ALP forum 2006, Nr. 29 d
MOLKEVERWERTUNG
Diskussionsgruppen
Inhalt
1 Einleitung 3
2 Was ist Molke ? 3
3 Industrielle Verwertung von Molke 5
3.1 Gewinnung von Molkenproteinkonzentrat 5 3.2 Lactosegewinnung aus Ultrafiltrationspermeat 6
3.3 Gewinnung von Zuckersirup 6
3.4 Anwendungen von Milchserumbestandteile 6
3.5 Ernährungs- und Gesundheitsaspekte 6
4 Verwertung der Molke in Dorf- und Alpkäsereien 7
4.1 Energiegewinnung aus Molke 8
4.1.1 Gewinnung von Bioethanol 8
4.1.2 Gewinnung von Biogas 8
4.2 Molkebeseitigung durch Kompostierung 11
4.3 Molkeverfütterung 11
4.3.1 Verfütterung an Schweine 11
4.3.2 Molkeverfütterung an Wiederkäuer 12
4.4 Verwertung der Molkenproteine 13
5 Konzentration der Molke in der Käserei 13
5.1 Nanofiltration und inverse Osmose 13
5.2 Praxisbeispiel 14
6 Schlussfolgerungen 16
Konzentration [g/kg]
Inhaltsstoffe
Sauermolke Süssmolke
Trockensubstanz 65 65
Protein 6.0 6.2
Nicht-Protein-Stickstoff 2.2 2.4
Lactose 40 47
Fett 0.3 0.5
Mineralstoffe (Asche) 7.9 5.3
Calcium (Ca) 1.6 0.6
Phosphor (P) 1.0 0.7
Milchsäure 0.6 0.2
1 Einleitung
Molke ist ein Nebenprodukt aus der Käseherstel- lung. Jährlich fallen in der CH knapp 1.3 Mio.
Tonnen von dem gelb-grünlichen, wässrigen Milchserum an. Aktuell gelangen rund 0.9 Mio. t dieser Menge in die Schweinefütterung und 100'000 t müssen über verschiedene Kanäle (Gülle, Biogasherstellung, Kompostierung, Abfuhr etc.) entsorgt werden. Daher bezeichnen Branchenleute den Saft gerne als Abfallprodukt, zumal der Milchverwerter bei Lieferung für die Tierfütterung maximal 10-20 sFr. pro t erhält.
Für den Wegtransport der flüssigen Molke ab Käserei sind mit Kosten von 20-40 sFr. pro t zu rechnen. Mit dem Strukturwandel in der Käsereiwirtschaft ist die «Schotten-Frage» wieder ins Blickfeld der Forschung und Praxis gerückt.
Dabei geht es auch um die Frage, ob die Käsehersteller an der Molke längerfristig mehr Geld verdienen könnten. In der Vergangenheit war die Molke für die einheimische Käserei- wirtschaft eher ein ungeliebter “Kostenfaktor”, als ein edler Rohstoff für die Weiterverarbeitung.
Sind die wirtschaftlichen Perspektiven der Molkenverwertung in der Schweiz wirklich so
pessimistisch? Der Quervergleich zur Entwicklung im Ausland in den letzten Jahren zeigt eigentlich ein anderes Bild: In Nordamerika und Westeuropa hat sich im letzten Jahrzehnt der Wert der Molke vom Abfallprodukt zum idealen Ausgangsprodukt für massgeschneiderte Produkte gewandelt.
Wurden 1970 in den EU-Staaten erst 5% der anfallenden Molke zu Lebensmittel verarbeitet, so waren es im 2000 bereits 50% aller Molken-bes- tandteile, welche in die menschliche Ernährung gelangten. Für 2010 rechnen die EU-Experten mit einer Steigerung auf 70% veredelter Milchserum- bestandteile. In Deutschland boomen in den letz- ten Jahren neue innovative Produkte auf Molken- basis (Herbertz, 2004).
Die Diskussion soll die positiven Eigenschaften und Wirkungen von Molke und deren Bestandteile sowie interessante Möglichkeiten und Verfahren zur besseren wirtschaftlichen Nutzung des edlen Saftes für die Käsereiwirtschaft aufzeigen.
Molke oder Milchserum ist bestens prädestiniert als Rohstoffquelle für innovative, funktionelle und gesunde Lebensmittel.
2 Was ist Molke?
Einleitend als Erinnerung einige Worte zur Zusammensetzung von Molke: Die unten dar-ges- tellten Werte dienen lediglich zur Orientie- rung, da sie je nach hergestellter Käsesorte vari- ieren können. Das Bruchwaschen verdünnt beispielsweise die Molke. Es ist auch zwischen Sauermolke (pH 4.5-4.7) und Süssmolke (pH 6.2- 6.6) zu unterscheiden.
Quelle: Kammerlehner 2003, Käse-Technologie
Sauermolke stammt aus einer Käseherstellung mit hauptsächlich saurer Gerinnung, Süssmolke entsteht dann, wenn die Gerinnung mit Lab erfolgt.
Die Konzentration der Nährstoffe in der Molke las- sen sich in vier Konzentrationsbereichen darstellen.
