Linha de produção AMF

Visão geral

O objetivo central do processo AMF é separar a emulsão do óleo em água e separar todos os componentes não gordurosos do leite. São possíveis duas variações: a rota direta através do desnate do leite cru seguida do processamento / concentração de creme ou a partir da manteiga. Como resultado da estrutura do processo e automação flexíveis, podem ser utilizados o creme, creme doce e a manteiga de creme azedo como matérias básicas para fabricação de AMF.

Processo de fabricação de AMF a partir de creme
Processo de fabricação de AMF a partir de creme

O fluxograma mostra um exemplo de processo de AMF a partir de creme.

Pode também ser integrado um tratamento de NaOH, permitindo assim que o teor de ácidos graxos livres seja reduzido. Podem ser inseridos vários parâmetros e variáveis de processo na unidade de controle da instalação para os vários materiais e qualidades; esses parâmetros e variáveis de processo ajustam automaticamente a função de todos os regulamentos e procedimentos de função para atender as necessidades do produto específico.

Processo padrão

Creme com um teor de gordura de cerca de 40 por cento é alimentado nesta instalação e é inicialmente aquecido a uma temperatura de 55 a 60°C em um trocador de calor a placas. Esta temperatura é necessária para garantir que o creme que vai ser concentrado na centrífuga tenha um mínimo de viscosidade e que haja uma diferença de densidade máxima ao mesmo tempo entre a fase do creme concentrado a fase do soro. Então uma concentradora de creme concentra o creme em até 75 por cento de gordura. Este concentrado é então enviado para o processo de inversão de fase. O soro separado é bombeado da centrífuga para o tanque de buttermilk de manteiga após resfriamento e recuperação de calor. Isso significa que o soro ainda quente é utilizado para recuperação de calor, que tem uma influência positiva sobre a eficiência de energia de todo o sistema.

Como é o caso no processo de fazer manteiga, o objetivo inicial é decompor e separar a membrana de glóbulos de gordura para atingir a inversão de fase. As membranas dos glóbulos de gordura podem ser decompostas por meio de energia mecânica. O processo de liberação de gordura e o processo de inversão de fase acontece através do fracionamento dos glóbulos de gorduras por meios mecânicos em um homogeneizador. Os seguintes aspetos são extremamente importantes para a eficácia da inversão de fase: concentrar creme na alimentação do homogeneizador, o design do homogeneizador, a pressão de homogeneização e a recirculação da fase invertida.

No concentrador de óleo , a emulsão e o soro, são separados do óleo, a fase leve do processo. E são reciclados de volta para a etapa de concentração de creme. A fase leve, óleo com uma concentração de até 99 por cento, é aquecida a uma temperatura de cerca de 90°C e lavado após a adição de água. Na polidora de óleo a água de lavagem é separada e o teor de água restante é reduzido em um evaporador a vácuo. Neste estágio do processo, o butter oil tem um teor de óleo de pelo menos 99,8 por cento, cumrpindo os requisitos de mais alta qualidade. Antes da AMF ser transferida para armazenamento, ela é arrefecida a aproximadamente 50°C.

Concentração de creme

Concentrador de creme
Concentrador de creme

A concentração de creme é efetuada com centrífugas especialmente adaptadas para este processo. O creme pré-aquecido é transportado do trocador de calor a placas diretamente para a alimentação da centrífuga. A concentração ocorre na centrífuga e concentra de 35 - 42 por cento à 72 - 75 por cento. Este teor de gordura deve ser alcançado para que os estágios posteriores sejam otimizados. O creme altamente viscoso é encaminhado através da rota mais curta possível para o chamado tanque de alto teor de gordura que serve como um tanque pulmção para o homogeneizador de inversão de fase. O soro separado é transportado para um tanque de armazenamento após a recuperação de calor e resfriamento final.

Inversão de fase

Inversão de fase
Inversão de fase

Em seu status normal, a gordura do leite forma uma emulsão estável com água da variedade de óleo em água. Para estabilizar a emulsão, a gordura é envolvida em uma cobertura de adsorção de fosfolipídios e proteínas. 

