膜技术在乳品工业中应用的最新进展_毕海丹

膜技术在乳品工业中应用的最新进展毕海丹崔旭海张永忠(东北农业大学食品学院,哈尔滨,150030)摘要综述了膜技术的特点、分离机理、分类和在乳品工业中的应用,以及膜技术在乳品除菌、回收产品、乳清脱盐、牛乳的浓缩、乳蛋白浓缩、乳蛋白质分级分离、乳的标准化以及在酸乳和干酪制造等方面的应用。阐述了膜分离技术可简化生产工艺、提高效率、提高乳成分综合利用率,而且可以降低能耗、减少废水污染,因而具有显著的经济效益和环保作用,具有很好的发展和应用前景。同时也对存在的问题进行了分析。关键词膜技术,乳品工业,应用第一作者:硕士研究生(张永忠教授为通讯作者)。收稿时间:2005-01-05,改回时间:2005-01-26膜分离是一门新兴的多学科交叉的高新技术。膜分离技术和传统分离技术相结合又派生出诸如膜蒸馏、膜萃取、膜吸收、膜色谱、膜亲和、膜反应器和膜控制释放等许多新型膜过程和膜技术。膜分离技术兼有分离、浓缩、纯化、和精制的功能,又有高效、节能、环保、分子级过滤以及过程简单、易于自动化控制等特性[1]。可广泛应用于金属、纺织、制革、造纸、化工、食品、生化、医药、保健、水处理和国防等工业[2],已成为当今分离科学中最重要的手段之一。1膜技术膜分离是一种使用半透膜的分离方法,用天然或人工合成的高分子薄膜,以界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法统称为膜分离方法[3]。膜分离技术是基于流体混合物中的各组成成分利用高分子膜的选择透过性,不必发生相的转换[5]。以浓度差梯度、压力梯度或电势梯度作为推动力,在膜相际之间进行传质,以达到不同组分的分离、纯化的目的[6]。以压力为推动力的膜过程,根据膜对不同组分的截留能力可以分为:反渗透(RO),纳米过滤(NF),超滤(UF),微滤(MF)[7]。选择膜要考虑用途、膜孔径和截留系数。几种膜过程的分离特性和对乳品中各组分的截留能力如表1[7]和表2[8]所示。表1不同膜过程的分离特性分离特性MFUFNFRO截留颗粒尺寸/μm0.1～100.02～10.001～0.010.0001～0.001截留组分分子质量/u2×105(1～200)×103(3～10)×105100应用领域颗粒分离大分子物质分离离子分离表2不同膜过程对乳品中各组分的截留能力1)组分膜过程MFUFNFRO水++++盐类物质+++-糖和氨基酸++--蛋白质和多糖+---颗粒、脂肪球、细菌----1)“+”表示透过,“-”表示截留。实用的膜系统由膜和支撑结构组成一个过滤单元,可将多个单元组合在一起。在连续系统中,料液不断地在各个单元中循环,逐级浓缩直至达到要求。而透过液则在各个单元中收集,进入中心容器中排出。在处理小批量料液时,也可用批处理操作,用一个中间贮液缸来进行循环[9]。2膜技术在乳品工业中的应用2.1乳品的微滤除菌膜过滤灭菌系统包括乳脂分离,脱脂乳的微孔过滤,浓缩相的高温瞬时灭菌和混合乳的巴氏消毒等工艺过程[7]。用微滤技术(MF)除去乳中细菌和孢子这一举措,与用加热杀菌的办法比较,在过去数年里于乳品业界引起了广泛的兴趣[10～13]。这个系统包括2个主要的灭菌过程,一是通过微孔过滤截留脱脂乳中的细菌和孢子,其次对微孔过滤截留下来和富含各种微生物及孢子的浓缩相及第一步分离出的乳脂进行高温瞬时灭菌,由于这部分物料中蛋白质含量很低,所以可以采用强化的高温灭菌条件。由于脂肪球与乳中一般所含细菌大小相似,故脂肪球与细菌会一同被截留于保留液中,为此在整个工艺过程中于微滤之前应先分离脂肪,其目的是为了减少微孔过滤时的膜堵塞,以提高蛋白质的过滤速度,又可以获得良好的综述与专题评论2005年第31卷第3期(总第207期)99浓缩比且不会阻孔而形成严重的流束下降[10]。微过滤去除鲜乳中细菌工艺流程[14]:鲜乳(离心分离)※脱脂乳(微过滤,巴氏杀菌)稀奶油(高温短时杀菌)※标准化※包装王等人对鲜乳微过滤除菌初探中结果显示[14],微过滤乳卫生指标已达标。除平均的菌落总数略高于UHT乳,其他几项指标均与UHT乳相同。为了保证微孔过滤具有高效的分离效率,膜孔尺寸的选择非常关键。合适的膜孔尺寸应该既能对细菌和孢子具有极高的截留率,同时又能让原料乳中的酪蛋白有尽可能高的通透率。试验显示,合适的膜孔尺寸约为0.6～0.7μm。另外操作条件的控制也非常重要,特别是操作压力和温度。一般乳微滤合适的压力范围为30～40kPa,温度为50℃[7]。采用MF/HTT(高温热处理)工艺处理后,成品液体乳中的细菌降低程度如表3。表3MF/HTT工艺成品乳中细菌降低程度原料乳/cfu·mL-1成品乳/cfu·mL-1细菌降低/%细菌总数15×104<1～1699.99蜡样芽孢杆菌15×104<1>99.95嗜冷厌氧孢子4.5×103<39