Im Grammbereich sind die Proteine β-Lacto- globulin, α-Lactalbumin, Serumalbumine, Immunoglobuline G und Proteose-Pepton anzu- siedeln sowie Lactose, Milchfett, Milchsäure und Citronensäure als organische Säuren und die Mineralstoffe wie Calcium, Magnesium, Phosphor, Kalium, Chlorid und Natrium. Minorproteine wie Immunoglobuline A und Lactoferrin, die wasser- löslichen Vitamine der Molke und die Nicht- Protein-Stickstoff-Komponenten aus der Synthese oder dem Stoffwechsel von Milchinhaltsstoffen wie Harnstoff, Aminosäuren, Cholin und Orotsäure sowie die Spurenelemente Zink, Eisen, Iod und Kupfer finden sich im Milligrammbereich.
Im Mikrogrammbereich liegen Enzyme, Amino- säuren und Spurenelemente wie beispielsweise Kobalt und bioaktive Peptide vor. Bioaktive Peptide sind Aminosäuresequenzen aus Proteinen mit spezifischen biologischen Funktionen, die aus der Hydrolyse von Kaseinen und Molkenproteinen entstehen. Hormone wie Insulin und spezifische Peptide, die das Wachstum und die Heilung epidermischer Haut- und Darmzellen fördern, sogenannte Wachstumsfaktoren, treten im Nano- grammbereich auf. Einen sehr guten Überblick über die Zusammensetzung und Verwertungs- möglichkeiten von Molke vermittelt das Molken- Lehrbuch (De Wit, 2001), welches von der EWPA (European Whey Products Association), Rue Montoyer 14, in 1000 Brüssel (BEL) heraus- gegeben wird.
Die chemische Zusammensetzung und die Eigen- schaften der Molke bedeuten für die menschliche Ernährung und die Verarbeitung auch:
- Molke enthält sehr viele Vitamine (B2, B5, B6, B12, C etc.) und Spurenelemente (Zink, Eisen, Iod, Kupfer)
- Spezifische Minorproteine (Immunglobuline, Lactoferrin, Lactoperoxydase)
- Molke hat nur 278 kcal in 1 Liter fertigem Getränk
- Molke ist ein basenüberschüssiges Lebensmittel - Molke enthält rechtsdrehende Milchsäure (L+) - Molkeprodukte sind ideal für den Einsatz in
Wellness - oder Diätprogrammen - Molke ist ein ideales Sportgetränk.
W asser 94%
Trockenmasse 6%
Diverse 7%
Lactose 70%
Protein 13%
Asche 9%
Fett 1%
UF
Pasteurisator Zentrifuge
Fett / Staub
Ausgleich- wanne
Permeat
Verdampfer
Trockenturm Mischer
Sackabfüllung Molkenprotein-
Molketank
55 °C 30-90 Minuten
40-50 % TS
96 % TS konzentrat
3 Industrielle Verwertung von Molke
Aufgrund der Verarbeitung grosser Mengen, kön- nen in der Industrie Technologien eingesetzt wer- den, die für eine Dorfkäserei nicht rentabel wären.
So ist es zum einen möglich, Energie-Rückgewin- nungssysteme zu verwenden. Zum anderen kann man Kunden, bei welchen die Nachfrage nach sol- chen Produkten besteht, die Versorgung mit rela- tiv grossen Mengen eines Erzeugnisses von gleich- bleibender Qualität gewährleisten. Die verschiede- nen Möglichkeiten werden nachfolgend in Kürze vorgestellt.
Abb. 1: Schematische Darstellung der Herstellung von Molkenproteinkonzentrat (WPC)
3.1 Gewinnung von Molkenproteinkonzentrat Molkenproteinkonzentrat (Whey Protein Con- centrate, WPC) wird mit Hilfe einer Ultra- filtrationsanlage hergestellt. Das Molkenprotein wird abgetrennt. Man erhält folglich eine kon- zentrierte Serumproteinlösung (ca. 18% Trocken- masse), die anschliessend in einem Trockenturm für die Herstellung von Milchpulver getrocknet werden kann. Das Ultrafiltrationspermeat (über- wiegend aus Lactose und Mineralsalzen be- stehende Lösung) ist anschliessend zu ver- werten.
Die WPC können in vielen Bereichen als Zusatzstoffe verwendet werden, beispielsweise in Sportlernahrung. Sie lassen sich auch zur Erhöhung des Käseertrags wieder in die Fabrikationsmilch einarbeiten. Durch die Kombination von Ultra- filtration und einem Diafiltrationsverfahren (Hinzu- fügen von Wasser zum Konzentrat, um die Komponenten zu verdünnen, welche die Membran passieren), ist es möglich, Konzentrate mit unter- schiedlichen Proteingehalten herzustellen.
Die bekanntesten sind folgende:
WPC 35 = 35% Molkenprotein in der Trockensubstanz WPC 60 = 60% Molkenprotein in der Trockensubstanz WPC 80 = 80% Molkenprotein in der Trockensubstanz Molkenpulver enthält im Vergleich dazu nur 12 bis 15 % Serumproteine.