A decomposição dessa emulsão e separação de todos os componentes não gordurosos do leite é o objetivo de produção de AMF. É possível decompor a membrana por meio de energia mecânica ou de uma reação química. A energia mecânica (por ex., homogeneização) é usada para romper as membranas. São formados pequenos glóbulos de gordura pelas membranas recém-criadas, que foram elas mesmas criadas pela fragmentação das membranas originais e das proteínas do soro de leite.

A redução dos glóbulos de gordura também é utilizado, por exemplo, no processamento de leite de consumo, a fim de evitar o chamado efeito “nata".

A inversão de fase completa não é possível com este processo. Além disso, uma camada de emulsão relativamente estável é formado a partir da quantidade existente de creme e parte do soro; isto impede a separação como uma terceira camada entre as fases de óleo e de soro.

São necessárias medidas especiais se o processo reversível de formação de glóbulos de gordura novos e intactos deve ser minimizada.

O seguinte se aplica para minimizar o teor de emulsão: as três frações, nomeadamente gordura, fosfolipídios e proteínas são em grande medida responsáveis por uma emulsão estável. Se uma das três frações for removida ou for alterada de tal forma que já não possa ser usada como um bloco de construção para as membranas, então a formação de glóbulos de gordura intactos é evitada e a formação de emulsão não é possível.

Quando todos os parâmetros mencionados acima são aplicadas à inversão de fase, eles resultam em um grau de inversão de 80 - 95 por cento.

Ao contrário de homogeneização padrão, o objetivo não é o de reduzir o tamanho do glóbulos de gordura, mas destruir as membranas ou envoltórios de modo que a gordura possa ser recuperada. Por conseguinte, é importante evitar a formação de glóbulos de gordura com novas membranas intactas.

Uma primeira conclusão do exposto acima é que a quantidade de soro deve ser minimizada antes do início da produção real do óleo, de modo a minimizar a quantidade de blocos de construção de membranas disponíveis.

Por conseguinte, a fim de se alcançar liberação adequada de gordura, um teor de gordura do creme maior que 75 por cento é necessário o qual se realiza no concentrador de creme. A liberação da gordura e a inversão de fase provocada por esta, ocorre por fragmentação mecânica dos glóbulos de gordura intactos em um homogeneizador.

Inversão de fase - Homogeneizador

Concentração de óleo

Concentrador de óleo
Concentrador de óleo

No seguimento da inversão de fase, maior concentração de gordura existe por meio da próxima etapa de separação, se dá a concentração de óleo. Em contraste com a primeira etapa de concentração, essa etapa não é mais realizada com a centrífuga de leite clássica, mas com uma centrífuga de óleo especial. Em contraste com uma centrífuga de desnatação, a configuração da centrífuga de discos é fundamentalmente diferente. Este é em primeiro lugar devido aos fluxos de volume alterado, fase de gordura é agora responsável pela maior parte, e em segundo lugar o foco está agora na pureza do óleo.

Isto se torna evidente quando se olha para a secção transversal do recipiente de uma centrífuga de óleo. Os canais de aumento estão virados para a borda externa a fim de atingir o caminho mais longo possível para o óleo e, por conseguinte, um elevado nível de pureza. O óleo deve estar tão isento de proteínas quanto possível para evitar a emulsificação renovada no processamento ulterior. O teor de gordura do soro desempenha somente um papel secundário nessa etapa do processo.

Nessa etapa, o produto é concentrado a partir de gordura de aproximadamente 72 – 75 por cento a gordura de aproximadamente 99 por cento. A fase de emulsão mencionada acima e o soro são separados como fase pesada. A emulsão em particular é separada por um design de recipiente especial. 

Dependendo da proporção de gordura livre produzida pela inversão de fase, o teor de gordura do soro está entre 15 - 25 por cento. Devido à etapa anterior da inversão de fase, o soro dessa centrífuga contém um teor muito elevado de fosfolipídios e lecitina que é comparável com aquela de uma manteiga de leite a partir de processo de batedura da manteiga clássico. 

O soro é alimentado para o tanque de compensação a montante do concentrador de creme. Por este meio, a gordura é separada do soro novamente durante a concentração do creme. O soro de leite desnatado dessa maneira é descarregado a partir do processo como uma fase mista, o que significa que somente um fluxo de soro é produzido aqui. Antes da próxima etapa de separação, o óleo concentrado é aquecido até a temperatura do processo correspondente de aproximadamente 90°C.

