Mleczarstwo w ostatnim czterdziestoleciu w polsce - postęp techniczny i jego skutki
Prof. dr hab. inż. Stefan S. Smoczyński
Katedra Towaroznawstwa i Badań Żywności
Wydział Nauki o Żywności
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Motto:
„Odchodzenie współczesnego mleczarstwa od dawniejszych form zamkniętego obiegu rolniczego jest wymuszane przez niespotykaną wcześniej ingerencją techniki i ekonomii”.
Prof. dr hab. inż. J. Budny [1]
Wprowadzenie i cel opracowania
Ostatnie pół wieku, a licząc czas odbywających się konferencji to w sumie już ponad czterdzieści lat istotnych zmian w polskim mleczarstwie, które obejmowały wiele problemów, ale podstawowym i najważniejszym zagadnieniem była zawsze gospodarka energią i środowiskiem w polskim mleczarstwie. Konferencje te przebiegały z udziałem bardzo wielu aktywnych uczestników mleczarstwa, specjalistów praktyków profesjonalnie ukierunkowanych na bieżące problemy branży, a także pracowników nauki. Nauka i jej realizatorzy praktycznie ze wszystkich ośrodków badawczych w Kraju prezentowali najnowsze osiągnięcia przydatne w mleczarstwie. Stąd miniony okres wskazany czasem konferencji to konsekwentne wdrażanie nowych osiągnięć technicznych opartych o doświadczenia praktyków oraz wyniki badań naukowych w formie nowych technologii gwarantujących odpowiednią jakość wyrobów mleczarskich powstających w warunkach przyjaznych dla środowiska. Stąd celem opracowania jest próba przedstawienia postępu technicznego oraz technologicznego polskiego mleczarstwa w ostatnim czterdziestoleciu z uwzględnieniem jego skutków. Postępu w pozyskiwaniu i przetwórstwie mleka skutkującego różnorodnością asortymentową, wysoką jakością żywieniową oraz bezpieczeństwem zdrowotnym mleka i jego przetworów wraz z ograniczaniem bezpośredniego wpływu na środowisko. Przejście na przemysłowy system hodowli bydła mlecznego oraz nowoczesne metody przetwórstwa mleka oraz wytwarzania rynkowych produktów mleczarskich gwarantują osiągnięcie celów produkcyjnych oraz ekonomicznych. Działania te skutkują jednocześnie narastającym niekorzystnym oddziaływaniu na środowisko przyrodnicze. Obowiązkiem staje się minimalizowanie niekorzystnego wpływu na środowisko, które potencjalnie zagraża przyszłym pokoleniom.
Wiąże się to z tzw. filozofią zrównoważonego rozwoju. Najbardziej zbliżonym spośród produktów mleczarskich do wyrobu zrównoważonego jest mleko ekologiczne, będące surowcem do ekologicznych – zrównoważonych produktów. Jak się jednak okazuje – konieczne staje się dalsze intensywne poszukiwanie przyjaznych rozwiązań technicznych, specjalnie projektowanych nowych wyrobów, innowacyjnych technologii oraz innych nie standardowych rozwiązań [2].
Postęp techniczny w mleczarstwie w zakresie pozyskiwania mleka w gospodarstwach
Najważniejszym ogniwem światowego jak i polskiego mleczarstwa, ciągle jest hodowla krów i pozyskiwanie mleka, który dzięki rozwiązaniom technicznym uległ wielkiej przemianie organizacyjnej i technicznej – od niewielkiego gospodarstwa użytkującego jedną do kilku krów do wielkostadnych specjalistycznych obór obejmujących nawet kilkaset sztuk. Ta przemiana w Polsce dokonała się dokładnie w ostatnich latach ubiegłego wieku oraz postępuje w kolejnych dekadach XXI wieku. W gospodarstwach prowadzących specjalistyczną hodowlę krów mlecznych, w coraz szerszym zakresie realizowany jest postęp. Polega ona na trwałym gospodarowaniu środkami i warunkami produkcji w sposób gwarantujący ciągłą i właściwą efektywność produkcji mlecznej. Ponadto uwzględnia samoodnawialność ekosystemów, przy wykorzystaniu aktualnych osiągnięć postępu technologicznego, naukowo-technicznego i instytucjonalnego [3]. Udowodniono przy tym, iż produkcja mleka może być prowadzona systemem takiego rolnictwa, które może być ocenione z uwzględnieniem czynników ekologicznych, a także społecznych i ekonomicznych [4]. Uważa się przy tym, że gospodarstwa mleczne można zaliczyć do grupy podmiotów mających warunki do prowadzenia działalności o najbardziej korzystnym zrównoważeniu [3]. Obok czynnika ekologicznego we współczesnym gospodarstwie hodowli krów mlecznych dąży się do uzyskiwania stabilnej i opłacalnej ekonomicznie oraz akceptowalnej społecznie produkcji [5]. Coraz częściej stosowany przemysłowy charakter gospodarstwa mlecznego zapewnia realizację celów produkcyjnych satysfakcjonujących ekonomicznie, trudniej jest uniknąć niekorzystnego wpływu na środowisko, głównie w wyniku znacznej emisji niekorzystnych gazów [6].
