Un ambizioso progetto sviluppa un processo di spray drying per proteine del latte di alto valore
Impianto di produzione Cremo a Villars-sur-Glâne, Svizzera. Foto: STEMUTZ PHOTO
Valfoo è un'azienda a conduzione familiare, tra i principali fornitori europei di prodotti di nicchia a base di latte e siero. Con sede in Svizzera e una forte presenza in Asia, collabora con importanti partner, tra cui la nota azienda lattiero-casearia svizzera Cremo SA, per sviluppare processi sostenibili per prodotti specializzati
Nel 2019, con un'attività di successo a livello mondiale nel settore dei prodotti lattiero-caseari e una gamma in espansione, i fondatori di Valfoo, i fratelli Daniel e Oliver Krayl, hanno deciso di produrre lattoferrina in polvere, una proteina del latte di alto valore, mediante spray drying. Daniel e Oliver hanno collaborato con GEA e con Cremo, azienda di grande esperienza nei prodotti lattiero caseari, per sviluppare e mettere a punto un processo commerciale. L'obiettivo era quello di costruire un impianto di produzione di lattoferrina mediante spray drying presso lo stabilimento di Cremo a Villars-sur-Glâne.
Con la realizzazione e il completamento del progetto sulla lattoferrina nel 2021, i partner sono stati i primi in Svizzera a realizzare un processo industriale per la produzione di lattoferrina in polvere utilizzando la tecnologia di spray drying. Ora l'impianto presso la struttura di Cremo è pienamente operativo e ogni giorno produce circa 65 kg di lattoferrina in polvere, che Valfoo commercializza a livello mondiale per i produttori di polveri nutrizionali e integratori alimentari per bambini e adulti.
Oliver Krayl (a sinistra), uno dei fratelli fondatori di Valfoo, qui con Edgar Fasel, direttore dello stabilimento di Cremo. Foto: STEMUTZ PHOTO
Valfoo, Cremo e GEA si trovavano nelle condizioni ideali per collaborare al progetto di produzione di lattoferrina mediante spray drying. Con oltre 800 dipendenti, Cremo è la seconda azienda svizzera che opera nel campo della lavorazione del latte e ha pertanto esperienza in tutti gli aspetti della produzione lattiero-casearia, compresa quella di innovative proteine del siero e del latte in polvere. Da quasi 50 anni l'azienda ha anche un rapporto indipendente con GEA, grazie alla quale ha raggiunto una serie di importanti traguardi tecnologici. Nel 2005 Cremo è stata la prima azienda a installare l'essiccatore con filtro integrato (IFD) di GEA. Cremo è stata anche la prima azienda in Europa a introdurre l'avanzata tecnologia Cyclone Extra Efficiency (CEE) di GEA.
Un progetto ambizioso …
Lo sviluppo di un solido processo di produzione di lattoferrina mediante spray drying è stato un risultato significativo, ammettono i partner. "Creare un processo di spray drying per produrre lattoferrina in polvere è stato un progetto ambizioso e una mossa coraggiosa", ha commentato Daniel. "La lattoferrina, una proteina del siero di latte, è molto sensibile al calore, per cui quella in polvere viene tradizionalmente prodotta con tecniche di liofilizzazione, che richiedono meno calore rispetto allo spray drying, ma che sono più costose".
Nonostante le sfide, Valfoo, GEA e Cremo si erano prefissate il compito di ideare, testare e mettere a punto un processo di spray drying che fosse più efficace della liofilizzazione e che potesse generare lattoferrina in polvere di elevata purezza con proprietà fisico-chimiche definite con precisione.
In effetti, i partner hanno dovuto sviluppare un'intera linea di processo - dall'estrazione della lattoferrina dal latte liquido fino allo spray drying - che evitasse di esporre il prodotto a un calore eccessivo che avrebbe potuto denaturare la proteina, e offrisse anche un'elevata efficienza, per ridurre al minimo le perdite di prodotto.
Lattoferrina in polvere prodotta tramite spray drying nello stabilimento di Cremo. Foto: STEMUTZ PHOTO
"Con Cremo come partner di produzione, nel 2019 ci siamo rivolti a GEA con la sfida di configurare un impianto di spray drying che potesse soddisfare tutti i nostri requisiti per la produzione di lattoferrina con la purezza, la funzionalità e le altre proprietà richieste" - Daniel Krayl, uno dei fondatori di Valfoo
- Daniel Krayl, uno dei fondatori di Valfoo
Dove avviene la magia …
"Insieme a Cremo abbiamo allestito la linea a umido per isolare e purificare la lattoferrina liquida dal latte e ci siamo recati presso il sito di prova di GEA a Copenaghen con alcune bottiglie di lattoferrina per i test iniziali", racconta Daniel. "Abbiamo collaborato con i team di GEA presso il sito di prova di Copenaghen per impostare l'impianto di spray drying e configurare le sue caratteristiche, come l'ugello dello spray dryer, e i parametri di processo, tra cui le temperature di ingresso e di uscita", continua Oliver. "Raggiungere questo obiettivo è stato un risultato importante, vista la quantità relativamente ridotta di lattoferrina pura con cui dovevamo lavorare".
La dimensione dello spray dryer è stata determinante per il successo del progetto. Grazie alle dimensioni ottimali, i partner hanno potuto evitare di sottoporre la lattoferrina a un calore eccessivo, riuscendo inoltre a ridurre al minimo la quantità di polvere a contatto con le superfici calde, fenomeno che può invece verificarsi quando si utilizzano macchine più piccole.
