AMF-productielijn

Overzicht

Het belangrijkste doel van het AMF-proces is het afbreken van de olie-in-water-emulsie en alle niet-melkvetcomponenten af te scheiden. Er zijn twee varianten mogelijk: De directe route via het afromen van rauwe melk, waarna verdere verwerking/concentratie van de room plaatsvindt, of uit boter. Als resultaat van het flexibele proces en de geautomatiseerde processtructuur kunnen zowel room als zoete en zure roomboter worden gebruikt als basismateriaal voor AMF.

AMF-bereiding uit room
AMF-bereiding uit room

Het stroomschema geeft een voorbeeld van het maken van AMF uit room.

Er kan ook een NaOH-behandeling worden geïntegreerd om het gehalte vrije vetzuren te reduceren. In het besturingssysteem van de installatie kunnen verschillende procesparameters en variabelen worden ingevoerd voor de verschillende materialen en kwaliteiten; Deze procesparameters en variabelen passen alle regelingen en procedures automatisch aan voor het specifieke product.

Standaardproces

In deze installatie wordt room met een vetgehalte van ongeveer 40% gevoerd, die aanvankelijk tot een temperatuur van 55 tot 60°C wordt verwarmd in een platenwarmtewisselaar. Deze temperatuur is nodig om te verzekeren dat de room die geconcentreerd moet worden in de separatortrommel een minimum viscositeit heeft en dat er tegelijkertijd een maximaal dichtheidsverschil is tussen de geconcentreerde roomfase en de serumfase. Vervolgens concentreert een roomconcentrator de room tot een vetpercentage van 75%. Dit concentraat wordt dan naar het fase-inversieproces gezonden. Het afgescheiden serum wordt van de separator naar de karnemelktank gepompt na koeling en hitteterugwinning. Dit betekent dat het nog warme serum wordt gebruikt voor hitteterugwinning, wat ook een positieve invloed heeft op de energie-efficiëntie van het hele systeem.

Net als bij het bereidingsproces van boter is het eerste doel het afbreken en scheiden van het membraan van de vetbolletjes, om fase-inversie te krijgen. De membranen van de vetbolletjes kunnen worden afgebroken door middel van mechanische energie. Het vetvrijgaveproces en het bijbehorende faseconversieproces vinden plaats door de intacte vetbolletjes mechanisch te splijten in een homogenisator. De volgende aspecten zijn uiterst belangrijk voor een effectieve faseconversie: Concentratie van de room in de toevoer naar de homogenisator, het ontwerp van de homogenisator, de homogenisatiedruk en speciale recirculatie van het fase-geïnverteerde medium.

In de benedenstroomse olieconcentrator, worden de emulsie en het serum als de zware fase gescheiden van de lichte oliefase en teruggebracht in het roomconcentratiestadium. Aan de andere kant wordt de lichte oliefase met een concentratie van tot 99% verhit tot een temperatuur van ongeveer 90°C en gewassen na de toevoeging van water. In de oliecentrifuge wordt het waswater gescheiden en het resterende watergehalte wordt gereduceerd in een vacuümverdamper. In dit processtadium heeft de teruggewonnen boterolie een oliegehalte van minstens 99,8%, waarmee het voldoet aan de vereisten voor de hoogste kwaliteitscategorie. Voordat de AMF wordt overgebracht naar de opslag wordt het afgekoeld tot ongeveer 50°C.

Roomconcentratie

Roomconcentrator
Roomconcentrator

Roomconcentratie gebeurt met speciaal aangepaste melkseparatoren die geschikt zijn voor de concentratie van viskeuze room. De voorverwarmde room wordt van de platenwarmtewisselaar direct overgebracht op de toevoer van de separator. De concentratie vindt plaats in de separator van 35 – 42% tot 72 – 75% vet. Dit vetgehalte moet minimaal worden bereikt om de benedenstroomse processtadia optimaal te laten verlopen. De sterk viskeuze room wordt direct, via de kortst mogelijke route, naar de zogenoemde tank met hoog vetgehalte gebracht, die dient als buffer bovenstrooms van de homogenisator en fase-inversie. Het afgescheiden serum wordt naar de opslagtank gebracht na hitteterugwinning en eindkoeling.

Fase-inversie

Fase-inversie
Fase-inversie

In normale toestand vormt melkvet een stabiele emulsie met water van het olie-in-watertype. Om de emulsie te stabiliseren is het vet omhuld met een adsorberende bedekking van fosfolipiden en eiwitten. 