Postęp techniczny w sposobie doju, przemieszczaniu i przechowywaniu mleka w gospodarstwie
Stosunkowo wcześnie zainteresowano się utechnicznieniem udoju, poprzez wprowadzenie doju mechanicznego wykorzystującego podciśnienie wytwarzane w kubku udojowym.
Ważnymi elementami mechanicznych urządzeń dojnych były odpowiednie przewody, pompa próżniowa, zbiorniki próżniowe do mleka, kubki udojowe i pulsator. Intensywnie prowadzono prace zmierzające do doskonalenia udoju skutkowały wprowadzeniem i wykorzystaniem tzw. robotów udojowych, które korzystają z wielu rozwiązań innowacyjnych w zakresie sprzętu ze specjalistycznym wyposażeniem pozwalającym na wielokierunkowe korzyści. Osiągnięcie techniczno-ekonomiczne związane z zastosowaniem robota udojowego wiąże się ze skróceniem czasu dzielącego kolejne udoje wraz ze wzrostem częstotliwości oddawania mleka przez krowy w ciągu doby, co skutkowało wzrostem wydajności mlecznej krów. Ważnym technicznym, a zarazem innowacyjnym rozwiązaniem w systemie robota udojowego było wykorzystanie kamery i laseru do szybkiego i precyzyjnego zakładania kubków udojowych, co okazało się szczególnie przydatne u krów wykazujących odruchy nerwowe w przypadku zbyt długiego czasu trwania nakładania kubków [7]. Zastosowanie nowych technicznych rozwiązań zapewniły odpowiednie warunki higieniczne bytowania krów mlecznych oraz całej drogi pozyskiwania mleka, co wiązało się z pozytywnymi efektami w ocenie jakości mleka, charakteryzującego się oczekiwaną niską liczbą komórek somatycznych. Dobrym rozwiązaniem technicznym okazał się przewodowy system transportu mleka z zastosowaniem odpowiednich materiałów rurowych z aparatu dojnego bezpośrednio do zbiornika chłodzącego, których rolę spełniały specjalistyczne, nowoczesne chłodzone silosy dostosowane do wielkości produkcji mleka w gospodarstwie [8].
