膜分離是一門新興的多學(xué)科交叉的高新技術(shù)膜分離技術(shù)和傳統(tǒng)分離技術(shù)相結(jié)合又派生出諸如膜蒸餾、膜萃取、膜吸收、膜色譜、膜親和、膜反應(yīng)器和膜控制釋放等許多新型膜過(guò)程和膜技術(shù)。膜分離技術(shù)兼有分離、濃縮、純化、和精制的功能,又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾以及過(guò)程簡(jiǎn)單、易于自動(dòng)化控制等特性??蓮V泛應(yīng)用于金屬、紡織、制革、造紙、化工、食品、生化、醫(yī)藥、保健、水處理和國(guó)防等工業(yè),已成為當(dāng)今分離科學(xué)中重要的手段之一。
1 膜技術(shù)
膜分離是一種使用半透膜的分離方法,用天然或人工合成的高分子薄膜,以界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力,對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和濃縮的方法統(tǒng)稱為膜分離方法。膜分離技術(shù)是基于流體混合物中的各組成成分利用高分子膜的選擇透過(guò)性,不必發(fā)生相的轉(zhuǎn)換。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。
以壓力為推動(dòng)力的膜過(guò)程,根據(jù)膜對(duì)不同組分的截留能力可以分為:反滲透(RO),納米過(guò)濾(NF),超濾(UF),微濾(MF)。選擇膜要考慮用途、膜孔徑和截留系數(shù)。幾種膜過(guò)程的分離特性和對(duì)乳品中各組分的截留能力如表1和表2所示。
表1:不同膜過(guò)程的分離特性
分離特性 | MF | UF | NF | RO |
截留顆粒尺寸(μm) | 0.1~10 | 0.02~1 | 0.001~0.01 | 0.0001~0.001 |
截留組分分子質(zhì)量(u) | 2×105 | (1~200)×103 | (3~10)×105 | 100 |
應(yīng)用領(lǐng)域 | 顆粒分離 | 大分子物質(zhì)分離 | 離子分離 |
表2:不同膜過(guò)程對(duì)乳品中各組分的截留能力
組分 | 膜過(guò)程 | |||
MF | UF | NF | RO | |
水 | + | + | + | + |
鹽類物質(zhì) | + | + | + | - |
糖和氨基酸 | + | + | - | - |
蛋白質(zhì)和多糖 | + | - | - | - |
顆粒、脂肪球、細(xì)菌 | - | - | - | - |
“+”表示透過(guò)、“-”表示截留。
實(shí)用的膜系統(tǒng)由膜和支撐結(jié)構(gòu)組成一個(gè)過(guò)濾單元,可將多個(gè)單元組合在一起。在連續(xù)系統(tǒng)中,料液不斷地在各個(gè)單元中循環(huán),逐級(jí)濃縮直至達(dá)到要求。而透過(guò)液則在各個(gè)單元中收集,進(jìn)入中心容器中排出。在處理小批量料液時(shí),也可用批處理操作,用一個(gè)中間貯液缸來(lái)進(jìn)行循環(huán)。
2 膜技術(shù)在乳品工業(yè)中的應(yīng)用
2.1 乳品的微濾除菌
膜過(guò)濾滅菌系統(tǒng)包括乳脂分離,脫脂乳的微孔過(guò)濾,濃縮相的高溫瞬時(shí)滅菌和混合乳的巴氏消毒等工藝過(guò)程。用微濾技術(shù)(MF)除去乳中細(xì)菌和孢子這一舉措,與用加熱殺菌的辦法比較,在過(guò)去數(shù)年里于乳品業(yè)界引起了廣泛的興趣。這個(gè)系統(tǒng)包括2個(gè)主要的滅菌過(guò)程,一是通過(guò)微孔過(guò)濾截留脫脂乳中的細(xì)菌和孢子,其次對(duì)微孔過(guò)濾截留下來(lái)和富含各種微生物及孢子的濃縮相及 步分離出的乳脂進(jìn)行高溫瞬時(shí)滅菌,由于這部分物料中蛋白質(zhì)含量很低,所以可以采用強(qiáng)化的高溫滅菌條件。由于脂肪球與乳中一般所含細(xì)菌大小相似,故脂肪球與細(xì)菌會(huì)一同被截留于保留液中,為此在整個(gè)工藝過(guò)程中于微濾之前應(yīng)先分離脂肪,其目的是為了減少微孔過(guò)濾時(shí)的膜堵塞,以提高蛋白質(zhì)的過(guò)濾速度,又可以獲得良好的濃縮比且不會(huì)阻孔而形成嚴(yán)重的流束下降。微過(guò)濾去除鮮乳中細(xì)菌工藝流程:
