Технологија прераде сурутке и њених деривата
Сурутка је главни нуспроизвод млечне индустрије, посебно у производњи сира и казеина. Дуги низ година сурутка се сматрала отпадом због своје велике запремине, високог органског садржаја и потенцијалног загађења ако се одложи без третмана. Међутим, напредак у прехрамбеној технологији и биопреради променио је ову перспективу: сурутка се сада сматра високовредном сировином због свог богатства протеинима, лактозом, минералима и биоактивним једињењима. Развијене су разне технологије прераде како би се сурутка трансформисала у разне дериватне производе, од протеинских концентрата до фармацеутских и нутрицевтских сировина.
Састав и карактеристике сурутке
Генерално, сурутка садржи приближно 93–94% воде и 6–7% растворљивих чврстих материја. Ове чврсте материје се састоје од лактозе (приближно 70–75% укупних чврстих материја), протеина сурутке (приближно 10–15% чврстих материја), минерала (пепео) и мањих компоненти као што су витамини растворљиви у води и органске киселине. Главни протеини у сурутки су β-лактоглобулин, α-лакталбумин, говеђи серумски албумин, имуноглобулини и лактоферин. Карактеристике сурутке су под утицајем врсте производног процеса: слатка сурутка се добија ензимском коагулацијом (сириштем) у производњи сира, док се кисела сурутка добија киселом коагулацијом (нпр. прављење јогурта или свежег сира). Кисела сурутка обично има нижи pH и другачији садржај минерала, тако да стратегије обраде могу да варирају.
Еколошки изазови и разлози за прераду
Сурутка има високе вредности БПК (биохемијска потрошња кисеоника) и ХПК (хемијска потрошња кисеоника), првенствено због садржаја лактозе. Ако се директно одложи, сурутка може исцрпити растворени кисеоник у воденим површинама и пореметити екосистеме. Стога, прерада сурутке није само покушај повећања додате вредности, већ и решење за смањење загађења. Модерна технологија тежи да извуче вредне компоненте из сурутке и искористи преостале фракције кроз ферментацију или конверзију енергије.
Основне фазе прераде сурутке
Прерада сурутке генерално почиње бистрењем и одвајањем масти. У овој фази може се користити центрифугални сепаратор за уклањање финих честица, остатака скута и масти. Затим се врши пастеризација како би се смањило микробиолошко оптерећење и осигурала безбедност даље обраде. Сурутка се затим подвргава концентрацији и фракционисању коришћењем мембранске или технологије испаравања, у зависности од жељеног производа.
Мембранска технологија: срце модерног фракционисања
Мембранска технологија је окосница прераде сурутке јер је у стању да раздвоји компоненте на основу молекуларне величине и наелектрисања, под релативно ниским температурама, тако да се одржава квалитет протеина.
1. Микрофилтрација (МФ)
МФ се користи за уклањање суспендованих честица, бактерија и масних глобула. Ово је неопходно за побољшање стабилности финалног производа и спречавање загађења мембрана у наредним фазама.
2. Ултрафилтрација (UF)
УФ одваја протеине сурутке (ретентат) од лактозе и минерала (пермеата). УФ производи концентрат протеина сурутке (WPC) са различитим нивоима протеина (нпр. 35%, 60% или 80%). Што је већи садржај протеина, већа је његова вредност и шира је примена у протеинским напицима, пекарским производима и функционалној храни.
3. Дијафилтрација (ДФ)
ДФ је прање УФ ретентата водом ради смањења садржаја лактозе и минерала. Овај корак је кључан за производњу ВПК-а са чистијим укусом и нижим садржајем лактозе.
4. Нанофилтрација (НФ)
NF се користи за концентровање лактозе и делимично уклањање минерала из UF пермеата. Ова технологија је ефикасна за подешавање минералног профила и припрему сировина за производњу лактозе или сирупа.
5. Реверзна осмоза (RO)
РО наглашава концентрацију воде (одводњавање). Запремина сурутке се може смањити РО методом пре испаравања, чиме се штеди енергија.
Предности мембранске технологије су енергетска ефикасност, флексибилност и могућност производње високовредних фракција. Главни изазови леже у загађењу мембране, потреби за CIP чишћењем и оптимизацији притиска и температуре ради одржавања стабилних протока.
Испаравање и сушење: Претварање сурутке у стабилан производ
Након концентровања, сурутка се обично обрађује у вишеефектном испаривачу како би се повећао укупан садржај чврстих материја. Затим се суши помоћу сурутке распршивањем да би се добио прах сурутке или протеински прах. Сушење распршивањем омогућава дуг рок трајања, лак транспорт и лаку примену у различитим формулацијама хране.
