Sepra propone svariate soluzioni tecnologiche per la debatterizzazione del latte e dei liquidi di governo, la concentrazione del siero e delle sieroproteine
Filtrazione a membrana · Industria lattiero-casearia
La separazione mediante filtrazione a membrane nasce nei primi anni '60 per diventare, circa venti anni dopo, una tecnologia utilizzata anche nell'ambito dell'industria lattiero-casearia per un'ampia serie di applicazioni. Per quanto il principio applicativo sia concettualmente semplice, l'utilizzo della filtrazione a membrane implica aspetti complessi, quali:
- conoscenze tecnologiche inerenti sia il prodotto da sottoporre a trattamento sia le frazioni risultanti dalla separazione;
- soluzioni impiantistiche in grado di conseguire le prestazioni industriali attese.
Le tecnologie di separazione a membrana hanno trovato negli ultimi anni sempre più spazio ed un incremento applicativo nel settore lattiero-caseario, sia all'interno del ciclo produttivo sia nella gestione dei sottoprodotti.
SEPRA mette a disposizione una completa linea di elementi a membrana per applicazioni alimentari, che sono utilizzate per concentrare, separare e purificare in un vasto campo di applicazioni.
Gestione integrata dei fluidi di processo e delle acque
From water to water
Grazie a competenze consolidate in tutti gli ambiti della gestione dei fluidi, Sepra è in grado di presidiare l'intero bilancio idrico e di processo di un caseificio, garantendo un controllo completo e integrato di ogni fase operativa.
Applicazioni
I processi di separazione a membrana per mezzo di filtrazione tangenziale sono da più di 20 anni utilizzati per il trattamento di soluzioni alimentari di varia natura. I processi a membrana, infatti, presentano alcune caratteristiche peculiari che ben si adattano a questo tipo di prodotti:
- Elevata flessibilità, in ragione della possibilità di utilizzare membrane con pori di diversa dimensione ed elementi a diversa costruzione
- Basso impegno energetico
- Sanitarietà e buon controllo microbiologico
- Modesta sollecitazione meccanica e termica del prodotto
Il tipo di membrane utilizzate dipende ovviamente dagli obiettivi della specifica applicazione. Agendo sulla porosità della membrana è possibile intervenire selettivamente sulle diverse componenti: la tabella "Filtration Spectrum" allegata esemplifica queste possibilità.
Le tecnologie di separazione su membrana hanno avuto negli ultimi anni un incremento applicativo in ambito alimentare, più specificatamente, nell'industria casearia. Queste tecniche trovano il loro impiego negli aspetti relativi alla concentrazione del latte, siero e scotta, e quindi nella produzione dei formaggi e dei prodotti caseari in genere.
Esistono quattro principali processi separativi a membrana, ognuno dei quali è specifico nel permettere la ritenzione o la permeazione di specifiche componenti nel corso del passaggio attraverso la membrana semipermeabile. Di seguito vengono elencate alcune applicazioni della tecnologia al settore caseario.
Debatterizzazione latte, la microfiltrazione
Viene utilizzata oggi per la produzione di latte di alta qualità e di latte a lunga conservazione, dove tutte le proprietà vengono mantenute inalterate, in alternativa al tradizionale trattamento termico dove la composizione organolettica viene modificata.
Rimozione dei grassi dal latte
Consente di ottenere latte di alta qualità microbiologicamente puro a basso contenuto di grasso.
Concentrazione proteine del latte
Viene ampiamente utilizzata per la standardizzazione della frazione proteica nel latte destinato alla caseificazione o per la produzione di un concentrato ad alto valore proteico.
Concentrazione acque di spinta
Consente di recuperare e concentrare la frazione di latte residua contenuta nell'acqua al termine dello spostamento con acqua nelle linee di trasferimento del prodotto.
Purificazione salamoie e acque di rassodamento
Le soluzioni tradizionalmente utilizzate per il trattamento delle salamoie nei caseifici hanno bassa efficienza e presentano notevoli svantaggi. In alternativa si va quindi affermando oggi la tecnologia di separazione a membrana con impianti di microfiltrazione ed ultrafiltrazione che utilizzano elementi a spirale avvolta.
