技術(shù)文章
乳制品行業(yè)的膜分離
時(shí)間：2016.03.09
毛發(fā)、青草和蒼蠅。在這里提起毛發(fā)、青草和蒼蠅似乎有些可笑，但在乳制品行業(yè)卻是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。蒼蠅很容易去除，而毛發(fā)很難發(fā)現(xiàn)和去除。在處理稀釋原汁牛奶時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)量驚人的奶牛的毛發(fā)和刷子的毛，同時(shí)還經(jīng)常有些青草。解決這些問(wèn)題通常使用可以清洗和消毒的袋式過(guò)濾器，而且效果相當(dāng)好。
酪蛋白。在乳清中含有大量酪蛋白細(xì)小顆粒。通常使用可以自清洗的篩子去除較大的顆粒，而剩余的酪蛋白顆粒通常使用離心作用去除。如果離心機(jī)的運(yùn)行效率很低，則通過(guò)膜系統(tǒng)處理乳清時(shí)，顆粒物也會(huì)有效減少。經(jīng)驗(yàn)表明具有47mil流道的RO系統(tǒng)可以處理一定數(shù)量的通過(guò)酪蛋白過(guò)濾器的懸浮固體，這樣就不需要離心機(jī)了。
牛奶、脂肪和phospholipids。牛奶含的天然脂肪比例范圍在3.0%～4.5%。 膜系統(tǒng)可以處理牛奶中的脂肪，但脂肪含量低于0.05%時(shí)可以運(yùn)行得更好。在乳制品加工廠中，最常用的設(shè)備是使用離心機(jī)撇去牛奶中的脂肪。Phospholipids形成于脂肪球的表皮，因此非常討厭，它們需要用高pH和高溫來(lái)進(jìn)行清洗。目前還沒(méi)有辦法將Phospholipids從牛奶和乳清中去除。
巴氏殺菌法。毫不夸張地講在膜過(guò)濾前進(jìn)行巴氏消毒已成為一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。巴氏消毒需要加熱至72℃并保持15～20秒，以后再冷卻至操作溫度。針對(duì)這個(gè)原則很少有例外。巴氏消毒的目的是減少細(xì)菌的活動(dòng)能力，同時(shí)形成磷酸鈣結(jié)晶體(見(jiàn)有關(guān)磷酸鈣章節(jié))。如果沒(méi)有進(jìn)行巴氏消毒，系統(tǒng)的性能會(huì)降低，同時(shí)由于乳酸的形成，在操作幾個(gè)小時(shí)后產(chǎn)品的pH會(huì)下降。PH的降低導(dǎo)致產(chǎn)品成為廢品。雖然巴氏消毒法已應(yīng)用了25年，為了減少投資和運(yùn)行費(fèi)用，目前已開(kāi)始逐漸避免使用本方法了。如果要使不使用巴氏消毒的膜過(guò)濾取得成功，必須對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行非常深入細(xì)致的研究。
磷酸鈣。磷酸鈣或者磷酸氫鈣存在于所有的乳制品中。溫度越高，磷酸鈣的溶解度越低。而麻煩的是許多乳制品的加工必須提高溫度，同時(shí)很難在膜過(guò)濾前從牛奶和乳清中去除磷酸鈣。預(yù)處理可以使沈淀的數(shù)量在可被接受的范圍內(nèi)，但也不能完全避免這種現(xiàn)象。
一般的經(jīng)驗(yàn)做法是在膜過(guò)濾前對(duì)乳制品進(jìn)行巴氏消毒，即加熱至72℃并保持15～20秒,然后冷卻至操作溫度。如果不馬上冷卻，并且根據(jù)所謂的“熱保持”的方法，產(chǎn)品(大多數(shù)是甜奶酪)的溫度在55～60℃下保持一小時(shí)，那么將形成數(shù)量驚人的磷酸鈣微晶體，并沈淀。一部分晶體可以作為污泥排出，它們不會(huì)影響膜過(guò)程。相反有助于防止進(jìn)一步沈淀在膜上。當(dāng)膜系統(tǒng)產(chǎn)生濃縮，磷酸鈣的濃度超過(guò)其溶解度，那么已經(jīng)形成的晶體將繼續(xù)增長(zhǎng)，這樣可以從大量的液體中脫除過(guò)量的磷酸鈣。
這種方法可以和被許多其它行業(yè)熟知的晶體植種技術(shù)相比較。雖然并不完全有效，但也可以在清潔循環(huán)中操作20小時(shí)。
