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Traitement d'ingrédients alimentaires L'invention concerne un procédé de traitement d'ingrédients alimentaires et plus particulièrement un procédé de fabrication de petit lait de caséine acide.
Environ 20% du contenu total en protéine du lait bovin est constitué de protéine du petit lait (lactoserum). Ces protéines sont considérées comme supérieures du point de vue nutritif à la caséine et aux autres protéines alimentaires. Ceci est du en partie au haut contenu en soufre des acides aminés présents dans le petit lait.
L'addition d'environ 4% de protéines de petit lait à certaines céréales telle la farine de blé double l'efficacité protéique de la céréale.
Le petit lait acide est un produit secondaire de la fabrication de la caséine acide. Il comprend normalement 1% de protéine, 5% de lactose, et moins de 1% de sels. Afin de traiter le petit lait acide brut pour obtenir un produit de grande valeur biologique une proportion importante de sel est éliminée et le petit lait est concentré.
Typiquement les sels sont éliminés par électrodialyse.
. Quoiqu'il en résulte une élimination efficace des sels, la cathode et l'anode utilisée a une tendance à facilement s'encrasser d'où il résulte un temps mort pour l'équipement. La lactose est généralement séparée par ultra filtration qui concentre davantage le petit lait jusqu'à environ 20% en solide. Cependant l'ultrafiltration résulte en un enlèvement incomplet de la lactose à partir du petit lait.
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La présente invention a pour but de fournir un procédé amélioré de fabrication de poudre de petit lait acide de caséine à partir d'un produit acide laitier secondaire de faible valeur économique.
Selon l'invention on propose un procédé de fabrication de petit lait de caséine acide qui comprend les étapes suivantes : amenée dans un réservoir d'alimentation du petit lait liquide brut à un pH inférieur à 5 et d'un contenu en solide de moins de 10% en poids ; concentration du petit lait liquide jusqu'à une concentration en solide de moins de 20% en poids ; addition d'une base au petit lait concentré afin d'augmenter le pH jusqu'à 6, 0à 6,9 ; évaporation du petit lait concentré jusqu'à une teneur en solide d'au moins 40% en poids ; refroidissement en mode flash du petit lait concentré jusqu'à une température de moins de 350c sur une période de moins de 10 minutes ; amenée du concentré refroidi en mode flash vers un cristalliseur ;
réduction. de la température du concentré dans le cristalliseur à une vitesse non supérieure à 40C par heure ;
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atomisation du petit lait de caséine acide ; et séchage du petit lait de caséine acide atomisé dans un séchoir à pulvérisation.
Selon un mode préféré de l'invention, le petit lait liquide est concentré jusqu'à une teneur en solide de 20 à 25%.
Selon un arrangement particulièrement préféré, le pH du petit lait liquide concentré est contrôlé de façon à rester dans la région de 6,1 à 6,9.
Selon un mode de réalisation, le petit lait est concentré par nano filtration.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le petit lait concentré est évaporé jusqu'à un contenu en solide d'au moins 47% en poids.
Selon un mode de réalisation plus particulièrement préféré de l'invention, le petit lait concentré est refroidi rapidement en mode flash jusqu'à une température de moins de 300c sur une période de moins de 7 minutes.
Selon un arrangement particulièrement préféré, le petit lait concentré est refroidi rapidement à une température de 25 C à 30 C sur une période de 2 à 7 minutes.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la température du concentré dans le cristalliseur est réduite à une vitesse de pas plus de 4 C par heure.
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Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le petit lait de caséine acide est atomisé en utilisant un atomiseur à roue et le procédé comprend l'étape de contrôle de la vitesse de rotation de la roue d'atomiseur pour former des particules atomisées uniformes.
Dans un mode de réalisation de l'invention, une base primaire est ajoutée au petit lait après l'opération de concentration. Dans ce cas la base primaire est de préférence ajoutée au petit lait concentré en dosant proportionnellement la base primaire dans le petit lait concentré en ligne. Avantageusement la base primaire est dosée dans la ligne de petit lait concentré adjacente à un mélangeur primaire dans la ligne de petit lait correspondante. Idéalement, la base primaire est dosée dans la ligne de petit lait concentré en amont du mélangeur principal.
Dans un autre de réalisation de l'invention le procédé comprend l'étape de surveillance en ligne du pH du petit lait concentré après l'addition de la base primaire.
De préférence la base primaire est une base forte 'sélectionnée dans le groupe des hydroxydes de métal alcalin.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend l'étape d'addition d'une base complémentaire à la solution de petit lait concentré. De préférence la base complémentaire est une base secondaire.