3.2 Lactosegewinnung aus Ultrafiltrationspermeat
Ultrafiltrationspermeat ist der ideale Rohstoff für die Lactosegewinnung, da es keine Serumproteine mehr enthält. Es ist zunächst erforderlich, dass Permeat durch Nanofiltration zu konzentrieren, um einen Teil der Milchsalze abzuführen, die eine gute Kristallisation verhindern. Während dieser Etappe kann die Lactose bis auf ungefähr 20 % aufkonzentriert werden. Anschliessend ist die Konzentration noch durch Evaporation zu erhö- hen, um eine Lactosekonzentration von mehr als 27 % zu erzielen. Der Kristallisationsvorgang, durch den sich die Lactose vom löslichen Teil tren- nen lässt, kann nur oberhalb dieser Konzent- rationshöhe zustande kommen. Ist die kristalli- sierte Lactose abgetrennt, muss sie anschliessend noch getrocknet werden.
3.3 Gewinnung von Zuckersirup
Eine Methode zur Gewinnung von Zuckersirup aus Molke wurde von ALP (Thomet et al., 2004) entwickelt. Bei diesem Verfahren wird eine Nano- filtration, um die Lactose zu konzentrieren, mit einer Lactosehydrolyse kombiniert. Vier Haupt- etappen sind zu unterscheiden:
- Pasteurisation der Molke
- Kontinuierliche enzymatische Lactosehydro- lyse
- Abtrennung von Zucker und Mineralstoffen - Konzentrieren des Zuckers
Das erhaltene Zuckerkonzentrat kann beispiels- weise als Rohstoff für die Süssung von Milch- produkten oder Getränken verwendet werden.
Mit Hilfe der kontinuierlichen Hydrolyse lassen sich die Enzyme mehrfach verwenden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Prozesses deutlich verbessert wird.
3.4 Anwendungen von Milchserumbestandteile Die Möglichkeiten zur Anwendung von Milchserumprodukten und –bestandteilen schei- nen grenzenlos zu sein (Rehberger et al., 2002).
Die von Molkenerzeugnissen gewünschte Wirkung im Endprodukt ist von den Wechselwir- kungen der Molkenerzeugnisse mit den weiteren Inhaltsstoffen des jeweiligen Produktes abhängig.
Diese Wechselwirkungen werden durch die Verarbeitungsschritte wie z.B. die Erhitzung bes- timmt. Um die gewünschte Wirkung der Molkenproteine im Endprodukt zu erzielen, muss
das richtige Molkenprodukt sowie die exakte Menge ausgewählt werden. Der Einsatz von Molkeninhaltsstoffen in Nahrungsmitteln hat zum Ziel, Konsumentenerwartungen zu erfüllen und dabei den gesetzlichen Bestimmungen zu entspre- chen, die Qualität der Produkte zu verbessern, das Kosten-Nutzenverhältnis zu optimieren sowie den Nährwert der Lebensmittel zu erhöhen.
Die in der Lebensmittelindustrie dank ihrer funk- tionellen Eigenschaften besonders nachgefragten Serumbestandteile, lassen sich in drei Kategorien einteilen:
1 Serumproteine (Molkenproteine, Minor- proteine, bioaktive Peptide, Wachstums- faktoren)
2 Mineralstoffe (Hauptmineralstoffe, Spuren- elemente)
3 Lactose (reine Serumlactose, Lactosederivate, Zuckersirup)
Mit Serumproteinen (WPC) hat man schon viele Anwendungen erfolgreich vermarktet, mit Beispielen wie partikulierte Molkenproteine, Molkenprotein-Stärkegele, funktionelle und phy- siologische Wirkungen in der Säuglings-, Diät- und Sportlernahrung. In Nordamerika und neuerdings auch in Teilen Europas boomt der Markt mit Molkenprotein (MP), insbesondere als wertvolle Ergänzung in Aufbau- und Kraftpräparaten. Die Marktpreise für solche Spezialprodukte sind in den letzten Jahren deutlich gestiegen.
Calcium und Phosphor findet man in beträchtli- chen Mengen im Lactoserum in Form von soge- nannten „Nanoclusters“, welche sich durch die pH-Veränderung bei der Käseherstellung aus den Kaseinmicellen herauslösen. Die Wissenschaftler vermuten, dass diese „Nanoclusters“ eine lebens- wichtige Funktion im menschlichen Körper ausü- ben. Ein grosses Innovationsfeld für neue Produkte scheint sich mit den Lacto-Mineralstoffen (auch Kalium und andere Elemente) anzubahnen. Von welcher Quelle der Mensch die Mineralstoffe für seine Ernährung bezieht, spielt anscheinend eine wichtigere Rolle, als bisher angenommen.
3.5 Ernährungs- und Gesundheitsaspekte Den Funktional Foods und Nutraceuticals wird wei- terhin ein wachsendes Marktvolumen vorausge- sagt, vermehrt noch in den USA und in Japan.
