciali. Inoltre, la scrematura secondaria separata alleggerisce il carico sull'effettivo concentratore di panna con il risultato di poter utilizzare un tipo di macchina più piccola per la stessa capacità d'olio o, in caso di impianti esistenti, è possibile ottenere una maggior capacità di olio con il retrofit della scrematura secondaria. 

L'alfa-siero non viene mescolato con il beta-siero in questo processo e pertanto ha un contenuto molto basso di fosfolipidi rispetto al processo standard. In questo modo, l'uso del siero può essere confrontato con le possibilità di un latte scremato; tuttavia occorre considerare che il contenuto di grasso è leggermente superiore rispetto a un latte scremato poiché una determinata percentuale di grasso passa nella fase di siero durante la concentrazione della panna.

Lavorazione del burro

Con il burro come prodotto iniziale, l'emulsione di acqua in olio è già presente. L'inversione di fase parziale è avvenuta durante il processo di zangolatura. Il prodotto iniziale è di importanza fondamentale per la progettazione dell'impianto. In linea di massima, un impianto per la lavorazione della panna è adatto anche per la separazione di burro fuso.

Burro di panna dolce

Se si deve lavorare un burro di panna dolce con un pH di circa 6,5 e non sono consentiti agenti chimici (ad es. acido citrico) per denaturare le proteine, occorre tener conto dello strato di emulsione.

La centrifuga e la distruzione di questo strato possono essere eseguite soltanto da separatori appositamente progettati e mediante inversione di fase. Il metodo di funzionamento del separatore ha un influsso decisivo sul processo, sulle apparecchiature supplementari richieste e sull'efficienza dell'impianto. Per lavorare il burro di panna dolce, è necessario usare un separatore che consenta una concentrazione del 99,5% di grasso. L'emulsione deve essere scaricata con la fase di siero.

Il burro fuso, ovvero fuso con il BXA, viene generalmente pompato direttamente nel serbatoio "high fat". I blocchi di burro sono prelevati dall'impianto frigorifero ad es. a -20 °C, e vengono fusi nel sistema di fusione. A seconda dell'esecuzione dell'impianto, la temperatura del prodotto nel serbatoio tampone è fra 45 e 65 °C e viene portata a 70 – 75 °C in uno scambiatore di calore a piastre. 

L'inversione di fase per mezzo di un omogeneizzatore è richiesta per minimizzare la fase di emulsione. Il concentratore di olio consente una separazione del 99% di grasso. La fase pesante, una miscela di latticello e particelle residue di emulsione, viene alimentata a un separatore per scrematura.

La fase di olio (fase leggera) viene portata a circa 90 °C e poi separata di nuovo in un altro separatore. Prima di alimentare l'olio al separatore-raffinatore, viene aggiunta acqua di lavaggio per migliorare la qualità dell'olio.

Le ulteriori fasi di processo sono analoghe a quelle dei processi già descritti. Poiché non è presente alcun concentratore di panna, è fortemente raccomandata la scrematura secondaria della fase di siero dopo il concentratore di olio. Se si deve lavorare burro di panna acida con un pH da 4,6 a 4,5 e con un elevato contenuto proteico, è possibile utilizzare un decanter. È possibile una concentrazione separata dei solidi.

In ogni caso, un separatore (separatore-raffinatore) deve essere installato a valle per aumentare la concentrazione di grasso al 99,5%.

Burro salato

La quantità di burro salato usato come materia prima per la produzione di olio di burro è aumentata costantemente negli ultimi anni. Il contenuto di sale viene eliminato insieme al latticello durante la separazione centrifuga. La concentrazione di sale nel latticello aumenta a circa il 10% se il contenuto di sale iniziale del burro è, ad esempio, del 2%. L'ulteriore lavorazione del latticello salato è limitata.

La fase di emulsione nel burro di panna dolce salato può anche essere scissa aggiungendo acido citrico. Al contempo, le proteine del burro vengono denaturate. La materia prima trattata si comporta quindi come il burro di panna acida.

Il burro fuso viene portato a un pH di 4,5 – 4,6 con l'aggiunta di acido. Con questo pH, non vengono solo denaturate le proteine libere; a causa dell'alterazione delle proteine della membrana dei globuli di grasso intatta, la membrana viene aperta e l'emulsione viene distrutta. Si ottiene così un sedimento che decanta facilmente oltre a una fase trasparente di acqua e olio. Diversamente dal vero burro di panna acida, in questo caso il contenuto di sedimento è assai inferiore. Uno dei motivi è che nel burro di panna dolce la materia secca priva di grasso (parte della quale è costituita da proteine) è inferiore rispetto al burro di panna acida.

Processi speciali / Soluzioni speciali

Oltre ai processi descritti, in alcuni settori sono richieste soluzioni speciali per soddisfare tutte le esigenze.

Processo a batch

Se si devono lavorare solo piccole quantità di panna, è possibile utilizzare un sistema costituito da due separatori. Accanto al separatore di panna, si usa un solo separatore di olio, anziché due.

Per riuscire a produrre AMF con questo sistema, l'impianto deve svolgere due passaggi. Nella prima fase / batch, la panna viene concentrata, viene eseguita l'inversione di fase e l'olio viene concentrato.

Questo prodotto intermedio viene depositato in un grande serbatoio tampone. Una volta riempito il serbatoio, il processo viene interrotto e preparato per il secondo batch / la seconda fase, senza lavorazione di panna fresca.

Nella fase successiva, l'olio precedentemente concentrato viene sottoposto alle stesse fasi di processo del prodotto grezzo precedente. Il riscaldatore di panna della prima fase viene usato per portare l'olio a 90 °C. 

Il concentratore di olio usato in precedenza viene impiegato come raffinatore nella seconda fase e il prodotto intermedio della prima fase viene raffinato fino a raggiungere la qualità AMF.

Le fasi successive sono analoghe a quelle del processo originale.

Produzione di ghee

Linea di processo per il ghee
Linea di processo per il ghee

Il ghee, noto anche come burro chiarificato, è uno dei grassi più importanti in molte regioni e viene usato nella cucina indiana, pakistana e africana.

Per produrre il ghee, le proteine devono rimanere il più possibile nel prodotto diversamente dall'AMF ed essere sottoposte a trattamento termico in modo da ottenere il sapore desiderato.

Il metodo classico è riscaldare e bollire il burro o la panna sotto il fuoco in apposite pentole fino all'evaporazione dell'acqua e alla simultanea combustione e denaturazione delle proteine.

Il sedimento viene poi separato e la fase grassa viene usata come ghee.

Per rendere questo processo più efficiente e veloce, è possibile usare separatori semplici in combinazione con idrocicloni. Dopo la fusione del burro e l'evaporazione dell'acqua, il prodotto preparato viene separato dai solidi in un chiarificatore e nel ciclone a monte e raggiunge un elevato grado di purezza durante il processo.

Poiché si evitano fasi intermedie come la sedimentazione, le pentole esistenti possono essere usate in modo sostanzialmente più efficiente.