引言
微濾(micro-filtration)是指用膜將直徑為0.1～10m的粒子與液體或其他低分子量的組分分開的膜過濾
過程的推動力是壓力差.利用膜的“篩分”作用進行分離微濾膜具有比較整齊、均勻的多孔結(jié)構(gòu).孔隙率占總體積的70％~80％.故阻力很小.過濾速度較快。陶瓷膜作為微濾膜的一種，孔徑為0.卜1.4m，具有耐高溫、易清洗等特點.被廣泛應(yīng)用于微濾除菌巾。
利用膜分離技術(shù)對牛乳的加工工藝進行改進，使用微濾膜進行除菌克服了傳統(tǒng)工藝中殺菌時造成脂肪被氧化.產(chǎn)生異味的缺陷.產(chǎn)品的微生物指標符合國家標準。由于采用膜技術(shù)進行“冷殺菌”，降低了熱敏性
成分的分解，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)
本文通過在微濾技術(shù)對牛乳進行除菌的過程中比較膜孔徑、壓力差、操作溫度等工藝參數(shù)對除菌率、蛋白截流率、產(chǎn)品通量的影響.優(yōu)化出最適的工藝參數(shù)，為膜技術(shù)在乳品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)參考
1設(shè)備和材料
原料奶來自蒙牛乳業(yè)收奶臺
1.1試驗設(shè)備
原奶預(yù)處理、離心及均質(zhì)：新西蘭默多克液奶小試設(shè)備一套。膜除菌處理：廈門三達陶瓷膜過濾設(shè)備一套，配有梯度(GP)~L徑為1.2m和0.8m的陶瓷膜。
1.2檢測儀器與方法
乳成分檢測采用FT12o-~L成分分析儀進行測定：細菌總數(shù)檢測采用流式細胞儀測定。除菌率計算：除菌率=(1一濾后細菌濃度／濾前細菌濃度)x100％蛋白截流率計算：蛋白截流率=(1～濾后蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)／濾前蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù))x100％
2實驗方法
本研究選用1.2Ixm和0.8m孑L徑梯度陶瓷膜分別進行實驗.考察不同孑L徑陶瓷膜在脫脂牛奶除菌應(yīng)用中的技術(shù)可行性.以及相應(yīng)的技術(shù)條件。
2.1膜設(shè)備的消毒及初始水通量的測定
先用去離子水把管道沖洗干凈(包括循環(huán)管道、透析管道以及反沖管道).配好消毒液倒入料桶.運行
20minX~管道進行消毒(包括循環(huán)管道、透析管道以及反沖管道)：排盡消毒液后再用去離子水清洗管道至干凈測量標準水通量.排盡料桶中去離子水。
2.2脫脂奶的準備
原料奶經(jīng)新西蘭默多克液奶生產(chǎn)小試設(shè)備加熱、脫脂離心；部分樣品經(jīng)過均質(zhì).均質(zhì)壓力為0.2Mpa實驗所須脫脂奶脂肪含量要求小于0.40％。
2.3脫脂奶過濾條件的選擇
①保持錯流速率為6m／s，濃縮倍數(shù)(VCR)為20.壓力差保持在0.001~0.O03MPa~間。
②通過泵的循環(huán)以及冷卻水的控制，在預(yù)設(shè)定的溫度下(30.40.50℃)分別收集透析液和濃縮液.檢測相關(guān)數(shù)據(jù)。同時測量膜通量。此過程不收集透析液。
③完成預(yù)定溫度值測量之后.選擇膜通量較為適合的溫度完成后續(xù)實驗.收集透析液。在此過程中控制溫度變化.定時測量膜通量.視情況進行反沖洗操作。
④當完成實驗料液透析后，排盡料桶中的濃縮液.分別測量濃縮液和透析液的質(zhì)量或體積.用無菌瓶收集透析液、濃縮液樣品、分別檢測相關(guān)數(shù)據(jù)。