Experten rechnen mit einem realistischen ständigen Marktanteil von 15-20%. Die Grenze zwischen
Nahrungsmittel und Medikament verwischt sich in diesen Segmenten mehr und mehr. Die Produkte lassen sich - unterstützt mit trendiger Werbung - ideal als Gesundheits- und Lifestyle-Produkte posi- tionieren. Milchserumbestandteile übernehmen vielfältige Funktionen und Eigenschaften und sind deshalb von besonderem Interesse der Pro- duktentwickler und Ernährungswissenschaftler. Je geringer die Konzentration (Minorbestandteile) in der Molke, um so wertvoller scheint der spezifische gesundheitsfördernde Zusatznutzen (added value) dieser weltweit intensiv umforschten Serum- bestandteile zu sein. Lactoferrin (LF), Lactoper- oxydase (LP), bioaktive Peptide, Glycomakro- peptide (GMP), Wachstumsfaktoren (Immuno- globulingruppen) sind einige Substanzen des
Milchserums, welchen die Forscher positive Wirkungen zuschreiben. Auch aus Lactose herge- stellte Produkte haben gute Marktchancen, wie der von ARLA Foods aus Molke hergestellte Süssstoff Tagatose aufzeigt. Das Produkt hat sich als kalorien- armer Süssstoff (auch für Diabetiker geeignet) - mit prebiotischer Wirkung bei der menschlichen Verdauung - gut etabliert.
Nicht zu unterschätzen ist der grosse Forschungs- aufwand zum Nachweis der vielfältigen funktio- nellen und gesundheitsfördernden Wirkungen.
Viele klinische Studien stehen erst am Anfang.
Eines zeigen sie aber bereits auf: In diesem Lebensmittelsektor steckt ein vielversprechendes Potential.
4 Verwertung der Molke in Dorf- und Alpkäsereien
Im untenstehenden Schema werden die Möglichkeiten zusammengefasst, welche an eine als handwerklich bezeichnete Milchverarbeitung angepasst sind.
4.1.2 Gewinnung von Biogas
Es gibt bereits einige Praxisbetriebe, die ihre Molke an eine Abwasserreinigungsanlage (ARA) liefern, welche mit Bioreaktoren zur Gewinnung von Biogas ausgestattet ist. Um Transportkosten zu vermeiden, bedingt dies, dass die Käserei nicht allzu weit von der ARA entfernt liegt. Zudem ist es erforderlich, dass die ARA über eine ausreichend hohe Kapazität verfügt, um die Molke aufzuneh- men, und anschliessend das produzierte Biogas auch verwerten kann.
Es wurden auch Versuche durchgeführt, um Biogas direkt aus « purer » Molke zu gewinnen. Eine sol- che Anlage ist in der Praxis allerdings noch nicht in Betrieb.
Vorteile:
- Die Produktions- und Gebrauchskurven von Biogas sind miteinander korreliert.
- Kein Molketransport.
- Senkung der Energiekosten in der Käserei.
Nachteile:
- Die Flüssigkeit, die aus dem Reaktor austritt, ist nicht vollständig gereinigt und muss in der ARA noch behandelt werden.
- Im Fall von zeitweilig auftretenden Problemen wird die Beseitigung der Molke problematisch.
- Es dauert relativ lange, bis ein Gleichgewicht im Reaktor entsteht und folglich eine maximale Produktivität erreicht wird.
- Der Platzbedarf ist relativ gross (Reaktor von etwa 80 m3 für 2 Mio. kg verarbeitete Milch pro Jahr).
Die Versuche zur Gewinnung von Biogas wurden von dem Unternehmen EREP SA durchgeführt.
EREP SA
Chemin du Coteau 28 ZI de la Plaine
CH-1123 Aclens (VD) www.erep.ch
Tel.: +41 21 869 98 87 Fax: -41 21 869 01 70 E-mail: info@erep.ch 4.1 Energiegewinnung aus Molke
Die Vergärung (meist Hefegärungen) der Molke zu Ethanol, Essigsäuren, Alkohol- und Essigprodukten oder Biogasen sind seit Jahren bekannte Fermentationsprozesse. Kontaminationsprobleme, unausgereifte Prozesse (kontinuierliche Verfahren statt Batch-Prozesse) sowie fehlende wirtschaftli- che Anreize waren für die Herstellung von Produkten aus der Molkenvergärung bisher wenig förderlich. Mit der Förderung einer nachhaltigen Entwicklung sind nun wieder vermehrt wirtschaft- liche und ökologische Anreize zur Weiterentwick- lung dieser Technologien vorhanden.
Zudem wird im heutigen Kontext der Reduktion von CO2-Emissionen die Verarbeitung von Molke zu Brennstoff immer interessanter.
4.1.1 Gewinnung von Bioethanol
Ein Projekt von Alcosuisse hat zum Ziel, eine Fabrik zu bauen, in der Bioethanol aus Nebenprodukten der Schweizer Landwirtschaft hergestellt wird. Es wäre möglich, diesen Alkohol in Anteilen von 5 bis 10 % zum Treibstoff hinzuzufügen, wodurch die Umweltverschmutzung verringert werden könnte.
Molke ist eines dieser Produkte, welches sich dafür verwenden liesse. Es bleibt noch zu definieren, welche Behandlung im Vorfeld des Transports zur Fabrik zu erfolgen hat (Konzentration, Hydrolyse).
Die Verwirklichung dieses Projekts hängt von poli- tischen Entscheiden ab. Gemäss ersten Vorabklär- ungen wäre es möglich, aus 1000 l Molke etwa 23 l Bioethanol herzustellen. Dennoch kann dies nur über die ernergieaufwändigen Etappen der Konzentration und Destillation erfolgen.
