De verwerking van wei

DE VERWERKING VAN WEI. ==~==================

L.J. Jansen J.C. van'Suijdam

: Lab. v. Fys. Technologie

,

Prins Bernhardlaan 6 Delft. ~

DE VERWERKING VAN WEI. =====================

"I began to dr:ink whey when I discovered that it wéj.s brought to my bedside every morning at six, by a pretty dairy-maid"

-Samenvatting

Wei is een lactose en eiwitten bevattend bijprodukt dat ontstaat bij de kaasbere,iding. De verwerkmg geeft grote problemen voor de zuivelindustrie.

Er is een studie gemaakt van de verwerkingsmogelijkheden van wei

tot p~odukten. 0 ~

Van de verschillende verwerkingsmogelijkheden zijn de technische en ekonomische facetten onderzocht. De konklusie luidt dat het winnen van weieiwitten door ,ultrafiltratie van de wei, gevolgd door fermentatie van de lactose tot single cell protein

per-spektief "biedt, gezien de eiwit-voedseltekorten op de i'lereldmarkt. Een uitbreiding van de produktie van lactose of weipoeder lijkt gezien de huidige marktsituatie niet zinvol.

Andere produkt en zijn te specialistisch en zijn daarom niet

gesc~i~t vobr de verwerking van de grote hoeveelheden wei •

'1. Algemene inleiding 1

2. Doel van de studie 1

3. Inleiding 1

3.1 •• Historie 1

3.2. Samenstell'ing en hoeveelheden van de wei

_.

2

3.3. Huidige verwerking van wei 3

3.4. Vervuiling 4

4. Overzicht van de venverkingsmogelijkheden < 5

5. Beschrijving van de bij de weiverwerking

veel voorkomende processtappen 6

5. 1 • Drogen 6

5.2. Precipitatie 7

5.3. . Kristallisatie van lactose 8

5.4. Filtratie 9 5.4.1. Hyperfil tratie 9 5.4.2. Ultrafiltratie 10 5.4.3. -Gelfiltratie 11 5.5. Ontzouting 11 5.5.1. El el-trodial yse 11 '. 5.5.2. . Ionenwisseling 12 6. -Processen 13

. 6. 1. De produktie van weipoeder 13

6.2. De produktie ~qn lactose 14 _ l

6.3. De produktie van eiwitten 15

6.3.1. Eiwitverwijdering uit wei 15

. - precipitatie 15

- ultrafiltratie 16

- ultrafiltratie en gelfiltratie 16

6.3.2. Eiwitvenvijdering uit ontsuikerde wei 16

6.4. De produktie van gist en gistekstral-ten 17

6.4.2. 6.4.3. 6.4.4. 6.4.5. 6.4.6. 7. 7.1. 7.2. Mikro-organisme Uitvoering Toegepaste processen Produkt

Venverking van gist tot gistekstrakt Ekonomie

Algemeen Processen

7.2. 1 • Het drogen van wei tot weipoeder

7.2.2. '"~"Proèessen met behulp van ultrafiltratie

7.2.2.1. Wei-eiwit en lactose uit wei door ultrafiltratie 7.2.2.2. Wei-eüvit en gistprodukten uit wei

7.2.3. . Processen met behulp van ultrafiltratie en gelfiltratie

7.2.3.1. Produktie van eiwit en lactose uit wei 7.2.3.2. Produktie van eiwit en gist uit wei

8. Marktanalyse 8·.·1. Weipoeder 8.2. Lactose .8.3. Ehvit 9. Konklusie 10. Literatuurlijst Blz. 17 18 19 20 20 22 22 < 24 24 25 25 26 27 . 27 28 29 29 29 29 31 32 d· " , . • ' ' : . ' I

"/

1. Algemene inleiding.

Wei wordt verkregen door koagulatie van caseïne tijdens het maken van kaas of caseïne. Het bevat ongeveer de helft van de vaste stof-fen yan de melk, het grootste deel van de lactose, ongeveer 1/5 van de ~iwitten en hét meeste van de vitaminen.

Door indampen kan weipoeder worden verkregen. Als grondstof zou de I.

wei kunnen dienen voor de produktie van voedzame toevoegingen in de levensmiddelenindustrie. Wei kan ~us een waardevol bijprodukt van de kaas industrie zijn. In tegenstelling hiermee is het voor 'veel bedrijven een lastig afvalprod~kt,.waar men zo goedkoop

moge-lijk vanaf wil komen.

Daar de lozing van wei op het oppervlaktewater tegenwoordig niet verantwoord meer wordt geacht en daardoor de lozingskost,en sterk zijn gestegen, is de llistorische gegroeide mening dat wei een wei-nig waardevol produkt is aan het omslaan. Men zoekt daarom naar mo-gelijkheden om uit de wei waardevolle produkt en te winnen.

2. Doel van de studie.

Het doel van de studie is het inventariseren van de mogelijke wei-venverkingsmethoden en het onderling vergelijken van deze methoden,

zowel op procestechnische als ekonomische gronden. Dit ten einde te komen tot een of meerdere weivenverkingsmethoden, die in de praktijk kunnen worden toegepast.

3. Inleiding.

3.1. Historie.

Zo lang men al kaas kent, kent men ook wei. In de middeleeuwen sc4reef'men aan wéi diverse heilzàme werkingen toe. Men dacht o.a.

,I

2

-dat het een rustgevende werking op het zenuwgestel:haà, en l1ielp tegen ziektes als melaatsheid en uitslag. In Engeland bestonden er in de zeventiende eemv 'wheyhouscs', waar men na afloop van een theaterbezoek een glaasje wei dronk. Ook werd wei zelfs tot jn de negentiende.eeuw toe gebruikt voor kosmetische doeleinden

Cl,,?) •

In tijden van noöd, heeft men altijd wel de hoge voedingswaarde vàn wei gezien. Zo heeft men in Duitsland gedurende de tweede wereldoorlog in verband met de eiwitschaarste geprobeerd de

,wei-~iwitten voor menselijke konsumptie te benutten. Men heeft hierbij,

pogingen in,het werk gesteld om de gisten Torula utilis en Saccha-romyces lactis op wei te laten groei~n ten einde gisteiwitten te

v~rkrijgen. Doordat het proces ekonomisch niet rendabel was, is

het werk en onderzoek hieraan in de oorlog stop gezet' (~,3J. EI-ders'heeft men wei zonder meer genuttigd.

'De bij de'kaasbereiding vrij komende wei is in het verg[den door de boer altijd gezien als een 1velkome aanvullende voedselbron

_.

~oor het vee of minstens als bemestingsmiddel. De wei 1verd dan ook ,grotendeels gebruikt als kalvermelk en var1c~nsvoer. Naarmate de'

kaasproduktie steeds meer centraal ging plaats vinden, begon de wei 'problemen op te leveren. Rond grote kaasfabrieken is de

afzetmoge-, ,

lijkheid als veevoer te klein, en transport over langere afstanden is i. v.m. het hoge vochtgehalte te duur. Desondanks wordt in Amerika nog 40% van de wei teruggevoerd naar de boer, in Groot,Brittannië-,

33%~~

West

~sl~-en

in Denemarken zelfs 90%'

~).

3.2. Samenstelling en hoeveelheden van de wei.

Tengevolge van de vaak variërende methoden die voor de kaasberei-ding worden gebruikt, is de samenstelling v.an de wei zeer

verschil-, '

lende Men onderscheidt twee typen wei nl. zoete en zure wei.

Zoete wei wordt verkregen bij d~ bereiding van normale kaassoorten als Goudse kaas en Camembert en de pH bedraagt 6,0 - 6,5. Zure wei wordt ver kregen bij de bereiding van 'cottage cheese' en, kwark' C§) •

melk·2a

-Tabel 1 :. Samenstelling van wei

zoete wei zure wei

% van % van % van % van

totaal droge stof totaal droge stof

water 93,2 93,6 lactose 4,7 75,8. 4,3 69,3 I t " : _ 'pro elne _{0,8 12,9 0~8 12·,9} melkzuur 0,2 3,2 0,S 8,1 zouten 0,S 8,1 0,6 9,7 vetten û,6

· ... 0·...-

0,2 ...

Tabel 2 Hoeveelheden wei in duizende tonnen

Nederland E.G. U.S.A. wereld "969 1971 1972· 1973 1.864 2.424 2.504 2.616 15.456 17.962 18.989' 19.309 8.618 10.883 11.804 11.836 57.113 66.190 68.948 71.007 <

"

3

-zuurbakteriën is het lactosegehalte wat lager als bij zoete wei. Zure wei heeft een lactoseg~halte van 4,4 - 4,6 %, tenvijl het gehalte aan zouten en eiwitten overeenkomt met zoete wei.

In het algemeen bevat wei 6 tot 7 % droge stof, in-tabel 1 wordt de samenstelling gegeven'(l).

Verder bevat wei nog laagmolekula~re stikstofverbindingen zoals ureum en de volgende vitaminen Thiamine (B1), Riboflavine (B2), Pyridoxine (B6), Cobalamine (B12), Ca-panthothenaat,'Biotine, Ascorbinezuur (C) en Vitamine A' ~).

De wei-eiwitten bestaan voornamelijk uit fo-Iactoglobuline, O<,-lác-talbumine, immunoglobuline en bloedserumalbumine.