Rispetto ai trattamenti tradizionali consente di eliminare la frazione batterica e le impurità mantenendo inalterata la composizione chimica e abbattendo inoltre notevolmente le operazioni di rinnovo.
Concentrazione proteine del siero (WPC)
Tecnologia che consente il recupero totale della frazione proteica e la concentrazione del siero, il quale può essere utilizzato nella filiera produttiva, ad esempio, per aumentare la resa in ricotta o destinato al mercato alimentare e farmaceutico.
L'ultrafiltrazione è un metodo estremamente valido al fine di ottenere la concentrazione e la standardizzazione della componente proteica del siero.
Mediamente le rese di produzione da siero precedentemente concentrato in ultrafiltrazione, calcolate sulla base della quantità di siero tal quale utilizzato, e i recuperi in materia, sono superiori anche fino al 70% spingendosi ad alti valori di recupero (5-6 volte).
Concentrazione proteine della scotta
Il processo tradizionale di trasformazione del siero in ricotta comporta rilevanti perdite di materia utile, in particolare di proteine ad alto valore biologico ed in misura inferiore di grasso, che si accumulano nel siero di fine lavorazione (scotta). La tecnica di estrazione e la flocculazione incompleta delle sieroproteine, nelle condizioni di processo convenzionali, ne sono le principali cause.
Studi dimostrano che il recupero di materia utile, nella produzione della ricotta, aumenta sensibilmente in relazione al grado di concentrazione delle proteine nel siero, questo per la capacità delle stesse di formare più facilmente aggregati a seguito delle trasformazioni indotte dal calore.
Concentrazione siero, scotta, latticello e acque di filatura
La concentrazione dei sotto-prodotti derivanti dalle lavorazioni del latte è utilizzata ampiamente per la riduzione dei volumi e di conseguenza dei costi dovuti al trasporto degli stessi per lo smaltimento con, inoltre, la possibilità di riutilizzare l'acqua ottenuta all'interno dello stabilimento o scaricarla secondo la normativa vigente.
Il siero concentrato è stabile perché l'elevata concentrazione di zuccheri blocca la fermentazione spontanea, e può quindi essere immagazzinato e trasportato senza particolari accorgimenti.
Il siero concentrato costituisce un ottimo ingrediente per la formulazione di mangimi complessi se opportunamente mescolato, ad esempio, con cereali o farine di estrazione degli oli vegetali e, come tale, ha un reale valore di mercato e può essere quindi considerato un vero e proprio prodotto e non più un rifiuto di cui disfarsi delle lavorazioni casearie.
Dissalazione siero
L'elevato contenuto di ceneri nel siero di latte può influire negativamente sul sapore e sulla qualità nutrizionale dei prodotti. La riduzione della parte salina consente di ottenere un prodotto di ottima qualità.
La demineralizzazione viene comunemente utilizzata per la pre-concentrazione del siero destinato ad esempio alla produzione di polveri di siero dolci impiegate abbondantemente nella produzione di prodotti per l'infanzia o utilizzati in alcune particolari diete alimentari.
Separazione del lattosio
Il lattosio è ampiamente utilizzato nell'industria alimentare e nella farmaceutica. Con la filtrazione a membrana si ottiene una preconcentrazione.
Durante questa operazione si ottiene anche una parziale demineralizzazione del prodotto; è noto che la purezza e la resa nella produzione del lattosio siano maggiori quando il contenuto minerale presente nella materia prima è ridotto.
E altro ancora…
Polisher
Il permeato proveniente dai processi di osmosi inversa o di nanofiltrazione e le condense degli evaporatori sono praticamente acqua. Con un ulteriore trattamento in osmosi inversa tale acqua può essere ulteriormente purificata e riutilizzata all'interno dello stabilimento.
Recupero acque di lavaggio
Le acque provenienti dalla lavorazione nelle industrie casearie riguardano: lavaggio impianti (CIP), lavaggio contenitori, lavaggio pavimenti. Il siero del latte contenente lattosio, proteine e grassi non può essere inviato allo scarico.
In assenza di depuratore biologico, in ragione dell'elevato carico di inquinanti si prevede un trattamento per mezzo di impianti a membrana che sfruttano il concetto di multipla barriera; ogni stadio di trattamento è ottimizzato per la rimozione di specifici contaminanti.