Für weitere Informationen:
Projekt etha+ (www.etha-plus.ch)
Ein Liter Molke enthält 70 bis 80 Gramm abbau- bare Kohlenstoffe (DCO). Die Resultate nach den Optimierungsarbeiten aus der Arbeit lassen sich sehen: Die DCO-Menge in der Molke wurde zu 91% abgebaut. Pro Tonne Molke konnten mit dem Verfahren 49 m3Biogas (Methan) hergestellt werden, dies entspricht der Ersparnis von 20 kg Heizöl. Die Käserei, welche die Versuche durchge- führt hat, kann mit der produzierten Biogasmenge aus der anfallenden Molke 60% Heizöl einsparen.
Abb. 2: Von der Firma EREP verwendete Anlage zur Durchführung von Versuchen über die direkte Gewinnung von Biogas aus Molke.
Biogasherstellung im Faulturm der ARA Praxisbeispiel
In der Lataria Engiadinaisa SA (LESA) werden jährlich über 7 Mio. kg Bergmilch zu Pastmilch, Milchdrink, Rahm, Joghurt sowie zu ungefähr 350 Tonnen Käse verarbeitet. Dabei fällt ca. 4.3 Mio. Liter Schotte an.
Bis heute entsorgt die LESA in Bever die anfallende Schotte über ein wirtschaftlich aufwändiges Konzentrationsverfahren (Umkehrosmoseanlage) und anschliessendem Abtransport ins Unterland. In einer Vorstudie wurde diese Entsorgungsart als nicht nur kostenträchtig für die LESA sondern auch als umweltbelastend eingestuft. Zusätzlich wurde eine alternative Verwertung der Schotte im Faulturm der ARA Sax während 5 Wochen durch verschiedene Versuchsreihen mit Erfolg getestet.
Folgende Vorteile ergaben sich für die LESA:
- keine Schottevorbehandlung - keine Kühlung und Lagerung
- kein Aufkonzentration mit Umkehr-Osmose - Anlage
- keine Transportkosten (zZ: 3-3.5 Rp/Liter) - Reduktion des Energie- und Wasserverbrauches - Reduktion der Abwasserkosten
- Produktion von Biogas und elektrischem Strom
Füllkörper 800 [l]
Rezirkulation Molke-
lagerung-
Pumpe Peristaltische
Pumpe
Überlauf
Sicht- fenster
CO2
CH4
Heiz-
system Thermometer
Austritt
pH-Meter Kondensat - abscheider
Zuführung Biogas Gaszähler
Gasanalysegerät Füllkörper
800 [l]
Rezirkulation Molke-
lagerung-
Pumpe Peristaltische
Pumpe
Überlauf
Sicht- fenster
CO2
CH4
Heiz-
system Thermometer
Austritt
pH-Meter Kondensat - abscheider
Zuführung Biogas Gaszähler
Gasanalysegerät Kondensat -
abscheider
Zuführung Biogas Gaszähler
Gasanalysegerät
Abbaugrad der Schotte
Der Abbaugrad der Schotte lag aufgrund der Untersuchungsergebnisse vom chemischen Sauerstoffbedarf im Faulwasser bei 99%. Der Grund für den sehr hohen Abbaugrad der
Biogasproduktion
Der voreingedickte Klärschlamm aus dem Vorklärbecken und Ausgleichsbecken, sowie der Überschussschlamm aus den Nachklärbecken und die Schotte wurden im Faulturm einer weiteren biologischen Behandlung unterzogen. Dabei wurde unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) in mesophilem Milieu (30° - 35° C) der Schlamm ausgefault. Dabei entstand auch ener- giereiches Faulgas - eine Mischung aus Kohlendioxid (CO2) und Methangas (CH4), das in weiterer Folge verstromt wurde.
Die genaue Messung der Biogasmengen und Methangaskonzentration während der Versuchs- phase war nur eingeschränkt möglich. Die beiden 12 kWh-Gasmotoren waren bereits bei Einbrin- gung kleiner Schottenmengen nicht mehr in der Lage, die Gasmengen komplett zu verwerten.
Nach dem Massenerhaltungsgesetz konnte aus der Menge und Zusammensetzung der Schotte die erzeugte Gasmenge errechnet werden. Die LESA-Schotte besteht zu etwa 4,5 % aus Milchzucker, zu 0,3 % aus Fett, und zu 0,5 % aus Eiweiss. Bei vorsichtiger Annahme eines Abbaugrades von 98 % der organischen Substanz ergibt sich bei 4,3 Mio. Liter jährlicher LESA- Schotte aus dem Milchzuckeranteil eine Menge von 72'143 m3 an seinem Methan (Normkubik- meter). Der Fettanteil der Schotte ergibt zusätzlich 9224 m3 und der Eiweissanteil ca. 5835 m3 Methangas pro Jahr.
Schotte war in der langen Aufenthaltszeit im Faulturm in Kombination mit der guten Abbaubarkeit.