Bij temperaturen boven de 6SoC vinden 'in de wei-eiwitten

iriever-, sibele overgangen plaatsiriever-, de zgn. denaturering. Hierbij wor:den . funktionele eigenschappen als. smaak en oplosbaarheid vernietigd. _{, ,} In tabel 2 zijn weiprodukties gegeven van Nederland, de Europese Gemeenschap, de Verenigde Staten en de totale wereld in de jaren

1969, 1971, 1972 en 1973' C.~)

•

3.3. Huidige venverking van wei.

Wei wótdt grótendeels centraal venverkt tot melkeiwit, weipoeder en lactose, waarvan Nederland de belangrijkste wereldproducent is (~).

Wei wordt ook nog als veevoeder gebruikt (vooral in Denemarken) doch deze toepassing neemt steeds meer af, omdat de konsentratie aan voedingsstoffen in wei te laag is ten opzichte van andere goedkope voedselaanvullingen. Ook het transport naar de boer geeft

prob~emen.

In de levensmiddelenindustrie bestaat een stijgende belangstelling voor het gebruik van weipoeder in levensmiddelen zoals ijs, baby-voeding en bakkerswaren. Wei wordt ook gebruikt bij de bereiding van frisdranken zoals RivelIa.

Weipoeder kan voor een deel magere,~elkpoeder vervangen. Dit geldt evenwel nauwelijks voor de E.G.-markt, daar hierop een groot

over-land geloosd Nederland (10 % Oostenrijk _{63 %} Groot-Britt. + 50 % USA, Canada en Skandinavië (50 % Fra.n..krijk, Italië en )50 % W.-Duitsland'

\

-- -- -- -- 1

:~L~1.~'

V

jaartal 1971 1971 1972/1973 literatuur 9 5 5 ',. 5 5

4

-schot aan magere melkpoeder is.

Daarnaa"st wordt er nog op kleine schaal door precipitatie wei-eiwit uit de wei gewonnen. Dit heeft het nadeel dat de envitten gedenatureerd worden.

3.4. yervuiling.

HoeHel eksakte cijfer~ in veel gevallen niet voorhanden zijn, geeft tabel 3 aan hoeveel wei jaarlijks geloosd "\vordt in de verschillende landen' (~,1).

<

Indien men bedenlrt dat wei indien geloosd een vervuiling ople- "

ve~t met een B.O.D.-waarde (Biological Oxygen Demand) van 30.000

, ,

,tot 50.000 ppm (lQ,1l~12), dan is het duidelijk dat bovepstaande geloosde hoeveelheden een gigantische vervuiling veroorzaken. Zo

~

zal b.v. 1.000 m3

geloosd~

wei

4,SOO.ÓOO

m3 onvervuild water no-dig hebben voor de oxidatie hiervan. Uitgedrukt in

inwonerekwi-ei

valent"en' (I.E.) komt 1 ton natte 'vei/overeen met 0,55 - 1,1 I.E.

Q,1,.Jl)· .

r.

Vergeleken met andere landen wordt in ,Nederland gelukkig erg wei-nig wei zonder meer geloosd. Zou dit wel het geval zijn, dan komt de jaarlijks geproduceerde hoeveelheid wei overeen met 3 miljoen I.E. Zoals gezegd wordt de wei in Nederland grotendeels verwerkt.

Een bedrijf als Borculo verwerkt per dag 4 miljoen liter, wei. Dit zou een vervuiling betekenen van 1,3 miljoen I.E., het bedrijf heeft echter slechts een vervuilende lverking gelijk aan 14.000 I.E.

(]l) •

\

De kosten die ,zijn verbonden aan de lozing van,Hei op oppervlakte-water bedragen ~ 3 cent per liter'(l;l!). Deze'prijs geldt echter alleen bij een gelijkmatige lozing gedurende het gehele jaar. Pie-ken in de IO,zing brengen meteen hogere kosten met zich mee, daar de kapaciteit van de zuiveringsinstallatie moet ,vorden berekend Op

, '

-)4I---l "oogsten" r---~---~~~ "oogsten" fermentatie kristallisatie ~----:,..j drogen '. , I-<I--!----I gelfilt.ratle .."..---~ konsentreren J elel<trodialyse t----{ ,...--~ ultrafïltratie t-+-i~ ' -_ _ ~ omgekeerde I--+--i>oj osmosz ultrafiltratie W.z:iPOCd

0

,drogenr eiwitpoeder

i

,.'

5

-4. Overzicht van deweiverwerkingsmogelijkheden •

.. r

! .ft

De mogelijkheden om wei tè verwerken .zijn zeer talrijk. Figuur 1 geeft. schematisch de mogelijkheden weer. In het schema zijn pro-cesstappen in eèn rechthoèkig en produkt en in een ovaal kader weergegeven. De processtappen en processen worden onder punt 5

en 6 gedetailleerder beschreven.

...

. ,.

5. Beschrijving van bij de weiverwerking veel voorkomende

proces-stapp~n.

5.1. Drogen.

Hieronder worden technieken besproken welke zowel gebruikt wor-den bij het drogen van wei tot weipoeder als bij het indikken en drogen van wei, waaruit reeds één of meer komponenten zijn ~

yerwijderd.

De eerste indikfase tot 20

a

50 % kan met multiple effekt ver-dampers gebeuren.

Anderë mogelijkheden tot indi.kken zijn filtratiemethoden, wel-_.

.

ke echter bij filtratie worderi besproken (5.4.).

'Pogingen hebben aangetoond dat men met vriesdrogen de wei tot ca 30

%

d.s. kan koncentreren' Cll).

Vriesdrogen brengt lagere energiekosten met zich mee dan in-dampen, de kosten van mechanische ijsverwijdering zijn echter hoog. Bij de ijsvenvijdering gaat opgeloste stof verloren. Er bestaan evènwcl waslçolorrnnen voor ijskristallen. De bedrijfskos-ten blijven evenwel hoog·C~).

D~ laatste stap bij de weiverwerking is 'vaak een proces waarbij uit een vloeibaar koncentraat een poedervormig produkt wordt ge-vormd. Twee typen pro~essen worden hierbij veel gebruikt nl.

trommeldrogen en sproeidrogen.

a. Trorrnneldrogen (ook wel walsdrogen genoemd) heeft als voor-deel dat het vooral' bij lagere produktiekapaciteiten goed-koper is.

Een'groot nadeel bij de bereiding van weipQeders is dat de aanwezige lactose in amorfe toestand' is, waardoor het pro-dukt hygroskopisch is en daardoor snel hard en onhandelbaar

is. Bovendien bestaat het gevaar dat de ehvitten worden be-schadigd.

b. Sproeidrogen heeft als voordeel dat bij aanwezigheid van lac-tose een hogere kristallisátiegraad wordt bereikt wat .de pro-duktèigenschappen sterk verbetert.

.

,.

5.2.

7

-Betere produkteigenschappen kunnen 'vorden verkregen door na het indampingsproces (tot 59 à 60 % d.s.) een voorkristalli-. satie toe te passen, er ontstaan de zgn. 'non-caking' weipoe-. ders C!2.~.JJD. De\veipoeder kan nog verder worden verbeterd

tot zgn. 'instant'-weipoeder, door na de droogtoren een fluide bed./teruggevoc;::rd naar het sproeidr:ogen •

.:0 ... 4 .... ~ ..,.",..,

Een ander voordeél van sproeidrogen is dat de temperatuur in

o . . "

de eerste fase niet boven de 50'C komt. In de laatste fase, namelijk de droogkamer of het fluïde :'bed, kan de temperatuur bij 80-850C liggen, daar biologische stoffen naar v~rhouding in droge toestand meer stabiel zijn. Dit alles om denaturering van ei'vi tten te voorkomen.

<

Oqk is sproeidrogen van lactose mogelijk (zie lactosebereidjng).'

Om ~e voordelen van sproeidrogen t.o~v. trommeldrogen aan te geven" in West-Duitsland steeg het aandeel van sproeidrogen van 60% in 1968 tot 85% in 1973 (5).

Bij het sproeidrogen van zure wei trede~ speciale problemen op. Wel kan zure wei worden gedroogd met gas-injektie-sproei-drogerr of schuimsproeidrogen' (~)" ,

Bij deze processen wordt weikonsentraat voor het sproeien. ge-injekteerd met een onschadelij~ gas á~s' _{CO2, N2 of lucht •} Hierdoor gaat de wei schuimen, wat na sproèillrogen een schuim-vormig produkt geeft, dat licht is, niet aankoekt en

nauwe-~~lijks hygroskopiscJ{ is.

~

,',

prec'ipi t~ tie

Het winnen van.eiwitten uit wei kan plaatsvindén door middel van precipitatie' (~;~;20).

Het is mogelijk de eiwitten neer te slaan door hittedenatura-tie bij het isoëlektrisch punt (pH

=

4,5 - 5,0). Hiertoe voegt men zuren of zouten toe aan de wei (b.v. zoutzuur; melkzuur,

càlciumchloride, ijzerchloride en aluminiumchloride) en ver-hit men gedurende ongeveer een half uur op 90oC. Hierna kan , door centtifugatie of filtratie en drogen een eiwitprodukt verla.'egen worden, dat 60

à

70% eiwit bevat. De onteiwittenvei

kan hierna voor de lactoseprocluktie worden gebruikt of gefer-menteerd tot gist.