Polimento do óleo

Composição do óleo sem e com polidora
Composição do óleo sem e com polidora

O concentrado e óleo aquecido é “polido” em um estágio de separação final. Esta etapa garante o elevado nível de pureza da AMF exigido em conformidade com o codex. O desenho acima mostra a composição do óleo sem polimento na seção superior e a composição com o polimento na seção inferior.

Para alcançar mais “purificação” do óleo, é adicionada uma quantidade definida de água quente ao óleo concentrado. Essa água dilui a concentração do óleo e, por conseguinte, também o teor de lactose e cinzas ainda presente.

A água adicionada é de novo imediatamente separada na chamada centrífuga de polimento. O óleo purificado e concentrado dessa maneira está concentrada em gordura de aproximadamente 99 por cento. A mistura de água-soro separada contém os constituintes de leite ainda separados e um teor muito baixo de gordura para além da água adicionada. Para garantir um teor de água menor que 0,1 por cento no óleo, o óleo é transportado para a última etapa do processo antes que ele possa ser resfriado e embalados.

Secagem de óleo / secador a vácuo

O óleo quente a 90°C é alimentado para um secador a vácuo após o polimento. A entrada de produto está projetada para garantir uma superfície tão grande quanto possível e, por conseguinte, uma boa evaporação da água fora do óleo. Um condensador e uma bomba a vácuo instalados reduzem a pressão no vaso para aproximadamente 0,9 bar, de modo a que a água seja evaporada a uma temperatura inferior a 100°C. A mesma bomba absorve os vapores produzidos. Antes que eles sejam descarregados do sistema fechado, ocorre o resfriamento rápido. Possíveis componentes de gordura residual, que são removidos com os vapores, são separados em um tanque de desnatação e assim não sobrecarregam os sistemas de águas residuais.

O óleo é separado da seção inferior da unidade do evaporador e transferido / bombeado para o estágio de resfriamento.

Redução FFA

FFA (= Free Fatty Acids - Ácidos Graxos Livres) no óleo do produto final resulta como uma regra em uma perda de qualidade. Além disso, os padrões IDF colocam um limite máximo para o teor de FFA (figura 1). Se o teor de FFA tiver que ser reduzido, por exemplo, porque os valores iniciais são demasiado elevados, isso pode ser alcançado por meios físicos e químicos.

Os ácidos graxos livres são gorduras de cadeia curta, como ácidos butíricos ácidos capróicos e ácidos carmínicos. Existem problemas de gosto (rancificação) e/ou aroma se os acima referidos estiverem presentes em concentrações suficientes.

Os ácidos graxos livres resultam do processo pelo qual as enzimas lipolíticas aderem à membrana dos glóbulos de gordura e decompõem a gordura livre ao longo de um período. É necessário considerar

que a atividade da enzima é muito lenta em baixas temperaturas. Sua atividade máxima é de cerca de 37 °C. Acima de 50°C, sua atividade é mínima e sua atividade é completamente interrompida em temperaturas mais altas (> 60°C). Assumindo que pode existir um teor relativamente elevado de FFA no produto inicial, nomeadamente creme e manteiga, pode ser necessário tomar medidas especiais a fim de remover os ácidos graxos livres do produto.

O mesmo processo de saponificação pode ser usado para reduzir o teor de FFA. Além de lixívia (valor pH do produto > 11) faz com que o teor de ácidos graxos livres “saponifiquem".

O floculante resultante pode depois ser separado na centrífuga de polimento. A fase produzida deve ser completamente removida do processo.

Números de peróxido

A qualidade do butter oil é também determinada pelo número de peróxido, o qual expressa os miliequivalentes de oxigênio O2vinculados pelo peróxido de hidrogênio em um quilograma de óleo. A oxidação da gordura que já ocorreu não pode ser reduzida como uma regra; no entanto, ela pode ser suprimida ou mantida constante por um determinado período de tempo. Isso se consegue através da adição dos chamados antioxidantes.

Os antioxidantes são aditivos que previnem um aumento no número de peróxido do óleo e, até certo ponto, reduzem os valores de peróxido já presentes. Por exemplo, pode ser usado o tocoferol.