Mycie w oborze – postęp prohigieniczny i prośrodowiskowy
Zapewnieniu odpowiednich warunków higienicznych bardzo przydatnym okazał się system mycia w obiegu zamkniętym. Stwierdzono wyższą efektywność energetycznoeksploatacyjną obór wolnostanowiskowych w porównaniu ze stanowiskowymi, wyrażoną między innymi niższymi nakładami energii na robociznę, co przejawiało się w ich lepszej funkcjonalności i zapewnieniu dobrostanu zwierząt [9]. Zapewnienie odpowiedniej jakości mleka w tym jego bezpieczeństwo zdrowotne wymaga w ciągu całego cyklu jego pozyskiwania i przetwarzania zachowania właściwych warunków higienicznych. Zadanie to staje się możliwe do wykonania poprzez wykorzystanie różnych rozwiązań technicznych ułatwiających zachowanie czystości i całkowite wykluczenie obecności szkodliwych drobnoustrojów oraz wytwarzanych przez nie zabrudzeń najczęściej w formie tzw. biofilmu [10]. W celu uzyskania takich warunków, niezbędnym stało się stosowanie różnych metod usuwania brudu, mycia i odkażania (dezynfekcji) urządzeń, aparatury, zbiorników i cystern oraz instalacji wykorzystywanej w całym cyklu pozyskiwania mleka. W mleczarstwie obejmuje to poszczególne etapy – od pozyskiwania mleka w oborze, poprzez jego przetwórstwo w zakładach przemysłowych i produkcji wyrobów mleczarskich oraz ich przechowywania i dystrybucji. Aktualnie, w mleczarstwie procesy te prowadzi się różnymi sposobami w zależności od potrzeb. Powszechne stało się mycie instalacji i urządzeń w układzie zamkniętym (CIP, ang. Clening In Place). Prowadzi się również mycie powierzchni zewnętrznych oraz instalacji specjalnych, w tym z wykorzystaniem membran. Jak wykazują wyniki prowadzonych badań stosowane związki chemiczne jako substancje myjące oraz dezynfekujące w pewnych warunkach mogą przenikać do surowców tworząc zagrożenie technologiczne i zdrowotne. Wykluczenie całkowite, czy też maksymalne zminimalizowanie tego zagrożenia wymaga dobrego stanu technicznego, właściwego doboru chemicznych substancji myjących i dezynfekujących oraz przestrzegania zasad prowadzenia procesu mycia [11].
Konsekwencje postępu technicznego w mleczarstwie w zakresie hodowli krów mlecznych i pozyskiwania mleka
Przeprowadzone specjalistyczne badania naukowe wykazały, że w Polsce gospodarstwo mleczne o intensywnej produkcji rolnej osiągało dobre wyniki ekonomiczne, ale miało problemy z gospodarką nawozową i wykazywało małą dbałość o bioróżnorodność. Natomiast w gospodarstwie ekstensywnym, w systemie ekologicznym problemem była stosunkowo niska dochodowość [12]. Niezależnie jednak od pojawiających się problemów wynikających z różnicy w wielkości gospodarstw istotnym jest pojawiająca się zmiana oddziaływania na środowisko.
Postęp w przetwórstwie mleka
Przed laty dokonany postęp techniczny związany był z wynalezieniem i następnie doskonaleniem wirówek z możliwością wprowadzenia funkcji oczyszczania oraz rozwiązań technicznych, szczególnych poprzez wirówki zamknięte do wirówek hermetycznych pozwalających na uzyskanie śmietany o zawartości tłuszczu powyżej 72 %. Konstrukcja tych wirówek pozwalała na mycie w układzie zamkniętym z możliwością usuwania szlamu grawitacyjnie lub za pomocą specjalnej pompy. Stworzyło to możliwość rozdzielania składników mleka o różnej gęstości w polu przyspieszenia odśrodkowego, czyli w wyniku procesów mechanicznych [13]. Osiągniecie to stało się podstawą ogromnych możliwości w technicznym doskonaleniu pierwszej wirówki. Aktualnie eksploatowane wirówki mleczarskie – talerzykowe różnią się wydajnością i przeznaczeniem z wieloma szczegółowymi rozwiązaniami. Pierwsze wirówki były typu otwartego, kolejne typu zamkniętego oraz typu hermetycznego. Dzisiaj w praktyce stosowane są wirówki samooczyszczające. Pod względem rozwiązań technicznych na podkreślenie zasługują rozwiązania liniowe obejmujące wymienniki ciepła, wirówkę oraz mycie w obiegu zamkniętym. Przemysł mleczarski musi uczestniczyć w inicjowaniu, finansowaniu programów badawczych służących zwiększeniu efektywności wykorzystania zasobów środowiska w procesach produkcyjnych, zwłaszcza rozwój technologii alternatywnych paliw, umożliwiających zastępowanie paliw petrochemicznych paliwami opartymi na innych nośnikach energii. Przedsiębiorstwa mleczarskie generują duże ilości ścieków, które mogą mieć charakter ścieków technologicznych, pochłodniczych, bytowo-gospodarczych i deszczowych. Ścieki technologiczne powstają podczas mycia urządzeń i pomieszczeń. Zawierają one resztki mleka i produktów z niego wytwarzanych oraz środki myjące. Ścieki pochłodnicze są w zasadzie czyste i mogą być wtórnie wykorzystywane np. do mycia pomieszczeń. Ścieki bytowogospodarcze pochodzą z sanitariatów i umywalni pracowników, a ich udział w ogólnym bilansie jest niewielki. Cechą charakterystyczną ścieków mleczarskich jest bardzo duża nierównomierność ich spływu oraz zróżnicowanie stężenia zanieczyszczeń w czasie. Decyduje o tym rodzaj produkcji w przedsiębiorstwie, który w większości ma charakter procesów okresowych [14]. Przemysł mleczarski obejmuje szereg przedsiębiorstw produkcyjnych, które w toku produkcji wyrobów powodują również w pewnym zakresie niekorzystną emisję zanieczyszczeń do środowiska. Szczególne zagrożenie wiąże się nadal z powstawaniem znacznych ilości ścieków zawierające składniki mleka, w tym białka i laktozy.