De AMF-productie heeft tot doel deze emulsie af te breken en alle niet-melkvetcomponenten af te scheiden. Afbreken van het membraan is mogelijk door middel van mechanische energie of een chemische reactie. Mechanische energie (bv. homogenisatie) wordt gebruikt om de membranen open te breken. Kleinere vetbolletjes worden gevormd door de nieuw gemaakte membranen, die zelf zijn ontstaan uit de fragmentatie van de oorspronkelijke membranen en uit de eiwitten in het melkserum.

De verkleining van de vetbolletjes wordt bijvoorbeeld ook gebruikt bij de verwerking van consumptiemelk, om het zogenoemde “roomvormingseffect” te vermijden.

Volledige fase-inversie is met dit proces niet mogelijk. Verder wordt een relatief stabiele emulsielaag gevormd uit de bestaande hoeveelheid room en een deel van het serum; Dit verhindert afscheiding als een derde laag tussen de olie- en serumfasen.

Speciale maatregelen zijn nodig als het omkeerbare proces van nieuwe, intacte vetbolletjes moet worden geminimaliseerd.

Het volgende geldt voor het minimaliseren van het emulsiegehalte: De drie fracties, te weten vet, fosfolipiden en eiwitten, zijn in sterke mate verantwoordelijk voor een stabiele emulsie. Als een van de drie fracties wordt verwijderd of zodanig wordt veranderd dat het niet langer bruikbaar is als bouwsteen voor de membranen, dan wordt de vorming van intacte vetbolletjes verhinderd en kan er geen emulsie worden gevormd.

Als bovengenoemde parameters worden toegepast voor fase-inversie, leveren ze een inversie op van 80 – 95%.

Anders dan bij standaardhomogenisatie is het doel niet het verkleinen van de grootte van de vetbolletjes, maar het vernietigingen van de membranen of omhulsels zodat het vet kan worden teruggewonnen. Daarom is het belangrijk dat de vorming van vetbolletjes met intacte nieuwe membranen wordt voorkomen.

Uit het bovenstaande kunnen we ten eerste concluderen dat de hoeveelheid serum geminimaliseerd moet worden voordat de werkelijke productie van de olie wordt gestart, om de hoeveelheid beschikbare bouwstenen van membranen zo klein mogelijk te maken.

Om een goede vrijgave van vet te bereiken is een roomvetgehalte van meer dan 75% nodig, die gerealiseerd wordt in de roomconcentrator. De vrijgave van het vet, en de fase-inversie die dit teweegbrengt, vinden plaats door mechanische fragmentatie van de intacte vetbolletjes in een homogenisator.

Fase-inversie - Homogenisator

Olieconcentratie

Olieconcentrator
Olieconcentrator

Na de fase-inversie vindt een volgende afscheidingsfase plaats, te weten de olieconcentratie. In tegenstelling tot de eerste concentratiefase wordt deze fase niet meer uitgevoerd met de klassieke melkseparator, maar met een speciale olieseparator. Hierin is de vormgeving van de stapel schotels fundamenteel verschillend van die van de afroomseparator. Dit is ten eerste het gevolg van de veranderde volumestromen (de vetfase vormt nu de grootste portie), en ten tweede ligt de focus nu op de zuiverheid van de olie.

Dit wordt duidelijk als we de dwarsdoorsnede van de trommel van een olieseparator bekijken. Om een zo lang mogelijke route voor de olie en daardoor een hoge zuiverheid te bereiken lopen de stijgende kanalen naar de buitenkant. De olie moet zo veel mogelijk vrij zijn van eiwitten, om hernieuwde emulsificatie in de verdere verwerking te voorkomen. Het vetgehalte van het serum speelt in deze procesfase slechts een secundaire rol.

In deze fase wordt het product geconcentreerd van circa 72 – 75% tot circa 99% vet. De hierboven genoemde emulsiefase en het serum worden gescheiden in de zware fase. De emulsie in het bijzonder wordt gescheiden door een speciaal trommelontwerp. 

Afhankelijk van het aandeel vrij vet dat veroorzaakt is door de fase-inversie, ligt het vetgehalte van het serum tussen 15 – 25%. Door toedoen van de voorgaande fase-inversiefase bevat het serum van deze separator een zeer hoog gehalte fosfolipiden en lecithine, die vergelijkbaar is met die van karnemelk uit het klassieke boterkarnproces. 

Het serum wordt in het compensatievat bovenstrooms van de roomconcentrator gevoerd. Hierdoor wordt het vet opnieuw van het serum gescheiden gedurende de roomconcentratie. Het serum dat op deze manier wordt afgeroomd wordt uit het proces afgevoerd als gemengde fase, wat betekent dat er hier slechts één serumstroom wordt geproduceerd. Voor de volgende afscheidingsfase wordt de geconcentreerde olie verhit tot de vereiste procestemperatuur van ongeveer 90°C.

