技術(shù)文章
膜分離技術(shù)在牛初乳加工中的應(yīng)用
時(shí)間：2016.10.11
膜分離技術(shù)（membrane separation technology MST）利用膜孔的選擇性篩分作用，以膜的兩側(cè)壓力差、濃度差、電位差等為推動(dòng)力，憑借各組分在膜中傳質(zhì)的選擇性差異達(dá)到分離提純的目的。MST可以作為微觀物質(zhì)的分級(jí)、純化和濃縮等工藝的應(yīng)用，現(xiàn)在膜分離技術(shù)在中藥有效成分的分離應(yīng)用很廣泛，但在乳品加工的應(yīng)用還處在初級(jí)階段，只有很少的企事業(yè)單位和科研機(jī)構(gòu)作了部分研究，Guerra等用孔徑1.0?m陶瓷膜微濾脫脂牛奶以除去芽孢，在國(guó)內(nèi)呂加平等通過在相同孔徑膜微濾系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加了梯度膜切向流反向脈沖微濾系統(tǒng)，并且研究了梯度膜用于牛奶微濾除菌的效果以及可行參數(shù)，這種技術(shù)微濾技術(shù)可以避免加熱殺菌方式菌體釋放出的耐熱酶，因此影響乳品品質(zhì)的缺點(diǎn)。經(jīng)過國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)于膜分離技術(shù)的研究，使膜分離技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。現(xiàn)在我國(guó)的牛初乳加工技術(shù)還處于初級(jí)階段，如果我們對(duì)牛初乳和膜分離技術(shù)進(jìn)行深入研究，把膜分離技術(shù)應(yīng)用到牛初乳的加工工藝上，一定會(huì)對(duì)我們的牛初乳加工工藝更上一個(gè)新的臺(tái)階。
1 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)
由于膜處理技術(shù)具有在分離物質(zhì)時(shí)不涉及相變，無二次污染，具有生物膜濃縮副集的作用，且操作方便、結(jié)構(gòu)緊湊、維修費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高，可以部分取代傳統(tǒng)過濾、吸附、重結(jié)晶、濃縮、蒸餾、殺菌、等工藝。也使生產(chǎn)中遇到的熱處理過程變的簡(jiǎn)單，大大降低熱處理溫度，這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)于食品行業(yè)來說尤其重要，可以大大節(jié)約能耗，降低加工成本，最重要的一點(diǎn)是可以保存食品中的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，特別是對(duì)于熱不穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，比如維生素、免疫活性物質(zhì)等。這一特點(diǎn)正好實(shí)用于牛初乳的加工。
2 牛初乳的加工難點(diǎn)
牛初乳的特點(diǎn)，干物質(zhì)含量高，黏度較大，有苦味甚至有異臭味，pH值較常乳低。最重要的一點(diǎn)是牛初乳中含有大量的免疫活性物質(zhì)和生長(zhǎng)因子，熱穩(wěn)定性很差，稍微加熱就會(huì)散發(fā)出一種難聞的類似蒸鍋水那樣的氣味，還會(huì)有大量的沉淀物出現(xiàn)，正是由于這一因素，很久以來，牛初乳都作為廢棄物丟掉了，條件好一點(diǎn)的牛初乳作為飼料加工用了，這些資源白白浪費(fèi)是非?？上У?。實(shí)際上牛初乳營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比常乳高，而且具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫能力的功能。如果把牛初乳加工成人類食品，保持牛初乳所含有的免疫活性物質(zhì)和生長(zhǎng)因子，那對(duì)于人類年老體弱和病患者或嬰幼兒來說，無疑于是一大福音，能夠很好的促進(jìn)這些人的身體健康。
3 膜處理技術(shù)在牛初乳加工工藝的應(yīng)用
3.1膜處理技術(shù)在牛初乳殺菌工藝的應(yīng)用