Een nadeel van het gevormde produkt is, dat de afzetmogelijk-heden in verband met de onoplosbaarheid van het eh/it. gering z~jn.

Ook is mogelijk de precipitatie te laten verlopen met behulp van polyfosfaten én anionische polyëlektrolyten. Dit heeft het voordeel niet gedenatureerde eiwitten op te leveren, daar slechts licht ven~armd hoeft te worden voor het neerslaan. Ekonomisch

g~zien is het echter een vrij kostbaar proces.

Het·bij de beschreven precipitaties gevormde produkt ]leeft een hoge voedingswaarde en wordt dan ook gebruikt als toevoeging in levensmiddelen en als toevoeging bij de bereiding van zachte en halfzachte kaas om de opbrengst te verbeteren.

In Nederland, dat één, van de ,weinige produkten van precipitaat-eiwit is, ligt de produldie in de orde van grootte van enkele honderden tonnen per jaar.

5.3. [tistallisatie van lastose.

Zoals vermeld bij de samenstelling van wei, bevat wei 4 tot 5 %

lactose.

(

Deze lactose kan worden verkregen door kristallisatie van de wei of van een eiwitarme wei. De eiwitarme wei kan worden verkregen door precipitatie van eiwitten (zie 5.2.) of door ultrafiltratie van de wei (zie 5.4.2.).

Een nadeel bij de direkte winning van lactose uit· wei door indam- . p.en is dat het· slechts mogelijk is een deel van de lactose te win-nen. Bovendi·en bevat deze lactose nog tamelijk veel ehlitten •. De overblijvende 'moederloog', dat lactose, ei",.itten en zouten bevat,

~~ordt als veevoeder gebruikt. T.g.v. het hoge zoutgehalte kan dit produkt niet in de levensmiddele?-industrie \~rden gebruikt.

Het U.F. permeaat of de door precipitatie eiwitarme wei kunnen tot

9

-lactose worden verwerkt door indikking (hyperfiltratie of indam-pen), gevolgd door kristallisatie.

Bij het oplossen in water komt lactose ·zmvel in decX- alsp -modi-fikatie voor. Bij langzame kristallisatie onder 93,SoC vormt zich voornamelijk het O<-monohydraat, dat niet hygroskopisch is' (l~J.

Afhankelijk van de zuiveringsgraad verkrijgt men de volgende pro-dukten.

1. Ruwe lactose, éénmaal gekristalliseerd (geelachtige kleur). 2. Geraffineerde lactose, meerdere malen gekristalliseerd (wit). 3. FaD!1ê.ceutische lactose, meerdere malen gekristalliseerd, ge~

zuiverd _over aktieve kool en o~tzout door ionenwisseling. Inde levensmiddelen-industrie maakt men gebruik van de geraf-fineerde lactose, onder andere in babyvoeding. ~aar lactose min-der zoet is dan saccharose (ongeveer 30

%)

wordt lactose ook ge-bruikt als vervangingsmiddel van saccbarose in konfituren en mar-melade. Ook wordt lactose in de bakkérswereld gebruikt, daar het de aroma in veel bakkdersprodukten verster~t.

Bij de laatste stap in het proces, het drogen, wordt het resteren-de 'p-anhydr<:tat in c<-monohydraa,t omgezet. Het droogproces kan . sproei-drogen, trommeldrogen of fluide bed drogen zijn.

5.4.· Filtratie

Drie soorten filtratie kunnen we bij de fraktionering van wei toepassen :

1. hyperflitratle (H.F.), ook wel omgekeerde osmose (O.O.) genoemd.·

2. ultrafiltratie (U.F.). 3. gelfiltratie (G.F.).

5.4.1.'Hyperfiltratie of omgekeerde osmose

...

Hyperfiltratie is een methode voor hèt scheiden van oplossingen langs fysisch-chemische weg door semipenneabele membranen (21,22).

. ,.

De mem~ranen houden opgeloste ionen en molekulen tegen, terwijl het oplosmiddel, bij wei dus" water, door: het membraan stroomt. De drijvende kracht is de werkdruk. Deze bedraagt bij H.F. 40 - 50 atm •. Direkt hiervan afgeleid is de flux (volumestroom per oppervlakte-eenheid. per tijdseenheid) door het membraan.

De flux wordt verder bepaald door temperatuur, membraan lGvaliteit, vervuiling en de verwerkte vloéistof.· De membranen zijn meesta+

gemaakt van celluloseacetaat. H.F. wordt voornamelijk toegepast als eers,te stap bij de indikking van 'vei (4-5x indikken). <:

De H.F. is energetisch gezien goedkoper dan indampen' (23). De indikking met behulp van H.F. kan echter maar tot ~ 30 % d.s. gaan, daar hierboven lactose in het permeaat terecht komt " wat een verhoging van de B.O.D. geeft· (20).

Het 'nadeel van H.F. is de no~'onvolmaakte membranen. Hierdoor treedt snel vervuiling en lekken op, waardoor d~ ouderhouds- en . bedrijfskosten hoog zijn. Ook treedt snel bakte~iologische

besmet-ting op • .Daarom worden de membraanprocessen bij 100 C bedreven;

5.4.2. Ultrafiltratie

Ultrafiltratie is een techniek welke net als H.F. gebaseerd is op sc~eiding over memb:ranen (2 0 ~ . n~

.

E~" 24). U. F. is echter werkzaam in het makro-mole~l~?-ir<? gebie~l, zçx1.at bij U ..

I: ....

·het water met kleine molekulen en ionen door het membraan getrans-porteerd worden. Eiwitten worden niet getr~nsporteerd. De druk bij U.F. is daarom lager dan bij H.F. (4-10 atm) , omdat de klei-nere molelrulen niet tot de osmotische druk bijdragen.

Door D.F. toe te passen is het mogelijk zonder denaturatie -wei te fraktioneren in een eiwitrijke- en een lactoserijke fraktie. Omdat de eiwitten niet gedenatureerd worden, behouden deze de

funktionele eigenschappen, zoals schuimend, gelerend en emulgerend vermogen (10).

Een voordeel is ook dat de eiwitrijke fraktie bij U.F. gelijk-tijdig gekonsentreerd wordt tot 20~30' % d.s. Het lukt evenwel niet met U. F. alle lactose uit de eiwitten te verwij deren •. De maksimale eiwit/lactose-verhouding bedraagt 60/40 - 70/30.%.

, ;

11

-5.4.3. Gelfiltratie

, 5.5.

Ook Gelfiltratie is een scheidingstechniek op molekulair gewicht (1Z, ZO). Het filtratiemediwn is een "netwerk" van

polysacchari-,

-den (b.v. dextran) welke poriën bevat. In deze poriën kunnen lactose- en zoutmolekuIen gevangen worden welke kleiner zijn dan de poriën. De grote eiwitmolekuIen ~obden de kolom uitgespoeld. Een nadeel van G.F. is dat het envit in tegenstelling tot U.F. ' niet in gekonsentreerde vorm wordt g~~onnen. Hierdoor ontstaan ( grotere indamp ingskosten , waardoor G.F. duurder is dan U.F.

Caseïne en vetten, verstoppen de mem,branen en de gel. Ook wordt de wei laaggepasteuriseerd (7ZoC, 10-15 sec) om bakteriegroei bij 'het proces te voorkomen.

Daarom moeten bij bovenstaande filtratietechnieken, de caseïne en de vetten die in wei aanwezig zijn vO,oraf worden verwijderd door centrifugatie.

Ontzouting

, '

Voordë ontzouting van wei staan twee technieken ter beschikking,

"

elektrod~alyse en ionenwisseling. Deze technieken vinden

toepas-sing bij de bereiding van ontzoute weiprodukten, die voornamelijk hun weg 'vinden 'naar de baby- en dieetvoedingsmiddelenindustrie.

5.5.1. ,Elektrodiaiyse

Elektrodialyse werkt als volgt. Een vloeistof stroomt tussen twee membranen door. Eén van de membranen laat'alleen positieve ionen door, de andere alleen negatieve. Onder invloed van een. aangeiegd elektrisch veld }Je1vegen zo" de ionen door de mem-branen uit de oplossing. Ongeveer 90 %'van de zouten kan op deze manier in de vorm, yan een zoutoplossing worden vep.;ijderd . '(12' '16). _~,~.

, '

voorkristallisatie

fig. 6.1.1. : Het drogen van wei met behulp van hyperfiltratie en

spoeidrogen.

. ... ~ .,' ,~

weipoeder

>96 % _{d.s .}

. I.

fig. 6.1.2.

_..

ret drogen van

~- ,

.,. -...

wei met behuln van snroeidrogen.

12

-5.5.2. Ionenwisseling.

Ten einde met behulp van ionenwisseling te ontzouten, heeft men twee ionenwisselaars nodig. Eén kolom waarin OH--ionen worden uitgewisseld tegen anionen en één .waarin H

30+-ionen worden uit-gewisseld tegen kationen· (~~~).