За производе као што су WPC и изолат протеина сурутке (WPI), контрола температуре током сушења је важна како би се спречила прекомерна денатурација протеина, одржала растворљивост и одржала функционална својства као што су пењење, емулгирање и желирање.
Концентрат протеина сурутке (WPC) и изолат протеина сурутке (WPI)
– WPC се производи првенствено ултрафиберизацијом и сушењем. Садржај протеина варира, али и даље садржи мало лактозе и минерала. WPC се често користи за побољшање текстуре, осећаја у устима и нутритивне вредности производа.
– WPI има веома висок садржај протеина (типично >90%) и веома низак садржај лактозе. Његова производња захтева додатне процесе као што су интензивна дестилација дебелог црева, јонска измена или напредне комбинације мембрана. WPI је популаран у производима за спортску исхрану, медицинској храни и формулацијама које захтевају низак садржај лактозе.
Поред садржаја протеина, квалитет WPC/WPI одређује се његовим аминокиселинским профилом (богат BCAA), растворљивошћу и степеном денатурације. Иновација процеса фокусира се на производњу „нативног протеина сурутке“ уз минималну термичку обраду, чиме се боље одржава структура протеина.
Производња лактозе и деривата угљених хидрата
УФ пермеат је богат лактозом и минералима. Лактоза се може произвести кристализацијом након концентрације и презасићења. Лактоза се широко користи у прехрамбеној индустрији (нпр. кондиторској), фармацеутској индустрији (као помоћна супстанца у таблетама) и сточној храни.
Лактоза се такође може хидролизовати помоћу ензима лактазе у глукозу и галактозу да би се добили производи са ниским садржајем лактозе. Ова хидролиза је корисна за потрошаче који не толеришу лактозу, а такође повећава ниво слаткоће, чиме се смањује додатни шећер у одређеним формулацијама.
Још једна напредна технологија је производња олигосахарида као што су ГОС (галакто-олигосахариди) путем реакција трансгалактозилације. ГОС су веома цењени због својих пребиотских својстава и широко се користе у формулама за одојчад и функционалним напицима.
Ферментација сурутке: од отпада до биопроизвода
Ферментација је важан пут за коришћење сурутке, посебно фракције богате лактозом. Уз помоћ одабраних микроорганизама, сурутка се може претворити у:
– Млечна киселина: сировина за PLA биопластику и прехрамбену индустрију.
– Етанол: добија се ферментацијом одређених квасаца; може се користити у индустрији или за производњу енергије.
– Сирћетна киселина, пропионска киселина и други метаболити: за прехрамбену и хемијску употребу.
– Микробна биомаса: на пример производња одређених квасаца или пробиотика.
Изазови ферментације сурутке укључују варијације у саставу сировина, потребу за допуњавањем хранљивим материјама и контролу контаминације. Интеграција ферментације са системима за сепарацију (нпр. мембраном или пречишћавањем) може побољшати принос и ефикасност процеса.
Биоактивни производи: лактоферин и функционални пептиди
Модерне технологије пречишћавања омогућавају изолацију вредних споредних компоненти као што су лактоферин и имуноглобулини. Коришћене методе укључују хроматографију, селективне мембране и контролисано таложење. Штавише, протеин сурутке може се хидролизовати помоћу ензима да би се произвели биоактивни пептиди са потенцијалним антихипертензивним, антиоксидативним или имуномодулаторним дејством. Ови производи су широко развијени у секторима нутрицевтика и функционалне хране.
Трендови и иновације: Ка зеленијим процесима
Тренутни правац развоја технологије прераде сурутке наглашава енергетску ефикасност, смањење технологичке воде и коришћење нултог отпада. Комбинације RO и испаравања ради уштеде енергије, употреба мембрана са побољшаном отпорношћу на прљавштину и интеграција биорафинерије (производња протеина, лактозе, органских киселина и енергије из једног тока сурутке) су у фокусу истраживања индустрије.
Поред тога, дигитализација процеса, као што је праћење загађења у реалном времену, аутоматизована CIP контрола и оптимизација оперативних параметара заснована на подацима, помаже постројењима да побољшају конзистентност квалитета уз истовремено смањење трошкова производње.
Пенутуп
Сурутка се трансформисала од отпадног производа млечне индустрије у стратешки извор сировина за храну, фармацеутске производе и биопроизводе. Кроз мембранску технологију, испаравање, сушење, кристализацију, ферментацију и пречишћавање биоактивних једињења, сурутка се може прерадити у различите деривате високе вредности као што су WPC, WPI, лактоза, GOS, млечна киселина и функционални пептиди. У будућности, интеграција технологије и биорафинеријског приступа има потенцијал да учини прераду сурутке ефикаснијом, еколошки прихватљивијом и профитабилнијом, а истовремено подржава концепт циркуларне економије у прехрамбеној индустрији.
