目前國(guó)內(nèi)液態(tài)乳產(chǎn)品主要有巴氏殺菌乳和超高溫滅菌乳兩種。ESL(extendedshelflife)乳，即延長(zhǎng)貨架期的巴氏殺菌乳，是目前乳品加工行業(yè)的研究熱點(diǎn)。巴氏殺菌乳保質(zhì)期短、風(fēng)味差。超高溫滅菌乳的保質(zhì)期較長(zhǎng)，但營(yíng)養(yǎng)損失大，蛋白變性多，維生素破壞嚴(yán)重，外觀及風(fēng)味道卻較為遜色[2]。基于風(fēng)味與保質(zhì)期兩者考慮，則出現(xiàn)了ESL乳。
通過(guò)殺滅或降低乳中的微生物，可以延長(zhǎng)乳制品的保質(zhì)期，常見的除菌技術(shù)主要有：離心除菌技術(shù)、超高壓殺菌技術(shù)、紫外滅菌法技術(shù)、二氧化碳?xì)⒕夹g(shù)、膜分離除菌技術(shù)等。其中膜分離技術(shù)是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型、高效、精密的分離技術(shù)，其原理是利用高分子膜的選擇透過(guò)性，以濃度差梯度、壓力梯度或電勢(shì)梯度作為推動(dòng)力，在膜相際之間進(jìn)行傳質(zhì)，以達(dá)到不同組分的分離、純化的目的[3]。無(wú)機(jī)膜是膜分離技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新階段，它的主要材料是性能穩(wěn)定的ZrO2、TiO2和Al2O3，這些材料通過(guò)溶膠-凝膠法鍍?cè)谔沾傻妮d體上，所以一般的無(wú)機(jī)膜也稱為陶瓷膜。陶瓷膜在乳品工業(yè)中的應(yīng)用主要是超濾和微濾膜。
微濾膜截留脂肪、細(xì)菌及大分子酪蛋白，透過(guò)乳蛋白、乳糖、鹽類等相對(duì)分子量較小的物質(zhì)。微濾在乳品工業(yè)中的應(yīng)用主要是脫脂除菌和濃縮大分子物質(zhì)，這是由牛奶中的各成分的尺寸所決定的。陶瓷膜具有耐高溫、耐腐蝕、機(jī)械性能良好、清洗方便及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此越來(lái)越廣泛地用于乳品工業(yè)。將陶瓷膜用于牛乳的除菌技術(shù)，國(guó)外有一些報(bào)道，而國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少。
本實(shí)驗(yàn)研究了無(wú)機(jī)陶瓷膜錯(cuò)流技術(shù)在牛奶微濾除菌方面的應(yīng)用，取得了較好的效果。并對(duì)影響除菌效果的因素進(jìn)行了探討，得出了操作條件，為相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
1材料與方法
1.1材料
新鮮牛乳由南京衛(wèi)崗乳業(yè)有限公司；營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、0.50%NaOH、0.50%多聚磷酸鈉、0.10íTA、0.20%十二烷基苯磺酸鈉。
1.2儀器
LRH-250A生化培養(yǎng)箱廣東省醫(yī)療機(jī)械廠；UL－40AC乳成分分析儀杭州浙大優(yōu)創(chuàng)科技有限公司；SJM-IM型無(wú)機(jī)陶瓷膜過(guò)濾設(shè)備合肥世杰膜工程有限公司。
1.3方法
1.3.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)消毒
殺滅實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的病原性微生物，采用50～60℃的0.5%NaOH溶液循環(huán)殺菌，殺菌劑循環(huán)殺菌30min，殺菌后用純水漂洗至中性。
1.3.2原料乳脫脂
牛奶中脂肪球的顆粒直徑為0.l～22.0μm，基本覆蓋了乳中所有細(xì)菌的尺寸大小，嚴(yán)重影響除菌濾過(guò)效果。因此在微濾之前應(yīng)將乳脂肪分離出來(lái)，將脫脂奶過(guò)濾除菌。而分離的稀奶油可單獨(dú)進(jìn)行殺菌或與截留液混合后殺菌，然后與除菌的脫脂奶混合、標(biāo)準(zhǔn)化而制成產(chǎn)品。本實(shí)驗(yàn)采用離心分離技術(shù)得到脫脂乳，脂肪含量＜0.50%。
1.3.3脫脂乳過(guò)濾條件選擇
錯(cuò)流微濾脫脂乳，觀察并記錄不同膜孔徑的滲透通量隨壓力(0.04～1.6MPa)、時(shí)間(0～60min)、溫度(25～50℃)的變化情況。
1.3.4微濾工藝條件優(yōu)化
陶瓷膜微濾除菌效果及滲透通量受孔徑、溫度、壓力三個(gè)因素的影響，因此在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，選用L9(34)正交試驗(yàn)表，結(jié)果如表1所示。