2.4膜設(shè)備的清洗
實驗確認過濾完成后.用水沖干凈系統(tǒng)管道.并通過換熱器將溫度升高到#J5o℃.用質(zhì)量分數(shù)為1％的NaOH的溶液沖洗(溫度50℃左右).剛開始階段關(guān)閉透析口閥門.循環(huán)15min后.打開透析口閥門，繼續(xù)清洗30min：堿洗完后沖干凈管道用質(zhì)量分數(shù)為0.5％的HNO(溫度50℃左右)沖洗.剛開始階段關(guān)閉透析口閥門，循環(huán)15min后，打開透析口閥門，繼續(xù)清洗30min。每次清洗后均使用去離子水沖洗至中性。清洗結(jié)束后，測量此時水通量.并與標準水通量比較。膜通量的恢復(fù)率要求必須3v于90％
2.5過濾前后牛乳中細菌含量及乳成分的比較
通過對采集的原奶、脫脂奶、濃縮液、透析液樣品的細菌總數(shù)、物理成分的檢測，計算出其相應(yīng)的除菌率、蛋白質(zhì)截流率、干物質(zhì)截流率等。
3結(jié)果與討論
3.1過濾前后活菌數(shù)量及成分等數(shù)值的比較
表1為實驗用原料奶與脫脂奶統(tǒng)計指標：表2為1.2txm與0.8m陶瓷膜除菌實驗指標對比結(jié)果。由表1和表2可以看出，①選擇1，2m孑L徑的陶瓷膜
技術(shù)的除菌率平均可達99.5％。達到了預(yù)期的效果。但通量與預(yù)期的相差較遠.原因有可能是大的蛋白形成膠束.而正好使膜孑L堵塞.導(dǎo)致其他小分子蛋白無法正常透過膜孑L.另外.由于通量低也造成了透析端清液無法及時排出膜管導(dǎo)致樣品中含有殘存水.影響檢測結(jié)果，所以蛋白截留率很高.達到50％以上，效果不是很理想。②通過對0.8m陶瓷膜實驗我們可以看出.結(jié)果要比1.2txm的較好.除菌率可以達到99.5％以上、蛋白截留率在15％2E~，較1.2m有很大改觀。膜通量基本穩(wěn)定在20-250L／(m.h)。分析這種現(xiàn)象的存在.應(yīng)該是由于牛奶中大的蛋白膠束在1.2txm左右范圍堵膜.而用0.8txm膜剛好截留住這部分蛋白。③在過膜之前經(jīng)過均質(zhì)(0，2MPa)處理后，膜通量、蛋白截流率等指標均有改善.其中膜通量平均升高了1.5左右這可能是由于均質(zhì)壓力打散了脫脂乳中殘留的脂肪球和聚集在一起的蛋白質(zhì)顆粒
3.2操作因數(shù)影響分析
實驗過程中考察了實驗效果較好的0.8m膜進行了溫度及壓力差對膜通量的影響實驗。
3.2.1操作溫度對膜通量的影響
圖2為操作溫度對O.8LL孔徑陶瓷膜膜通量的影響
由圖2可以看出.溫度對膜通量有著比較明顯的影響，隨著溫度升高.膜通量也增大.原因是溫度升高黏度減小.濃差極化和膜表面的污染減輕常乳的脫脂溫度一般為4OqC左右.在工藝的連續(xù)性和節(jié)約能耗方面考慮.5OqC的過濾溫度比較合適此外.從圖上我們也還可以看出.牛奶在經(jīng)過脫脂后再進行均質(zhì).其通量比未經(jīng)過均質(zhì)要好。
3.2.2操作壓力對膜通量及蛋白截留率的影響
圖3為壓力差N0.8LLm孔徑陶瓷膜膜通量及蛋白截留率的影響。由圖3可以看出.壓力差在0.0012-0.0028MPa范圍內(nèi).膜通量基本處于一個平穩(wěn)水平.隨著操作壓力的升高而緩慢升高：而相應(yīng)的蛋白截留也維持一個較穩(wěn)定的水平。考慮到能耗等因素.選擇操作壓力為0.0016MPa。
4結(jié)論
通過本次采用1.2m和0.8m陶瓷膜對脫脂牛奶的除菌實驗.從兩種膜型的實驗結(jié)果來看.二者都可以達到高水平除菌效果.在膜通量及蛋白質(zhì)截留情況來