鮮乳(離心分離)→脫脂乳(微過(guò)濾,巴氏殺菌)和稀奶油(高溫短時(shí)殺菌)→標(biāo)準(zhǔn)化→包裝
王旻等人對(duì)鮮乳微過(guò)濾除菌初探中結(jié)果顯示,微過(guò)濾乳衛(wèi)生指標(biāo)已達(dá)標(biāo)。除平均的菌落總數(shù)略高于UHT乳,其他幾項(xiàng)指標(biāo)均與UHT乳相同。為了保證微孔過(guò)濾具有高效的分離效率,膜孔尺寸的選擇非常關(guān)鍵。合適的膜孔尺寸應(yīng)該既能對(duì)細(xì)菌和孢子具有極高的截留率,同時(shí)又能讓原料乳中的酪蛋白有盡可能高的通透率。試驗(yàn)顯示,合適的膜孔尺寸約為0.6~0.7μm。另外操作條件的控制也非常重要,特別是操作壓力和溫度。一般乳微濾合適的壓力范圍為30~40kPa,溫度為50℃。
采用MF/HTT(高溫?zé)崽幚恚┕に囂幚砗?,成品液體乳中的細(xì)菌降低程度如表3。
表3:MF/HTT工藝成品乳中細(xì)菌降低程度
原料乳(cfu/mL) | 成品乳(cfu/mL) | 細(xì)菌降低(%) | |
細(xì)菌總數(shù) | 15×104 | <1~16 | 99.99 |
蠟樣芽孢桿菌 | 15×104 | <1 | >99.95 |
嗜冷厭氧孢子 | 4.5×105 | <3 | 99.3 |
MF/HTT工藝的使用不僅大大降低其消耗,而且除菌率可達(dá)99.99%;另外成品乳的貨價(jià)期可在8℃保藏下延長(zhǎng)至16~18d,且鮮乳幾乎保持了原有風(fēng)味。Alfa-laval公司開(kāi)發(fā)一種稱為“Bactocatch”的牛乳殺菌工藝,將微濾和高溫短時(shí)殺菌結(jié)合起來(lái),可降低熱處理強(qiáng)度,提高無(wú)菌乳的質(zhì)量。
2.2 回收乳清蛋白及其他產(chǎn)品
乳清加工的主要目的是回收乳清中的蛋白質(zhì)。與傳統(tǒng)的蒸發(fā)濃縮相比,膜技術(shù)不僅能減少加熱引起的蛋白質(zhì)變性,而且在產(chǎn)品提純方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前,在乳清蛋白的回收中,較為普遍采用的工藝是利用超濾對(duì)乳清進(jìn)行濃縮分離。通過(guò)超濾分離可以獲得蛋白質(zhì)含量在35%~85%的乳清蛋白粉。借助于對(duì)濃縮相不斷稀釋的全過(guò)濾,則可以獲得蛋白質(zhì)含量更高的乳清蛋白粉。此外,引入超濾和反滲透組合技術(shù),可以在濃縮乳清蛋白的同時(shí),從膜的透過(guò)液中除掉乳糖和灰分等,這樣就大大擴(kuò)大了全干乳清的應(yīng)用范圍。引入超濾和反滲透后,乳清蛋白的質(zhì)量明顯提高。與傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)所得的產(chǎn)品相比,蛋白質(zhì)含量提高了近4倍,乳糖含量下降約40%。
在乳品工廠中,用于清洗設(shè)備的廢水具有很高的生物需氧量(BOD),不能直接排放。可用反滲透進(jìn)行濃縮,提高其固形物含量,減少體積,然后運(yùn)往指定的排放地點(diǎn),如養(yǎng)豬場(chǎng)等。乳品廠超濾透過(guò)液中BOD高,含有乳糖、蛋白胨、灰分,不允許直接排放,經(jīng)反滲透進(jìn)行濃縮后,可生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)豐富的牲畜飲水,如果與果汁混合還可生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)飲料。
凱能公司生產(chǎn)的管式NF膜,對(duì)乳清中乳糖的截留率達(dá)99.8%,能將乳糖從質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.2%濃縮到29.5%,同時(shí)對(duì)鹽分和灰分的脫除率達(dá)60%~90%。
2.3 乳清脫鹽
脫鹽是指通過(guò)超級(jí)滲析(UO)濾膜將物料中的鹽分脫去的過(guò)程。生產(chǎn)Cheddar干酪和其他硬質(zhì)干酪所產(chǎn)生的咸乳清(鹽含量極高),很難和甜乳清同樣進(jìn)行處理。必須先脫鹽然后才能回收、蒸發(fā)、干燥。表4列出了NF對(duì)乳清中各組分的通透情況。