變形蛋白。也是膜系統(tǒng)料液中的麻煩。微小的變形通常會(huì)降低溶解度，而徹底的變形會(huì)產(chǎn)生一種類(lèi)似于煮硬的蛋白的物質(zhì)。還能溶解的輕微變性的蛋白不能通過(guò)預(yù)處理去除，因此會(huì)導(dǎo)致通量的降低，增加膜污染。沈淀的蛋白可以用常規(guī)的過(guò)濾方法很容易地去除。
氧化環(huán)境。膜對(duì)氧化劑的耐受力變化很大。薄膜不能耐受除次氯酸外的任何氧化環(huán)境。所有的聚砜膜(Desal E-F和P系列)、PVDF膜(Desal J系列)、PTFE膜(Desal K系列)、和聚丙烯腈膜(Desal Q系列)對(duì)各種氧化劑都有很好的耐受力。
因此原則上料液進(jìn)入膜系統(tǒng)前所有氧化物質(zhì)必須去除。以后討論的僅僅是和卷式膜有關(guān)的氧化劑。
² 氯氣、次氯酸鈉
如果料液中有氯氣或次氯酸鈉，則必須進(jìn)行脫氯預(yù)處理。可以使用以下的方法：
n 一般使用的方法是加入減氯劑，如亞硫酸鈉。結(jié)果系統(tǒng)中將形成硫酸鹽。
n 也常用活性炭過(guò)濾器。但應(yīng)注意的是它可能是一個(gè)微生物生長(zhǎng)并造成生物阻塞的潛在可怕來(lái)源。另外存在炭的回用處理問(wèn)題。
n 使用UV光可能最好些，但比較昂貴。
² 次氯酸
據(jù)報(bào)道次氯酸對(duì)薄膜無(wú)害，但缺乏真正有說(shuō)服力的證據(jù)。次氯酸很難處理，并且難形成游離氯，因此很少在膜過(guò)濾工廠中使用。
² 過(guò)氧化氫/(H2O2)、醋酸(Peracetic acid)
兩者都是相當(dāng)弱的氧化劑，被用于每周一次的薄膜的消毒維護(hù)。但如果它們?cè)诹弦褐校瑒t必須通過(guò)加入藥劑將它們?nèi)コ?/span>
² 溴、碘
類(lèi)似于氯，可以用相同的方法進(jìn)行預(yù)處理。
² 硝酸
在室溫下，普通濃度(<<0.5%)的硝酸可用于每日一次的清洗。但不可以再更高溫度下使用或使用更高濃度。我們極力主張不使用硝酸，而用其它的非氧化性的酸代替。較好的替代品有磷酸、鹽酸和檸檬酸。
² 鉻酸鹽
料液中的六價(jià)鉻是一個(gè)麻煩，因?yàn)樗且环N相當(dāng)強(qiáng)的氧化劑。鉻酸鹽的危害性和pH有關(guān)。在中性pH下危害最大。在Ph 7和含高濃度鉻酸鹽的系統(tǒng)中薄膜的使用壽命是以星期而不是以月來(lái)計(jì)的。大多數(shù)的膜在pH低于2時(shí)可以運(yùn)行良好。其它的預(yù)處理方法有：減少對(duì)薄膜有害的六價(jià)鉻，使之成為三價(jià)鉻。這種方法使鉻酸鹽的回收使用成為可能。
料液中的懸浮固體是非常難處理的問(wèn)題。到目前為止，一般采用的預(yù)處理方法是傳統(tǒng)的過(guò)濾。在最初的乳制品行業(yè)中也會(huì)使用離心的方法。
微生物代表了一個(gè)特殊的問(wèn)題。不管它們是死或活，都可能阻塞膜片?；畹奈⑸锟赡芡ㄟ^(guò)自生的新陳代謝產(chǎn)物或與料液中的細(xì)菌反應(yīng)而引起阻塞。死的微生物的細(xì)胞殘害，主要是細(xì)胞膜，可以引起阻塞。從物料中去除細(xì)胞殘骸和新陳代謝產(chǎn)物是非常困難的，因?yàn)橛杉?xì)胞產(chǎn)生的各種物質(zhì)一般具有抗氧化能力和抗高pH值環(huán)境的能力。
表28和表29列出了在預(yù)處理中使用的常規(guī)方法。雖然能列出的預(yù)處理方法非常多，但一般使用的方法很少。因此，如果你需要處理一種沒(méi)有在此列出的產(chǎn)品，可以采用在此表中列出的同類(lèi)產(chǎn)品相同的預(yù)處理方法。雖然這部分信息是通過(guò)行業(yè)整理的，也可以象以下列出的那樣，通過(guò)產(chǎn)品的類(lèi)型歸類(lèi)。
例如：
蛋白質(zhì)：奶酪、奶類(lèi)(母牛奶、羊奶、馬奶、水牛奶)、黃豆蛋白、豌豆蛋白、酵素蛋白、血漿、魚(yú)刺水和魚(yú)凍。
多糖：角叉(菜)膠、果膠、瓊脂、樹(shù)脂、黃原膠。
果汁：蘋(píng)果汁、梨汁、菠蘿汁。
預(yù)過(guò)濾的要求變化很大。管式膜對(duì)料液中的顆粒有耐受力，其它的所有系統(tǒng)都要求對(duì)料液進(jìn)行過(guò)濾。表26提供了一些指導(dǎo)。