Fijne oliefiltering

Oliesamenstelling zonder en met fijne filtering
Oliesamenstelling zonder en met fijne filtering

Het concentraat en de verhitte olie wordt “fijn gefilterd” in een laatste afscheidingsstadium. Deze fase waarborgt de hoge zuiverheid van de AMF die vereist wordt volgens de codex. Op de bovenstaande tekening wordt de oliesamenstelling zonder fijne filtering getoond in het bovenste deel, en de samenstelling na fijne filtering in het onderste deel.

Voor een verdere “zuivering” van de olie wordt een bepaalde hoeveelheid heet water toegevoegd aan de geconcentreerde olie. Dit water verdunt de concentratie van de olie en daardoor ook het nog aanwezige lactose- en asgehalte.

Het toegevoegde water wordt onmiddellijk weer afgescheiden in de zogenoemde fijne-filteringseparator. De olie die op deze manier gezuiverd en geconcentreerd is, heeft een vetgehalte van ongeveer 99%. Behalve het toegevoegde water bevat het afgescheiden serum-watermengsel de nog afgescheiden melkbestanddelen en een zeer laag vetgehalte. Om een watergehalte van minder dan 0,1 procent in de olie te verzekeren, wordt de olie naar de laatste procesfase gebracht voordat hij gekoeld en verpakt kan worden.

Oliedroger / vacuümdroger

Na de fijne filtering wordt de hete olie, met een temperatuur van 90°C, naar een vacuümdroger gevoerd. De productinlaat heeft een zo groot mogelijk oppervlak om het water goed uit de olie te laten verdampen. Een geïnstalleerde condensator en vacuümpomp verlagen de druk in het vat tot ongeveer -0,9 bar, zodat het water verdampt op een temperatuur onder 100°C. Dezelfde pomp zuigt de ontstane dampen naar binnen. Voordat deze uit het gesloten systeem worden afgevoerd, vindt flash-koeling plaats. Mogelijke resterende vetcomponenten, die met de dampen worden verwijderd, worden afgescheiden in een afroomtank en vormen dus geen belasting van afvalwatersystemen.

De olie wordt afgescheiden uit het onderste deel van de verdampereenheid en overgebracht/gepompt naar het koelstadium.

FFA-reductie

FFA (= vrije vetzuren) in het uiteindelijke olieproduct betekenen over het algemeen kwaliteitsverlies. Verder hanteren IDF-normen een maximumlimiet voor het gehalte vrije vetzuren (afbeelding 1). Als het gehalte vrije vetzuren verlaagd moet worden, bv. omdat de aanvankelijke waarden te hoog zijn, kunnen hiervoor fysische en chemische middelen worden gebruikt.

Vrije vetzuren zijn vetten met een korte keten, zoals boter-, capron- en karmijnzuren. Er ontstaan problemen met de smaak (ranzigheid) en/of het aroma als deze stoffen in bepaalde concentraties aanwezig zijn.

Vrije vetzuren ontstaan uit het proces waarbij lipase-enzymen aan het membraan van het vetbolletje kleven en breken vrij vet in een bepaalde tijd af. In aanmerking moet worden genomen

dat de activiteit van het enzym bij lage temperaturen zeer langzaam is. De maximale activiteit ervan vindt plaats bij ongeveer 37°C. Boven 50°C is de activiteit minimaal, en bij hogere temperaturen (> 60°C) stopt deze volledig. Er vanuit gaande dat het aanvankelijke product, namelijk room en boter, een relatief hoog FFA-gehalte kan hebben, kunnen er speciale maatregelen nodig zijn om vrije vetzuren uit het product te verwijderen.

Om het FFA-gehalte te verlagen kan een verzepingsproces worden gebruikt. Door de toevoeging van loog (product-pH-waarde > 11) zullen vrije vetzuren verzepen.

De resulterende vlokken kunnen vervolgens worden afgescheiden in de fijne-filteringseparator. De geproduceerde fase moet volledig uit het proces worden verwijderd.

Peroxidegetallen

De kwaliteit van boterolie wordt mede bepaald door het peroxidegetal dat de milli-equivalenten van zuurstof O uitdrukt die door peroxide worden gebonden in één kilo olie. Vetoxidatie die al heeft plaatsgevonden kan in de regel niet worden gereduceerd; Maar kan echter wel gedurende bepaalde tijd onderdrukt of constant gehouden worden. Dit wordt bereikt door zogenaamde antioxidanten toe te voegen.