Disinfezione CIP con ozono
L'utilizzo di acqua ozonizzata come ultimo risciacquo dopo il lavaggio del CIP garantisce una completa disinfezione delle tubazioni e dei serbatoi abbattendo tutta la carica batterica senza l'utilizzo di prodotti chimici, evitando altresì il rischio di formazione di eventuali sottoprodotti potenzialmente dannosi.
Debatterizzazione siero con UV
I sistemi di debatterizzazione atti ad abbattere la carica batterica del siero da inviare ad ulteriori operazioni di trasformazione (concentrazione, separazione proteine, ecc.). Questa tecnica risulta essere di particolare utilità per conservare la qualità del siero.
Assistenza tecnica
Sepra offre un'assistenza tecnica ad alto valore aggiunto, fondata sulla combinazione di tre competenze chiave: ingegneristiche, di processo e di gestione del fouling. Questa integrazione permette di intervenire sugli impianti con un approccio completo e orientato alla performance.
- Competenze ingegneristiche — La conoscenza approfondita delle dinamiche idrauliche, dei sistemi di pompaggio, delle membrane e delle logiche di automazione consente a Sepra di analizzare il comportamento degli impianti con criteri oggettivi e quantificabili. L'intervento tecnico non si limita alla risoluzione della problematica, ma include la valutazione delle condizioni operative e dei margini di miglioramento.
- Competenze di processo — Sepra conosce a fondo le specificità del processo caseario: caratteristiche dei fluidi, variazioni stagionali, criticità legate alla composizione del latte, gestione dei flussi e degli step di concentrazione. Questa visione di processo permette di ottimizzare l'impianto non solo dal punto di vista meccanico, ma soprattutto in funzione della qualità del prodotto e della continuità produttiva.
- Gestione del fouling — La grande esperienza sullo sporcamento delle membrane consente a Sepra di identificare le cause principali del calo prestazionale, prevederne l'evoluzione e definire strategie mirate di prevenzione. Attraverso audit dedicati, monitoraggi delle prestazioni e test su impianti pilota, vengono individuate soluzioni di lavaggio, settaggi operativi e strategie gestionali che massimizzano la vita utile delle membrane e mantengono costante l'efficienza produttiva.
Il risultato
Un supporto tecnico realmente completo, capace di migliorare prestazioni, stabilità di processo, qualità del prodotto e costi operativi, assicurando al caseificio una gestione più efficiente e affidabile dell'intero sistema a membrane.
Detersione dei filtri a membrana
Per la filtrazione a membrana nel settore lattiero-caseario sono ben noti e documentati fenomeni di fouling dovuti all'accumulo di matrici proteiche e grasse sulla superficie e nella porosità della membrana che vanno ad inibirne gradualmente la permeabilità.
Le caratteristiche chimiche/fisiche del prodotto (siero) mandato in concentrazione, le condizioni operative da mantenere durante la lavorazione necessarie all'esigenza dell'utilizzatore e la sensibilità degli operatori che gestiscono l'impianto determinano sinergicamente la velocità di sporcamento delle membrane.
Detergenti
Traendo profitto dalla propria esperienza nell'impiego di membrane in impianti di filtrazione tangenziale, SEPRA ha sviluppato una linea di prodotti chimici mirati a risolvere gli specifici problemi che in essi si verificano quali sporcamento, incrostazione, contaminazione batterica, sanitizzazione e conservazione.
Protocolli di lavaggio
SEPRA, attraverso procedure di identificazione degli sporcamenti presenti, è in grado di sviluppare le migliori procedure di lavaggio dedicate alla detergenza degli impianti di filtrazione a membrana da mettere in opera per garantirne la produttività ottimale.
- Ripristino delle portate
- Mantenimento impianti performanti
- Economico
- Azione contro lo sviluppo di biofilm
- Scelta responsabile
Integrazione della fase enzimatica alla detergenza dei filtri a membrana nel settore lattiero-caseario
Un enzima viene definito come catalizzatore di un processo biologico; il suo ruolo consiste nel facilitare le reazioni attraverso l'interazione tra il substrato (la molecola o le molecole che partecipano alla reazione) e il proprio sito attivo (la parte di enzima in cui avvengono le reazioni), formando un complesso. Avvenuta la reazione, il prodotto viene allontanato dall'enzima, che rimane disponibile per iniziarne una nuova.
