Одним из решений проблемы утилизации молочной сыворотки в России может стать её переработка на пищевые цели с помощью нанофильтрации.
В молочном производстве каждая тонна сыра или творога сопровождается примерно девятью тоннами сыворотки. В большинстве случаев этот побочный продукт утилизируется, как не представляющий особой ценности. Однако в современных условиях все чаще ставится вопрос дальнейшего использования сыворотки. Это связано, в первую очередь, с довольно значительными расходами по ее утилизации. Кроме того, сухая или концентрированная сыворотка может использоваться в промышленной и сельскохозяйственной области. С этой целью разработаны различные технологии переработки, среди которых применяется нанофильтрация сыворотки. Это баромембранный метод фильтрации как и обратный осмос, но протекающий при других характеристиках мембран и другом давлении.
Наши преимущества
Опыт работы на рынке оборудования по водоподготовке и водоочистке более 15 лет.
В компании Альтаир работают только высококвалифицированные специалисты.
Наличие собственной производственной линии, которая значительно сокращает сроки изготовления и поставки оборудования.
Индивидуальный подход к каждому клиенту.
Полное сопровождение проектов и техническая поддержка.
Большой ассортимент компании — более 600 установок.
Зачастую прибыль, получаемая западными компаниями от переработки сыворотки, в разы превосходит прибыль, получаемую при производстве сыра и масла. Во многом этому способствует высокая энергоэффективность мембранных методов. Например, затраты энергии при концентрировании сыворотки с помощью нанофильтрации в 8-10 раз ниже, чем при вакуум выпаривании.
Применительно к России, особенно важным является использование нанофильтрации в переработке творожной сыворотки, составляющей более 50% всей сыворотки, производимой отечественной молочной отраслью. В 2010 году, при техническом содействии ООО «Альтаир» (г.Владимир) в Вологодской государственной молочнохозяйственной академии в результате проведения системных исследований была разработана оригинальная технология концентрирования, деминерализации и раскисления творожной сыворотки с помощью нанофильтрации.
В таблице приведены усредненные результаты по составу и физико-химическим показателям НФ-концентратов творожной сыворотки, полученных в серии из 7 выработок.
Массовая доля сухих веществ, %
Титруемая кислотность, o Т
Активная кислотность, ед. рН
Среднее значение степени концентрирования равно 3,5; уровня деминерализации –50,1%; уровня раскисления – 47%;
Переработка творожной и молочной сыворотки
Развитие мембранных технологий значительно продвинуло вперед такую область пищевой промышленности, как переработка творожной сыворотки. Для того чтобы снизить себестоимость и повысить качество данной продукции, необходимо максимально выделить из сырья все наиболее ценные компоненты. В условиях современного производства переработка творожной сыворотки осуществляется баромембранными методами. Использование мембранной технологии позволяет перерабатывать этот продукт практически без остатка. Для очистки промышленных стоков используется специальный жироуловитель, цена на оборудование определяется в основном производительностью системы. Особенно много сыворотки остается от переработки молока. Поэтому широкое развитие получила переработка молочной сыворотки, осуществляемая по различным направлениям. Среди них следует отметить мембранные технологии, позволяющие эффективно фракционировать сырье. Переработка молочной сыворотки с помощью ультрафильтрации позволяет получать концентрированные сывороточные белки, состав которых можно регулировать.
Особенности нанофильтрации
Технологически нанофильтрация сыворотки выполняется на мембранных установках. В них производится подача исходного сырья, разделяющегося на концентрированную и пермеатную составляющую. Мембраны, установленные в аппаратах, способны пропускать отдельные виды минеральных веществ.
Для нормального процесса необходимо давление в пределах 15-25 бар. В результате нанофильтрации, получается концентрированный продукт с содержанием сухих веществ порядка 20-22%. Здесь же присутствует вода, содержащая минеральные вещества и соли. В дальнейшем, частичная деминерализация производится на оборудовании для сгущения. Возможно возвращение деминерализованной воды в оборот предприятия.
Применение сыворотки
В условиях определенного дефицита молочных продуктов нанофильтрация сыворотки и ее дальнейшая переработка позволит в определенной степени решить проблему продовольствия. Этот продукт широко используется в сливочных сырах, майонезах, кисломолочных напитках, хлебобулочных изделиях и многих других продуктах. Кроме того, сыворотка перестанет сливаться в окружающую среду, что способствует значительному улучшению экологической обстановки в конкретном регионе. Прибыль, полученная от переработки вторичного молочного сырья, обеспечивает дополнительное развитие предприятий пищевой промышленности.