Antioxidanten zijn additieven die de stijging in peroxidegetal van de olie voorkomen en de al aanwezige peroxidewaarden in zekere mate reduceren. Bijvoorbeeld kan tocoferol worden gebruikt.

De eindconcentratie van tocoferol in boterolie moet lager zijn dan 200 ppm. GEA heeft de knowhow voor de preparatie en toevoeging van dergelijke stoffen.

Secundaire afroming

Secundaire afroming in tegenstelling tot het standaardproces

Secundaire afroming van bètaserum

Tijdens centrifugaalscheiding van het product migreert het merendeel van de vrije fosfolipiden in het serum. Daarom moet het gehalte fosfolipiden worden berekend om de opbrengst van de “zware fase” te bepalen in een boterolieproces. Gewoonlijk wordt gepasteuriseerde room gebruikt. Het belangrijkste verschil met het standaardproces is dat een serumfase gerecycled wordt terwijl de fosfolipiden vrijkomen uit de membranen van de vetbolletjes tijdens het fase-inversieproces.

In tegenstelling tot het standaardproces vindt hier aparte afroming van de serumseparator uit de olieconcentrator plaats. Het serum van de olieseparator wordt opgevangen in een buffertank en van hieruit naar de zogenoemde bèta-serumskimmer gevoerd. Het vet dat hier wordt afgescheiden wordt direct in het werkelijke AMF-proces gebracht, in de tank met het hoge vetgehalte. 

Deze procesvariant verenigt twee grote voordelen: Ten eerste de aparte koeling na secundaire afroming en daarmee ook de aparte beschikbaarheid van het bèta-serum met een bijzonder hoog gehalte fosfolipiden, dat dus een ideale basis vormt voor speciale producten. Ten tweede vermindert de aparte secundaire afroming de belasting op de werkelijke roomconcentrator, met als resultaat dat er een kleiner type machine kan worden gebruikt voor dezelfde oliecapaciteit of, in het geval van bestaande installatie, dat er een hogere oliecapaciteit kan worden bereikt door secundaire afroming naderhand te installeren. 

Het alfa-serum wordt in dit proces niet gemengd met het bètaserum en in vergelijking met het standaardproces heeft het dus een zeer laag fosfolipidegehalte. Zodoende kan het gebruik van het serum worden vergeleken met de mogelijkheden van magere melk; wel moet worden gezegd dat het vetgehalte iets hoger is dan bij magere melk, omdat erbij het concentreren van de room een bepaald aandeel van het vet in de serumfase komt.

Proces met boter

Met boter als beginproduct is de water-in-olie-emulsie al aanwezig. Tijdens het karnproces heeft al een gedeeltelijke fase-inversie plaatsgevonden. Het beginproduct is van doorslaggevend belang voor het ontwerp van de installatie. In principe is een installatie voor de verwerking van room ook geschikt voor de afscheiding van gesmolten boter.

Zoete roomboter

Als er bij de verwerking van zoete roomboter met een pH van ongeveer 6,5 geen “chemische middelen” (bv. citroenzuur) mogen worden gebruikt om de eiwitten te denatureren, moet rekening gehouden worden met de emulsielaag.

Centrifugering en vernietiging van deze laag is alleen mogelijk met speciaal ontworpen separators en fase-inversie. De werkingswijze van de separator is beslissend voor het proces, de vereiste aanvullende apparatuur en de efficiëntie van de installatie. Voor de verwerking van zoete roomboter moet een separator worden gebruikt die een concentratie tot 99,5% vet mogelijk maakt. De emulsie moet worden afgevoerd met de serumfase.

De gesmolten boter, bv. gesmolten met de BXA, wordt over het algemeen direct in de tank met het hoge vetgehalte gepompt. De boterblokken komen uit de koude opslag met een temperatuur van bijvoorbeeld -20°C, en worden gesmolten in het smeltsysteem. Afhankelijk van het ontwerp van de installatie ligt de producttemperatuur in de buffertank tussen 45 en 65°C. De temperatuur van het product wordt tot 70 – 75°C verhoogd in een platenwarmtewisselaar. 

Fase-inversie door middel van een homogenisator is nodig om de emulsiefase te minimaliseren. Met de olieconcentrator kan een afscheiding van 99% vet worden bereikt. De zware fase, een mengsel van karnemelk en resterende emulsiedeeltjes, wordt naar een afroomseparator gebracht.

De oliefase (lichte fase) wordt verhit tot ongeveer 90°C en vervolgens weer afgescheiden in een volgende separator. Voordat de olie naar de fijne-filteringseparator wordt gevoerd, wordt er waswater toegevoegd om de oliekwaliteit te verbeteren.