Voor de ontzouting van het perrneaat van ultrafiltratie is ionen-wisseling te gebruiken, echter voor de ontzouting van het konsen-traat niet, omdat de viskositeit hiervan te hoog is~ <

De nadelen van ionenwisseling ten opzichte van elektrodialyse zijn: - door het hoge zoutgehalte is er een hoog chemilmliënverbruik en

is er veel kolornmateriaal nodig.

er zijn hoge kosten van re~enereermiddelen en voor de verwijde-ring hiervan.

!<. indampen 45% _d.s.

drogen

4%vocht gewone weipóeder:

droqen

4%vocht koeling. op fluïde bed nicz:tstuivcz:nd voorgekris-weipoedcz:r indampen 50-600_/od.s.

. drogen

6 %vocht nadrogen +koeling op fluïde bed

'straight-trough'

weipoeder

fig. 6.1.3. :De VerScH.nende weinoederprodukten .. uit wei. .'

.

drogen

14%vocht nakïistalli salie op transport band instant' we i poeder: , . · •. 0.

-13

6. Processen.

Achtereenvolgens wordt de produktie van weipoeder, lactose en eiwit

besproken.-6.1. Produktie van weipoeder.

De produktie van weipoeder uit wei is al sumier beschreven bij de droogtechnieken

(5.1.).

In de figuren 6. 1 • 1. en 6. 1 .2. is het droogproces van wei t.ot w~i­

poe~er weergegeven' (.Ji). Het yerschi~ tussen de processen is dat

-in fig. 6.1.1. de eerste inàikking door hyperfiltratie (tot maksi-maal 30 % d. s.) , terwij I in fig.) 6.1. 2. de wei -geheel door

indam-pen wordt ingedikt. Na het indikken wordt voorgekristalliseerd, omdat de-kwaliteit van de verkregen weipoeder sterk afl1ankelijk is van de'kristallisatiegraad van de lactose.

. .

In fig. 6.1.3. worden wegen gegeven, die tot verschillende

weip~e-ders leiden·'

CUD •

-

-Wei kan door indampen (45 % d.s.) en sproé:idrogen worden omgezet in zogenaamde gewone weipoeder (4 % d.s.).

. ' .

Na het indampen kan men ook eerst voorkristallisatie laten plaats-vinden. Hierna wordt gesproeidroogd tot 4 - 14 % vocht. Afl1anlcelijk van het vochtgehalte kan nog nakristallisatie plaatsvinden.

Door .terugvoer van de 'fines' wQrdt een nietstuivend weipoeder .. ver- .

• ~ <.

kregen. Bij een hoge krlstallisatiegraad van de lactose in de

w~i,poeder heeft het poeder geen neiging tot kluitvorming.

-De v~rschillende weipoeders zijn vermeld in de .figuur. Toepassing in

dè levensmiddelen-industrie en als veevoeder.

Naast de genoemde weipoeders zijn er nog de volgende \veipoeders: - ontsuikerd weipoeder verkTegen door kristallisatie van lactose

uit wei (zie 6.2.).

- ontsu ikerd, ontzout weipoeder, hierbij is bovendien nog een ont-zouting door elektrodialyse toe,ge~ast. Het \vordt toegepast in de dieetvoeding.

..

..

retour ionen-wisseling Ca

,mg

/!> (\Ja hyperfiltratie (omgekeerde

osmose)

H.F. konsentraat 14,7% _{vaste stof} 12,7% _lactose?! 40%vaste stof J - - - J ! l > I 200/0 lactose ~--~r---~ . residu 41.7% _{vaste stof J < ! - - - I} 20.8% lactose '---,---... melasse 42,1% _{vastcz stof} 21.1% lactose oplossen filtratie kristallisatie centrifugatie drogen

fig. 6.2.1. :. De' lactc5seproduktie uit.P'.aande van-ultrafiltratiepermeaat. H.F.permeaat QO/ovaste stor residu 23,7% _lactose . , . . . ~.'. .' ~ .

r Wc2:i "

~

indampen' lactose kristallisatie oplossen. lactose reiniging over absorptie kool lactose kristallisatie

..

fig. 6.2.2. De produktie van farmacelrtische

.~ lactose uit wei.

,.

.: ...

[

ontzoute weipoeder verkregen door elektrodialyse toe te passen voor het droogproces, afzet in de.dieetvoeding 'en kalvermelk.

6.2. Produktie van lactese.

Zoals al in 11et voorgaande is vermeld, is het mogelijk lactose te wimlen door kristallisatie direkt uit wei of uit eiwitarme wei

(zie 5.3.).

Aangezien de direkte wiruling uit wei het nadeel heeft niet alle lactose te benutten, dat dan bovendien erg veel eiwitten bevat, is het beter uit te gaan van eiwitarme wei' C]j)..

De produktie van eiwitarme wei door precipitatie heeft het nadeel dat gedenatureerde eiwitten gewonnen ·worden· (20). Een zi~volle' kom-binatie lijkt slechts de lactose wi~ing uit het permeaat, dat bij de.ultrafiltratie van WEd vrijkomt·

CD.

Lactose prqduktieproces.

Uitgegaan wordt van Ultrafiltratiepermeaat met een drogestofgehalte

~

.~ ~(.van '5,0 % en een lactosegehalte van 4,2 %. •• .'

. ~yHet st~oomschema van het proces wÇ>rdt gegeven ln flg. 6.2.1.'

CD.

~ Als eerste stap in het proces wordt een ionenwisseling toegepast. Hierbij 'vorden Ca- ~n Mg-ionen uitgewisseld tegen. Na-ionen.

Hierdoor wordt.bij het latere kristallisatieproces de vorming van

Ca- en Mg-fosfaten tegen gegaan. Deze

ionenuitwis~eling

is goed- I

~:~

koper dan de in punt '5.5.2. beschreven volledige ontzouting' (]i) •

~IV'

Na de ionenwisseling ka~ bijvoorbeeld met behulp van omgekeerde os-mose de vloeistof ingedikt worden. tot 25 - 50 % van het oorspronke-lijke volume. In de volgende stap wordt het konsentraat ingedampt. Natuurlijk had de vloeistof ook geheel kUnnen worden ingedampt. Bij de verdamping loopt het vas~estofgehalte op tot 45 -.55 %. De.si-roop die

o~tstaat,

wordt

ver~adigd

bij 900C, waarna de lactose door een langzamE} afkoeling wordt gek'Tistalliseerd. Door centrifugat.ie wordt de gekristalliseerde' lactose g~wonnen. Het residu wordt v'oor

een deel teruggevoerd naar de verdamping, de rest wor~t als mela.sse gewonnen. Deze melasse vindt toepassing als veevoeder; in sonmlige .

f • .... . precipitatie centrifugatie I - - - J > { 1---I!Io-Iwassen I----l~ ,wei

5°/0

d.

s.

fig. 6.3.1. De produktie van eiwit door nrecipitatie uit wei •

landen ook als mest. Tevens kan de melasse worden gefermenteerd. De bij"dit proces gewonnen lactose kan indien dit gewenst is door oplossen, filtratie over aktieve kool, kristallisatie, centrifu-gatie en drogen worden venverkt tot lactose van farmace~tische

kwaliteit. Het hierbij vrijkomende residu wordt geheel terugge-voerd naar de verdamper (zie fig. 6.2.1.).

Voor de direkte bereiding van farmaceutische lactose uit wei wordt in fig. 6.2.2. een stroomschema gegeven. Dit proces \vordt momen-teel nog veel in de zuivelindustrie toegepast, omdat filtratie- "

. " " <

tecImieken

als

ultrafiltratie een ont1-likkeling van de laatste tijd zijn. Het proces is verder gelijk aan het hierbove~ genoem-de kristallisatfeproces uit ultrafiltratie permeaat.

""

6.3. Produktie van eiwitten

Het winnen van eiwitrijke produkt en uit wei wordt" gekombineerd met de" lactosewinning" (16~20).

.

- -

. . . ~

De benodigde fraktionering kan als-volgt plaatsvinden - Eiwitverwijdering uit wei.

Eerst ehütverwijdering, door precipitat"ie, U.F., U.F. met G.F., waardoor eiwit in gekondenseerde vorm wordt gewonnen en een verdunde lactose-oplossing overblijft.

Eiwitverwijdering uit onsuikerde 'vei.

Eerst lactoseverwijdering door indikken en kristallisatie, waardoor ruw~ lactose wordt geivonnen en een verdunde lactose-eiwit-oplossing overblijft, welke naar verhouding veel eiwit bevat'.

6.3.1. Eiwitvenvijdering uit wei Precipitatie

In fig. 6.3.1. is een proces weergegeven \vaarin eiwit door precipitatie en centrifugatie venvijderd wordt. De onteiwitte wei (5 % d.s.) kan tot lactose worden venverkt, worden gefer-menteerd of ingedampt (ontei\vitte weipoeder) •

jI wei 6.0% d.s. 0.8,%cziwit konsentraat 11.3°fod.s. 5,4%eiwit 35.9% _d.s. 17, 3 %eiwit sproeidrogen I - - - - I > f wei-eiwitpoczder . 96 %d.s. 47% _eiwit 40

0/0

lactose

fig. 6.3.2. Het ,,,innen van eiwit door middel van ultrafiltratie.

'.\ konsczntraat 20%d.s. piZrmeaat . 4,5 % d.s. I konsentraat 9°/od.s. I - - - - t > - l ultra,filtratie

Ilr

I---!~ p~rmeaat ' - - - r - - - - . . . I zuiver wei ei\.yitpoeder >96% _d.s.

fig. 6.3.3. Produktie van zuiver weieiwit-poeder en lactose.