L'enzima, quindi, sostanzialmente trasforma in modo irreversibile la materia organica in residui di taglia minore solubili in acqua che vengono asportati con semplicità.
In funzione della tipologia di substrato sui quali essi vanno ad agire vengono raggruppati in diverse famiglie; ad esempio:
- Proteasi → Azione idrolitica sulla frazione proteica
- Lipasi → Azione idrolitica sulla frazione grassa
- Amilasi → Azione idrolitica sulla frazione zuccherina
- Cellulasi → Azione idrolitica sulla frazione fibrosa
Per la filtrazione a membrana nel settore lattiero-caseario sono ben noti e documentati fenomeni di fouling dovuti all'accumulo di matrici proteiche e grasse sulla superficie e nella porosità della membrana che vanno ad inibirne gradualmente la permeabilità.
Le caratteristiche chimiche/fisiche del prodotto (siero) mandato in concentrazione, le condizioni operative da mantenere durante la lavorazione necessarie all'esigenza dell'utilizzatore e la sensibilità degli operatori che gestiscono l'impianto determinano sinergicamente la velocità di sporcamento delle membrane.
È noto nell'ambiente, quindi, la necessità di integrare al protocollo dei lavaggi tradizionali con detergenti alcalini e acidi almeno una fase enzimatica più o meno intensiva e frequente a seconda di quanto appena descritto.
Trattamento acqua per utilizzo e riutilizzo in ambito lattiero-caseario
L'attività produttiva di un caseificio necessita di ingenti quantitativi di acqua che viene utilizzata sia per la lavorazione del prodotto che per il lavaggio e la disinfezione dei locali e delle attrezzature.
Rientrando nel novero delle industrie alimentari, l'azienda casearia deve utilizzare per il suo ciclo produttivo acque destinate al consumo umano che, necessariamente, devono rispettare determinati requisiti di qualità.
In alternativa alla fornitura dalla rete pubblica, la risorsa idrica può essere approvvigionata mediante prelievo da corpi idrici superficiali o sotterranei.
Per garantire la potabilità dell'acqua attinta, SEPRA è in grado di formulare proposte di trattamenti specifici basati essenzialmente sull'utilizzo di:
- Sistemi di filtrazione tradizionali
- Sistemi di filtrazione a membrana (ultrafiltrazione ed osmosi inversa)
- Sistemi di disinfezione e sanitizzazione tramite sterilizzatori a raggi UV e impiego di ozono
- Acque di pozzo
- Acque superficiali
Depurazione delle acque in ambiente lattiero-caseario
I bioreattori a membrana (MBR)
Le attività di trasformazione del latte in prodotti caseari generano ingenti quantitativi di liquidi residuali e acque reflue.
Le acque reflue casearie sono del tutto prive di agenti tossici o inibitori dell'attività batterica, ma a causa del loro elevato contenuto organico non sono sempre semplici da trattare negli impianti di depurazione tradizionali. Tutto ciò determina difficoltà nella gestione delle acque reflue e spesso il non conseguimento dei limiti previsti dalla normativa per lo scarico.
Soluzioni promosse da SEPRA
Sepra propone, avvalendosi dell'esperienza maturata nel campo del trattamento acque reflue, di approcciare il problema della depurazione delle acque reflue con la tecnologia a membrana.
I reattori biologici derivano dall'accoppiamento dei tradizionali processi a biomassa sospesa con i processi di filtrazione su membrane porose.
Al contrario dei sistemi tradizionali, che basano il loro principio di funzionamento sulla capacità di determinati ceppi batterici di aggregarsi in fiocchi sedimentabili, l'impiego della tecnologia MBR consente di svincolarsi completamente dalle caratteristiche di sedimentabilità della biomassa. Questo significa una riduzione notevole dei volumi delle vasche e quindi dello spazio richiesto per il depuratore.
L'utilizzo delle membrane semipermeabili consente di eliminare l'unità di sedimentazione, garantendo una barriera fissa ed inviolabile in grado di trattenere i solidi sospesi oltre ai batteri ed alcuni virus, assicurando un effluente di qualità costantemente molto elevata.