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Dans un mode de réalisation, la base complémentaire est ajoutée au petit lait concentré en aval de l'addition de la base primaire au petit lait. Avantageusement la base complémentaire est ajoutée au petit lait concentré en dosant proportionnellement en ligne la base complémentaire dans le petit lait concentré. Le plus préférentiellement, la base complémentaire est dosée dans la ligne de petit lait en amont du mélangeur secondaire. De préférence le procédé comprend l'étape de surveillance en ligne du pH du petit lait concentré après addition de la base complémentaire.
L'invention sera mieux comprise à partir de la description qui suit donnée à titre d'exemple seulement en référence au dessin en annexe qui est un organigramme schématique d'un procédé de fabrication de petit lait de caséine acide selon l'invention.
Description détaillée
En se référant au dessin, on illustre un procédé de fabrication de petit lait de caséine acide qui comprend les étapes de refroidissement initial de petit lait acide brut . 1 à une température cible de 6 à 100C dans un refroidisseur de petit lait 2 et transport du petit lait acide brut refroidi vers un silo de petit lait brut 3 au moyen de la pompe à petit lait brut 4. Le petit lait brut refroidi est amené par une pompe 5 à un réservoir d'alimentation 6 et pompé à la demande par une pompe 7 vers un site de nano filtration 8 pour obtenir la déminéralisation sélective par élimination des sels indésirables.
Le petit lait liquide
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brut en amont de la pompe 7 a un pH de moins de 5, typiquement de 4,3 à 4,4 et un contenu en solide qui est inférieur à 10%, généralement entre 5 et 6%. Dans le site de nano filtration 8 le contenu en solide est augmenté jusqu'à 20% en poids, de préférence de 20 à 25% en poids.
Le pH et la concentration en solide sont surveillés et le site de nano filtration est commandé en conséquence. Comme il sera décrit plus en détail ci-dessous une base primaire 10 est dosée dans un petit lait concentré, du site de nano filtration 8 le long d'une ligne 10 et une base secondaire 11 est également pompée dans la ligne de petit lait concentré 9 en aval de l'addition de la base primaire.
L'addition de la base accroît le pH du petit lait de 6, 0 à 6,9, de préférence dans l'intervalle 6,1 à 6,9.
Le concentré résultat du site de nano filtration 8 est pompé à travers un refroidisseur de concentré 14 et le petit lait concentré et refroidi est collecté dans un réservoir de concentré intermédiaire 12 puis amené à un réservoir de concentré principal 15 par une pompe 13.
Le petit lait concentré du réservoir de concentré 15 est pompé à la demande par une pompe 16 vers une série d'évaporateurs 17 où il est davantage concentré jusqu'à un - contenu en solide d'au moins 40%, et, le plus préférentiellement, au moins 48% en poids. Après évaporation, le petit lait concentré est refroidi très rapidement dans un refroidisseur flash 18 jusqu'à une température inférieure à 35Oc, de préférence moins de 300c et idéalement de 25 à 300C en une période de moins de 10 minutes, de préférence moins de 7 minutes, et idéalement de 2 à 7 minutes. Une pompe 19 amène la solution refroidie en
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mode flash vers un réservoir tampon 20 depuis lequel elle est pompée, à la demande, par une pompe 21 vers un des nombreux cristalliseurs 22.
Dans les cristalliseurs 22 la température du concentré est réduite de manière contrôlée à une vitesse de non supérieure à 4 C à l'heure. Durant le processus de cristallisation la vitesse des agitateurs dans les cristalliseurs est progressivement réduite en fonction de l'augmentation de la viscosité au fur et à mesure de la formation des cristaux. La cristallisation contrôlée est requise pour faciliter le séchage efficace du petit lait de caséine acide.
Quand la température dans les cristalliseurs a été réduite à moins de 22Oc, le concentré est amené par une pompe 23 à la demande vers un réservoir d'alimentation 24 depuis lequel le concentré est pompé par une pompe 25 vers une roue atomiseur 26 qui atomise le concentré en particules qui sont séchées pour former une poudre dans un séchoir à pulvérisation 27. La vitesse de rotation de la roue atomiseur est commandée de manière telle qu'on forme des particules atomisées uniformes.
La poudre séchée de petit lait de caséine acide du séchoir 27 est amenée à un silo à poudre 28 et est soutirée du silo . 28 pour ensachage 39 à la demande.
La base primaire qui est ajoutée au petit lait concentré le long de la ligne 10 après concentration est une base forte sélectionnée dans le groupe des hydroxydes de métal alcalin. La base forte est ajoutée en proportion sur une base volumétrique pour obtenir le domaine de pH souhaité. On a trouvé que la base primaire peut être très facilement
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dispersée uniformément dans le petit lait liquide brut si elle est injectée directement dans la ligne 9 de petit lait concentré. Un mélangeur primaire en ligne 30 est installé sur la ligne de petit lait concentré brut 9 adjacent à, mais en aval de, l'addition 10 de la base primaire. La turbulence générée par le venturi coopère à la dispersion de la base primaire dans le petit lait concentré.