.• ,

Na CaenMg

De eiwitten' worden gewassen en gedroogd tot eiwitpoeder. Nadeel van dit proces is dat de eiwitten gedenatureerd zijn.

Ultrafiltratie 1

In fig. 6.3.2. worden de eiwitten afgescheiden door U.F.

Het permeaat bevat voornamelijk lactose, wat venverkt kan worden tot 'lactose, tot onteiwitte 1veipoeder of gist.

De door indampen en sproeidrogen verkregen eiwitpoeder bevat

+ 47 % niet gedenatureerde eiwit.

Ultrafiltratie en gelfiltratie

In fig. 6.3.3. wordt een volledig stroomschema gegeven voor

<

de venverking van wei tot eiwitpoedet Èm lactose. Bij dit proces

komen geen afvalstromen vrij met een hoge B.O.D: waarde," hef"'-wordt in Denemarken reeds toegepast' (16).

. ,

-De ei\vitwinning is vrijwel analoog aan de eiwitwinning 'uit

U.F:-pe~eaat (fig. 6.3.2.). Alleen wordt na de G.F. nog eens U.F.(II)

toegepast om een zuiver eiwitpoeder ( 86 % eiwit) te 'vinnen.

, uit

de lact,ose/zouten-fraktie van de G.,F. wordt het

r~stant eiwit gewonnen door U.F. (~II) ~ De làctose word1:, bij het

permeaa~ gevoegd uit U.F. (I). " . .'

Door ionenwisseling (Ca en Mg vervangen door Na) wordt ervoor gezorgd dat in de lactose geen fosfaten voorkomen. Volgende' ' -processtappen zijn indélJnpen (kan gedeeltelijk door I-I.F.) , kristal-liseren en drogen.

De vrijkomende melasse (35 - 40 % d.s. waarvan 50 % uit lactose . bestaat)kan gebruikt worden als veevoeder, of als grondstof voor de fermentatieindustrie.

Verdere zuivering van lactose kan volgens fig. 6.2.2.

6.3.2. Eiwitverwijdering uit ontsuikerde wei

-In fig. 6.3.4. wordt na indampen van de wei (20 % d.s.) ruwe lactose gewonnen.

Uit de ov:ergebleven moederloog welke lactose, eiwit en zouten bevat . wordt met G.F. (hier kannatuurlijk ook U.F. ,vorden toegepast)

. stczrk verdunde oplossing van lactose,eiwit en zouten sproeidrogen eiwitpoeder 75% _eiwit

fig. 6.3;4. : Weivenlerkinp.;, lactosekristallisatie door eüvi twinning.

t '.

- 17

Hierna volgt indampen en sproeidrogen.

Het produkt bevat 7S % eiwit. Ook kan door drogen van het moederloog 'ontsuikerde weipoeder gewonnen worden.

Bij alle processen kan bovendien nog elektrodialy~e voor volledige ontzouting .worden toegepast.

6.4. Produktie van gist en gistekstrakten

6.4.1. Inleiding

Met behulp van fermentat~e is het mogelijk diverse uitgangs~ stoffen bij de weiverwerking om te zetten in waardevolle pro-dukten (zie fig. 1). De pro~uktie van gist (single cellprotein) is hierbij. een goede mogelijkheid (zie 7.1.). Geschikte ü.it-gangsstoffen.zijn de lactoserijke frakties, die vrijko~en ~~j

ultrafiltratie, gelfiltratie en precipitatie' Cll~

'.?l;

.~~

'n.).

De ferment.atie kan als batch- of kont~nuproces worden

uitge-. .

yoerd. I:Iet voordeel van een batchproces.is de eenvoudige proces-voering, het voordeel van een kontinuproces de hoge opbrengst

t •

per produktieeenheid.

Keller.en Gerhardt vonden dat een kontinue tweetrapSfel1nentatie een goede opbrengst geeft'· (28)."

6.4.2. Mikro-organisme

pen geschikt mikro-organisme in dit geval gist - moet raan een aantal voonvaarden voldoen (9) :

- een efficiënte benutting van'de voedingsstoffen, zodat een effluent overblijft met een zo laag mogelijke B .•. O.D. -waarde. - het moet een relatief hoge groeisnelheid hebben, om de groei

van andere ongewenste mikro-organisme zoveel mogelijk te onder-drukken.

- een relatief grote celdiameter om later bij de opwerking het centrifugeren goed te doen verlopen.

,.

gedr'oogd medium/gist voeding fermentatie fermentatie-medium +gist 1 . omgekeerde osmose decanteren . gedroogd .

\"medium /giSY

f · . 1g.. . ... 6 4 1 :. Het .;.oo.gsten van gist .

. I I • centri fugczren eiwit-verwerking

- 18

- de gist mag niet toxisch zijn

, I

- de voedmgswaarde moet groot zijn en de gist moet een hoge verteringsgraad hebben.

~

,Een veel gebruikte gist, die aan deze eisen voldoet is Kluyveromyces fraglles. Dit is 'de nieuwe naam voor

Saccharomrces fr~giles, de naam die in de meeste literatuur 1'lordt gebruikt. Deze gist heeft bovendien nog andere voordelen

- de gist kan lactose direkt als voedlngsbron gebruiken, zond~~'"

eerst de lactose te hydrolyseren tot glucose en galactos~

' . . :

- eventueel aanwezig melkzuur 1-vordt snel door de gist

opge-bruikt. De gist is dus niet gevoelig voor melkzuurvariaties in verschillende weigrondstoffen (10).

6.4.3~

Uitvoering-Het vergistingsproces 1'lonlt uitgevoerd bij een temperatuur van ë~.· 3Zo_{C. Omdat tijdens de groei yeel l'iarrnte ontstaat moet er} gekoeld worden. Er kan in een pH-gebied van 3,5 tot' 7 worden " gewerkt. Een hoge pH heeft het vo~rdeel van minder korroste en

èen grotere schuimstabiliteit , een lage pH geeft minder kans op besmettÏI).g.

Voor een optimale groei van de gist en een maks:i.mËüe eiwitop-brengst moet er fosfaat en stikstof b.v. ureum \Vorden toegevoegd.

In. het algèllleel1 zal de zuurstofvoorziening de beperkende gi-oei - ' faktor zijn. Wijdens de fermentatie dient er dan ook goed belucht 'te worden' (29 ~ '30) •

Het rendement van de fermentatie Is onder optimal~ omstandigheden 0,45 kg gist/kg lactose. De gist bevat hierbij ongeveer 45 % eiwit.

Na de fermentatie die 6

à

10,uur duurt zijn er verschillende mogelijkheden voor het verder bep .. andelen van het fermentatie-medium en de gist.

Figuur 6.4. 1. geeft een processchema, l~eer"

, .

'"':.-separeren I---~ celrtZsten

Indampen I----{;>{

opslag voor rijping

indampen t---~

fig. 6.4.2. De venverking van gist tot

ehvi tekstrakt c

19

-'a. Het is allereerst mogelijk het fermeh:tatiemcdium gezamenlijk met de gist in te dampen en te drogen. Het indampen kan even-tueel.in twee stappen gebeuren, waarbij de eerste stap een _{. ~}

: '

voorkonsentrering is me~benuip van ]lyperfiltratie.

b. De gist wordt van 11et medium gescheiden door decanteren of centrifugeren. De gist wordt vervolgens gedroogd, al of Iliet . na het te wassen. Indien men de verteerbaarheid van de gist

wil verbeteren kan men een plasmolyse-stap invoeren. Hierbij wordt de gistmassa verhit, waardoor de gistcellen 1vorden

.g~ood en de viskositeit van het beslag verminderd. Indien <

de gist· voor menselijke konsumptie wordt gebI1l;ikt is een

plasmolyse-~tap zelfs noodzakelijk'

(ll;

'32).

Het medium kan voor een deel worden teruggevoerd naar de fermentor, gedroogd worden of geloosd. De B.O.D. -'vaarde van het afgewerkte medium ~s· 2000 ppm' (25) •

c. De gist kan verder verwerkt worden tot eiwitekstrakt. Dit proces.wordt in 6.4.6. behandeld.

6.4.4. Toegepaste processen

Er wordt op diverse plaatsen in de wereld gebnlik gemaakt van fermentatie voor de produktie van gist uit wei.·

Bekende processen.zijn· (3;

'lV

a. 'S.A.V. '-proces

Een frans patent van d.e Société des Alcools de Vexin (S.A. V.) beschrijft een proces, dat in de U.S.A. en in Frankrijk wordt toegepast •. Hierbij wordt wei kontinu gedeeltelijk

gefermenteerd met behulp van Torula cremoris of Kluyveromyces fragiles •.

Het gehele beslag wordt hierna gekonsentreerd en gesproei-droogd. Het 'vordt toegepast als vervanging voor 'gedroogde karne- en ondermelkpoeder in veevoeder. Het produkt bevat 5 % vocht, 32 % eiwit, 16 % as, 5 %'vet en 25 % lactose •

_.