Przeciwdziałając temu przemysł mleczarski dąży do zrównoważenia trzech celów – gospodarczego, środowiskowego i społecznego. Realizacja ich wymaga właściwego zarządzania zasobami naturalnymi, w tym ochronę powietrza atmosferycznego, ochronę zasobów wodnych oraz gleby, głównie przed odpadami [15]. Aktualnie w krajach UE funkcjonuje nowe podejście do zagadnień ochrony środowiska i korzystania z jego zasobów. Ujmuje to Dyrektywa 96/61/WE, czyli zintegrowane zapobieganie i ograniczanie zanieczyszczeń IPPC (ang. Integrated Pollution Prevention and Control), która w pełni dotyczy również polskiego mleczarstwa [16]. Dyrektywa ta zwiększa rolę i odpowiedzialność zakładów produkcyjnych za ochronę środowiska oraz za wybór najbardziej korzystnego sposobu ochrony środowiska jako całości. Jednocześnie zobowiązuje się zakłady przemysłowe do wdrażania najlepszych, aktualnie dostępnych technik – BAT (ang. Best Available Techniques). Celem Dyrektywy IPPC była chęć zapewnienia warunków uczciwej konkurencji w obrębie poszczególnych branż w całej Unii Europejskiej z jednoczesnym zapewnieniem możliwie jak najwyższego stopnia ochrony środowiska jako całości [17]. W obrębie tej samej branży zakłady mogą stosować rożne techniki i technologie pod warunkiem, że są w stanie udowodnić, iż dla danego zakładu stanowią one najlepszą dostępna technikę, powodują pełną zgodność z wymogami formalnymi oraz zapewniają ochronę środowiska jako całości [18].
Technika w pełnym wykorzystywaniu składników mleka oraz działania prośrodowiskowe
Zaawansowane przetwórstwo mleka zmierza w kierunku pełnego wykorzystania wszystkich składników mleka w połączeniu z minimalizacją negatywnego oddziaływania na środowisko poprzez mniejsze zużycie energii i wody oraz generowania odpadów. Kierunek ten okazał się nie tylko właściwy, ale także w pełni możliwy poprzez zastosowanie najbardziej innowacyjnych rozwiązań technicznych [19]. Równoległy rozwój chemii tworzyw sztucznych, w tym polimerów syntetycznych okazał się bardzo sprzyjający nowym rozwiązaniom technologicznym jakie zostały wdrażane w mleczarstwie. Przede wszystkim umożliwił postęp w budowie wysoce przepuszczalnych i selektywnych membran i w konsekwencji membranowych technik rozdzielania mieszanin co znalazło najpierw niewielkie, a kiedy włączono nowe wyniki badań coraz szersze zastosowanie przemysłowe. W technologii żywności stosuje się aktualnie wiele odmian technik membranowych, w tym – mikrofiltrację, ultrafiltrację, nanofiltrację a także odwróconą osmozę czy elektrodializę. Techniki te pozwalają na jednoczesne frakcjonowanie, zagęszczanie i oczyszczanie roztworów, co znalazło już praktyczne zastosowanie w przemyśle mleczarskim w odniesieni do mleka i serwatki oraz zwykłych popłuczyn [20]. Innowacyjnym kierunkiem w produkcji twarogu było dążenie do pełniejszego wykorzystanie składników mleka, oraz zwiększenia jego wartości żywieniowej.
