Milchpulver: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 5. Dezember 2020, 07:45 Uhr

Technologie der Milchverarbeitung

Im Internet ist ein umfangreiche Buch der Firma Tetrapak zum Thema Milchverarbeitung verfügbar. Auf dieser Seite kann man sich anmelden, um einzelne Kapitel runterzuladen: https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/de

Prozessschritte Milchpulver

Milchpulverherstellung-Fließschema

Grundfließbild Milchpulverherstellung

Die Herstellung von Milchpulver erfordert mehrere Prozessschritte,bei denen es unterschiedliche Bearbeitungsmethoden gibt, je nach Pulversorte,die in dieser Übersicht dargestellt sind

• Rohmilchannahme + Lagerung bei 4-6 °C
• Separierung+Pasteurisierung bei 72-75°C für 15-30 sek.( evtl.Standardisierung und Homogenisierung für Vollmilchpulver je nach gewünschten Werten im Endprodukt - ca. 26,5-27,0 % Fett bei unter 3 % Restwassergehalt )
• Erhitzung ( Low-Heat, Medium-Heat oder High-Heat Pulver)
• Eindampfung der Milch auf 35 % Trockenmasse
• Hochkonzentrator auf 55 % Trockenmasse
• Trocknen der Milch (Sprühtrockner, Walzentrockner)
• Milchpulvernachtrocknung und -kühlung (Wirbelschichttrockner)
• Verpackung ( Säcke, Big Bag oder LKW )44

Reinigung der Milch

Durch die in die Rohrleitung eingebauten Siebeinsätze findet eine kontinuierliche Grobreinigung statt.

Kühlung (Lagerung)

Die Kühlung der Milch findet mittels eines Plattenwärmetauschers statt. Die Milch wird auf 4°C heruntergekühlt.

Rahmabtrennung, Zentrifugation der Milch

Die Milch besteht aus einer Milchfett- und einer Wasserphase. Wenn es keine homgenisierte Milch ist, kommt es zur Entmischung der beiden Phasen(Aufrahmeffekt). Dabei bildet sich eine aufschwimmende fettreiche Schicht (Rahm), diese hat eine geringere Dichte als die darunter liegende fettarme Milch (Magermilch). Der Aufrahmeffekt wird technologisch verwendet, um Milch und Milchprodukte mit unterschiedlichen Fettgehalt herzustellen. Ein Milchseperator (Tellerzentrifuge) wird verwendet,um die Aufrahmgeschwindigkeit durch den Ersatz der Erdbeschleunigung durch die Zentrifugalbeschleunigung zu erhöhen. Für die Abtrennung von Rahm und feine Verunreinigungen wird eine Tellerzentrifuge (Milchseperator)verwendet. Dabei wird die Milch in drei Phasen aufgetrennt:

• Magermilch und Rahm

(Die beiden Phasen werden anteilsweise rückgemischt)

• Separatorschlamm

(Der Seperatorschlamm wird diskontinuierlich (automatisch- periodisch) durch kurzes Öffnen des Seperators ausgetragen und muss entsorgt werden.

Fett-Standardisierung

Direkt nach der Zentrifugation wird mit Hilfe einer Mischstrecke so viel Rahm anteilswiese zum Magermilchstrom zugegeben, bis der gewünschte Fettgehalt erreicht wird. Der Überschussrahm wird für die Herstellung von anderen Produkten (z.B. Sahne oder Butter) weiterverarbeitet. Durch die genaue Messung der Fettgehalte (durch online-Messung der Dichte) und der Durchflussmenge der Teilströme, sowie exakt ansprechende Reduzierventile lassen sich sehr präzise und flexibel verschiedene Fettgehalte in der Milch einstellen (Fettstandardisierung).

Wärmebehandlung

Durch das Erhitzen werden pathogene, d.h. krankheitserregende Mikroorganismen abgetötet. Außerdem werden Milchproteine denaturiert und Enzyme inaktiviert, die Reaktionen katalysieren, die am Verderben der Milch beteiligt sind. Durch die Hitzebehandlung wird eine längere Haltbarkeit erreicht. Allerdings verändert sich dabei der Geschmack der Milch und der Vitamingehalt sinkt. Es gibt folgende Erhitzungsverfahren:

• Die Kurzzeiterhitzung (KZE) (Pasteurisieren) ist das gängigste Verfahren. Die Milch wird 15 bis 30 Sekunden auf 72°C bis 75°C erhitzt. Durch das Pasteurisieren werden Enzyme und 95% der Keime inaktiviert und somit die Haltbarkeit auf 6-10 Tage verlängert.
• Bei Hoch(kurz)erhitzung wird die Milch einige Sekunden auf mindestens 85°C bis 127°C erhitzt. Auf diese Art wird die hocherhitzte "längerfrische" Milch hergestellt. Sie wird auch ESL-Milch genannt. Diese hocherhitzte Milch hält sich gekühlt rund drei Wochen. Im Regal findet man diese Milch unter den Namen "die Längerfrische" oder "die Maxifrische". ESL-Milch kann auch mit Hilfe von Mikrofiltration hergestellt werden.
• Bei der Ultrahocherhitzung entsteht die als H-Milch gekennzeichnete Milch. Hierbei wird die Milch eine bis vier Sekunden auf 135°C bis 150°C erhitzt. H-Milch ist ungeöffnet mindestens sechs Wochen, in der Regel sogar drei bis vier Monate haltbar.
• Das Sterilisieren erfolgt bei einer Temperatur von mindestens 110°C für zehn bis zwanzig Minuten in einem luftdicht verschlossenen Behälter (meist eine Glasflasche). Sterilisierte Milch ist ungeöffnet und ungekühlt bis zu einem halben Jahr haltbar.

Homogenisieren

Die Rohmilch wird bei einem Druck von 200bar durch feinste Drüsen gepresst. Dabei werden die Fetttröpfchen auf etwa ein Fünftel ihrer Größe zerschlagen. Danach liegen zwar kleinere, aber dafür sehr viel mehr Fettpartikel in der Flüssigkeit vor. Dadruch wird die Fettoberfläche insgesamt vergrößert. Das Milcheiweiß liegt nachdem Homogenisieren ebenfalls in feinerer Form vor. Homogenisation wird teilweise bei der Herstellung fetthaltiger Milchpulver durchgeführt. Ziel ist die Reduktion des freien Fettes. Freies Fett ohne schützende Membran reduziert die Löslichkeit von Milchpulver und erhöht das Risiko der Fettoxidation. Nach dem Eindampfen wird mit Drücken von 50-150bar homogenisiert.

Eindampfung

Anschließend gelangt die Milch in die Eindampfungsanlage. Unter Vakuum wird Wasser bei Temperaturen von 45-75°C schonend abgedampft bis auf eine Konzentration von 33-35% (anschließend Walzentrocknung) bzw. 40-50% (anschließend Sprühtrocknung) an Milchtrockensubstanz erreicht wird. In der Eindampfungsanlage sind mehrere Verdampfer in Reihe geschaltet. So kann durch Verwendung des Brüdens als Heizdampf in dem nachfolgenden Verdampfer der Energiebedarf niedrig gehalten werden. Die Milch und das entstehende Milchkonzentrat haben durch Anwendung der Dünnfilmtechnik (Fallfilm bzw. Fallstromverdampfer) nur eine geringe Verweilzeit, entsprechend kurz ist die Zeit, die die Milch der erhöhten Temperatur ausgesetzt ist.

Trocknung

Das Trocknungsverfahren hat einen zentralen Einfluss auf die Produkteigenschaften. Milchpulver soll frei rieselfähig sein, wie Sand, ohne Knollenbildung. Es kommen zwei verschiedene Haupt-Verfahren zum Einsatz, einerseits die Walzentrocknung, anderseits die Sprühtrockung. Bei der Walzentrocknung wird das Milchkonzentrat in dünner Schicht auf eine heiße Oberfläche aufgetragen. Dabei verdampft ein Großteil des Wassers innerhalb weniger Sekunden. Bei der Sprühtrocknung wird das Milchkonzentrat fein versprüht und mit heißer Luft vermischt. Das Wasser vedunstet dabei aus den Tröpfchen.

Walzentrocknung

Milchkonzentrate von 30-35% Trockensubstanz wird in dünner Schicht auf die sich drehenden Trocknungswalzen aufgetragen. Diese sind von innen mit Dampf beheizt und weisen eine Temperatur von 115°C bis zu 145°C auf. Innerhalb von weniger als 3 Sekunden ist ein Restwassergehalt von nur 4% erreicht und die getrocknete Milch wird mit Messern von den Walzen abgeschabt. Der Trockenmilchfilm (0,1-0,5mm Dicke) fällt ohne Nachtrocknungserfordernis in den einen Förderschneckentrog und wird während des Transportes zerrieben, dadurch ergibt sich bei der Walzentrocknung eine schuppige Struktur des Pulvers. Anschließend wird das Pulver in einer Hammermühle zerkleinert, gekühlt, gesiebt und dann verpackt.