表4:NF對(duì)乳清組分的通透情況
組分 | 截留率/% |
蛋白質(zhì) | 100 |
非蛋白氮 | 50 |
乳糖 | >99 |
氯化鈉 | 20~25 |
鉀 | 15~20 |
鈣 | 93~95 |
鎂 | 95 |
磷 | 95 |
由表4可知,單價(jià)金屬離子和氯離子可以通過(guò),而二價(jià)離子及大多數(shù)其他組分都有一定程度的截留,蛋白質(zhì)100%截留。因而可用于乳清的脫鹽,以取代電滲析。該方法可減少設(shè)備投資,節(jié)省能耗和運(yùn)行費(fèi)用。
2.4 濃縮
2.4.1 牛乳的濃縮
利用膜技術(shù)對(duì)食品組分進(jìn)行濃縮與提純,能夠保留食品原有的風(fēng)味物質(zhì),目前已得到廣泛應(yīng)用。在乳品工業(yè)利用膜技術(shù)進(jìn)行濃縮也已經(jīng)應(yīng)用多年了。傳統(tǒng)的乳粉制造工藝是先將牛乳加熱以除去大部分水分,直到所需要的濃度后再進(jìn)行噴霧干燥。引入膜分離技術(shù)后,改用超濾法除去牛乳中70%~80%的水,再經(jīng)濃縮后進(jìn)行噴霧干燥。相比之下,無(wú)論是從設(shè)備投資還是運(yùn)行費(fèi)用來(lái)講,后一種工藝都節(jié)省很多。在脫脂乳的濃縮上,用反滲透法可去除60%以上的水分,而用超濾法則可得到蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)80%的脫脂濃乳。同樣,用反滲透法可將原料乳濃縮到固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)25%,反滲透膜具有極小的膜孔尺寸,只有水和一部分非蛋白氮能通過(guò),然后再經(jīng)真空蒸發(fā),可進(jìn)一步提高固形物的含量。表5列出了原料乳經(jīng)反滲透后的各成分含量對(duì)比情況。
表5:原料乳經(jīng)反滲透后的各成分含量對(duì)比
分類 | 脂肪(%) | 蛋白質(zhì)(%) | 乳糖(%) | 總干物質(zhì)(%) |
原料乳 | 3.5 | 3.2 | 4.7 | 8.7 |
RO乳 | 10.5 | 9.6 | 14.1 | 26.1 |
2.4.2 乳蛋白濃縮
超濾可截留原料乳中幾乎全部的蛋白質(zhì),而允許乳糖和灰分通過(guò)。所以超濾在乳品工廠的另一重要應(yīng)用是乳蛋白的濃縮。通過(guò)全過(guò)濾即不斷地在截留液中加水重復(fù)過(guò)濾,可較大程度地去除乳糖和灰分,從而制取高蛋白含量的濃縮乳蛋白。此項(xiàng)技術(shù)還應(yīng)用于生產(chǎn)高蛋白含量的脫脂乳粉和脫鹽、脫乳糖的乳清粉,并將其用于生產(chǎn)冰淇淋和酸乳,即軟干酪和其他發(fā)酵乳制品。也可將超濾和電滲析結(jié)合起來(lái)生產(chǎn)乳清蛋白濃縮物(其固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%、乳糖50%、含氮物35%、灰分8%)。膜分離乳蛋白質(zhì)濃縮物可以保持其原來(lái)的氨基酸含量,采用超濾,酪蛋白與乳清蛋白的質(zhì)量比可以保持其原始狀態(tài)。
2.5 乳蛋白質(zhì)分級(jí)分離
膜技術(shù)用于乳蛋白質(zhì)的分級(jí)分離效果很好,它可用于分離、純化、回收和濃縮蛋白質(zhì),如乳清蛋白、血清白蛋白、蛋清蛋白、西蒙德木蛋白等。目前國(guó)外正在研究將各種膜分離技術(shù)和色譜方法及化學(xué)處理、酶處理結(jié)合起來(lái),將乳蛋白中各組分分開(kāi)。各種乳蛋白具有不同的功能特性和用途,應(yīng)用膜技術(shù)從脫脂的乳清蛋白濃縮物(WPC)中可以制備純的β-乳球蛋白和β-乳白蛋白。在低pH值適度熱處理(55℃、30min)條件下,β-乳白蛋白會(huì)可逆地聚合并與除β-乳球蛋白之外的大部分其他乳清蛋白結(jié)合,從而可以用微濾(微孔0.2μm)或離心分離的方法分出β-乳球蛋白。此β-乳球蛋白可以用超濾結(jié)合電滲析進(jìn)一步提純。微濾膜同樣可將乳清中α-乳清蛋白和β-乳球蛋白分開(kāi)。利用膜技術(shù)結(jié)合其他方法還可以分離β-酪蛋白和α-乳清蛋白。微孔膜也可以進(jìn)一步分離β-酪蛋白,通過(guò)改變干酪乳的β-酪蛋白與α-酪蛋白的質(zhì)量比,進(jìn)而改變干酪成品的組織狀態(tài)和風(fēng)味;而β-酪蛋白的特定酶解產(chǎn)物具有類嗎啡肽、心血管作用的肽和免疫刺激活性有關(guān),不僅對(duì)青少年而且對(duì)于老年人和孕婦都有生理作用。此外脫脂的乳清采用超濾手段還可以制備純的免疫球蛋白,它可用于生產(chǎn) 嬰兒乳粉。
