Як зазначає Dairy Foods, зростання попиту на безлактозні продукти стимулює впровадження мембранної фільтрації, яка дозволяє видаляти лактозу без втрати білка та підвищує ефективність переробки.
Група GEA досліджує, як досягнення в ультрафільтрації та нанофільтрації дозволяють ефективно видаляти лактозу, покращувати використання енергії та вивільняти високоцінні побічні продукти.
Споживчий попит на молочні продукти без лактози та зі зниженим вмістом лактози продовжує зростати, що спонукає переробників звертатися до передових технологій мембранної фільтрації для видалення лактози, зберігаючи при цьому цінні компоненти молока.
Згідно з даними Global Growth Insights, світовий ринок молочних продуктів без лактози, за прогнозами, досягне близько 12,5 мільярда доларів у 2026 році, а до 2035 року зросте до 18,9 мільярда доларів. Це стійке зростання зумовлене непереносимістю лактози серед споживачів, споживанням, орієнтованим на здоров’я, та інноваціями у виробництві продуктів.
Ширший сектор мембранної фільтрації також швидко зростає. За даними King Research, світовий ринок оцінювався в 17,4 мільярда доларів у 2024 році та, за прогнозами, досягне майже 33 мільярдів доларів до 2032 року. Це зростання відображає значні інвестиції в ресурсоефективну переробку харчових продуктів та напоїв.
Для переробників молочних продуктів мембрани пропонують спосіб видалення лактози, мінімізуючи втрати білка та зберігаючи функціональність кінцевого продукту.
Матеріали та конструкція системи
За словами Шанті Бхушана, головного інженера-розробника процесів GEA Group, досягнення в мембранних матеріалах та проєктуванні систем значно підвищують ефективність та економічність видалення лактози в широкому спектрі молочних процесів. До них належать концентрати молока та сироваткового білка, молоко зі зниженим вмістом лактози та безлактозне молоко, а також ферментовані продукти, такі як грецький йогурт, вершковий сир та скір.
Сучасні ультрафільтраційні та мікрофільтраційні мембрани все частіше розробляються з гідрофільними поверхнями та спеціалізованими полімерними хімічними складами, які зменшують забруднення та покращують відновлення флюсу. Ці вдосконалення дозволяють обробникам експлуатувати системи протягом тривалішого часу, зберігаючи при цьому вищу пропускну здатність.
Бхушан зазначає, що досягнення в хімії полімерів, включаючи цвітеріонні та заряджені мембранні матеріали, а також керамічні варіанти, ще більше підвищують довговічність та ефективність розділення в вимогливих процесах молочного виробництва.
На рівні заводу переробники також оптимізують конструкцію системи. Наприклад, багатоступеневі стратегії діафільтрації дозволяють лактозі та мінералам переходити в потік пермеату, зберігаючи білки в концентраті. Такий підхід допомагає зменшити використання води, одночасно покращуючи відновлення цінних твердих речовин молочної продукції.
Конфігурація мембрани
Кращий контроль над утриманням білка також забезпечує економічні переваги. Коли мембрани правильно підібрані та експлуатуються в межах потрібного тиску та концентрації, можна мінімізувати ненавмисні втрати білка в потоці пермеату.
«Мінімізуючи ненавмисне проходження білка в пермеат та посилюючи контроль балансу маси, переробники можуть послідовно дотримуватися специфікацій та зменшувати відходи», – пояснює Бхушан.
Конфігурація мембран також розвивається для підтримки потоків молочних продуктів з високою в’язкістю. Оскільки такі продукти, як грецький йогурт та скір, стають більш концентрованими, в’язкість різко зростає, що може знизити ефективність фільтрації, якщо системи не спроектовані належним чином.
Щоб вирішити цю проблему, багато заводів використовують гібридні конфігурації, які поєднують спірально намотані мембрани з пластинчасто-рамними або трубчастими модулями. Спірально намотані елементи забезпечують велику площу поверхні мембрани на ранніх стадіях, коли в’язкість низька, тоді як трубчасті системи можуть краще обробляти густіші потоки на пізніших етапах процесу.