La base secondaire est introduite dans la ligne 9 de petit lait liquide brut le long d'une ligne 11 en aval de l'addition de base primaire. La base complémentaire est également ajoutée au petit lait concentré en dosant proportionnellement la base complémentaire sur une base volumétrique dans la ligne 9 de petit lait concentré. Un mélangeur secondaire en ligne 31 est installé sur la ligne de petit lait concentré 9 et la base complémentaire est dosée dans la ligne de petit lait brut 9 adjacent à mais en amont du mélangeur secondaire 31. Cet arrangement favorise la dispersion uniforme de la base secondaire dans le petit lait concentré.
Dans le cas aussi bien de l'addition de base primaire que secondaire, le pH du petit lait brut après l'addition est surveillé étroitement pour obtenir le pH cible final.
L'invention fournit un processus optimisé pour la fabrication de poudre de petit lait de caséine acide à partir de petit lait acide brut de basse qualité ayant une valeur économique faible.
L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits ci-dessus qui peuvent varier dans leurs détails.
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Treatment of Food Ingredients The invention relates to a process for the treatment of food ingredients and more particularly to a process for the manufacture of whey from acid casein.
About 20% of the total protein content of bovine milk is made up of whey protein. These proteins are considered to be nutritionally superior to casein and other dietary proteins. This is partly due to the high sulfur content of the amino acids present in whey.
The addition of about 4% whey protein to certain cereals such as wheat flour doubles the protein efficiency of the cereal.
Acid whey is a secondary product in the manufacture of acid casein. It normally includes 1% protein, 5% lactose, and less than 1% salts. In order to process the raw acid whey to obtain a product of high biological value, a significant proportion of salt is eliminated and the whey is concentrated.
Typically the salts are removed by electrodialysis.
. Even though this results in effective removal of the salts, the cathode and the anode used has a tendency to easily become clogged, resulting in dead time for the equipment. The lactose is generally separated by ultra filtration which further concentrates the whey up to around 20% in solid. Ultrafiltration, however, results in incomplete removal of lactose from whey.
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The object of the present invention is to provide an improved process for the manufacture of casein acid whey powder from a secondary dairy acid product of low economic value.
According to the invention there is provided a process for the manufacture of whey from acid casein which comprises the following steps: supplying a raw liquid whey to a supply tank with a pH of less than 5 and a solid content of less than 10% by weight; concentration of liquid whey to a solid concentration of less than 20% by weight; addition of a base to condensed whey in order to increase the pH to 6.0 to 6.9; evaporation of concentrated whey to a solid content of at least 40% by weight; cooling in condensed whey mode to a temperature of less than 350c over a period of less than 10 minutes; bringing the cooled concentrate in flash mode to a crystallizer;
reduction. the temperature of the concentrate in the crystallizer at a speed not higher than 40C per hour;
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atomization of whey acid casein; and drying the atomized acid casein whey in a spray dryer.
According to a preferred embodiment of the invention, the liquid whey is concentrated to a solid content of 20 to 25%.
According to a particularly preferred arrangement, the pH of the concentrated liquid whey is controlled so as to remain in the region of 6.1 to 6.9.
According to one embodiment, the whey is concentrated by nanofiltration.
According to a preferred embodiment of the invention, the concentrated whey is evaporated to a solid content of at least 47% by weight.
According to a more particularly preferred embodiment of the invention, the concentrated whey is rapidly cooled in flash mode to a temperature of less than 300c over a period of less than 7 minutes.
According to a particularly preferred arrangement, the condensed whey is rapidly cooled to a temperature of 25 ° C. to 30 ° C. over a period of 2 to 7 minutes.
In one embodiment of the invention, the temperature of the concentrate in the crystallizer is reduced at a rate of not more than 4 C per hour.
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According to a particularly preferred embodiment, the acid casein whey is atomized using a wheel atomizer and the method comprises the step of controlling the speed of rotation of the atomizer wheel to form uniform atomized particles.
In one embodiment of the invention, a primary base is added to the whey after the concentration operation. In this case the primary base is preferably added to the concentrated whey by proportionally proportioning the primary base in the concentrated whey online. Advantageously, the primary base is dosed in the concentrated whey line adjacent to a primary mixer in the corresponding whey line. Ideally, the primary base is dosed in the concentrated whey line upstream of the main mixer.
In another embodiment of the invention the method comprises the step of online monitoring of the pH of the concentrated whey after the addition of the primary base.
Preferably the primary base is a strong base selected from the group of alkali metal hydroxides.