Wiąże się to z minimalizowaniem obecności białka serwatkowego, laktozy i składników mineralnych w serwatce, co uzyskano w produkcji twarogu z zastosowanie techniki ultrafiltracji. Urządzenia membranowe instalowane są coraz częściej, i praktycznie zawsze w nowych zakładach mleczarskich. Dało to szansę ogromnego postępu technologicznego i możliwość wprowadzenia innowacji procesowych, które stały się podstawą wytwarzania wielu ciekawych produktów mleczarskich. Są to często produkty energooszczędne, powstające z wyłączeniem wysokotemperaturowej obróbki termicznej, o wydłużonym terminie przydatności i lepszych parametrach jakości żywieniowej jak i zdrowotnej. Ważne jest, by w przypadku mleczarstwa uwzględnić zróżnicowanie zakładów produkcyjnych, co powoduje konieczność dostosowania stosowanych narzędzi. Ważnym działaniem pro środowiskowym jest włączanie kosztów środowiskowych do rachunku ekonomicznego obejmujących energię, materiały, wyroby oraz środki transportowe powodujące znaczące pogorszenie jakości środowiska. Równie ważnym staje się rozwój i wdrożenie nowych instrumentów ekonomicznych zarządzania środowiskiem. Należy zmierzać do wdrażania rozwiązań skierowanych na zapewnienie bezpieczeństwa ekologicznego, w tym biologicznego i chemicznego, w postaci procedur notyfikowania lub licencjonowania działalności produkcyjnej, handlowej, opracowywania planów ratowniczych i powiadamiania ludności. Ogromnie ważnym elementem zasady zrównoważonego rozwoju jest systematyczne wprowadzanie norm produktowych istotnie ograniczających emisję zanieczyszczeń do środowiska w pełnym cyklu życia produktu. Przemysł mleczarski zużywa ok. 1% energii elektrycznej produkowanej w Polsce [21]. Mleczarstwo produkuje znaczne ilości wyrobów jednostkowych opakowanych w materiały będące źródłem dużej ilości odpadów opakowaniowych, które wymagają szczególnych zabiegów utylizacyjnych. Mleczarstwo w sektorze rolno-spożywczym wykorzystuje na potrzeby produkcji i obsługę całej infrastruktury największe ilości wody (wg danych z 2010 r. zużywa ok. 27,6% wody na tle całego sektora spożywczego). Ze względu na specyfikę surowca oraz technikę i technologię jego przetwarzania przemysł mleczarski oddziałuje przede wszystkim na jakość wód otwartych, a w mniejszym stopniu na powietrze i glebę [22]. Spośród wszystkich branż spożywczych branża mleczarska w 2010 roku wytworzyła najwięcej ścieków – 31% ogółu ścieków przemysłu spożywczego. Z tego ponad połowę stanowiły ścieki wymagające oczyszczenia. Warto jednak podkreślić, że spośród wszystkich branż spożywczych przemysł mleczarski charakteryzuje się najwyższym odsetkiem ścieków oczyszczanych (99,3%) [23]. W gospodarce wodno-ściekowej zakłady mleczarskie skutecznie koncentrują się na zmniejszaniu ilości wody wykorzystywanej w procesie produkcji, co w konsekwencji pozwala na ograniczanie ilości ścieków [24].
Konsekwencje postępu technicznego w mleczarstwie w zakresie przetwórstwa mleka i produkcji wyrobów mleczarskich
Postęp techniczny jaki dokonał się na przełomie wieków w przetwórstwie mleka pozwolił na rozszerzenie zakresu dostarczanych na rynek wyrobów mleczarskich. Produkty te w wielu przypadkach charakteryzowały się wysoką jakością żywieniową i zdrowotną uwzględniając zasady zrównoważonego produktu. Postęp techniczny pozwolił na doskonalenie procesu pełniejszego wykorzystania składników mleka, czego konsekwencją jest zmniejszenie zagrożenia środowiska odpadami poprodukcyjnymi oraz uatrakcyjnienia wyrobów mleczarskich na rynku żywności.
Piśmiennictwo
- Budny J. (2013). Problem skali. Czy dotyka polskiego mleczarstwa ? Materiały XXXII Konferencji naukowo-technicznej. Problemy gospodarki energią i środowiskiem w mleczarstwie. Klonowo k. Lidzbarka Welskiego.