Quindi, in realtà, con lo spray dryer di GEA non esiste il problema di distruzione della lattoferrina causato dal calore che in passato si tendeva ad associare alla tecnologia di spray drying. "La proteina non subisce alcuna denaturazione significativa", sottolinea Daniel.
Ispezione del processo di spray drying in Cremo. Foto: STEMUTZ PHOTO
La soluzione di GEA…
Il processo di spray drying sviluppato da GEA, Valfoo e Cremo viene eseguito in uno spray dryer monostadio VSD® di GEA, taglia 12,5, che ha un tempo di essiccazione breve ed è configurato utilizzando i cicloni CEE di GEA per una resa elevata. Anche se il nuovo spray dryer di lattoferrina è più piccolo degli altri spray dryer di Cremo, offre le stesse caratteristiche che soddisfano i requisiti degli impianti di trasformazione alimentare industriali.
"Lo spray dryer di cui disponiamo ora è di dimensioni perfette per il nostro prodotto ed è stato ottimizzato per quanto riguarda caratteristiche quali l'altezza di caduta della polvere che esce dalla macchina, la pressione, il design dell'ugello e il calore in ingresso e in uscita", ha osservato Daniel. "Una regolazione di precisione di questi parametri consente di garantire un processo riproducibile per ottenere esattamente i risultati richiesti, con la granulometria e le proprietà specificate".
Funzionamento perfetto…
Dopo aver completato, nel 2020, la messa a punto del processo completo, dal trattamento del latte fino al confezionamento della lattoferrina in polvere prodotta tramite spray drying presso lo stabilimento Cremo, Valfoo ha effettuato ulteriori test e perfezionamenti. Dopo l'installazione dello spray dryer presso Cremo, gli specialisti di Cremo e GEA hanno dovuto definire i processi in loco. L'impianto è in funzione senza problemi dalla primavera del 2022 e attualmente produce 10.000 kg di lattoferrina all'anno, con la possibilità di aumentare la produzione fino a 25.000 kg. "È importante sottolineare che l'impianto di spray drying di GEA ci offre un ampio margine di crescita e di espansione", osserva Oliver.
"Lo sviluppo di un processo produttivo che consente di produrre lattoferrina funzionale di elevata purezza utilizzando la tecnologia di spray drying si è basato sull'esperienza congiunta di Cremo, Valfoo e GEA in questo settore, nei processi, nei prodotti e nella progettazione, e su un lavoro di collaborazione", afferma Edgar Fasel, di Cremo.
Il co-fondatore di Valfoo Oliver Krayl (a sinistra) e il direttore dello stabilimento Edgar Fasel presso l'impianto di spray drying di Cremo. Foto: STEMUTZ PHOTO
"Avevamo già a disposizione l'infrastruttura fisica e il know-how di processo e confidavamo che GEA potesse configurare una soluzione di spray drying in grado di generare una polvere di alta qualità con le caratteristiche desiderate. L'impianto finale soddisfa tutte le nostre aspettative". - Edgar Fasel, responsabile dello stabilimento di Cremo
- Edgar Fasel, responsabile dello stabilimento di Cremo
I vantaggi della lattoferrina prodotta tramite spray drying…
Lo spray drying presenta alcuni vantaggi importanti rispetto alla liofilizzazione per la produzione di lattoferrina in polvere, a prescindere dai costi. Rispetto ai processi di liofilizzazione, lo spray drying consente un controllo più accurato e costante della granulometria. Ciò significa che la distribuzione granulometrica può essere definita con precisione, rendendo possibile la produzione di polvere più facilmente solubile in acqua. Questa caratteristica è importante per gli alimenti per l'infanzia. Inoltre, la polvere di lattoferrina prodotta tramite spray drying è più chiara della lattoferrina liofilizzata di colore rossastro, quindi qualsiasi prodotto in polvere che includa la proteina sarà migliore a livello visivo.
Rispetto alla lattoferrina liofilizzata, le formulazioni ottenute tramite spray drying presentano caratteristiche che rendono più facile la pressatura della polvere in compresse o il riempimento di capsule. La realizzazione di compresse di lattoferrina prodotta tramite spray drying richiede un minore impiego di cellulosa, biossido di silicio o altri eccipienti, per cui il contenuto proteico per compressa può essere più elevato, il che consente di ottenere un prodotto di qualità superiore per applicazioni nutraceutiche.
"Il raggiungimento dell'obiettivo di questo importante progetto con il nostro partner di lunga data Cremo SA e con Valfoo AG è stato un perfetto esempio di grande lavoro di squadra", ha dichiarato Johnny Bonke, Dairy Application Knowledge Manager di GEA. "Fin dai primi test nell'impianto di prova di GEA, tutte e tre le aziende hanno lavorato a stretto contatto per sviluppare la configurazione dell'impianto e le condizioni operative, prima su scala pilota e poi confermando tutti i risultati dei test per l'impianto commerciale. GEA continuerà a fornire un supporto costante a Valfoo e Cremo, incrementando la produzione di lattoferrina svizzera grazie alle nostre collaudate tecnologie".
Il co-fondatore di Valfoo Oliver Krayl (a sinistra) e il direttore dello stabilimento Cremo Edgar Fasel. Foto: STEMUTZ PHOTO