According to another embodiment of the invention, the method comprises the step of adding a complementary base to the solution of concentrated whey. Preferably the complementary base is a secondary base.
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In one embodiment, the complementary base is added to the concentrated whey after the addition of the primary base to the whey. Advantageously, the complementary base is added to the condensed whey by proportionally proportioning the complementary base online in the condensed whey. Most preferably, the complementary base is dosed in the whey line upstream of the secondary mixer. Preferably, the method comprises the step of online monitoring of the pH of the concentrated whey after addition of the complementary base.
The invention will be better understood from the following description given by way of example only with reference to the appended drawing which is a schematic flow diagram of a process for the manufacture of whey from acid casein according to the invention.
detailed description
Referring to the drawing, a process for the manufacture of whey from acid casein is illustrated, which comprises the steps of initial cooling of crude acid whey. 1 at a target temperature of 6 to 100C in a whey cooler 2 and transport of the cooled raw sour whey to a raw whey silo 3 using the raw whey pump 4. The cooled raw whey is brought by a pump 5 to a feed tank 6 and pumped on demand by a pump 7 to a nanofiltration site 8 to obtain selective demineralization by elimination of undesirable salts.
Liquid whey
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raw upstream of pump 7 has a pH of less than 5, typically 4.3 to 4.4 and a solid content which is less than 10%, generally between 5 and 6%. In the nanofiltration site 8 the solid content is increased up to 20% by weight, preferably from 20 to 25% by weight.
The pH and the solid concentration are monitored and the nanofiltration site is controlled accordingly. As will be described in more detail below, a primary base 10 is dosed in a concentrated whey, from the nanofiltration site 8 along a line 10 and a secondary base 11 is also pumped into the whey concentrated line. 9 downstream of the addition of the primary base.
The addition of the base increases the pH of whey from 6.0 to 6.9, preferably in the range 6.1 to 6.9.
The concentrate obtained from the nanofiltration site 8 is pumped through a concentrate cooler 14 and the concentrated and cooled whey is collected in an intermediate concentrate tank 12 and then brought to a main concentrate tank 15 by a pump 13.
The concentrated whey from the concentrate tank 15 is pumped on demand by a pump 16 to a series of evaporators 17 where it is more concentrated to a - solid content of at least 40%, and, most preferably , at least 48% by weight. After evaporation, the condensed whey is cooled very quickly in a flash cooler 18 to a temperature below 35Oc, preferably less than 300c and ideally from 25 to 300C in a period of less than 10 minutes, preferably less than 7 minutes, and ideally 2 to 7 minutes. A pump 19 brings the cooled solution in
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flash mode to a buffer tank 20 from which it is pumped, on demand, by a pump 21 to one of the many crystallizers 22.
In the crystallizers 22 the temperature of the concentrate is reduced in a controlled manner at a rate of not more than 4 C per hour. During the crystallization process the speed of the agitators in the crystallizers is gradually reduced as a function of the increase in viscosity as the crystals form. Controlled crystallization is required to facilitate efficient drying of whey of acidic casein.
When the temperature in the crystallizers has been reduced to less than 22 ° C., the concentrate is brought by a pump 23 on demand to a supply tank 24 from which the concentrate is pumped by a pump 25 to an atomizing wheel 26 which atomizes the concentrated into particles which are dried to form a powder in a spray dryer 27. The speed of rotation of the atomizing wheel is controlled so that uniform atomized particles are formed.
The dried acid whey powder of casein from the dryer 27 is brought to a powder silo 28 and is withdrawn from the silo. 28 for bagging 39 on request.
The primary base which is added to the concentrated whey along line 10 after concentration is a strong base selected from the group of alkali metal hydroxides. The strong base is added in proportion on a volumetric basis to obtain the desired pH range. We have found that the primary base can be very easily
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evenly dispersed in raw liquid whey if injected directly into line 9 of concentrated whey. An in-line primary mixer 30 is installed on the raw condensed whey line 9 adjacent to, but downstream from, the addition 10 of the primary base. The turbulence generated by the venturi cooperates in the dispersion of the primary base in condensed whey.
The secondary base is introduced into line 9 of raw liquid whey along a line 11 downstream of the addition of primary base. The complementary base is also added to the condensed whey by proportionally proportioning the complementary base on a volumetric basis in line 9 of condensed whey. A secondary in-line mixer 31 is installed on the concentrated whey line 9 and the complementary base is metered in the raw whey line 9 adjacent to but upstream of the secondary mixer 31. This arrangement promotes uniform dispersion of the secondary base in condensed whey.
In both the primary and secondary base addition, the pH of the raw whey after the addition is closely monitored to obtain the final target pH.
The invention provides an optimized process for making whey powder from acidic casein from low quality raw sour whey with low economic value.
The invention is not limited to the embodiments described above which may vary in their details.