技術文章
乳制品行業(yè)的膜分離
時間：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)卻是一個非?，F(xiàn)實的問題。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，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)量驚人的奶牛的毛發(fā)和刷子的毛，同時還經(jīng)常有些青草。解決這些問題通常使用可以清洗和消毒的袋式過濾器，而且效果相當好。
酪蛋白。在乳清中含有大量酪蛋白細小顆粒。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。如果離心機的運行效率很低，則通過膜系統(tǒng)處理乳清時，顆粒物也會有效減少。經(jīng)驗表明具有47mil流道的RO系統(tǒng)可以處理一定數(shù)量的通過酪蛋白過濾器的懸浮固體，這樣就不需要離心機了。
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%時可以運行得更好。在乳制品加工廠中，最常用的設備是使用離心機撇去牛奶中的脂肪。Phospholipids形成于脂肪球的表皮，因此非常討厭，它們需要用高pH和高溫來進行清洗。目前還沒有辦法將Phospholipids從牛奶和乳清中去除。
巴氏殺菌法。毫不夸張地講在膜過濾前進行巴氏消毒已成為一個行業(yè)標準。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。針對這個原則很少有例外。巴氏消毒的目的是減少細菌的活動能力，同時形成磷酸鈣結晶體(見有關磷酸鈣章節(jié))。如果沒有進行巴氏消毒，系統(tǒng)的性能會降低，同時由于乳酸的形成，在操作幾個小時后產(chǎn)品的pH會下降。PH的降低導致產(chǎn)品成為廢品。雖然巴氏消毒法已應用了25年，為了減少投資和運行費用，目前已開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濾取得成功，必須對運行設備進行非常深入細致的研究。
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，同時很難在膜過濾前從牛奶和乳清中去除磷酸鈣。預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)驗做法是在膜過濾前對乳制品進行巴氏消毒，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，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，它們不會影響膜過程。相反有助于防止進一步沈淀在膜上。當膜系統(tǒng)產(chǎn)生濃縮，磷酸鈣的濃度超過其溶解度，那么已經(jīng)形成的晶體將繼續(xù)增長，這樣可以從大量的液體中脫除過量的磷酸鈣。
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。
變形蛋白。也是膜系統(tǒng)料液中的麻煩。微小的變形通常會降低溶解度，而徹底的變形會產(chǎn)生一種類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預處理去除，因此會導致通量的降低，增加膜污染。沈淀的蛋白可以用常規(guī)的過濾方法很容易地去除。
氧化環(huán)境。膜對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)對各種氧化劑都有很好的耐受力。
因此原則上料液進入膜系統(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，則必須進行脫氯預處理。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。結果系統(tǒng)中將形成硫酸鹽。
n 也常用活性炭過濾器。但應注意的是它可能是一個微生物生長并造成生物阻塞的潛在可怕來源。另外存在炭的回用處理問題。
n 使用UV光可能最好些，但比較昂貴。
² 次氯酸
據(jù)報道次氯酸對薄膜無害，但缺乏真正有說服力的證據(jù)。次氯酸很難處理，并且難形成游離氯，因此很少在膜過濾工廠中使用。
² 過氧化氫/(H2O2)、醋酸(Peracetic acid)
兩者都是相當弱的氧化劑，被用于每周一次的薄膜的消毒維護。但如果它們在料液中，則必須通過加入藥劑將它們?nèi)コ?/span>
² 溴、碘
類似于氯，可以用相同的方法進行預處理。
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
料液中的六價鉻是一個麻煩，因為它是一種相當強的氧化劑。鉻酸鹽的危害性和pH有關。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計的。大多數(shù)的膜在pH低于2時可以運行良好。其它的預處理方法有：減少對薄膜有害的六價鉻，使之成為三價鉻。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題。到目前為止，一般采用的預處理方法是傳統(tǒng)的過濾。在最初的乳制品行業(yè)中也會使用離心的方法。
微生物代表了一個特殊的問題。不管它們是死或活，都可能阻塞膜片?；畹奈⑸锟赡芡ㄟ^自生的新陳代謝產(chǎn)物或與料液中的細菌反應而引起阻塞。死的微生物的細胞殘害，主要是細胞膜，可以引起阻塞。從物料中去除細胞殘骸和新陳代謝產(chǎn)物是非常困難的，因為由細胞產(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列出了在預處理中使用的常規(guī)方法。雖然能列出的預處理方法非常多，但一般使用的方法很少。因此，如果你需要處理一種沒有在此列出的產(chǎn)品，可以采用在此表中列出的同類產(chǎn)品相同的預處理方法。雖然這部分信息是通過行業(yè)整理的，也可以象以下列出的那樣，通過產(chǎn)品的類型歸類。
例如：
蛋白質(zhì)：奶酪、奶類(母牛奶、羊奶、馬奶、水牛奶)、黃豆蛋白、豌豆蛋白、酵素蛋白、血漿、魚刺水和魚凍。
多糖：角叉(菜)膠、果膠、瓊脂、樹脂、黃原膠。
果汁：蘋果汁、梨汁、菠蘿汁。
預過濾的要求變化很大。管式膜對料液中的顆粒有耐受力，其它的所有系統(tǒng)都要求對料液進行過濾。表26提供了一些指導。