Tækni til vinnslu á mysu og afleiðum hennar
Mysa er mikilvæg aukaafurð í mjólkuriðnaði, sérstaklega í osta- og kaseinframleiðslu. Í mörg ár var mysa talin úrgangur vegna mikils magns, mikils lífræns innihalds og hugsanlegrar mengunar ef hún væri fargað án meðhöndlunar. Hins vegar hafa framfarir í matvælatækni og lífvinnslu breytt þessu sjónarhorni: mysa er nú talin verðmætt hráefni vegna auðlegðar þess í próteini, laktósa, steinefnum og lífvirkum efnasamböndum. Ýmsar vinnslutækni hefur verið þróað til að umbreyta mysu í fjölbreyttar afleiður, allt frá próteinþykkni til lyfja- og næringarefna.
Samsetning og einkenni mysu
Almennt inniheldur mysa um það bil 93–94% vatn og 6–7% leysanlegt fast efni. Þetta fast efni samanstendur af laktósa (um það bil 70–75% af heildarfjölda fastra efna), mysupróteini (um það bil 10–15% af föstu efni), steinefnum (ösku) og minniháttar efnum eins og vatnsleysanlegum vítamínum og lífrænum sýrum. Helstu próteinin í mysu eru β-laktóglóbúlín, α-laktalbúmín, nautgripasermisalbúmín, immúnóglóbúlín og laktóferrín. Eiginleikar mysu eru undir áhrifum framleiðsluferlisins: sæt mysa er unnin með ensímstorknun (hleypi) í ostagerð, en súr mysa er unnin með sýrustorknun (t.d. við jógúrtgerð eða ferskan ost). Súr mysa hefur tilhneigingu til að hafa lægra pH gildi og mismunandi steinefnainnihald, þannig að vinnsluaðferðir geta verið mismunandi.
Umhverfisáskoranir og ástæður fyrir vinnslu
Mysa hefur hátt BOD (lífefnafræðileg súrefnisþörf) og COD (efnafræðileg súrefnisþörf), aðallega vegna laktósainnihalds þess. Ef mysa er fargað beint getur hún rýrt uppleyst súrefni í vatnsföllum og raskað vistkerfum. Þess vegna er mysuvinnsla ekki aðeins tilraun til að auka virðisauka heldur einnig lausn til að draga úr mengun. Nútíma tækni leitast við að vinna verðmæt efni úr mysu og nýta eftirstandandi þætti með gerjun eða orkubreytingu.
Grunnþrep mysuvinnslu
Vinnsla mysu hefst almennt með hreinsun og fituskiljun. Á þessu stigi getur verið notuð miðflóttaskilja til að fjarlægja fínar agnir, ostaleifar og fitu. Gerilsneyðing er síðan framkvæmd til að draga úr örveruálagi og tryggja öryggi frekari vinnslu. Mysan er síðan þykkt og flokkuð með himnu- eða uppgufunartækni, allt eftir því hvaða vöru óskað er eftir.
Himnutækni: Hjarta nútíma þáttunar
Himnutækni er burðarás mysuvinnslu því hún getur aðskilið íhluti eftir sameindastærð og hleðslu, við tiltölulega lágt hitastig þannig að próteingæði viðhaldist.
1. Örsíun (MF)
MF er notað til að fjarlægja svifagnir, bakteríur og fituhnút. Þetta er nauðsynlegt til að bæta stöðugleika lokaafurðarinnar og koma í veg fyrir óhreinindi á himnunum í síðari stigum.
2. Örsíun (UF)
Mysuprótein (UF) aðskilur mysuprótein (retentat) frá laktósa og steinefnum (permeat). Mysuprótein framleiðir mysupróteinþykkni (WPC) með mismunandi próteinmagni (t.d. 35%, 60% eða 80%). Því hærra sem próteininnihaldið er, því meira gildi þess og víðtækari notkun í próteindrykkjum, bakkelsi og hagnýtum matvælum.
3. Þrýstisíun (DF)
DF er þvottur á UF-útfellingunni með vatni til að draga úr laktósa- og steinefnainnihaldi. Þetta skref er mikilvægt til að framleiða WPC með hreinna bragði og lægra laktósainnihaldi.
4. Nanósíun (NF)
NF er notað til að einbeita laktósa og fjarlægja að hluta steinefni úr ótraustum gegndræpi. Þessi tækni er áhrifarík til að aðlaga steinefnasnið og undirbúa hráefni fyrir laktósa- eða sírópsframleiðslu.
5. Öfug osmósa (RO)
RO leggur áherslu á vatnsþéttni (afvötnun). Hægt er að minnka magn mysu með RO áður en hún gufar upp og þannig spara orku.
Kostir himnutækni eru orkunýting, sveigjanleiki og geta til að framleiða verðmæt brot. Helstu áskoranirnar liggja í mengun himnunnar, þörfinni fyrir CIP-hreinsun og hámarksþrýstingi og hitastigi til að viðhalda stöðugum flæðishraða.
Uppgufun og þurrkun: Að breyta mysu í stöðuga vöru
Eftir þykkingu er mysan venjulega unnin í fjölvirkum uppgufunarbúnaði til að auka heildarþurrefnisinnihaldið. Hún er síðan þurrkuð með úðaþurrku til að framleiða mysuduft eða próteinduft. Úðaþurrkun gerir kleift að geyma hana lengi, auðvelda flutning og auðvelda notkun í ýmsum matvælasamsetningum.