2.6 乳的標(biāo)準(zhǔn)化
為了使產(chǎn)品中各個(gè)組成成分保持一定的比例,標(biāo)準(zhǔn)化已成為乳品加工過(guò)程中必不可少的一個(gè)工序。標(biāo)準(zhǔn)化乳脂肪很久以來(lái)已輕而易舉地用離心機(jī)來(lái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,但是長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于乳蛋白質(zhì)則未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,對(duì)乳中非脂乳固體(SNF)的組成仍然是處于未變動(dòng)狀態(tài)。目前對(duì)乳品的生產(chǎn)除了要求脂肪的標(biāo)準(zhǔn)化之外,同時(shí)也在強(qiáng)調(diào)乳蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化。這在過(guò)去的技術(shù)條件下是很困難的,但目前利用膜技術(shù)對(duì)乳蛋白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化就簡(jiǎn)而易行了。由于膜技術(shù)具備選擇性分離特點(diǎn),牛乳經(jīng)過(guò)一定的濃縮后各組分的質(zhì)量比例決定于牛乳的濃縮程度,可通過(guò)控制合適的濃縮比實(shí)現(xiàn)牛乳的標(biāo)準(zhǔn)化操作。在膜技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化時(shí),可采用超濾和微濾,它不影響乳蛋白質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。脫脂乳通過(guò)超濾經(jīng)過(guò)6倍濃縮,在保留液中乳蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可從原來(lái)的3.75%升高至20%,其他成分如乳糖和鹽類則保持原來(lái)的5%和1.25%不變,而水分則由原來(lái)的90%降到73.75%。在生產(chǎn)中可以根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算出需要濃縮的倍數(shù)。生產(chǎn)液體乳或乳粉時(shí),通過(guò)對(duì)乳蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化,可使乳制品生產(chǎn)合理化,提高成品產(chǎn)出率,產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
2.7 發(fā)酵乳制品中的應(yīng)用
2.7.1 酸乳等發(fā)酵乳
酸乳等發(fā)酵乳的一些特性,諸如粘度、乳清分離等,很大程度上取決于非脂乳固體的組成和含量。增加非脂乳固體中蛋白質(zhì)會(huì)改變成品的流變學(xué)性質(zhì)改善酸乳等發(fā)酵乳的質(zhì)構(gòu)和口感,特別是對(duì)于酸乳。金世琳研究發(fā)現(xiàn),在相同的非脂乳固體情況下,超濾酸乳的粘度較用蒸發(fā)濃縮的方法或添加脫脂乳粉的辦法以增高非脂乳固體的為佳。通過(guò)超濾使蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化到較高的含量還具有另外的有利之點(diǎn),酸乳在存貯中超濾酸乳的pH值降低程度顯著小于其他2種酸乳。這是因?yàn)槌瑸V者具有良好的緩沖能力,而且成品口感風(fēng)味優(yōu)良。
2.7.2 干酪