De verdere procesfasen zijn vergelijkbaar met die van de al beschreven processen. Aangezien er geen roomconcentrator aanwezig is, wordt secundair afromen van de serumfase na de olieconcentrator ten zeerste aanbevolen. Als zure roomboter met een pH van 4,6 tot 4,5 en met een verhoogd eiwitgehalte wordt verwerkt, kan er een decanter worden gebruikt. Gescheiden concentratie van de vaste stoffen is mogelijk.

In ieder geval moet er benedenstrooms een separator (fijne-filteringseparator) worden geïnstalleerd om de vetconcentratie te verhogen tot 99,5%.

Gezouten boter

De hoeveelheid gezouten boter die wordt gebruikt als grondstof voor de productie van boterolie is de afgelopen jaren gestaag toegenomen. Het zout wordt samen met de karnemelk verwijderd tijdens centrifugaalafscheiding. De zoutconcentratie in de karnemelk stijgt tot ongeveer 10% als het oorspronkelijke zoutgehalte van de boter bijvoorbeeld 2% was. Verdere verwerking van de gezouten karnemelk is beperkt.

De emulsiefase in gezouten zoete roomboter kan ook worden “gebroken” door citroenzuur toe te voegen. Tegelijkertijd wordt het eiwit in de boter gedenatureerd. De behandelde grondstof gedraagt zich dan op dezelfde manier als zure roomboter.

De gesmolten boter wordt op een pH van 4,5 – 4,6 gebracht door zuur toe te voegen. Bij deze pH wordt niet alleen het vrije eiwit gedenatureerd, maar wordt ook het membraan opengebroken en de emulsie vernietigd door toedoen van de alteratie in het membraaneiwit van intacte vetbolletjes. Behalve helder water en de oliefase wordt dan een gemakkelijk te decanteren bezinksel verkregen. In tegenstelling tot “echte” zure roomboter, is dit bezinksel aanzienlijk minder. Een van de redenen hiervan is dat de hoeveelheid vetvrije droge stof (dat gedeeltelijk bestaat uit eiwit) in zoete roomboter kleiner is dan in zure roomboter.

Speciale processen / Speciale oplossingen

Behalve de beschreven processen zijn er op sommige gebieden speciale oplossingen nodig om aan alle eisen te voldoen.

Batchproces

Als er slechts kleine hoeveelheden room moeten worden verwerkt, kan een systeem van twee separators worden gebruikt. Behalve de roomseparator wordt er dan één in plaats van twee olieseparators gebruikt.

Om met dit systeem AMF te kunnen produceren moet het middel tweemaal de installatie passeren. In de eerste stap / batch wordt de room geconcentreerd, vindt fase-inversie plaats en wordt de olie geconcentreerd.

Dit tussenproduct wordt opgeslagen in een grote buffertank. Als deze vol is, wordt het proces onderbroken en voorbereid voor de tweede batch / stap, zonder verse room te verwerken.

In de volgende stap ondergaat de eerder geconcentreerde olie dezelfde processtappen als het onbewerkte product voorheen. De roomverhitter van de eerste stap wordt gebruikt om de olie te verhitten tot 90°C. 

De eerder gebruikte olieconcentrator wordt gebruikt als separator in de tweede stap; Het tussenproduct van de eerste stap wordt verbeterd en bereikt de AMF-kwaliteit.

De verdere stappen zijn te vergelijken met die van het oorspronkelijke proces.

Productie van ghee

Proceslijn voor ghee
Proceslijn voor ghee

Ghee, ook bekend als geklaarde boter, is een van de belangrijkste vetten in veel regio’s, bijvoorbeeld in de Indiase, Pakistaanse of Afrikaanse keuken.

Voor de productie van ghee moeten de eiwitten zo lang mogelijk in het product blijven, in tegenstelling tot AMF. Verder moeten ze thermisch zo worden behandeld dat de gewenste smaak wordt verkregen.

De klassieke methode is het verhitten en koken van de boter of room op het vuur in zogenaamde kookpannen, totdat al het water is verdampt en het eiwit tegelijkertijd ‘verbrandt’ en denatureert.

Het bezinksel wordt vervolgens gescheiden en de vetfase gebruikt als ghee.

Om dit proces efficiënter en sneller te maken, kunnen er eenvoudige separators worden gebruikt in combinatie met hydrocyclonen. Nadat de boter gesmolten en het water verdampt is, wordt het bereide product in een clarifier en de bovenstroomse cycloon gescheiden van de vaste stoffen, en wordt een hoge zuiverheid in het proces bereikt.

Tussenstappen zoals bezinking zijn niet nodig, zodat bestaande pannen substantieel efficiënter kunnen worden gebruikt.