';

Bij dit proces worden de eiwitten in de wei eerst bij

goOe

gepr~cipiteerd. ~ervolgens wordt in een batchproces geheel gefermenteerd. Het beslag 'wordt opgewerkt tot een produkt dat bestaat uit 58 - 60 % eiwit, 1 - 2 % vet, 5 - 7 % vocht en 8 - 10 % as. D~ rest is celmateriaal.

6.4.5. Produkt

De samenstelling van de gevormde gisteiwitten hangt af van het gebruikte proces. Volgens alle literatuuropgaven heeft het echter steeds een hoge voedingswaarde en een goede aminozuur-samenstelling. Het voldoet aan F.A.O.-normen voor menselijke konsUrnpt ie' (l~ .~).

6.4.6. Verwerking van gist tot gistekstrakt

De gistmassa" die bij de fermentatie ontstaat, kan verwerkt worden tot eiwitekstrakt (single cell p'rotein). Het schema hiervan wordt in fig. 6.4.2. gegeven' (25).

De venverking is een batchproces.

Als eerste stap in het proces wordt de gistslurry gekoeld en

~ opgeslagen in een tank. Opslag is nodig vanwege de verschillende -} fermentatie- en gistverwerkingstijden.

Na de opslag wordt het gistbeslag op autolys,etemperatuur ge-bracht en naar een autolysetank gepompt. Men voegt zout toe en een stof om de groei van ongewenste mikro-or~anismen te verhirideren. Bij de autolyse, die enige dagen duurt,' worden de celwanden afgebroken en komt de celinhoud in oplossing.

Vervolgens 'votdt het autolysaat verdund met water en verwarmd, om de aanwezige enzymen te vernietigen: Hierna worden de cel-resten in een separator venyijderd. Deze celcel-resten kwmen als veevoeder worden afgezet.

Het' autolysaat, dat de gisteiwitteri bevat', wordt gekonsentr~erd ( 40 % d.s:) en vervolgens opgeslagen in tanks, waar de oplossing ~"\ twee dagen moet rijpen.,

,.

,

21

-Na de rijping wordt de zuurgraad van h~t autolysaat gesteld en wordt er venvarmd om het

DP

te lossen.

In de laatste fase wordt er nog eenmaal geklaard en ingedampt. Men verkrijgt een gistekstl'àkt (80 % d.s., 48 % eivlitten, zie

tabel 7.2).

" 7. 1 • Algemeen

Het is duidelijk dat de vele technische mogelijkheden bij de ver~

werking van wei, zoals wordt geïllustreerd door fig. 1, niet allen ekonomisch gezien gelijbvaardig; zijn. Velen ervan zijn zelfs in het geheel niet ekonomisch rendabel. Vaak is het moeilijk kwantitatief iets over kostprijzen en marlcrprijzen

te zeggen., omdat veelal de gegevens in deze industriesector ontbreken of moeilijk toegankelijk zijn, speciaal waar het nieuwe processen betreft.

Op grond van kwaI'ltitatieve gegevens is het toch mogelijk veel processen uit te sluiten.

- Olsen geeft een vergelijk tussen elektrodialyse en gelfiltratie . , gebruikt voor de ontzouting van wei" (~). Hierbij wordt gevonden

0

"

dat met gelijke kosten elektr04ialyse een produkt levert dat "

alleen 50 % ontzout is en gelfiltratie een produkt dat 75 % eÎ\IJit . bevat. Bij de gelfiltratie wordt gelijktijdig een fraktionering

in lactose en een zoutrijk restprodukt verkregen. Op grond hier/an

. ' . .

valt natuurlijk elektrodialyse als mogelijkheid af.

Gelfiltratie echter, biedt minder mogelijkheden dan ultrafiltra-. tie, omdat bij Uultrafiltra-.Fultrafiltra-. naast een scheiding ook konsentratie van de

eiwitfraktle plaats vindt.

- Met behulp van precipitatie in plaats van ultrafiltratie kunnen de elwitten uit wei ook gewonnen worden. Zoals al is venneld in 5.2. heeft dit het nadeel gedenatureerde eiwitten" op te leveren, die echter wel vrij gemakk~lijk \veer bij de kaasbereiding" gebruikt kunnen worden.

De prijs voor dit produkt is ~. S,SO/kg berekend op 100 % ehvitbasis"

(l,t!.).

De prijs voor d~ ultrafiltratie eiwitten is f. 10, 75/kg 100 % eiwit" (25). De vraag is wel in hoeverre er een" markt is voor dit niet-gedenatureerde produkt.

, .

23

-- Een ander voorbeeld is de produkt keu ze bij een eventuele

fermentatie. Voor de keuze tussen b.v. de produktie van single cell protein of alkohol, kan m~n de grondprijzen voor de

alkohol-fermentatievergelijken. De prijs van de gebruikelijke grondstof melasse is f. 0,15/kg·(33). Deze melasse heeft een d.s. ván 72 %

en bestaat voor 48.- 50 % uit suiker. Dit betekent een prijs van f. O,30/kg suiker.

Wei is verkrijgbaar voor ongeveer f. O,02/liter met een lactose-gehalte van 5 %. Dit is een prijs van.f. O,60/kg lactose. Hierbij is dan nog niet meegerekend de kostén.voor het konsentreren, dat

noodzakelijk is om de transportkosten te drukken. (

..

·Het is dan ook duidelijk, dat wei in Nederland een te dure grondstof is voor de alkoholfermentatieindustrie. /

De weiverwerkende fabriek kan overwegen alkoho~ zelf te· pro-duceren en op de prijs geld toe te leggen (voor lozing moet ook ''lorden betaald). Daar er voor weiprod,ukten tnterventieprij zen. bestaan en de alko4olmarkt een vrije markt is, wordt de fabrikant hierdoor afhankelijker van marktflukiuati~s.Ook is lozing van restprodukten van de fermentatie onvermijdelijk.

Andere nadelen zijn het gebrek aan know-how en de konkurrentie-_{- . .} moeilijkheden die te verwachten zijn bij·het betreden van de reeds verzadigde alkoholmarkt.

Het een en ander wil niet zeggen, dat technieken als b.v. elek-trodialyse nooit wqrden toegepast. Bij de produktie van speciale produkteri hebben ze wel kansen. Voor deze produkten krijgt

men ook een hogere prijs - b.v. weipoeder f. 0,55/kg en ontsui-kerd weipo·eder f. 0,8

°

/kg· (.l!~

.

34) -. De markten voor deze . . produkten zijn veeial eçhter klein, (b. v. dieetvoed.ing), zodat;

het geen oplossing biedt voor de verwerking van de grote hoeveelheden wei, die jaarlijks vrijkomen. .

Ook moet bij de keuze worden overwogen, dat zo min moge-lijk afvalstromen met een zo laag mogemoge-lijke B.O.D;-waarde het

. .

rendement verhogen. Dit betekent, dat zowel de eiwitten als de lactose in eindprodukten verwerkt moeten zijn.

./'-.

,-. , .

,

I " Vi c a.> ' " 0 , : J en c L. a.>

-

co ' :;::: "0 l -a.> .~ .~ ... a.> > = ~

=

=

=

• r-C ' ... a.> Cl.. ,e: a.> ...-VI 0 ~ 17 16 ' 15 14 13 12 11 10 9 8

:~

5 4 3 ·2 1 0

D

... : " , omgekeerde osmose,

'I ' .

.. Indampen omgekeer.de \ '. osmose concentratiefactor 2 ₂

l

_,JIJ.

₄

V

kr ,

. • 7 ,..,JJÁ • . ~ .... ...:A < indampen 4

Fig. (7.1.) Kostenvergelijk tussen omgekeerde osmose en indampen bij konsentratiefalttor 2 en 4 bij prijs-peil 1975 en verondersteld prijsprijs-peil 1976.

,,'

- 24

7.2. Processen

,Uit het onder 7.1. vel1nelde,

k~me:ri

we tot een aantal proces-mogelijkheden voor de verwerking van wei tot produkten, welke aan een nader ekonomisch onderzoek moeten worden ondenvorpen om uit te maken ivelk proces het meeste perspectief biedt. Deze processen zijn :

1. het drogen van wei tot weipoeder

2. het winnen van eiwitten uit wei met, behulp van ultrafiltratie, en de venverking van permeaat tot

- lactose

- voedergist of gistekstrakt '

het. winnen van zuiverder eiwitten uit wei via ultrafiltratie en gelfiltratie en de verwerking van de permeaten tot

- lactose

- voeder gist of gistekstrákt

7.2~1. Het drogen van wei tot weipoeder

,- De weiprijzen var~ëren van f. éO,02 - 0,03/1' c]1.~ '35). Dit is afhankelijk van het transport. W.er zal f. 0,02/1 worden aangehouden.

- Weipoeder verkregen door verstuiving kost momenteel f.O,55/kg'C!i;'34).

- De kosten van drog~n bedroegen in 1974 voor

. 3 \ , 3 '

verdampen L 1 0 , - /m wa ter (NI ZO-waarde) tot f. 20, -

Im

wa ter (Geveke-waarde) , (35)

- 3 3

sproeidrogen f. 100,-/m water (NIZO) tot f. 150,-/m water (Geveke) , (35)

- Volgens 6.1. wordt wei (6 % d.s.) ingedampt tot 60 % d.s. en daarna gesprocidroogd tot 96 % d.s.