在干酪的制造中,超濾和微濾技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越受歡迎。在蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化中超濾的使用,特別是在卡門培爾(Camembert cheese)干酪和費(fèi)塔(Feta cheese)干酪的生產(chǎn)。在其他的干酪制造中,超濾技術(shù)具有潛在應(yīng)用前景,是對(duì)于高水分鮮干酪,包括Ricotta類型的產(chǎn)品和酸凝塊鮮干酪,如Quarg和Cream cheese的生產(chǎn)。采用超濾工藝技術(shù)生產(chǎn)酸凝塊鮮干酪,可以提高產(chǎn)率(見(jiàn)表6)。另外,在熱處理前利用超濾或微濾的方法部分除去乳清蛋白,同時(shí)微濾膜在很大程度除去了形成芽孢的細(xì)菌(如Clost ridium tyrobu tyricun菌)。這能夠預(yù)防在熱處理時(shí)B-乳球蛋白和K-酪蛋白復(fù)合物的形成并提高原料乳的衛(wèi)生質(zhì)量然后再進(jìn)行噴霧干燥等一系列操作,能夠生產(chǎn)出一種適合應(yīng)用于干酪制造的乳粉(如Mozzarella cheese)或者經(jīng)上一步直接生產(chǎn)出高質(zhì)量的干酪產(chǎn)品。
表6:生產(chǎn)18%總干物質(zhì)quarg產(chǎn)品時(shí),脫脂乳原料節(jié)省對(duì)比
所用脫脂乳中乳蛋白質(zhì)(%) | Quarg成品(總干物質(zhì)) | 每千克quarg所需脫脂乳量(kg) | 節(jié)省量(%) | ||
傳統(tǒng)工藝 | Thermo-process | UF法 | |||
3.49 | 18.1 | 4.5 | 4.1 | 3.6 | 12.8 |
3.32 | 18.0 | 4.7 | 4.3 | 3.8 | 11.7 |
從表6中可以看出,采用超濾法較傳統(tǒng)工藝和Thermo-process產(chǎn)脫脂乳酸凝塊鮮可以節(jié)省11%~13%的原料脫脂乳。此外超濾法生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便,產(chǎn)品中的總干物質(zhì)含量易于控制而且對(duì)pH值的變動(dòng)不甚敏感,超濾設(shè)備較傳統(tǒng)生產(chǎn)線設(shè)備可以更為靈活多樣性的使用既可生產(chǎn)脫脂鮮干酪,也可生產(chǎn)含脂quarg,或稀奶油干酪(cream cheese)。又由于干酪乳經(jīng)過(guò)超濾濃縮,可以節(jié)省一部分凝乳酶用量,從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。
2.8 其他應(yīng)用
2.8.1 應(yīng)用超濾技術(shù)制備乳鐵蛋白
由于超濾法提供了不加熱或不發(fā)生相變進(jìn)行大分子質(zhì)量組分的濃縮、分離,所以它非常適合熱敏性的功能性組分的分離。日本學(xué)者島崎敬一于1989年提出了超濾法分離乳鐵蛋白(Lf)的新方法,他選用孔徑或截留分子量不同的一系列超濾膜,可以以干酪乳清為原料生產(chǎn)Lf基料。于長(zhǎng)青研究工藝流程是:原料乳預(yù)處理→冷凍保藏→緩化→脫脂→酪蛋白沉淀→乳清→超濾分離→濃縮液→殺菌→干燥→制品。
應(yīng)用超濾技術(shù)制備乳鐵蛋白的回收率可達(dá)70%左右,濃縮倍數(shù)為2.7,超濾操作簡(jiǎn)便,費(fèi)用相對(duì)較低,易于形成工業(yè)化規(guī)模,其缺點(diǎn)是制備的乳鐵蛋白純度低,膜需經(jīng)常處理。此法是生產(chǎn)食品用乳鐵蛋白較具實(shí)現(xiàn)工業(yè)化潛力的方法之一。
2.8.2 超濾法濃縮分離免疫初乳中的抗體
收集經(jīng)大腸桿菌、沙門氏菌混合疫苗免疫處理的乳牛產(chǎn)后7d之內(nèi)初乳,經(jīng)去脂、去酪蛋白后所得免疫初乳乳清,用中空纖維超濾器(分子截留量為100ku)進(jìn)行濃縮分離,濃縮4.5~7倍,lgG收率在90%以上。為了制得高純度1gG分離物,可先用35%飽和度的硫酸銨進(jìn)行鹽析,然后再進(jìn)行超濾脫鹽、濃縮,制得的gG濃縮物純度達(dá)80%以上,這一工藝適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
2.8.3利用膜分離技術(shù)和酶技術(shù)生產(chǎn)低乳糖牛乳