1.3.5微生物檢驗(yàn)
菌落總數(shù)：用營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，置于(36±1℃)恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)48h后計(jì)數(shù)。芽孢總數(shù)測(cè)定：將過(guò)濾前后的脫脂乳分別在80℃殺菌10min后，冷卻，按不同稀釋度，用營(yíng)養(yǎng)瓊脂倒平板，置于(36±1℃)恒溫培養(yǎng)箱保溫培養(yǎng)72h后計(jì)數(shù)。
1.3.6脫脂乳品質(zhì)測(cè)定
在不同的過(guò)濾條件下，用乳成分分析儀測(cè)定過(guò)濾前后脫脂乳蛋白質(zhì)、乳糖、非脂乳固體含量的變化，分析脫脂乳營(yíng)養(yǎng)成分的截留情況。
1.3.7膜的清洗與恢復(fù)
過(guò)濾完成后，要對(duì)陶瓷膜進(jìn)行及時(shí)的清洗。本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)清洗方法，用復(fù)合清洗劑(0.5%多聚磷酸鈉、0.1íTA、0.2%十二烷基苯磺酸鈉)在室溫下清洗45～60min，每次都要用純水進(jìn)行循環(huán)清洗，并且洗至中性(pH7)。清洗結(jié)束后，測(cè)定此時(shí)陶瓷膜的純水通量，和過(guò)濾前的純水通量比較，要求膜通量恢復(fù)率大于90%。
2結(jié)果與分析
2.1不同孔徑對(duì)除菌效率及脫脂乳成分的影響
用孔徑為0.5、0.8、1.2μm的陶瓷膜，在25℃，TMP(transitmembranepressure，過(guò)膜壓力)＝0.12MPa條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要考察細(xì)菌、芽孢的去除效率和蛋白質(zhì)、乳糖、非脂乳固體的截留率。結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知，三種孔徑的膜微濾脫脂乳時(shí)，對(duì)細(xì)菌的截留率都在99%以上，對(duì)芽孢的截留率都在95%以上，除菌率較高。對(duì)蛋白質(zhì)和非脂乳固體的截留率，都隨著孔徑的增大而減小，這與郭本恒[9]等的研究結(jié)果相似，但他得到的結(jié)果是蛋白質(zhì)的截留率與截留分子量成負(fù)線性關(guān)系，而本實(shí)驗(yàn)直接反應(yīng)了蛋白質(zhì)截留率和孔徑成負(fù)線性關(guān)系，直接反應(yīng)了孔徑對(duì)蛋白質(zhì)的截留效果。三種孔徑的膜對(duì)乳糖的截留率非常低，幾乎可以100%透過(guò)，主要是因?yàn)槿樘欠肿映叽巛^小，只有0.8nm左右。
2.2膜滲透通量隨時(shí)間的變化
在0.12MPa，相同溫度下，測(cè)定了三種孔徑的膜滲透通量隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)，三種孔徑的膜滲透通量都呈降低趨勢(shì)，這主要是因?yàn)樵S多分子量不同的大分子蛋白同時(shí)通過(guò)膜孔而形成膜孔堵塞，由于大分子蛋白的擴(kuò)散速度低又受到靜電效應(yīng)的影響，從而造成一些大分子蛋白被留在膜孔道內(nèi)，加劇了濃差極化現(xiàn)象，導(dǎo)致滲透通量下降。圖中還顯示出1.2μm孔徑的膜滲透通量衰減的較小，而0.5、0.8μm孔徑的膜滲透通量分別衰減了30%、50%，衰減較大，說(shuō)明膜孔堵塞情況嚴(yán)重。
2.3壓力對(duì)膜滲透通量的影響
室溫25℃條件下，調(diào)節(jié)壓力，測(cè)定了膜滲透通量隨壓力的變化情況，結(jié)果如圖3所示。
由圖3可知，0.5μm和1.2μm孔徑的膜滲透通量隨著壓力升高逐漸增大，但是當(dāng)TMP達(dá)到0.12MPa時(shí)，滲透通量增加不明顯，0.5μm孔徑的膜甚至有細(xì)微的降低。0.8μm孔徑的膜滲透通量在0.12MPa時(shí)達(dá)到，到了0.16MPa時(shí)有所降低，這可能是受到濃差極化作用的影響，隨著壓力進(jìn)一步升高，滲透通量有所增大但不太明顯。總體看來(lái)，在TMP＜0.12MPa時(shí)，滲透通量隨著壓力的升高而增大，說(shuō)明在此壓力范圍下，微濾過(guò)程主要受壓力控制，但是隨著壓力的進(jìn)一步升高，滲透通量增加不明顯，開始受到濃差極化影響，滲透通量趨于穩(wěn)定，因此認(rèn)為微濾的壓力在0.12MPa附近。
2.4溫度對(duì)膜滲透通量的影響
溫度也是影響滲透通量和蛋白質(zhì)截留率的一個(gè)因素，隨著溫度升高，脫脂乳的密度會(huì)降低，這有利于滲透通量的增大。本實(shí)驗(yàn)在TMP=0.12MPa，溫度范圍25～50℃的條件