Навіть з урахуванням цих удосконалень системи видалення лактози з метою зменшення масштабу вимагають ретельного контролю процесу. Обростання та управління мінеральними речовинами залишаються одними з найпоширеніших операційних проблем, особливо під час концентрування потоків, багатих на лактозу.
Бхушан пояснює, що нанофільтрація часто використовується після потоків ультрафільтраційного пермеату для концентрування лактози, дозволяючи певним солям проходити через мембрану. Однак під час цього процесу двовалентні мінерали, такі як кальцій і магній, можуть накопичуватися разом з лактозою, збільшуючи ризик утворення накипу.
«Пом’якшення залежить від вибору NF-мембран з відповідною здатністю до затримки лактози та іонної селективності, обмеження максимальної концентрації твердих речовин та роботи за низьких температур», — каже Бхушан.
Він зазначає, що діафільтрація також може допомогти вибірково відновити натрій та калій у пермеаті, контролюючи жорсткість.
У деяких випадках переробники можуть використовувати невеликі додавання технологічних добавок, таких як лимонна кислота або вуглекислий газ, щоб зменшити утворення мінеральних відкладень та покращити очищення мембран. Однак ці стратегії повинні бути ретельно перевірені, щоб забезпечити відповідність нормативним вимогам та уникнути небажаного впливу на смак.
Стабільність процесу та якість продукції
Контроль процесу є не менш важливим для підтримки постійного видалення лактози та захисту якості продукту. Оператори повинні ретельно контролювати ключові показники, такі як трансмембранний тиск (ТМТ), температура, концентрація твердих речовин та провідність у всій системі.
«Жорсткий контроль ТМТ під час ультрафільтрації та мікрофільтрації запобігає надмірному забрудненню, зберігаючи при цьому високий середній потік», — зазначає Шанті Бхушан.
«Поступове збільшення поляризації концентрації сигналу, тоді як різке зростання вимагає негайного втручання з очищення на місці», — додає Бхушан.
Інструменти вбудованого моніторингу стають дедалі ціннішими для підтримки стабільності процесу. Такі технології, як рефрактометри та ближня інфрачервона спектроскопія, дозволяють переробникам відстежувати концентрації твердих речовин і білків у режимі реального часу, покращуючи контроль балансу маси та допомагаючи операторам підтримувати узгоджені специфікації продукції, пояснює Бхушан.
Вплив видалення лактози виходить за рамки самої системи фільтрації. Регулювання рівня лактози може впливати на подальші процеси, включаючи ферментацію, рецептуру та використання сироватки. Наприклад, прямий ферментативний гідроліз лактози на глюкозу та галактозу може значно збільшити солодкість та прискорити реакції потемніння Майяра під час обробки за високої температури.
Бхушан зазначає, що з цієї причини багато виробників віддають перевагу частковому видаленню лактози за допомогою мембранних технологій для підтримки більш збалансованого смакового профілю. Він стверджує, що часткове видалення лактози за допомогою мембран забезпечує більш молочний баланс солодкості, мінімізуючи термічне пошкодження та подовжуючи термін зберігання.
У виробництві сиру ультрафільтрація дозволяє переробникам концентрувати казеїн та сироваткові білки, покращуючи відновлення білка та загальний вихід. Мікрофільтрація також може генерувати нативні потоки сироватки, які цінуються для використання як інгредієнти, каже Шанті Бхушан.
Ультрафільтрація також сприяє сталому розвитку, оскільки пермеати можуть служити сировиною для кристалізації лактози або виробництва підсолоджувачів, тоді як потоки пермеату мікрофільтрації, вільні від сичужного ферменту та жиру, все частіше використовуються в спеціалізованих продуктах та виробництві напоїв по всій галузі.
Ці досягнення в мембранних технологіях змінюють підхід переробників до молочних інгредієнтів. Оскільки переробники продовжують розширювати лінійки продуктів без лактози, мембранні системи відіграють дедалі більшу роль, допомагаючи заводам підвищити ефективність, одночасно витягуючи більше цінності з компонентів молока.
Джерело: Dairy Foods