So funktioniert die Kläranlage
Stromproduktion
Aus einem Normkubikmeter Methan lassen sich mit einem Gasmotor, der einen elektrischen Wirkungsgrad von 32 % aufweist, 3,2 kWh Elektrizität erzeugen. Mit der berechneten
Methangasmenge von 87'202 m3 lassen sich 279'046 kWh pro Jahr aus der LESA-Schotte gewinnen.
Aus 1000 Liter Schotte können 60- 65 kWh erzeugt werden.
Umweltbilanz
- Stilllegung einer Umkehrosmose
- Verringerung des Frischwassers um 6'000 m3/ Jahr, ca. 12 % vom gesamten Frischwasser- verbrauch
- Einsparung von ca. 80'000 kWh/Jahr, ca. 15 % vom gesamten Stromverbrauch (keine Aufkon- zentration der Schotte)
- Verringerung der Schmutzwassermenge und Fracht um ca. 33 %/Jahr
- Verzicht auf 50 LW-Fahrten mit der eingedick- ten Schotte nach Herisau ca. 23'000 km/Jahr - Verzicht des Schottentransportes nach ARA
Sax, ca. 330 Fahrten = 1'000 km/Jahr
Die Lataria Engiadinaisa SA und die ARA/Sarinera Sax werden im Sommer/Herbst 2006 die nötigen Investitionen tätigen, u.a. im Bereich Schotten- stapelung, Umbau des Faulturms, Stromerzeu- gung und Pipelinebau.
4.2 Molkebeseitigung durch Kompostierung Wenn beispielsweise in Alpkäsereien keine Möglichkeit besteht, die Molke zu verwerten, so muss die Molke so kostengünstig wie möglich beseitigt werden. Eine Lösung besteht darin, sie an die Industrie zu verkaufen oder gratis abzugeben.
Diese Lösung ist aber trotzdem häufig kostenauf- wändig, da die Molke abgekühlt werden muss und die Transportkosten wegen der geringen Dichte der Molke hoch sind.
Bei nicht allzu grossen Mengen ist es möglich, die Molke durch Kompostierung zu beseitigen. Diese Technik wurde auf Initiative des Amtes für Wasser, Bodenwirtschaft und Sanierungen (SESA) des Kantons Waadt entwickelt.
Ein detaillierter Bericht über dieses Verfahren kann im Internet unter folgendem Link heruntergeladen werden:
w w w. d s e . v d . c h / e a u x / e a u x / q u a l i t e / p d f / rapport_petits_laits.pdf
4.3 Molkeverfütterung
4.3.1 Verfütterung an Schweine
Der grösste Teil der Molke (ca. 70 %) wird heute noch durch Verfütterung an Schweine verwertet.
Dieser Weg bleibt am rentabelsten.
In der Regel nimmt man an, dass 1 kg Molke ungefähr 60 g Gerste entspricht. Durch die Senkung des Getreidepreises, wird aber auch die Molkeverfütterung weniger interessant.
Ausserdem enthält Molke eine grosse Menge an Salzen. Also muss darauf geachtet werden, dass den Tieren genügend Wasser zur Verfügung steht, um das überschüssige Natrium auszuscheiden.
• Hohe Gehalte an Ca P und Na
• Mit 1 kg Molke-Trockensubstanz wird ebenso viel Na zugeführt wie mit 15 g Speisesalz
4.3.2 Molkeverfütterung an Wiederkäuer Im Allgemeinen wird Süssmolke von Wieder- käuern besser aufgenommen als Sauermolke. Es ist generell eine dreiwöchige Anpassungsphase einzu- halten, in der die Menge progressiv gesteigert wird (Anpassung der Pansenflora). Es wird jedoch auch
bei dieser Strategie Kühe geben, die den Verzehr von Molke verweigern.
Der Futterwert von Molke liegt für Wiederkäuer ungefähr bei 0.027 CHF pro Kilo.
Buchberger (1984) und Steinwender (1994) empfehlen:
- Im Sommer: 20-30 kg Molke pro Kuh und Tag - Im Winter: 40-50 kg Molke pro Kuh und Tag
Tab. 1: Möglicher Molkeverzehr während der Winterfütterung pro Milchkuh und Tag gemäss ver-schiedenen Autoren.
Es wird auch empfohlen, die Molkegabe über den Tag hinweg zu verteilen.
30 kg Molke entsprechen ca. 1300 g Zucker (Lactose).
Aufgrund des Acidoserisikos sollte ein Anteil von 20 % Zucker in der Ration nicht überschritten wer- den. Im Frühjahr ist besondere Vorsicht geboten, da junges Gras mehr Zucker enthält.
Molke kann auch an Rinder, Ochsen und Kälber verfüttert werden. Hier ist das Risiko einer zu star- ken Verfettung nicht ausser Acht zu lassen.
ohne Molke 40 Liter Molke
Ungesättigte Fettsäuren 28.6 27.0
Fettsäuren C4 - C10 10.9 11.5
Fettsäuren C12 - C16 49.2 51.3
Fettsäuren C18 und länger 39.9 37.1
Autor Molke pro Milchkuh und Tag
Schingoethe 1976 64-78 kg
Thivend 1977 -100 kg
Remond 1978 47-85 kg
Buchberger 1984 40 kg
Jans 1986 30-80 kg
Steinwender 1994 40 kg
Es wurde bemerkt, dass das Milchfett bei Kühen, die mit Molke gefüttert werden, härter ist als bei Kühen, die keine Molke erhalten (Tabelle 2).