A concentração final de tocoferol no butter oil deve ser inferior a 200 ppm. A GEA tem o know-how para preparar e adicionar substâncias desta natureza.

Desnatação secundária

Desnatação secundária em contraste com o processo padrão

Desnatação secundária do soro Beta

Durante a separação centrífuga do produto, a maioria dos fosfolipídios livres migram para o soro. Por esta razão, é necessário calcular o teor de fosfolipídios a fim de determinar o rendimento da fase “pesada” a partir de um processo de butter oil. Geralmente é usado o creme pasteurizado. A principal diferença com relação ao processo padrão deve ser vista no fato de que uma fase de soro é reciclada, uma vez que os fosfolipídios são liberados das membranas de glóbulos de gordura durante o processo de inversão de fase.

Em contraste com o processo padrão, a desnatação separada da centrífuga de soro do concentrador de óleo ocorre aqui. O soro a partir do centrífuga de óleo é coletado em um tanque de reserva e alimentado a partir dali para a chamada desnatadora de soro beta. A gordura separada aqui é enviada diretamente para o processo real de FMA, no tanque de gordura elevada. 

Esta variante de processo combina duas grandes vantagens, primeiro um resfriamento separado após a desnatação e daí também a disponibilidade da versão do soro beta separada que apresenta um teor particularmente elevado de fosfolipídios e é, por isso, uma base ideal para produtos especiais. Em segundo lugar, a desnatação secundária separada alivia a tensão no concentrador de creme real com o resultado de que pode ser usado um tipo de máquina menor para a mesma capacidade de óleo ou, no caso das instalações existentes, pode ser alcançada uma capacidade de óleo maior através da adaptação da desnatação secundária. 

O soro alfa não é misturado com o soro beta nesse processo e, portanto, tem um teor muito pequeno de fosfolipídios em comparação com o processo padrão. Por esse meio, o uso do soro pode ser comparado com as possibilidades de um leite desnatado; deve, no entanto, ser observado que o teor de gordura é ligeiramente superior em comparação com a um leite desnatado desde que uma certa proporção de gordura passe para a fase de soro quando se concentrar o creme.

Processo com manteiga

Com manteiga como o produto inicial, a emulsão de água em óleo já está presente. A inversão de fase parcial deverá ter lugar durante o processo de batedura. O produto inicial é de importância decisiva para o design da instalação. Basicamente, é também adequada uma instalação para o processamento do creme para a separação da manteiga derretida.

Manteiga de creme doce

Quando a manteiga de creme doce com um pH de cerca de 6,5 está para ser processada e não é permitido usar “agentes químicos” (por exemplo, ácido cítrico) para a desnaturação das proteínas, a camada da emulsão tem de ser tomada em consideração.

A centrifugação e a destruição desta camada pode somente ser efetuada por centrífugas especialmente concebidas e de inversão de fase. O método de operação da centrífuga tem uma influência decisiva no processo, no equipamento adicional necessário e na eficiência da instalação. Para processar manteiga de creme doce, é necessário utilizar uma centrífuga que permita a concentração para gordura de 99,5 por cento. A emulsão tem que ser descarregada com a fase de soro.

A manteiga derretida, por exemplo, com a BXA, é geralmente bombeada diretamente para o tanque de alto teor de gorduras. Os blocos de manteiga são tirados de armazenamento a frio, por exemplo a -20°C e são derretidos no sistema de fusão. A temperatura do produto no tanque de reserva, dependendo do design da instalação, é entre 45 e 65°C. A temperatura do produto é aumentada para 70 - 75°C em um trocador de calor a placas. 

A inversão de fase por meio de um homogeneizador é necessária para minimizar a fase de emulsão. O concentrador de óleo atinge a separação da gordura em 99 por cento. A fase pesada, uma mistura de manteiga de leite e de partículas da emulsão residual, é alimentada para uma centrífuga de desnatação.

A fase de óleo (fase leve) é aquecida até cerca de 90°C e depois novamente separada em uma centrífuga adicional. Antes do óleo ser alimentado para a centrífuga de polimento, é adicionada água de lavagem para melhorar a qualidade do óleo.

