„Pan Laktoza” rozmawia o aktywności wody i monohydracie laktozy

Kent Keller z firmy Keller Technologies, Inc. już od ponad 40 lat edukuje branżę laktozową i modernizuje instalacje do produkcji laktozy na całym świecie. W 2000 roku, w uznaniu jego całokształtu wkładu w przemysł przetwórstwa laktozy, Kent został uhonorowany prestiżową nagrodą Award of Merit przyznawaną przez American Dairy Product Institute, zyskując nawet przydomek „Pana Laktozy”.

Kent dzieli się z nami swoimi unikalnymi spostrzeżeniami na temat produkcji serwatki i laktozy oraz wyjaśnia, dlaczego ścisła kontrola aktywności wody ma kluczowe znaczenie w obu tych branżach.

Przetwarzanie koncentratu białek serwatkowych

Po ukończeniu studiów inżynierskich na kierunku inżynieria chemiczna Keller podjął pracę w Midland w stanie Michigan, w firmie Dow Chemical Company. Zaledwie sześć tygodni po ukończeniu studiów powierzono mu zadanie opracowania nowego procesu fotochemicznego wytwarzania czterobromku, który firma Dow opatentowała i wdrożyła jako proces komercyjny.

Korzystając z odroczenia służby wojskowej w firmie Dow, Keller, który pełnił funkcję zastępcy kierownika ds. produkcji produktów bromowych, zdecydował się zgłosić do Korpusu Pokoju. Wyjechał do wioski Majów na terenie dzisiejszego Belize, aby pomagać w organizacji spółdzielni marketingowej zajmującej się sprzedażą ryzu oraz demonstrować, jak efektywniej i taniej hodować bydło.

Ze względu na ubogie źródła białka w wiosce, wśród dzieci panowało powszechne niedożywienie białkowe. Skłoniło to Kellera do podjęcia studiów na Uniwersytecie Stanowym Michigan po powrocie, z celem opracowania nowych, tańszych metod pozyskiwania białka. Jego praca dyplomowa dotyczyła fermentacji serwatki serowej w celu wytworzenia wysokobiałkowych suplementów paszowych dla bydła.

Keller zdał sobie sprawę, że serwatka nie tylko nadaje się na paszę dla bydła, ale jest również doskonałym źródłem pełnowartościowego białka. Po krótkim pobycie w firmie Cargill objął stanowisko kierownika produkcji w jednym z pierwszych zakładów produkujących koncentrat białek serwatkowych na skalę komercyjną.

Od serwatki do produkcji laktozy

Jako kierownik produkcji Keller wytwarzał znaczne ilości białek serwatkowych przy użyciu ultrafiltracji, w ramach której około 20% białek mleka odzyskiwano w postaci serwatki. Pozostały produkt przepuszczano przez membranę w celu oddzielenia 80% zawartej w nim laktozy. Laktoza ta była następnie wykorzystywana do produkcji m.in. mieszanek mlecznych dla niemowląt.

Niestety ten zakład przetwórstwa białka został zamknięty, co jednak umożliwiło Kellerowi wykorzystanie zdobytego w dziedzinie serwatki doświadczenia do założenia firmy konsultingowej Whey Systems, Inc. Pomagał w niej zakładom serowarskim tworzyć koncentrat białek serwatkowych na miejscu, zamiast transportować pozostałą serwatkę ciężarówkami do zewnętrznych obiektów.

W początkowym okresie działalności jego nowej firmy właściciele serowarni byli bardziej zainteresowani produkcją laktozy niż koncentratu białek serwatkowych. Nie zdając sobie wówczas z tego sprawy, w momencie zamknięcia zakładu przetwórczego Kellera krajowa produkcja laktozy spadła o 50%, co wywołało pięciokrotny wzrost ceny suszonej laktozy.

Zauważywszy zmianę na rynku, przeniósł swoje skupienie z WPC na produkcję laktozy i w ciągu 20 lat działalności Whey Systems, Inc. otworzył 40 zakładów przetwórczych na całym świecie.

Aktywność wody a laktoza

Mówiąc najprościej, laktoza to cukier zawarty w mleku. Podobnie jak nadmiar wilgoci może sprawić, że worek cukru kryształowego zamieni się w twardą bryłę, tak samo może powodować silne zbrylanie i tworzenie się grudek w laktozie – przy czym laktoza jest jeszcze mniej rozpuszczalna niż sacharoza. Co ważne, laktoza musi być niezwykle sucha, zwłaszcza podczas transportu, kiedy to łatwo o zbrylanie i rozwój pleśni.

Przed pojawieniem się mierników aktywności wody Keller używał prostego higrometru i termometru do obliczania aktywności wody w swojej suszonej laktozie, aby ustalić minimalne specyfikacje przekazywane klientom. W 2000 roku natrafił na miernik aktywności wody firmy AQUALAB, co jeszcze bardziej zwiększyło czułość jego pomiarów.

Nie wystarczy jednak wiedzieć, ile wody znajduje się w ładunku. Znajomość aktywności wody w laktozie jest ważniejsza niż sama zawartość wilgoci. Laktoza Kellera to monohydrat laktozy, w którym każdy kryształ zawiera 5% wilgoci związane w strukturze, dlatego analiza wilgotności, która nie uwzględnia tej wody, da fałszywe wyniki. Mierząc aktywność wody, mierzy się wyłącznie wolną wilgoć próbki.

Zazwyczaj Keller ustala docelową wartość aktywności wody dla laktozy na poziomie około 0,2. Zbrylanie i tworzenie grudek może rozpocząć się tuż po przekroczeniu wartości 0,3. Produkty wysyłane na rynek krajowy mogą tolerować aktywność wody w tym zakresie, jednak wysyłki zagraniczne wiążą się z dodatkowymi komplikacjami, które sprawiają, że pomiar ten wykracza poza dopuszczalne poziomy.

Już przy wartościach rzędu 0,5 może dochodzić do rozwoju pleśni. Gdy pleśń zaczyna oddychać i rozkładać laktozę na dwutlenek węgla oraz wodę, uruchamia się trudny do opanowania efekt lawinowy, który stale wprowadza do środowiska coraz więcej wolnej wilgoci. Kontrolowanie przemieszczania się wolnej wilgoci w produkcie jest kwestią kluczową.

Dzięki wdrażaniu (i w większości przypadków opracowywaniu) właściwych technik zapewnienia i kontroli jakości (QA/QC) przy przetapianiu tak wrażliwego produktu, jakim jest laktoza, Kent Keller na zawsze zmienił branżę laktozową, bez wątpienia zasługując na przydomek „Pana Laktozy”.

‍