Iè kosten van indampen

bed~agen

dan f. 9,- tot f. 18,-/m3 wei.

. . . . 3

De kosten van sproeidrogen bedragen dan f. 3,75 tot f. 5,60/m, wei.

,

.

Deze prijzen zijn inklusief afschrijvingen en rente. Als de

produktie groter wordt, worden de kosten per eenhei~ produkt l~ger.

- ,<:;:..

, , .''',' .

TabeL 7.1. Kostprijs van lactoseproduktie.

proces I

produktie lactose in ton/dag verwerkte wei in ton/dag kostprijs lactose florijn/kg

/ 5 ·1S0 1,08 II III < 10 25 310 775 0,87 0,75 .~ ~ JI..V' h..

ot.

.~If'

'.

25

- De grondstofkosten en droogkosten zijn totaal f. 33,- tot

f. 44,-/m3wei. Eén m3 wei levert 62,5 kg weipoeder (96 % d.s.). - 62,5 kg weipoeder levert f. 34,40 op.

Dit dekt dus alleen de kosten bij hoge produkties. Een model en berekeningen voor weidrogen 'vorden gegeven door Behrne en Wietbrauk' (36).

~ -, Hyperfiltratie kan de droogkosten drukken, vooral in de

energie-~ Jenergie-~energie-~ )energie-~."

kosten' (23). In fig. 7.1. wordt een kostenvergelijking gemaakt

ti V' N"VV' tussen hyperfiltratie (O.O.) en verdampen voor 1975 en een

schatting voor 1976.

\

7.2.2. Processen met behulp van ultrafiltratie

Z~2.2.1. Weieiwit en 'lactose uit wei door ultrafiltratie

- De we ie iwit' verwerking is beschreven in 6.3 •. (20). -.De lactose venverking in 6.2.'

(1).

-, Uitgegaan wordt van 1000 r" wei (d.s.,' 6,0 %).

-'Ultrafiltratie geeft 840 I perrneaat (5 % d.s.) en 160 1

',' konsentraat (11,3 % d. s.) •

. , - Het konsent:raat levert na' indampen en sproeidrogen 17,9 kg eiwitpoeder (96 % d.s., 47 % eiwit).

- Eiwitpoeder verkregen door ultrafiltratie heeft een kostprijs

~O/kg 100 % eiwit' (35).

.

--Ièze'prijs is een totale kostprijs (inclusief drogen, investe-ringen, grondstof enz.).

- De 17,9 kg eiwitpoeder kost dus

r.

3,1S/kg poeder •

. .;. Eiwitpoeder ;heeft een marktprij s v.an f. 10,75/ 100 % eiwit' (25)

, dit is voor ons verkregen, poeder f. 5,05/kg poeder.

- De kosten van de eiwitproduktie worden dus gedekt door de opbrengst van het poeder.

- Het perrneaat (840 kg, 5,0 % d.s.) levert 27 kg lactose en 32 kg lactose-melasse.

- Lactose heeft een marktprijs van f. 1,50/kg' (34), de totale produktiekosten als 'funktie van de hoeveelheid verwerkte ,vei

bij ultrafiltratie staan in tabel 7.1.

'(I).

'~

~,.-.~ .. :r::' d.s. gehalte eiwit lactose as NaCl vet 15,0 7,5 6,0 1 ,4 0,1 gist 95,0 47,5 38,6 8,6 0,3 (ekstrakt) 80,0 48,0 10,0 4,0 18,0 95,0 <:

---1-- --- ----

---. produktief 1000 kg wei 126,8 20,0 1.2,3 8,0 - - - - - - - -

-

---~---produkt ie/ . 1000 kg lactose 3170 500

Tabel 7.3. : Kostprij s van gist en gistprodukten. ton wei/dag . . " gistbeslag in florijnen/kg inaktieVe} sproeidrogen

"

gedroogde . gist .. walsdrogen gistautolysaat

_"

celresten " 310 200 100 200 400 0,24 0.,16 .0;14 2,12 1,47 1 ,17 1,92 1 ,35 ·1 ,10 4,79 3,17 2,45 0,66 0,51 0,35 ~

I

I .

., ,

26

-- De marktprijs van lactose--melasse'bedraagt f. 0,075/kg' (33). Deze bevat 35 - 40 % d.s. Hiervan is 50 % lactose. De markt-prijs wordt dan f. 0,40/kg lactose.

" ,

- De opbrengst van 1 ton wei, uitgaande van een verwerking van 200.000 ton wei/jaar.; wordt d,an"

17,9. 5,05 + 27". 1,50 + 32 • 0,'075

=

f. 133,301ton wei

- De ,kosten bedragen ,<(.

17,9 • '3,15 +

z7 .

0,75 +' 32 • 0,075 = f. 79,05/ton wei

ÇI\

Aangenomen is

d~t

de

opbre~gst 'va~melasse

reeds verwerkt

~

I

zit· inde kostprijs van de lactose."'

- De winst bedraagt f. 54, -/ton wei bij een verwerking van 200.000 ton wei/jaar.

7.2.2.2. Weieiwit en gistprodukten uit wei door ultrafiltratie

- De weieiwit-winning is identiek aan de bij 7.2.2.1. genoemde methode. "

- Bij "produktie van gist en gistekstrakten" C6.4.) is'de . diversiteit in produkten beschreven.

In tabel 7.2. zijn de opbrengsten gegeven aan produkten én hun samenstelling"(25).

- In tabel 7.3. zijn de kostprijzen gegeven van de fermentatie-produkten bij verschillende weihoeveelheden/dag.

- Bij een venverking van 200.000 ton wei/jaar zijn de kosten/ton wei uit de tábellen te berekenen voor verschillende gisteind-produkten ende weieiwit.

~ Kosten ~eieiwit en gist door sproeidrogen : 17,9 • 3,15 + 20,0 • 1",17

=

f. 79,80/ton wei - Kosten weieiwit en autolysaat en celresten :

17,9 .3,15 + 12,3 .2,45 + 8,0 • 0,35

=

f. 89,35/ton wei.

---~.-- De opbrèng'st van gist kan berekend worden ui~gaande van de prijs voor zuiver eiwit van f. 10,75/kg 100 % eiwit.

Dit geeft voor "de gist een pr~js van f. 5,10/kg •

De prij zen van autolysaa~L Cgistekstrakt) en celresten . zijn / niet voorhanden. De mark't hiervoor lijk't echter niet groot."

7.2.3.

sproeidroogde gist levert 17,9 • 5,05 + 20,0 • 5,10=

f. 192,40/ton wei.

- De winst bedraagt dan f. 192,40 - f., 79,80 = f. 112,60/ton wei.

Een overzicht van fermentatiekosten wordt gegeven door Whitaker' (37) ..

Processen met behulp van ultrafiltrát~e en gelfiltratie

7.2.3.1. Produktie van eiwit en lactose uit wei

Het proces- is beschreven in,6.3.1. eI?- fig. 6.3.3.

Het grote vO'ordeel van dit proces is dat afvalstromen tot een minimum beperkt blijven en een lage ltO.D',-waarde hebben -(~).

- Het proce~ is doorgerekend voor een weivellNerking van 80.000 ton/jaar •

:-. Opbrengst 300 ton weieiwit ;(85 % eiwit), 3300 tqn lactose

en 5000 ton lactose-melasse. Afvalstroom 71.000 tpn kondens-water.

- De installatie vergt een investering van ca 11 miljoen gulden en de jaarlijkse bedrijfskosten bedr~gen ca 5 miljoen gulden. - Een rente van 20 .% over het geïnvesteerde Y~pitaal is mogelijk. - Hieruit kan ,vorden berekend dat bij een afschr~jving van 10 %

de bedrijfskosten + winst f. 0,3 miljoen gulden bedragen~

'De opbrengst door verkoop van lactose en melasse bedraagt 3300 • 1500 + 5000 • ?5 = 5,3 miljoen gulden

De eiwit moet dus 3 miljoen gulden opbrengen d.w.z.

f.

10,-/kg

eiwit, hetgeen goed overeenkomt met een ehvitprijs van

f. 10,75/~g 100 % eiwit

28,-7.2.3.2. Produktie van eiwit en gist uit vlei.

- In plaats van lactoseproduktie kan de lactose ook gefelÏmen-teerd worden tot gist •

. De opbrengst is 40 kg gist (47,5 % 'eiwit)/ton wei (7.2.2.2.)

De,verkoopprijs bedraagt f. 5,10/kg gist. - De totale opbrengst van het proces wordt dan

'300.000 • 10 + 40 • 80.000 • 5,10 = 16,3 miljoen gulden.

- De bedrijfskosten waren 8,3 miljoen gulden (inklusief 20 %

.winst en 10 % afschrijving).

- Deékstra winst door inplaats van lactose gist te produceren bedraagt 8 miljoen gulden, dit is f. 100,-lton wei.

I}

Jr.

'}v

J-' .

~'f

8. Marktanalyse.

8. 1. Weipoeder •

Op de Europese ge~eenschappelijke markt is tussen juni 1974 en maart 1975 500.000 ton wei geproduceerd. Hiervan is 350.000 ton gebruikt voor de vervanging van magere melkpoeder, 20.000 ton geëksporteerd en 30.000 ton afgezet in de voedingsmiddplenindustrie. Er is dus een overschot van 100.000 ton (38). Een nadeel voor de afzet van wei is

_{- '}

~

het grote overschot op de melkpoeder-markt. Toch I is de toekomst voor

de weipoeder-markt niet zo slecht, daar een vergelijk met de U.S.A. aangeeft, dat een stijgende afze~ in de menselijke konsumptiesfeer mag worden venvacht

(l).

