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    牛乳生产中的膜分离浓缩工艺

    发布日期:2015/3/18   浏览次数:

    牛乳的成分和性质    
      牛乳的化学成分很复杂,经证实至少有100多种化学成分,但主要由水、脂肪、蛋白质、乳糖、维生素、酶类、无机盐等物质组成。牛乳中的乳糖和部分可溶性盐类形成真溶液,其微粒直径小于1nm;蛋白质和不溶性的无机盐类形成胶体悬浮液,其微粒直径为1~100nm;脂肪球的直径为0.1~100um,绝大部分为2~5um,牛乳是由上述三种体系组成的均匀、稳定的胶体性液体。人们习惯根据分离的方式对牛乳的组成进行分类,因此,牛乳的组成可以表示为:

    乳品生产中的工艺
      ◎ 液态鲜乳生产工艺
      无论包装形式如何,液态鲜乳的生产都可以分为巴氏消毒乳和超高温灭菌乳。这两种乳的生产流程非常接近。液态鲜乳的生产过程如下:原料乳的检验——净乳——冷却——标准化——预热——均质——杀菌或灭菌——冷却——灌装或无菌灌装——封口——装箱——冷藏——检验——出厂。
    注:黑体表示可以采用膜技术改进,下同。
      ◎ 乳粉生产工艺
      乳粉是以乳或乳产品为原料,经浓缩、干燥工艺制成的固态乳产品,其中可以根据需要添加糖和其他营养素。
      全脂乳粉的生产工艺流程为:原料验收——净化——冷却——贮存——标准化——预热杀菌——真空浓缩——过滤——喷雾干燥——冷却——过筛——包装——检验——出厂。
    由于乳粉在常温下的保藏期长,脂肪酶、蛋白酶、过氧化物酶的残留会对产品的风味、色泽造成严重影响,必须加以钝化。因此,对原料乳必须进行杀菌.
      乳品工业中,可简化生产工艺,降低能耗,减少废水污染,提高乳品综合利用率。目前膜技术在乳品工业中的应用主要有:乳品灭菌及浓缩、乳品的标准化、乳蛋白浓缩、乳清的回收与加工利用、废水处理等
    实例应用:
     ◎微滤在乳品除菌方面的应用
      微滤在乳品工业上的应用在一段时间内曾被忽视,因为一般而言微滤不足以除菌,而乳品中的脂肪球大小又和细菌大小相似。近年来开发的技术是将微滤与加热杀菌结合,既达到杀菌目的,又节省了能量消耗。例如先将原乳离心分离,再将脱脂乳用微滤处理。滤液已经不含细菌,浓缩液则与离心分离得到的奶油混合,混合物经高温加热杀菌后,再与滤液混合,从而得到杀菌的成品乳。对于10T原乳,滤液量为 8550kg,需要加热处理的混合物只有1450kg,因此能耗大为减少。除菌效率可达99.99%,产品在8℃下保藏16~18d,风味也比较好。
      另一种应用是干酪盐水的处理,用微滤处理时不必加温,在盐水的自然温度下过滤反而好,因为加热可能使钙磷络合物沉淀在膜上,造成膜的堵塞。
     ◎超滤用于干酪制造
      传统的干酪制造工艺是先用离心分离法脱除牛乳中的脂肪,然后用酶或酸凝乳,最后进行  固-液分离,得到干酪。
      近年来出现了用超滤法制造干酪的工艺。直接将脱脂牛乳用超滤法浓缩,去除水分和一些小分子物质,然后再进行凝乳,制得干酪。这种工艺的特点是:蛋白质回收率较高,因为可溶性蛋白质被截留了;整个流程能耗较低;可节约多达50%的凝乳酶,因为凝乳酶在较浓的溶液中活力较高;生产工程所需的场地较小;污水处理费用大为降低。
     ◎超滤用在乳清分离
      用牛乳制干酪,分离后得到乳清,其中含不少可溶蛋白质、矿物质等营养物质,但也含大量的难消化的乳糖,一般乳清中含蛋白质0.7%,含乳糖5%。乳清有甜乳清和酸乳清两种,视生产时用凝乳酶或用酸凝乳而定。乳清的量占牛乳量的84%~91%,其中的固溶物含量很低。传统的处理方法是将乳清在真空下浓缩,然后喷雾干燥,得到乳清粉。这种处理方法的缺点是能耗太高,且乳清粉含的乳糖较多,营养价值不高。
      用超滤膜法处理乳清的工艺已经比较成熟。超滤处理后,蛋白质可以回流到干酪生产流程中,小分子物质则通过膜。膜的材料可以是醋酸纤维素、聚砜等常用材料, MWCO值在10000~25000,截流率达到95%~97%,液缩比很高,可使乳清中蛋白质含量从3%增加到5%以上,甚至更高。浓缩以后,仍可制造乳清粉,但干燥的能耗明显降低,而且乳清粉的营养价值大为提高。全世界有3%的乳清是用超滤法处理的,美、法等国更高达8%~10%。
      过滤的滤液可以用反渗透法进一步浓缩,最后得到一种含乳糖很高的产品,可以用做饲料。
     ◎乳品的浓缩
      反渗透在乳品工业中的应用包括乳清和牛乳的浓缩、咸乳清的脱盐及废液的处理等。
      干酪乳清的浓缩可以作为超滤后滤液的浓缩,也可以作为超滤或电渗析前的预浓缩,还可以将乳清直接用反渗透浓缩。在各种情况下,反渗透都是做为蒸发的代替操作,一般的反渗透能浓缩到28%左右,可以大大减少蒸发的热量消耗。
      若用反渗透处理乳清,浓缩后再蒸发、干燥即制成乳清粉。若先用超滤,则浓缩物富含蛋白质,可制乳粉。滤液再用反渗透浓缩,这样制得的乳清粉中乳糖含量很高,也可将反渗透浓缩液用做发酵原料。
      利用纳滤膜浓缩的牛乳可以制成高级冰淇淋,在一般的浓缩乳中,由于存于其中的盐类也被浓缩,所制成的冰淇淋口感不佳。而经纳滤膜浓缩的牛乳中盐类减少,使制成的冰淇淋口感嫩滑,同时因为没有被加热,制品的奶味格外浓郁。

     

     
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