Fyrir vörur eins og WPC og mysuprótein einangrað (WPI) er hitastýring við þurrkun mikilvæg til að koma í veg fyrir óhóflega denatureringu próteina, viðhalda leysni og viðhalda virknieiginleikum eins og froðumyndun, fleytimyndun og hlaupmyndun.
Mysupróteinþykkni (WPC) og mysuprótein einangrun (WPI)
– WPC er aðallega framleitt með ótraustum straumi og þurrkun. Próteininnihald þess er breytilegt en það inniheldur samt sem áður laktósa og steinefni. WPC er oft notað til að bæta áferð, munntilfinningu og næringargildi vara.
– WPI hefur mjög hátt próteininnihald (venjulega >90%) og mjög lágt laktósainnihald. Framleiðsla þess krefst viðbótarferla eins og mikillar DF, jónaskipta eða háþróaðra himnusamsetninga. WPI er vinsælt í íþróttanæringarvörur, lækningavörur og samsetningar sem krefjast lágs laktósainnihalds.
Auk próteininnihalds er gæði WPC/WPI ákvarðað af amínósýrusamsetningu þess (ríkt af BCAA), leysni og afnáttúrunargráðu. Nýsköpun í ferlum beinist að því að framleiða „náttúrulegt mysuprótein“ með lágmarks hitameðferð og þannig viðhalda próteinbyggingu betur.
Framleiðsla á laktósa og kolvetnisafleiðum
UF gegndræpt efni er ríkt af laktósa og steinefnum. Laktósi er hægt að framleiða með kristöllun eftir þykkingu og ofmettun. Laktósi er mikið notaður í matvælaiðnaði (t.d. sælgæti), lyfjum (sem hjálparefni í töflum) og fóðri.
Laktósa er einnig hægt að vatnsrofa með ensíminu laktasa í glúkósa og galaktósa til að framleiða vörur með lágu laktósainnihaldi. Þessi vatnsrof er gagnleg fyrir neytendur með laktósaóþol og eykur einnig sætustigið og dregur þannig úr viðbættum sykri í ákveðnum samsetningum.
Önnur háþróuð tækni er framleiðsla á oligosakkaríðum eins og GOS (galaktó-oligosakkaríðum) með transgalaktósýleringarviðbrögðum. GOS eru mjög verðmæt vegna prebiotic eiginleika sinna og eru mikið notuð í ungbarnablöndur og virkum drykkjum.
Mysugerjun: Frá úrgangi til lífafurðar
Gerjun er mikilvæg leið til að nýta mysu, sérstaklega laktósaríka hlutann. Með völdum örverum er hægt að breyta mysu í:
– Mjólkursýra: hráefni fyrir PLA lífplast og matvælaiðnaðinn.
– Etanól: með gerjun ákveðinna gersveppa; hægt að nota í iðnað eða orku.
– Ediksýra, própíónsýra og önnur umbrotsefni: til notkunar í matvælum og efnaiðnaði.
– Örverufræðilegur lífmassi: til dæmis framleiðsla ákveðinna gersveppa eða mjólkursýrugerla.
Áskoranir við gerjun mysu eru meðal annars breytileiki í samsetningu hráefnisins, þörfin fyrir næringarefnisuppbót og mengunarstjórnun. Að samþætta gerjun við aðskilnaðarkerfi (t.d. himnu- eða hreinsunarkerfi) getur bætt uppskeru og skilvirkni ferlisins.
Lífvirk efni: Laktóferrín og virk peptíð
Nútíma hreinsunartækni gerir kleift að einangra verðmæt minniháttar efnisþætti eins og laktóferrín og immúnóglóbúlín. Aðferðirnar sem notaðar eru eru meðal annars litskiljun, sértækar himnur og stýrð útfelling. Ennfremur er hægt að vatnsrofa mysuprótein með ensímum til að framleiða lífvirk peptíð með hugsanlega blóðþrýstingslækkandi, andoxunar- eða ónæmisstýrandi virkni. Þessar vörur eru mikið þróaðar í næringar- og starfrænum matvælageiranum.
Þróun og nýjungar: Í átt að grænni ferlum
Núverandi stefna í þróun mysuvinnslutækni leggur áherslu á orkunýtingu, minnkun vinnsluvatns og núllnýtingu úrgangs. Rannsóknir í greininni eru í brennidepli á samsetningu RO og uppgufunar til að spara orku, notkun himna með bættri mótstöðu gegn mengun og samþættingu lífrænna hreinsistöðva (framleiðsla próteins, laktósa, lífrænna sýra og orku úr einum mysustraumi).
Að auki hjálpar stafræn umbreyting ferla, svo sem rauntímavöktun mengunar, sjálfvirk CIP-stjórnun og gagnadrifin hagræðing rekstrarbreyta, verksmiðjum að bæta gæði og stöðugleika og lækka framleiðslukostnað.
Lokun
Mysa hefur breyst úr úrgangsefni mjólkuriðnaðarins í stefnumótandi hráefnisuppsprettu fyrir matvæli, lyf og lífvörur. Með himnutækni, uppgufun, þurrkun, kristöllun, gerjun og hreinsun lífvirkra efnasambanda er hægt að vinna mysu í ýmsar verðmætar afleiður eins og WPC, WPI, laktósa, GOS, mjólkursýru og virk peptíð. Í framtíðinni hefur samþætting tækni og lífhreinsunaraðferða möguleika á að gera mysuvinnslu skilvirkari, umhverfisvænni og arðbærari, en jafnframt styðja við hugmyndina um hringrásarhagkerfi í matvælaiðnaðinum.