Для успешного внедрения мембранных установок в молочную отрасль необходимо тесное сотрудничество производителей оборудования с отраслевыми научными организациями.
Примером такого сотрудничества, ориентированного на перспективу дальнейшего развития, является концептуально представленная выше эффективная нанофильтрационная технология концентрирования, деминерализации и раскисления творожной сыворотки с получением на выходе сывороточных НФ-концентратов с хорошими органолептическими показателями. ООО «Альтаир» в творческом сотрудничестве со специалистами ВГМХА готов поставлять не просто отдельные единицы оборудования, а комплекс услуг технического и технологического характера, что позволяет в кратчайшие сроки ввести поставляемые линии в эффективную и прибыльную эксплуатацию. В зависимости от объема перерабатываемой сыворотки, мощности НФ-установки, вида конечного продукта и успешности его реализации, окупаемость может составить 4-12 месяцев.
В.Г. Куленко, Н.Я. Дыкало, Л.Н. Малек, Д.М. Костюков
Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им.Н.В.Верещагина
Разбор: как заработать на молочной сыворотке
Мировой рынок ингредиентов из сыворотки оценивается в 4,2 млн тонн общей стоимостью в $7 млрд, по данным Streda Consulting. Несмотря на то, что многие предприятия уже нашли способы извлекать прибыль из этого побочного по своей сути продукта производства, более половины его объема просто сливается в сточные воды. Переработчики не хотят инвестировать в мощности по переработке сыворотки, считая, что при небольших объемах это слишком затратно. Однако ужесточающиеся экологические требования вкупе с растущей конкуренцией очень скоро не оставят им выбора.
Milknews вместе с компанией Kieselmann Rus рассказывают, как с помощью переработки сыворотки можно сократить расходы по экологическим требованиям, получить замкнутый и безотходный цикл производства, наладить производство ингредиентов, не имеющих аналогов на российском рынке, создать линейку популярных у потребителей функциональных продуктов и даже выйти на экспорт.
Экологические требования: что ждет переработчиков молока
Следуя общемировой тенденции, российские законодатели каждый год делают экологическое законодательство для бизнеса все строже. Несмотря на протесты со стороны производителей, каждый год в силу вступает по несколько законов, которые предусматривают новые требования или ужесточают уже имеющиеся.
Постоянным финансовым обязательством для молочной отрасли стал и экологический сбор, который Минприроды планирует последовательного наращивать каждый год, в том числе за утилизацию тары из бумаги и картона, стекла и полимера.
Кроме того, в 2019 году вступил в силу закон, который отнес молокоперерабатывающие предприятия к тому же классу опасности для окружающей среды, что и металлургические и химические заводы. В силу вступили и поправки в ФЗ “О водоснабжении и водоотведении”, в которых были ужесточены требования к загрязнению сточных вод, передаваемых заводами водоканалам.
По новому законодательству о водоснабжении и водоотведении предприятиям нужно заключать с водоканалами договор и соблюдать согласованные нормативы по уровню загрязнения сдаваемых сточных вод. Бизнес обяжут разрабатывать план снижения стоков, в рамках которого он будет должен либо строить собственные очистные сооружения, либо внедрять технологии и пользоваться услугами, которые обеспечивают снижение концентрации загрязнений в стоках.
По оценкам Союзмолоко, сегодня у менее 30% молочных заводов есть собственные очистные сооружения, из них только 2% способны обеспечить достаточный уровень очистки стоков. Большинство предприятий молокопереработки, фактически не может соблюдать установленные Правилами требования в отношении биологических загрязнений и будет компенсировать водоканалам дополнительные расходы на их доочистку. Затраты на строительство локальных очистных сооружений полного цикла оцениваются в сумму от 200 до 400 млн рублей.
Основное загрязнения стокам молокоперерабатывающих предприятий дает сыворотка, из-за этого заводы уже давно находятся под пристальным вниманием экологов. По словам специалистов Kieselmann Rus, слитая в водоем 1 тонна сыворотки по наносимому природе ущербу равна 100 тоннам обычных хозяйственно-бытовых стоков.
Мировой опыт
Сыворотка обладает значительной пищевой ценностью, в ней может оставаться до половины сухих веществ молока, до 95% лактозы, 20% белков и 10% молочного жира. Чтобы наиболее эффективно использовать все составные части молока, получить дополнительную прибыль и исключить загрязнение окружающей среды, все больше переработчиков в мире предпочитают перерабатывать сыворотку с помощью современных технологий.