As etapas adicionais de processo são comparáveis com aquelas dos processos já descritos. Uma vez que não se encontra presente nenhum concentrador de creme, é altamente recomendada a desnatação secundária da fase de soro após o concentrador de óleo. Quando a manteiga de creme azedo com um pH de 4,6 a 4,5 e com um teor de proteínas aumentado é para ser processada, pode ser usado um decantador. É possível a concentração separada das matérias sólidas.

Em qualquer caso, tem de ser instalado a jusante uma centrífuga (centrífuga de polimento) para aumentar a concentração de gordura para 99,5 por cento.

manteiga com sal

A quantidade de manteiga com sal usada como matéria-prima para a produção de butter oil nos últimos anos aumentou de maneira constante. O teor de sal é removido juntamente com o leite de manteiga durante a separação centrífuga. A concentração de sal no leite de manteiga aumenta para aproximadamente 10 por cento se o teor de sal original da manteiga era, por exemplo, de 2 por cento. O processamento adicional da manteiga com sal leite é limitado.

A fase de emulsão em manteiga de creme doce com sal também pode ser “decomposta” pela adição de ácido cítrico. Ao mesmo tempo, a proteína da manteiga é desnaturada. A matéria-prima tratada se comporta então da mesma maneira como a manteiga de creme azedo.

A manteiga derretida é trazida para um pH de 4,5 - 4,6 pela adição de ácido. Com esse pH, não somente a proteína livre é desnaturada; além disso, devido à alteração na proteína da membrana dos glóbulos de gordura intactos, a membrana é rompida e a emulsão é destruída. É então obtido um sedimento facilmente decantável para além de uma fase de água clara e de óleo. Em contraste com a manteiga de creme azedo “real”, esse teor de sedimento é significativamente menor. Um motivo é que o extrato seco sem gordura (parte da qual consiste de proteína) é menor no caso com manteiga de creme doce do que no caso com manteiga de creme azedo.

Processos especiais / Soluções especiais

Para além dos processos descritos, são necessárias soluções especiais em algumas áreas para atender a todas as demandas.

Processo em lotes

Se somente foram processadas pequenas quantidades de creme, pode ser usado um sistema constituído por duas centrífugas . Além da centrífuga de creme, somente é usado um em vez de duas centrífugas de óleo.

Para ser possível produzir AMF com esse sistema, deve passar duas vezes pela instalação. Na primeira etapa / lote, o creme é concentrado, a inversão de fase é realizada e o óleo está concentrado.

Este produto intermédio é armazenado em um grande tanque de reserva. Quado ele estiver cheio, o processo é interrompido e preparado para o segundo lote / etapa, sem processar creme fresco.

Na etapa seguinte, o óleo anteriormente concentrada é sujeito às mesmas etapas de processo como foi antes o produto bruto. O aquecedor de creme da primeiro etapa é usado para aquecer o óleo a 90°C. 

O concentrador de óleo utilizado anteriormente é usado como uma polidora na segunda etapa e o produto intermédio da primeira etapa é atualizado e atinge a qualidade de AMF.

As etapas adicionais podem ser comparadas com aquelas do processo original.

Produção de Ghee

Linhas de processo para ghee (manteiga clarificada)
Linhas de processo para ghee (manteiga clarificada)

A Ghee, a qual é também conhecida como manteiga clarificada, é uma das gorduras mais importantes em muitas regiões, incluindo aplicações nas cozinhas indiana, paquistanesa e africana.

Se for para produzir a Ghee, as proteínas devem permanecer o maior tempo possível no produto ao invés da AMF e ser termicamente tratada de tal modo que seja atingido o sabor desejado.

O método clássico consiste em aquecer e ferver a manteiga ou o creme com fogo nos chamados cozedores até que toda a água tenha evaporado e a proteína “queime” simultaneamente e desnature.

O sedimento é posteriormente separado e a fase gorda usada como Ghee.

Para tornar esse processo mais eficiente e mais rápido, pode ser usadas as centrífugas simples em combinação com hidrociclones. Após a fusão da manteiga e a evaporação da água, o produto preparado é separado das matérias sólidas em um clarificador e o ciclone a montante alcançar um nível alto de pureza no processo.

As etapas intermédias como a sedimentação são dispensadas para que os cozedores existentes possam ser usados substancialmente de forma mais eficiente.