Tab. 2: Zusammensetzung des Milchfetts von Kühen, die mit oder ohne Molke gefüttert wurden.
Schliesslich müssen die Hygienevorschriften strengstens befolgt werden (Verordnung über die Regelung der Qualitätssicherung in Milchvieh- betrieben). Insbesondere dann, wenn auf dem Betrieb Milchkühe gehalten werden. Das Risiko ist gross, dass es zu Infektionen mit Buttersäure- bakterien kommt, die bei der Käsefabrikation anschliessend Probleme bereiten.
4.4 Verwertung der Molkenproteine
Eine gute Art der Molkeverwertung ist die Herstellung von Ziger. Es lässt sich aber nicht die gesamte anfallende Molke zu Ziger zu verarbeiten, da der Markt dafür nicht gross genug ist. Hinzu kommt, dass das Beseitigungsproblem der Sirte
5 Konzentration der Molke in der Käserei
5.1 Nanofiltration und inverse Osmose
Abb. 3: Darstellung der Grösse und Art der Milchpartikel, die bei den verschiedenen Trennverfahren zurückgehalten werden.
Elektronisches Mikroskop Optisches Mikroskop Von Auge erkennbar Ionenbereich Molekularbereich Makromolekularbereich Mikropa rtikelbereich Makropartikelbereich
Ionen Fettkügelchen
Salze Immun oglobuline Hefen, Schimmelpilze
Laktose Kaseinmizellen
Bakterien
Umkehrosmose Ultrafiltration Herkömmliche Filtration
Nanofiltration Mikrofiltration
â-Lacto- globulin
á-Lact- albumin
0.001 0.01 0.1 1.0 10 100
200 20.000 200.000 2.000.000
Mikrometer (log-Skala) Molekular- gewicht (Da)
Relative Grösse der typischen Bestandteile
Trenn- verfahren
In der Milchwirtschaft wird die Nanofiltration zur Aufkonzentrierung und gleichzeitigen teilweisen Entmineralisierung von Molke verwendet. Poly- valente Ionen und Disaccharid werden durch die Nanofiltration zurückgehalten, die monovalenten Ionen wie Kalium, Natrium, Chlor und Magnesium passieren die Membran und gehen ins abfliessende Permeat über. Der Vorteil der Nanofiltration liegt darin, dass die hergestellten Molkenkonzentrate besser für deren Verwendungszweck zusammen- gesetzt sind. Dies gilt sowohl für den Einsatz von
Molkenkonzentraten in Lebensmitteln als auch für den Einsatz in Tierfutter. Viele Umkehr- osmose-Einrichtungen wurden deshalb durch die Nanofiltration ersetzt. Das dabei anfallende NF-Permeat muss vor der Ableitung in die kom- munalen Abwässer entsprechend aufbereitet (Reduktion CSB5) werden, um die vorgegebenen Salzwerte einzuhalten. Dies Methode ist heute technisch machbar und lohnt sich auch wirt- schaftlich.
weiterhin besteht. Bei dem von ALP entwickelten Prozedere ist es hingegen möglich, die Serum- proteine wieder in die Käsefabrikation einfliessen zu lassen. Auf diese Weise lässt sich der Käseertrag erhöhen und die Serumproteine werden verwertet.
5.2 Praxisbeispiel
Aufkonzentration der Schotte mit Umkehr- Osmose-Anlage
Seit über 10 Jahren wird in der Käserei Savognin aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen die anfallende Schotte aufkonzentriert. Wir haben dem Geschäftsführer P. Odermatt einen Fragen- katalog zugestellt. Hier die Antworten dazu:
1. Gründe der Investition einer Umkehrosmose- anlage
Der Hauptgrund ist eine kostengünstige
„Entsorgung“ in die Tierfütterung. Die Verfütterung von ca. 3-4 Mio. Liter Schotte sollte möglichst in der Region (kurze Wege) und mit ausgelasteten Tankfahrzeugen erfol- gen.
Es gibt Schottenabnehmer, welche im Bündnerland für den Abholdienst pro Liter 3 - 3,5 Rp verlangen, Tendenz steigend.
2. Planung, Bau und Inbetriebnahme der Anlage Erste Abklärungen ergaben, dass ab einer Menge von ca. 2 Mio. Liter Schotte sich die Investionen von ca. Fr. 300'000.- wirtschaftlich lohnen (abhängig von Entsorgungskosten, Futterpreise, Transportkosten).
Die Stapeltanks kosteten ca. Fr. 80'000.--, die Osmoseanlage ca. 200'000.--
Baujahr: Tanks 1992, Anlage ca. 1995.
Eingebaut wurde eine MWT-Umkehrosmose- Anlage mit 9 Membranen und ca. 45 m2.
Zusätzlich wurde die Kapazität der Schotten- lagerung vergrössert.
6000 Liter Schotte wird im Kreislauf in 4 Stun- den aufkonzentriert (10-11% TS). Für die CIP- Reinigung mussten weitere Reinigungstanks erstellt werden.