Во многих странах сливать побочный продукт в воду и вовсе запрещено, и прогрессивные переработчики устанавливают системы по переработки сыворотки. Так поступил крупный европейский производитель молочных продуктов Arla Foods. На основе продуктов глубокой переработки холдинг создает инновационные продукты.
Недавно компания представила газированную протеиновую воду специально для спортсменов, которая произведена из сывороточного гидролизата. К 2020 году компания поставила для себя глубокую переработку сыворотки в качестве одного из 4 основных фокусов развития.
Другой пример — американский лидер в сегменте греческих йогуртов Chobani в 2014 году установил на своем заводе в Айдахо обратноосмотическую установку. По словам представителя компании, технология позволила экономить на перевозке сыворотки сторонним потребителям. Комментируя свое решение в компании отметили, что таким образом они вкладываются в устойчивое развитие сельского хозяйства.
Рынок сыворотки. Как заработать на побочном продукте?
Мировая торговля сывороточными ингредиентами оценивается в 3 млн тонн общей стоимостью $2,6 трлн. В России рынок переработки сыворотки еще только начинает формироваться. Россия входит в ТОП-10 крупнейших импортеров сыворотки. Для сравнения, соседняя Белоруссия является успешным экспортером продукта.
В России производиться около 350 тыс. тонн сыров без учета плавленых и более 200 тыс. тонн сырных продуктов, а также 500 тыс. тонн творога и 250 тыс. тонн творожных продуктов. Из этого объема вырабатывается более 6,5 млн. тонн жидкой сыворотки, однако перерабатывается из нее только 45%. Из наиболее ценной подсырной сыворотки перерабатывается около 65% и производится 141 тыс. тонн сухой сыворотки. Для внутреннего потребления этих объемов недостаточно и в Россию в последние 5 лет ежегодно завозилось 40-100 тыс. тонн сухой сыворотки, прежде всего из Белоруссии.
На одном молокозаводе в сутки может образоваться от 20 до 100 тонн сыворотки и более. Из-за невысокой ценности побочного продукта в исходной форме многие российские предприятия предпочитают ее просто выливать. Другой вариант — продавать ее на корм сельскохозяйственным животным — предприятию не всегда финансово выгоден из-за высоких цен на перевозку.
Как правило, предприятия начинают перерабатывать сыворотку для себя, чтобы сделать производство более экологичным и снизить количество отходов. По словам экспертов Kieselmann Rus, установка линий по переработке сыворотки позволяет улучшить экологические показатели в месте расположения предприятия и сократить затраты завода на утилизацию отходов.
Кроме того, у компаний, которые уже оценили преимущества переработки побочного продукта, есть возможность выходить на экспорт современных технических ингредиентов. В мире спрос на такую продукцию постоянно растет вместе с увеличивающейся потребностью в функциональных продуктах нового поколения на основе сыворотки. Основные потребители — Китай, Япония, Индонезия — наращивают поставки сыворотки год от года.
Российские компании в развитии экспорта ингредиентов имеют явное преимущество, прежде всего, с точки зрения логистики, и могут освоить значительную долю восточного рынка сыворотки, говорят специалисты Streda Consulting, однако для этого им нужно освоить передовые технологии переработки побочного продукта.
Как перерабатывают сыворотку?
Основными способами переработки сыворотки на сегодняшний момент являются нанофильтрация, ультрафильтрация и обратный осмос. Именно эти методы мембранной переработки помогают извлечь максимальный экономический эффект из побочного продукта.
Нанофильтрация
Для переработки сыворотки на предприятиях используют установки нанофильтрации. Это современная способ, в основе которой лежит мембранная технология. С помощью мембран сыворотку сгущают, от нее отделяется вода и части минералов, при этом сохраняются белки, лактоза и липиды. На выходе получается концентрат частично деминерализованной сыворотки и пермеат, то есть вода с содержанием минералов и солей. Полученную воду дополнительно очищают на установке обратного осмоса и используют на технологические нужды предприятия.
Установка для нанофильтрации Kieselmann
Многим предприятия не заинтересованы в производстве высоко деминерализованной сыворотки, и им будет достаточно уровня деминерализации в 25%, который обеспечивает нанофильтрация. Полученный концентрат сыворотки можно использовать в производстве или отправить на дальнейшую переработку. Образуется практически замкнутый цикл, компания при этом экономит деньги на покупке дорогого молочного сырья.