施正學(xué)等提出了一種生產(chǎn)低乳糖牛乳的新工藝即借助膜分離這一新型工程技術(shù)手段,對(duì)牛乳 行超濾/稀釋超濾處理,透過(guò)液經(jīng)β-半乳糖苷酶水解,再與保留液混合、標(biāo)準(zhǔn)化、均質(zhì)。從而解決了傳統(tǒng)工藝中由于牛乳組分復(fù)雜,易引起β-半乳糖苷酶污染、失活的問(wèn)題。牛乳先經(jīng)稀釋超濾處理,去除可能造成β-半乳糖苷酶污染、失活的牛乳中的大分子組分,再將透過(guò)液進(jìn)行濃縮及乳糖的酶法水解,可制得乳糖水解度達(dá)80%以上的低乳糖牛乳。
3 存在問(wèn)題和未來(lái)展望
3.1 存在問(wèn)題
3.1.1 新型膜材料有待開(kāi)發(fā)
隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展,要滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)不同截留分子質(zhì)量、化學(xué)穩(wěn)定性、較好機(jī)械強(qiáng)度和耐污染等綜合性能,需要拓寬膜的品種,提高膜的性能,要求發(fā)展混合和復(fù)合新品種膜。
3.1.2 應(yīng)改進(jìn)膜的清洗方法
膜分離技術(shù)效率高,效果好,可回收有用組分。但是濃差極化和膜污染問(wèn)題一直制約著膜技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,膜通量的下降將極大地降低膜的分離效率,導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定操作。乳類物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富,變質(zhì)快,處理乳類高分子物質(zhì),污染是永遠(yuǎn)無(wú)法回避的問(wèn)題。在生產(chǎn)實(shí)踐中,膜清洗一般采用洗凈劑沖洗,但連續(xù)沖洗會(huì)造成膜劣化,因此膜的清洗問(wèn)題尚待進(jìn)一步研究。
3.1.3 完善膜的分離技術(shù)
膜技術(shù)是按分子量大小進(jìn)行的,由于有細(xì)孔的分布,單采用膜分離技術(shù)效果有限,不適合高度分離,因此有時(shí)需要將膜分離工藝與其他分離工藝組合起來(lái)應(yīng)用,使膜分離技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著更大的作用。如乳粉的高度精制就需要與ED膜、離子交換等組合進(jìn)行,但是這樣復(fù)雜的組合易引起堵塞,這也是今后值得研究的問(wèn)題。此外,膜分離技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也有待進(jìn)一步完善。
3.2 膜技術(shù)在未來(lái)乳品工業(yè)中的展望
3.2.1 乳品分子化
通過(guò)膜技術(shù),可以得到高分子的蛋白質(zhì)如酪蛋白、乳清蛋白和乳糖,同時(shí)也可對(duì)所得蛋白質(zhì)進(jìn)一步分級(jí)分離,從而可將牛乳的成分進(jìn)行重新組合,得到不同功能的乳制品,以滿足不同行業(yè)的需求。膜分離技術(shù)在蛋白質(zhì)的分離純化方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景,并正向工業(yè)化方向發(fā)展7;而且對(duì)乳品組分進(jìn)行濃縮與提純能夠保留原有風(fēng)味。
3.2.2 就地濃縮和環(huán)保
由于國(guó)內(nèi)乳牛養(yǎng)殖較分散,給鮮乳運(yùn)輸帶來(lái)很大困難,如能用車載式膜濾裝置進(jìn)行預(yù)濃縮,乳品廠可減少運(yùn)乳車和儲(chǔ)罐的數(shù)量,這樣可大量節(jié)省儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用;由于減少了體積,還可減少加工過(guò)程中加熱和冷卻的大量能源消耗。此外通過(guò)膜濾技術(shù)可以減少?gòu)U水的排放,過(guò)濾后的水可排放回自然界;同時(shí),還可將過(guò)濾產(chǎn)生的淡鹽水喂牛,節(jié)約了用水。
綜上所述,現(xiàn)代膜分離技術(shù)作為一種新型的高新制造技術(shù),因其獨(dú)特的性能,使得它在乳品工業(yè)發(fā)展極快,成績(jī)卓著,日益受到各界的關(guān)注,展現(xiàn)了廣闊的前景,尤其一些新的膜分離技術(shù)具有更大的潛力和更強(qiáng)的生命力。相信隨著膜分離技術(shù)研究的不斷深入其在乳品工業(yè)中的應(yīng)用前景將會(huì)更加美好。