.
3. Probleme bei der Umsetzung, worauf ist besonders zu achten?
Täglich ist die Anlage mit sauren und alkali- schen Mitteln fachgerecht zu reinigen. Dabei ist die Konzentration der Reinigungsmittel genaustens einzustellen, was fast „nur“ auto- matisch möglich ist.
4. Vorbehandlung der Fettsirte /Magersirte In Savognin wird die Fettsirte vorgängig zentri- fugiert.
5. Reinigung der Anlage, Wartung, wie oft müs- sen die Membranen gewechselt werden?
Die Reinigung der Anlage ist das A und O für eine längere Lebensdauer der Membranen.
Diese müssen je nach Überwachung und Reinigung der Anlage zwischen 3 Monaten und 2 Jahren ausgewechselt werden. Eine Membrane kostet ca. Fr. 1'200.--.
6. Abnehmer des Schottenkonzentrats, Vorteile, worauf muss bei der Fütterung geachtet wer- den?
Mit einem Trockengehalt von 10 - 11 % kann das Konzentrat 1 zu 1 verfüttert werden.
Bei 15 - 18 % Trockensubstanz muss das Kon- zentrat wieder verdünnt werden.
7. Was geschieht mit dem Restwasser?
Das Restwasser ist absolut klar und kann ohne weiteres in das Abwasser ARA gegeben wer- den.
8. Kosten-, Nutzenanalyse, oekonomische und ökologische Aspekte
Bei einer Amortisationsdauer von 10 Jahren (Umkehrosmoseanalge) und von 20 Jahren (Reinigungs- und Schottenlagertanks) kann die Anlage ab einer Jahresmenge von 2 Mio. Liter Schotte wirtschaftlich betrieben werden.
Die Betriebskosten (Strom, Wasser und Reinigungsmittel) belaufen sich auf ca 0.5 Rp pro lt Schotte oder ca 1 Rp pro lt Konzentrat.
Der Wasser-Reinigungstank sollte maximal 100 Liter gross sein.
Fotobeispiel einer Umkehr-Osmose-Anlage
Herausgeber Agroscope Liebefeld-Posieux, Eidgenössische Forschungsanstalt für Nutztiere und Milchwirtschaft (ALP), CH–3003 Bern, Tel. +41 (0)31 323 84 18, Fax +41 (0)31 323 82 27, www.alp.admin.ch, e–mail: info@alp.admin.ch Autoren Rudolf Amrein, Cédric Fragnière, Andreas Thomet Tel. +41 (0)31 323 82 26, e–mail: rudolf.amrein@alp.admin.ch Fotos/RedaktionAgroscope Liebefeld–Posieux LayoutHelena Hemmi CopyrightNachdruck bei Quellenangabe und Zustellung eines
Belegexemplars an die Herausgeberin gestattet. ISSN 1661-0660 / 15.02.2006
6 Schlussfolgerungen
Lösungen gibt es viele, jedoch haben auch alle ihren Preis. Jede Situation ist anders und es ist wichtig, sie unter all ihren Aspekt zu untersuchen, bevor man in eine bestimmte Technologie inves- tiert.
Ausserdem sind aus verschiedenen Gründen die Möglichkeiten für eine bessere Vermarktung von Molkeprodukten in den nächsten Jahren nicht nur im Ausland sondern auch in der Schweiz gegeben:
- Die erworbene Akzeptanz bei Verbrauchern und in der Lebensmittelindustrie spricht für sich.
- Das Image von Molke wird mehr und mehr durch die Kombination mit den Bereichen Fitness, Wellness und Gesundheit verbessert.
- Molkenerzeugnisse werden in Eiskrem sowie in vielen anderen Produkten der Lebensmittel- industrie als bewährte Zutaten erfolgreich ein- gesetzt.
- Verschiedene Molkenprodukte haben sich sogar als Markenprodukte etabliert und beleben dadurch den wachsenden Markt der Milch- mischgetränke zusätzlich.
- Molkengetränke erfreuen sich einer zunehmen- den Beliebtheit. Dieses Marktsegment wird in den nächsten Jahren weiter wachsen.
- Verbesserte Produkte und neue Entwicklungen vergrössern die Einsatzmöglichkeiten der Molkenprodukte als funktionelle Zutaten von Lebensmitteln...
Es gilt nun für die Verarbeiter die „Molkenwerte“
noch besser zu nutzen und zu innovativen Markenprodukten umzuwandeln. Warum sollten die Molkengetränke nicht das derzeit schwindende Volumen der alkoholischen Getränke ersetzen?
Ein eindrückliches Beispiel einer fünfzigjährigen Erfolgsstory von Milchserum ist das bekannte Getränk „Rivella“, welches einen beträchtlichen Anteil an Milchserum enthält. Die Idee wurde bereits 1950 geboren und seither wird das Pro- dukt – unterstützt mit einem wirkungsvollen Marketing – als gesunder, sportlicher und mo- derner Softdrink in der ganzen CH erfolgreich vermarktet.
Findige Entwickler der nationalen Milchverarbei- ter sind aufgefordert, weitere solche Marken- produkte – basierend auf Molkenbasis – zu kreie- ren.