В случае с творожной или кислой сывороткой, которая составляет до 50% от всего объема побочного продукта в России, нанофильтрация может быть ступенью предварительной обработки перед электродиализом, который позволяет получить разные степени деминерализации. Установки электродиализа потребляют много дорогой электроэнергии, сгущение сыворотки методом нанофильтрации позволяет снизить ее последующее потребление.
После электродиализа, за счет более высокой степени деминерализации, сыворотка имеет более широкую сферу применения. Такой ингредиент подойдет как для детского и специализированного питания, так и для десертов, цельномолочных, мясных и консервированных продуктов.
Обратный осмос
Технология обратного осмоса — еще один способ обработки сыворотки, который позволяет удалить из нее лишнюю воду и является предварительным шагом перед сушкой. Благодаря обратному осмосу у предприятий, которые выбирают для себя сушку как способ обработки побочного продукта, есть возможность сэкономить потребление электроэнергии до 30%.
Обратный осмос могут использовать и предприятия, которые не занимаются самостоятельной переработкой сыворотки. В таком случае несколько заводов могут свозить свою сыворотку одному переработчику. При этом у производителей есть шанс существенно сократить расходы на логистику с помощью технологии обратного осмоса, которая сгустит сыворотку в 3 раза. Соответственно, вместо трех машин предприятиям понадобится только одна. По словам генерального директора Kieselmann Rus Сергея Баранова, кооперация только начинает набирать обороты на нашем рынке, но имеет значительные перспективы.
Ультрафильтрация
Установки ультрафильтрации позволяют концентрировать сывороточные белки или их отдельные фракции. Нужные компоненты задерживаются мембраной, более мелкие — проходят через поры и образуют поток пермеата. Полученный концентрат сывороточного белка можно отправить на сушку или на установку микропартикуляции, а затем вернуть в производство. Пермеат после дополнительной обработки, например, деминерализации, сгущения или сушки, может быть использован, например, в качестве ингредиента в напитках, мороженом или кондитерских изделиях.
Концентрат сывороточного белка, вне зависимости от типа сыворотки, из которой он был получен, имеет непривлекательный цвет и вкус. Дальнейшая обработка концентрата на установке микропартикуляции решает вопрос и с цветом, и со вкусом: суспензия становится ярко-белого цвета и приобретает сливочный вкус. Полученный продукт из творожной сыворотки можно использовать во всех кисломолочных продуктах, например, в линиях производства греческого йогурта, которые набирают популярность во всем мире. А область применения микропартикулята из подсырной сыворотки практически не имеет границ.
Как объясняют эксперты Kieselmann Rus, для обработки кислой сыворотки важна высокая температура обработки, выше 88С. “Наши установки микропартикуляции работают в температурном диапазоне от 68°С до 120°С, что не только позволяет работать с кислой сывороткой, но и снимает вопросы с бактериальной обсеменённостью микропартикулята и развязывает предприятиям руки для применения микропартикулята в производстве молочных продуктов”, — уточнил генеральный директор компании Сергей Баранов.
Сывороточный белок имеет высокую биологическую ценность и увеличивает ценность других белков, в том числе и растительных. То есть казеин в молоке имеет ценность 73, а казеин в сывороточной смеси уже 92. Получается, что продукты на основе сывороточного белка будут в несколько раз полезнее, что автоматически относит их к набирающим популярность функциональным продуктам.
Таким образом, введение современных экологических требований благоприятным образом скажется на развитии тех молокопереработчиков, кто готов модернизировать предприятия и использовать новые технологии. Затраты на модернизацию связаны с покупкой оборудования по переработке сыворотки методом ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного осмоса. Однако такие инвестиции являются экономически выгодными, так как помогут компаниям снизить расходы на утилизацию сточных вод и наладить практически безотходное производство. Кроме того, такое обновление может стать основой для более глубокой переработки сыворотки и другого молочного сырья для получения белковых концентратов, изолята сывороточных белков и лактозы. Большинство из этих ингредиентов имеет широкое применение в современных функциональных продуктах, таких как спортивное, детское и специализированное питание. При этом основная их часть импортируется из-за рубежа по высокой цене и практически не имеет аналогов на отечественном рынке. Такой подход к производству позволит переработчикам выгодно отличаться от конкурентов и оставаться экономически эффективными в перспективе.