由于牛初乳中含有大量的免疫活性物質(zhì)，對(duì)熱穩(wěn)定性差，而且牛初乳也是微生物很好的培養(yǎng)基，如果不采取殺菌工藝，很快就會(huì)腐敗變質(zhì)，但用通常的殺菌工藝只要溫度達(dá)到60℃，牛初乳就會(huì)結(jié)塊，免疫物質(zhì)也會(huì)破壞，這是牛初乳的加工難點(diǎn)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上比較先進(jìn)的有兩種陶瓷膜，一種是法國(guó)TAMI的ISOFLU膜，一種是PALL公司下屬的MEMBLOX的GP膜。這種膜已在工業(yè)條件下應(yīng)用于脫脂乳的生產(chǎn)。1.4?m的ISOFLU膜具有很好的性能，脫脂乳從進(jìn)口到出口通量?jī)H下降15%（標(biāo)準(zhǔn)1.4?m膜下降45%）。脂肪截留>92%，酪蛋白截留<4%，細(xì)菌截留能達(dá)到90%以上。生產(chǎn)的脫脂乳在4℃的條件下可以儲(chǔ)存一周，在常溫條件下可以儲(chǔ)存3天。PALL公司生產(chǎn)的MEMBLOX的GP膜處理牛乳，效果也可以達(dá)到常溫下保存3天，在0-4℃條件下保持7-10天，但這種膜具有的優(yōu)點(diǎn)是所使用的壓力要較TAMI的ISOFLU膜低，對(duì)設(shè)備要求較低，維修成本低。在國(guó)內(nèi)在這方面的研究也具有相當(dāng)高的水平，由于膜分離技術(shù)有這樣的特點(diǎn)，就是在過濾時(shí)能除去部分微生物，這樣大大簡(jiǎn)化殺菌工藝，降低殺菌溫度，這樣牛初乳中的免疫活性物質(zhì)就可以在很大程度上得以保全。在呂加平等在相同孔徑膜微濾系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加梯度膜切向流反向脈沖系統(tǒng)，結(jié)果表明，1.4?m孔徑 梯度膜對(duì)脫脂乳成分截留很少，細(xì)菌和芽孢可以高效截留，截留率可以達(dá)到99.94%和99.86%。這種條件已經(jīng)達(dá)到巴氏殺菌的效果，如果生產(chǎn)牛初乳鮮奶，完全可以省掉加熱程序，如果加工牛初乳粉或其他牛初乳煉乳，采用的殺菌加熱工藝也大大可以降低。這樣可以從最大程度上保持牛初乳的營(yíng)養(yǎng)活性成分，為我們?nèi)祟愒旄！?nbsp;
3.2膜分離技術(shù)在牛初乳分離脂肪的應(yīng)用
牛初乳有個(gè)很不好的缺點(diǎn)，就是有異臭味，這也是人們多年來一直不喜歡牛初乳的原因之一。異味主要是一些揮發(fā)性脂肪酸或溶于脂肪中的一些風(fēng)味物質(zhì)，因此如果把牛初乳加工成人人都能接受的營(yíng)養(yǎng)食品，有必要把牛初乳中脂肪除去。牛乳脂肪在乳中以乳濁液形態(tài)存在于乳中，脂肪球直徑在0.1～15μm之間，平均直徑為3.4μm。脂肪球有個(gè)特點(diǎn)，就是溫度越低，越容易聚集，而且脂肪球在60℃下表面張力最小，容易破裂成更小的脂肪球，這樣不利于脂肪球的分離。因此分離乳脂肪的微濾溫度一般要控制在50℃左右。Goudedranche曾用2μm的陶瓷膜微濾全脂牛奶，再離心分離透過液中的脂肪，結(jié)果脂肪含量很少，而離心分離截留液中的脂肪，結(jié)果是截留液分離得到的稀奶油的脂肪球尺寸好，口感好。因此我們把這樣的技術(shù)應(yīng)用到牛初乳加工上，可以得到相同的效果，同時(shí)生產(chǎn)出的脫脂初乳質(zhì)量也更好。
3.3 膜分離技術(shù)在牛初乳濃縮中的應(yīng)用
牛奶濃縮傳統(tǒng)工藝是用熱處理系統(tǒng)，比較古老的采用三效濃縮罐，現(xiàn)在比較先進(jìn)的采用六效濃縮罐，象我國(guó)比較大的乳品企業(yè)例如蒙牛的六期采用的就是六效濃縮罐。雖說六效濃縮罐具有熱能利用率高的優(yōu)點(diǎn)，但它和傳統(tǒng)熱處理系統(tǒng)具有相同的缺點(diǎn)，那就是對(duì)蛋白質(zhì)破壞大，特別是對(duì)免疫球蛋白等活性物質(zhì)破壞，用這樣的設(shè)備加工牛初乳，牛初乳的保健功效將大大降低。而采用膜分離技術(shù)在某種程度上可以避免這一缺點(diǎn)。這方面的研究在我國(guó)已經(jīng)有了先例。在2007年甘肅省膜技術(shù)科學(xué)院采用管式反滲透膜技術(shù)對(duì)牛奶進(jìn)行濃縮研究，這種技術(shù)可將牛奶中的固形物從12%濃縮到24%，由于牛初乳干物質(zhì)含量本來就高，因此如果用這種技術(shù)處理牛初乳，干物質(zhì)含量會(huì)更高。經(jīng)過這樣處理后的牛初乳如果生產(chǎn)牛初乳煉乳，可以直接進(jìn)行罐裝工藝；如果生產(chǎn)牛初乳粉，可以采用冷凍干燥進(jìn)行加工。
膜分離技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用還是處于研究階段，而且屬于一種食品行業(yè)的高新技術(shù)，這種技術(shù)具有很多優(yōu)良特點(diǎn)。特別是在中藥濃縮和免疫物質(zhì)的開發(fā)和濃縮具有廣闊的應(yīng)用前景。牛初乳是一種優(yōu)良資源，具有很多普通牛乳不具有的免疫活性物質(zhì)，因此牛初乳加工在技術(shù)上一直是個(gè)難題，膜分離技術(shù)的興起無疑給牛初乳加工提供了一種新的思路，如果我們能夠在這種技術(shù)上能夠突破，那么我們以前作為廢料的牛初乳就可以加工成一類對(duì)人體身體狀況具有很好改善作用的保健食品。