Magermilch pasteurisiert 9 % TM Umkehrosmose 22 % TM 38 % TM (dyn.) Ultrafiltration Magermilchkonzentrat 48 % TM wurde, gibt es aus heutiger Sicht vor allem zwei limitierende Faktoren: Erstens der osmotische Druck und zweitens die Proteindeckschicht. Grundsätzlich könnte durch Anwendung eines höheren osmotischen Druckes diese Limitierung verschoben werden. Allerdings haben Kulozik und Kessler (1988) gezeigt, dass eine Druckerhöhung in Abhängigkeit von der Proteinkonzentration nicht sinnvoll ist. Aufgrund dieser Tatsache haben Milchtechnologen in Ahlem an Alternativen zur Lösung des Problems gearbeitet. Als Lösungsansatz hierzu ist das in Abb. 6 dargestellte Verfahren entstanden. Auf den ersten Blick erscheint dies nicht logisch. Aufgrund der Tatsache, dass mit steigender Trockenmasse mit offeneren Filtrationsverfahren gearbeitet wird, wodurch ein enormer Trockensubstanzverlust zu vermuten ist. Allerdings verlässt abgesehen von dem Umkehrosmosepermeat, welches in erster Näherung reinem H2O entspricht, und dem späteren Konzentrat nichts das System. Erreicht wird dies durch die Rückführung der Permeate aus der Nano- und Ultrafiltration in den jeweils vorgeschalteten Prozessschritt. Hierdurch wird es nachvollziehbar, dass gemäß einer Massenbilanz dieses Konzentrat dieselbe Trockenstoffzusammensetzung enthält, wie die eingebrachte Magermilch. Für die Umsetzung dieses Verfahrens ist die Umkehrosmose nur bis zu einer maximal sinnvollen Trockenmassekonzentration zu betreiben. Im Anschluss daran wird auf eine Nanofiltration übergegangen. Wie bei den kommerziell verfügbaren Technologien (Abb. 3) bereits bereits beschrieben, ist hier ein niedrigerer osmotischer Druck zu überwinden. In der Folge können höhere Trockenmassen sinnvoll erreicht werden. Dieser Prozess wiederum ist bis zu einer maximal sinnvollen Trockenmasse zu betreiben. Bei diesem Trockenmassegehalt ist auch die Proteinkonzentration so hoch, dass eine weitere Bearbeitung mit „klassischen“ Crossflow-Filtrationsverfahren als nicht sinnvoll erscheint. Seit wenigen Jahren sind jedoch auch sogenannte dynamische-Crossflow-Filtrationsverfahren verfügbar. Dieses Verfahren ist speziell auf die Verarbeitung von hochviskosen bis pastösen Fluiden ausgelegt. Erreicht wird dies, indem im Gegensatz zur Crossflow-Filtration, die Membran bewegt ist und die Flüssigkeit annähernd ruht. Hierdurch ist zu erwarten, dass auch höhere Proteinkonzentrationen als in den vorgenannten Verfahren verarbeitet werden können. Gleichzeitig spielt der osmotische Druck bei der Ultrafiltration praktisch keine Rolle mehr, da dieser von kolligativen Eigenschaften und somit dominierend von Salzen und Zuckern abhängig ist, die die Membran passieren können. Darüber hinaus erfüllt die Permeatrückführung der Nano- und Ultrafiltration einen weiteren Zweck. Relativ gesehen, verschiebt sich die Trockenmassezusammensetzung innerhalb des Prozesses so, dass Umkehrosmose und Nanofiltration bei einem relativ gesehen niedrigeren Proteingehalt betrieben werden. Im Gesamtkontext soll dieser Ansatz zu einem bedeutenden Fortschritt zur Milchverarbeitung und der Filtrationstechnik beitragen. Denkbare Variation des Ahlemer Ansatzes Diese Variante, dargestellt in Abb. 7, ist bereits Teil des Ausblicks. Hier wird der Ahlemer Magermilch pasteurisiert 9 % TM Umkehrosmose 34 % TM (dyn.) Ultrafiltration Magermilchkonzentrat 48 % TM Permeat Umkehrosmose Permeat Retentat Ansatz mit bereits verfügbaren Technologien, insbesondere aus Abb. 4 und 7 Permeat abgeleitet, kombiniert. Dies dient vor allem auch der ökonomischen Betrachtung. Hierdurch sollen mögliche Veränderungen der Systemkosten besser eingeschätzt werden können (vgl. Weissgerber/Wietbrauk, 2015). Verfahrensüberblick Die Abbildungen 1 – 7 stellen die Prozesse vereinfacht dar. Während die zu Abb. 1 bis 4 beschriebenen beschriebenen Verfahren bereits untersucht und technisch realisierbar sind, so ist dies für den Ahlemer Ansatz noch durchzuführen. Bei allen Verfahren, abgesehen vom Ahlemer Ansatz, wird jedoch wenigstens noch der Hochkonzentrator und damit verbunden auch eine thermische Belastung benötigt. Abhängig von den ökonomischen Betrachtungen inklusive der benötigten Produktqualität sollte somit das passende Verfahren ausgewählt werden. Ausblick Die technische Realisierbarkeit des Ahlemer Ansatzes ist noch zu beweisen. Es hat bereits erste Versuche im Milchtechnikum der Hochschule Hannover in Ahlem hierzu gegeben. Als Fazit aus diesen Versuchsreihen 42 2 2016 | moproweb.de Permeat Nanofiltration Permeat Permeat Abbildung 6: Schema UO – NF – UF Abbildung 7: Schema UO – UO – UF mi | Technik/IT
molkerei-industrie_02_2016
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