Linia produkcyjna kazeiny

Przegląd

Kazeina, w proporcji około 80%, jest najważniejszą frakcją białkową w krowim mleku. Izolat kazeiny jest cennym surowcem dla wielu gałęzi przemysłu. W sektorze spożywczym kazeina jest używana w postaci proszku jako wysokiej jakości białko. Jest również bardzo ważnym spoiwem w farbach czy przy sklejaniu sklejki. Stosuje się ją ponadto jako czynnik światłoodporny w akwafortach oraz do produkcji kleju, kitu, wykończeń tekstylnych i barwników do skóry. Linie przetwórcze GEA wspomagają proces odzyskiwania kazeiny poprzez wytrącanie kwasu lub podpuszczki.

Kazeina jest obecna w mleku w zawiesinie koloidalnej. W zależności od temperatury cząstki kazeiny mają różny rozmiar od 10 do 200 μm. Cząstki w rozmiarze od 10 do 30 μm są opisywane jako submicele kazeiny, a większe cząstki jako micele kazeiny. 

Kazeina jest zbudowana z długiego łańcucha molekuł 20 różnych aminokwasów. Te łańcuchy molekuł są łączone w submicele spajane solami fosforanowymi. Aby uzyskać izolat kazeiny, micele kazeiny należy wytrącać z mleka. Staje się to możliwe, kiedy ładunek powierzchniowy, a co za tym idzie siły odpychania cząstek kazeiny są zmniejszane i występuje koagulacja. Procesy alternatywne nazywa się wytrącaniem kwasem lub podpuszczką.

Wytrącanie kwasem

Podczas wytrącania kwasu za pomocą kwasu mineralnego, jony wodoru o ładunku dodatnim penetrują micele kazeiny, przez co ujemny ładunek netto miceli kazein spada. Jednocześnie słabnie warstwa hydracyjna oraz wiele jonów wapnia o podwójnym ładunku. Ładunek o takiej samej biegunowości słabnie, a wraz z nim siły odpychania, i zaczynają dominować siły przyciągania. Energia cieplna cząstek sprawia, że zderzają się ze sobą i łączą w większe formy, które następnie wytrącają się z mleka.

Wytrącanie podpuszczką

W przeciwieństwie do wytrącania się kwasu, które jest odwracalnym procesem, w wypadku wytrącania się podpuszczki, składniki miceli są nieodwracalnie oddzielane. Enzym podpuszczki oddziela niewrażliwą na wapń część hydrofilową. Około 50% ujemnego ładunku netto na powierzchni kazeiny ulega w ten sposób utracie, osłabiając ochronną warstwę wodorową i odsłaniając wrażliwe na wapń części kazeiny na powierzchni miceli. Później, na etapie drugiej koagulacji występującej po reakcji enzymatycznej, przebiega agregacja. Zachodzi właściwe zestalenie poprzez wytwarzanie wiązań pomiędzy grupami a jonami wapnia.

Przed wytrąceniem: usuwanie bakterii z odtłuszczonego mleka

Dobrze odtłuszczone mleko, bez względu na to czy uzyskane w wyniku wytrącania podpuszczką czy kwasem, to dobry punkt początkowy na potrzeby produkcji kazeiny. Aby wyprodukować doskonały produkt końcowy, odtłuszczone mleko nie tylko musi być pasteryzowane, lecz również wolne od wszelkich drobnoustrojów.

Bakterie i drobnoustroje w wirówce usuwającej bakterii są odśrodkowo odwirowywane i odprowadzane z baku za pomocą częściowego wyrzutu. Bakteryjnie klarowane mleko odtłuszczone jest następnie podgrzewane do temperatury koagulacji w płytowym wymienniku ciepła. W zależności od rodzaju kazeiny (kwasowej lub podpuszczkowej) jest ona wytrącana poprzez liniowe dodanie technicznego kwasu lub poprzez wykorzystanie enzymów z dodatkiem podpuszczki. Ta druga metoda wytrącania jest bardziej czasochłonna i dlatego jest przeprowadzana seryjnie.

Aby wesprzeć i rozwinąć proces koagulacji, następują dalsze pośrednie procesy termiczne z kolejnymi etapami reakcji.

Właściwa separacja zgęstniałej kazeiny od serwatki jest przeprowadzana w dekanterach. Tworząca się serwatka (pierwszego etapu) jest chłodzona, klarowana i kierowana na dalszy etap przetwórczy. Aby zwiększyć stopień czystości surowej kazeiny, musi być ona w dużej mierze oczyszczona z przylegających minerałów i laktozy. Aby to osiągnąć, jest kilkakrotnie zmywana w sposób przeciwprądowy, a następnie suszona, aż stężenie wody będzie wynosiło maksymalnie dziesięć procent. Odpowiada za to zamknięty system GEA, w którym obecna jest wyjątkowo niewielka ilość wody do mycia, co pozwala obniżyć zużycie zasobów naturalnych i koszty produkcji.