8.2. Lactose.

De lactoseprijzen zijn al sinds jaren stabiel'(~~·34).

Dat ~e prijs nauwelijks fluktueert is het gëvolg van het gelijkmatige aanbod en de konstante afname op deze markt.

De ,aa.rd van de toepassingen vari lactose, zoals in babyvoeding en de

. ,

farmaceutische industrie, maken dat de lactosemarkt ~een groeimarkt, is. Vveiverwerkingsbedrijven houden dan ook bij een uitbreiding van.

de kapac~teit de lactoseproduktie konstant. Het heeft dus geen zin

grote hoeveelheden lactose te produceren en op de markt te brengen. 8.3. Eiwit.

Er heerst in de wereld, een voedseltekort, speciaal wat betreft ei-witten. Het lijkt dàn ook gunstig uit wei de hooglvaardige eiwitten

t,e winnen err op de markt te brengen. De landen waar de tekorten heer-sen kunnen echter de hoge produktiekosten waarschijnlijk nauwelijks betalen. Daar komt nog bij, dat de laatste tijd de prijzen van vis-en sojameel sterk zijn gedaald. Om evis-en hongerproblee~ op.te lossen is men dan sterker geneigd meer van een goedkoper produkt te kopen. dan minder van een hoogwaardig produkt.

Door de 'lage prijzen van vis- en sojameel heeft wei-eiwit het ook

, "

erg moeilijk op de veevoedermarkt. Het gebruik blijft dan ook voor-namelijk beperkt tot toevoeging in de \roedingsmiddelen~dustrie.

' t

, .

·

.

30

-Hoe de houding van de konsum.cnt zal zijn, tegenover een direktc men-selijke konswnptie zal nog moeten worden onderzocht, maar ervaringen, zoals met het Nlnstvlees van D.S.M., wijzen erop dat de afzet van der-gelijke produkt en niet eenvoudig is.

9. Konklus ies •

De ekonomische berekeningen van de processen (zie 7) en de marktgegevens ( zie 8) leiden tot de volgende konklusies. - U~t de verkregen marktgegevens blijltt dat er op de

lactose-markt nauvlelijks een uitbreiding mogelijk is.

- Voor de weipoedermarkt lijken de vooruitzichten nUU\A!elijks beter.

- De \vereldeh~itmarkt 'biedt wel mogelijkheden tot afzet. De soja-en vismeelprijzsoja-en zijn de laatste tijd sterk gedaald, maar uit de bereken~ngen blijkt da~ de winst bij de eiwitproduktie uit wei, door ultrafiltratie gevolgd door fennentatie van lactose tot single cell protein, naar verhouding hoog is. Fluktuaties

in de

\~erldeiwitprij

zen kunn.en hierdoor worden

opg~vangen.

Dit proces biedt o.i. het beste toekomstperspektief, mede omdat . de teclmische moeilijkheden met ultrafiltratie overwonnen lijken.

..

".

32

-10. Literatuurlijst

1. Haisch, K.H., MolkenvE;.rwertung aus ökonomischer Sicht, Deutsche Molkerei Z~jnlng F27 (1972) 1082 - 1086. 2. Trelogan, H.C., Folklore, Statistics and economics of

whey, Proceed~ngs Whey Utilization Conference, Maryland (1970), 71 - 75.

3. Muller, L.L., Yeast products from whey, Process Biochemistry, Jan. (1969) 21 - 26.

4. Wasserman, A.E. Amino acid and vitamin composition of Saccharomyces fragiles grmvn in whey, Appl. Microbiol. aug. (1960) 379 - 386.

5. N.N., Whey-an :linportant potential protein source, .Dairy industries, dec. (19~4) 466. - 472.

6. Weètall, H.H. et al,. Thé preparation of immobilized .lactase and its use in the enzymate hydrolysis of aé:idwhey,

Biotechn. and Bioeng. 16 (1974) 295 - 313.

7. Nicolaisen, B., Utilization of whey ;for lacto$e production, Nordeuropaeisk Mejeri-tidsskrift

1.

(1975)

8. Lambert, M.R., Protecting whey fr?m ruminal degradation,

proceedings whey products conference, ~llinois (1972) 91 - 99. 9. Woidendorp, J. W., Single cell protein uit afvalwater,

Chem. Weekblad jan. (1971) 13 - 17.

10. Bernstein, S. and T.C. Everson, Protein product ion from

acid whey via ferm'entation, Food Processing Waste Manegement , March (1973) 26 - 28.

11. Mayer, B.M., Whey fermentation, Proceedings whey Utilization Conference, Maryland (1970) 48 -60.

12. Solbett, J.M. and L. Hepner, Recovery of by-products from

the treatment of whey, The Chemical Engineer, July/August 1975, 447 - 452.

13. N.N., Mijlpaal bereikt, 'Borculo' verwerkt 20 miljoen liter wei p~r week, Officieel orgaan F.N.Z. 66 (1974) 19, 450 -452 •. 14. Kontakten met ing. H. Oosterhuis van het Minis·terie van

Landbouw en Visserij, Direktie Veehouderij en Zuivel. 15. Webb, B.H. and E.O. \Vhittier, Byproducts from milk, The

16. Olsen, H.S., Molkenbehandlung, Nordeuropaeisk Mejeri-tidsskrift

i

(1974) 159 - 167.

17. Roetman, K. en J.J. Mo~, Bereiding van 'non~caking' weipoeder (I), Voedingsmiddelentechnologie

ld

(1974) 7, 44 - 45.

18. Roetman, K. en J.J. Mol, Bereiding van 'non-eaking' weipoeder (rI),

Voedingsmidde~enteehnologie 11 (1974) 7, 61 - 64.

e.e...

19. Weisberg, S.M. and H. l. Goldsmith, Whey for foods and foods, Food Tec1m<:>logy 23 (1969) 186 - 190.

20. De Boer, R., Het winnen van eiwitten uit melk, Procestechniek, _,

' ~ ~ (1975) 2, 35 - 41.

21. Marshall, P.G. et al, Fractiona~ion ans concentration of ",hey by reverse osmosis, Food Technology ~ (1968) 969 - 978.

22. !üelsen, 'l.K. e.a., Reverse osmosis fOl" milk and whey, Process Biochemistry sept. (1972) 17 - 20.

" 23. De 'Boer" R., J. Hidd~k én P.F.C. Nooij, Het concentreren van wei in de kaasfabriek (2). Omgekeerde osmose of inClampen?,

Voedingsmiddelentec~ologie § (1975) 30/31, 35 - 39.

24'., Reu~er, H., UI trafil trat~on - the new technology in the dairy industr'y with greatest promise, Nordeuropaeisk Mej eri -tidsshift

1

(1975) 84 - 87.

25. N.N~, Ausnutzung des penneats, DDMM-information 1 (1975) 11 - 16.

26. Bechtle, R.M. and T.J. Claydon, Accelerated fennentation of cheese '<lhey, developing the system, Journal of ~airy Science 54 (1971) 1595- 1604.

27. Wasserman, A.E. et al, Whey utilization V. Growth of Saceharomvees fragiles in whey in a pilot plant, Appl. Microbiol. §. (1960)

387 - 392.

28. KeIler, K.A. and P. Gerhardt, Continuous lactic acid fermentation of whey to'produee a ruminant feed supplement high in erude protein; Biotech. an Bioeng.

11

(1975) 997 - 1018.

29. Wasserman, A.E., Whey utilization 11, Oxygen requirement of Saeehoromyees fragilis, Appl. Mierobiol.' §. (1960) 291 - 293. 30. Wasserman, A.E., and J. W. Hampson, Whey utilization rIl,

oxygen rates ans the grouth èf Saccharomyces fragilis in several propagators, Appl. Mierobiol. ~ (1960) 293 - 297.

r

't '

34

-31. Labuza, T.P., et al, Engineering factors in single-cell protein product ion I, Biotech. and Bioeng.

lt

(1970) 123 - 134.

32. Labuza,T.P., et al, Engineering factors in single-cell protein product ion lI, Biotech. and Bioeng.

11'

(1970) 135 - 140.

33 .. Kontakt met de heer Hof1TIan van de Hollandse Melksuiker Fabriek te Uitgeest.

34 •. Statistisch jaaroverzicht van het Produktschap voor de Zuivel van 1973 en 1974.

35. N.N., Eiwitwinning uit kaaswei met minimaal 60 % eiwit, door '

(

'toepassing van ultrafiltratie, Voeclingsmiddelentechnologie

1

(1974) 39, 12 - 13.

36. Behme, G. und H. Wietbrauk, Bestimmung des Kostenverlaufs von Molkereiabteilungen in'Abhängigkeit von der Ká.pazitätsgrösze-und auslastung, II teil : Abteilung Sprühtrocknung, Milch\vissen-schaft 3,0 (1975) ~, 144, - '150.

37. Whitaker, A., Fennentation Economics., Process Biochemistry, Sept. (1973) 23 - 26.