Valorizzazione dei sottoprodotti caseari
Il biogas
Il siero di latte è il principale sottoprodotto delle attività casearie. Benché ricco di molti elementi potenzialmente valorizzabili, in particolare proteine e lattosio, il destino del siero è incerto e la sua effettiva valorizzazione è tuttora fortemente limitata.
Molto spesso il siero deve essere smaltito e ciò rappresenta una problematica rilevante e difficilmente sostenibile. Ne consegue un punto di criticità per questo settore economico e un potenziale rischio di aggravio degli impatti ambientali a questo associabili.
SEPRA propone di affrontare il tema della valorizzazione dei sottoprodotti caseari attraverso la loro valorizzazione energetica (digestione anaerobica - DA).
Il mercato dei sottoprodotti dell'industria casearia negli ultimi anni non garantisce un reddito stabile e sufficiente, in ragione dell'assenza di una industria di raccolta e trasformazione. Al contrario, la produzione di energia da sottoprodotti consente l'accesso ad un regime di incentivi che conferisce carattere di stabilità di lungo termine all'investimento.
Le ragioni ambientali riguardano principalmente la gestione degli effluenti del caseificio. Con la realizzazione di un impianto di digestione anaerobica si annulleranno i conferimenti onerosi all'esterno dei sottoprodotti e tutti i trasporti ad essi relativi. Inoltre, il bilancio complessivo delle emissioni di anidride carbonica dall'impianto risulta pari a zero, in quanto si emette quella che viene assorbita dal ciclo biologico.
Tecnologia all'avanguardia…
Il processo è finalizzato a provvedere al trattamento anaerobico di sottoprodotti del siero di latte o della scotta (lattosio), superando le problematiche che tipicamente caratterizzano la digestione anaerobica di tale substrato.
La linea di trattamento proposta da SEPRA risulta affidabile e sostenibile, in grado di garantire la necessaria valorizzazione energetica del substrato in esame, indipendentemente dal suo tenore di concentrazione.
Le matrici da sottoporre a trattamento di digestione vengono preparate in caseificio per mezzo di tecnologie di separazione a membrana, che permettono di recuperare la componente proteica (ultrafiltrazione) e di concentrare la frazione restante fino al valore ottimale (nanofiltrazione/osmosi inversa).
A valle del comparto anaerobico di metanizzazione, la linea di trattamento prevederà un'unità di trattamento terziario MBR (bioreattore a membrana) con membrana tubolare di ultrafiltrazione, finalizzata a garantire il necessario trattenimento della biomassa ed al tempo stesso a realizzare un trattamento depurativo di tipo biologico, tale da assicurare il rispetto dei limiti di scarico in corpo idrico ovvero in pubblica fognatura.
Impianti pilota
La separazione di particolari composti contenuti all'interno di una soluzione derivata da un processo industriale, la concentrazione o la chiarificazione di soluzioni può essere facilitata dall'utilizzo di nuove tecnologie, come i sistemi di filtrazione tangenziale a membrana, che consentono di ottenere ottimi risultati riducendo le tempistiche di lavoro ed i costi.
Per sviluppare un sistema di filtrazione a membrana su fluidi particolari è spesso necessario effettuare uno studio di fattibilità supportato da prova pilota, che SEPRA conduce con tecnici qualificati in grado di gestire le fasi critiche della prova.
- Prove di laboratorio e test preliminari
- Compatibilità chimica
- Valutazione dei parametri operativi
- Scale-up indicativo
- Prove su sistema pilota presso impianto industriale
Questi test consentono la valutazione definitiva del processo:
- Valutazione quantitativa e definizione economica del processo industriale
- Definizione degli indici di sporcamento e previsioni della durata membrana
- Messa a punto cicli di lavaggio
| Impianto | Applicazione |
|---|---|
| Impianto polimerico a spirale avvolta LP | MF, UF |
| Impianto polimerico a spirale avvolta HP | NF, RO |
| Impianto ceramico tubolare | MF, UF |
| Generatore di ozono | Processo |
| MBR | Acque reflue |
| Impianto polimerico a spirale avvolta | Acque di lavaggio |
| Digestore anaerobico + UF | Biogas |
Componentistica
Avvalendosi della collaborazione con i principali produttori nazionali ed internazionali, Sepra è in grado di fornire tutta la componentistica necessaria alla realizzazione di nuovi impianti o al revamping di installazioni già esistenti.
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