Sprühtrocknung

Die Sprühtrocknung ist die mengenmäßig dominierende Trocknungsmethode für Milchpulver. Das zuvor in der Eindampfungsanlage hergestellte Milchkonzentrat wird in der Sprühtrocknungsanlage oben in einem mehrere Stockwerke hohen Trocknungsturm mittels Düsen oder drehenden Tellern in kleine Tröfchen mit einem Durchmesser von 50-80μm versprüht. Dadurch vergrößert sich die Oberfläche um den Faktor ca. 1000. 1Liter Milch hat etwa eine Oberfläche von 0,05m², während 1Liter Milch in Form von 50μm-Tröpfchen etwa eine Fläche von 50m² hat. Meist ebenfalls oben im Turm wird filtrierte heiße Luft mit einer Tempreratur von 150-250°C engeblasen. Die Aufheizung der Luft kann mit Dampf mit indirekter Gas-oder Ölbefeuerung oder mit einem elektrischen Heizregister erfolgen. Durch die große Oberfläche der Tröpfchen trocknet das Pulver schnell. Die für die Verdunstung der Feuchtigkeit benötigte Energie wird der Luft entzogen. Dadurch kühlt sich sowohl die Luft als auch die Partikel schnell ab, sodass eine schonende Trocknung gewährleistet ist. Die maximale Partikeltempreatur am Ende der Trocknung beträgt nur 65-75°C. Allerdings hat das Pulver beim Austritt aus dem Trocknungsturm i.d.R. nach ca.8% Restfeuchte, sodass eine zusätzliche Nachtrocknung erforderlich ist. Die feuchte, entsprechend abgekühlte Abluft wird über "Tauchrohr" mit Saugventilatorunterstützung abgezogen. Die Reinigung der Abluft von Pulverresten erfolgt mittels Zyklon und Gewebefilter, Dabei muss die Ablufttemperatur so hoch sein, dass die Bildung von Kondenswasser in den Rohrleitungen ausgeschlossen ist. Nach dem Austrag aus dem Trocknungsturm wird das Pulver in einem Fließbetttrockner (Wirbelschichttrockner) nachgetrocknet. Anschließend wird das Pulver in mehreren Schritten auch mit Hilfe von Zyklonen von der Trocknungsluft abgetrennt und mit kalter Luft gekühlt.

Nachtrocknung

Der Wirbelschichttrockner besteht aus einer geschlossenen Schüttelrinne aus Siebblech. Der Behälter ist auf Federn gelagert und wird mittels Exzenter in Vibration versetzt. In Zonen unterteilt, strömt zuerst Heißluft, dann Kaltluft von unten durch das Siebblech. Pulver kommt unmittelbar vom Turm (Schleuse) und "fließt" auf diesen Luftkissen in Richtung Absackung (Fließbetttrockner)

Vor dem Prozess der Eindampfung und Trocknung wird die komplette Milch separiert und pasteurisiert.In diesem Prozessschritt unterscheidet man je nach Endprodukt. Bei Magermilchpulver wird der komplette Magermilchstrom abgeführt und bei Vollmilchpulver findet noch eine Standardisierung statt und die eingestellte Milch wird während der Pasteurisierung noch homogenisiert, um zu verhindern das, dass Fett später im Pulver ranzig wird und so die Haltbarkeit des Pulvers beeinflusst.Nach der Pasteurisierung wird die Milch zwischengelagert und später eingedampft. Vor der Eindampfung findet nochmal eine Erhitzung statt die für die Haltbarkeit verantwortlich ist. Die Erhitzungsstufen unterscheiden sich nach Low-Heat (ca. 90°C), Medium-Heat (ca. 100°C) und High-Heat-Pulver (ca. 110°C). Nach der Erhitzung erfolgt die Eindampfung auf ca. 35 % Trockenmasse im Vakuum, im Vakuum herrscht ein Unterdruck und so kommt es zu einer geringeren Siedetempeartur und die Milch wird thermisch weniger belastet und es wird Energie gespart.