- Runowski H. (2009). Rolnictwo ekologiczne. Rozwój czy regres? Roczniki nauk rolniczych Sieria G, 96, (4): 182-193.
- Hadryjańska B. (2015). Zrównoważona produkcja w przedsiębiorstwach branży mleczarskiej. Studia i Prace WNEiZ Usz.,40 (2): 215-225.
- Adamczyk, W. (2012). Współczesne problemy zrównoważonej produkcji i zrównoważonej konsumpcji. Zarządzanie i Finanse, 10 (3/2): 177–191.
- Kasztelan A. (2012). Wpływ przemysłu spożywczego na środowisko w Polsce, Przem.
Spoż. . (66): 12–16.
- Nowosielski R., Spilka M., Kania A. (2010). Zarządzanie środowiskowe i systemy zarządzania środowiskowego, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010, s. 50–54.
- Jędruś A., Lipiński M. (2008). Analiza funkcjonalna nowego aparatu udojowego.
Inżynieria Rolnicza 4 (102): 337-345.
- Fiedorowicz G. (2006). Efektywność produkcji mleka w oborach różnej wielkości i systemach utrzymania krów. Problemy Inżynierii Rolniczej (4): 39-43.
- Diakun J. (2011). Analiza oddziaływania czynników w procesie mycia instalacji i urządzeń. Inżynieria Rolnicza. (1): 23–29.
- Kołwzan B. (2011). Analiza zjawiska biofilmu – warunki jego powstawania i funkcjonowania. Ochrona Środowiska 33 (4): 3-14.
- Fiedorowicz G., Ważna – Zwierzyńska G. (2007). Wpływ stanu technicznego urządzeń do pozyskiwania i schładzania oraz transportu mleka na jego jakość. Problemy Inżynierii Rolniczej, (3): 83-93.
- Hadryjańska, B. (2015). Ekologizacja procesu produkcji a kształtowanie konkurencyjności w przedsiębiorstwach przetwórstwa mleczarskiego, Poznań, Wyd. Polskie Towarzystwo Ekonomiczne Oddział w Poznaniu.
- Jakubowski J., Budny J.(1971). Postępy w inżynierii i technologii mleczarstwa. Wyd. WSR Olsztyn.
- Ziajka S.(red). (1997). Mleczarstwo. Zagadnienia wybrane T. 1 i 2. Wyd. AR-T, Olsztyn.
- Roszkowski A. (2011). Technologie produkcji zwierzęcej a emisja gazów cieplarnianych.
Prob. Inż. Rolniczej (2): 83-97.
- Dyrektywa 96/61
- Bednarski B. (1997) Oddziaływanie przemysłu mleczarskiego na środowisko, w: Mleczarstwo – zagadnienia wybrane, red. S. Ziajka, Wydawnictwo Art., Olsztyn s. 363–375.
- Mroczek J.R., Kostecka J. (2008). Zagrożenia zrównoważonego rozwoju środowiska spowodowane intensyfikacją produkcji zwierzęcej. Zeszyty Naukowe (10): 93-100.
- Kuziemska B., Trębicka J., Wieremiej B., Klej P., Pieniak-Lendzion K. (2014). Korzyści i zagrożenia w procesie produkcji biogazu. Zesz. Nauk. UP-H w Siedlcach. Adm. I Zarz. (103):99-112.
- Zander L., Zander Z. (2006). Podstawy separacji membranowej. Przegląd Mleczarski, (9):
38-41.
- Piontek B. (2002). Koncepcja rozwoju zrównoważonego i trwałego w Polsce. Wyd. Nauk. PWN Warszawa.
- Danków R., Cais-Sokolińska D., Pikul J. (2009). Wykorzystanie popłuczyn mleczarskich w celu odzyskania masy białkowej. Nauka Przyr. Technologia. 3 (4): 1-5.
- Jędrzejewska-Cicińska M., Kozak K., Krzemieniewski M. (2007). Innowacyjna technologia konwersji biodegradowalnych odpadów z przemysłu mleczarskiego (serwatka) do wysokoenergetycznych paliw gazowych (wodór, metan). Energetyka i Ekologia. (4).
- Curkowski A., Oniszk–Popławska A., Wiśniewski G., Zowsik M. (2011). Mała biogazownia rolnicza. Fundacja Instytut na rzecz Ekorozwoju, Warszawa.