液态奶制品中陶瓷膜的灭菌技术

目前，国内液态奶产品主要包括巴氏杀菌奶和超高温灭菌奶。 ESL（延长保存期限）牛奶，即具有延长保存期限的巴氏灭菌牛奶，目前是乳品加工业的研究热点。巴氏杀菌牛奶的保质期短且味道差。超高温灭菌牛奶的保质期长，但营养损失大，蛋白质变性很多，严重破坏维生素，但外观和风味很差[2]。根据风味和保质期，出现了ESL牛奶。通过杀死或减少牛奶中的微生物，可以延长乳制品的保质期。常见的灭菌技术包括：离心灭菌技术，超高压灭菌技术，紫外线灭菌技术，二氧化碳灭菌技术，膜分离灭菌技术等。其中，膜分离技术是20世纪发展起来的一种新型，高效，精确的分离技术。其原理是使用聚合物膜的选择性渗透性，并使用浓度差梯度，压力梯度或电势梯度作为驱动力。它们之间的传质达到了分离纯化不同组分的目的[3]。无机膜是膜分离技术发展的新阶段。它的主要材料是稳定的ZrO2，TiO2和Al2O3。这些材料通过溶胶-凝胶法镀在陶瓷载体上，因此一般的无机膜也称为陶瓷膜。陶瓷膜在乳业中的应用主要是超滤和微滤膜。微滤膜保留脂肪，细菌和大分子酪蛋白，并渗透分子量相对较小的物质，如牛奶蛋白，乳糖和盐。微滤在乳品行业中的应用主要是脱脂，灭菌和浓缩的大分子物质，这取决于牛奶中每种成分的大小。陶瓷膜具有耐高温，耐腐蚀，机械性能好，易于清洗，使用寿命长等优点，因此在乳品工业中得到越来越广泛的应用。国外有关于使用陶瓷膜对牛奶进行灭菌的报道，但国内研究很少。本实验研究了无机陶瓷膜错流技术在牛奶微滤杀菌中的应用，取得了良好的效果。讨论了影响灭菌效果的因素，并确定了操作条件，为相关工业生产提供了实验依据。 1材料与方法1.1材料鲜奶由南京威刚乳业有限公司生产，营养琼脂培养基为0.50％NaOH，0.50％聚磷酸钠，0.10％EDTA，0.20％十二烷基苯磺酸钠。 1.2仪器LRH-250A生化培养箱广东省医疗机械厂，UL-40AC牛奶成分分析仪杭州浙江大学佑创科技有限公司，SJM-IM型无机陶瓷膜过滤设备合肥世杰膜工程有限公司1.3方法1.3 .1对实验系统进行消毒以杀死实验系统中的病原微生物，使用50％至60°C的0.5％NaOH溶液进行循环灭菌，灭菌剂处理30分钟，并在灭菌后用纯水冲洗至中性。 1.3.2生乳脱脂乳中脂肪球的粒径为0.1〜22.0μm，基本覆盖了乳中所有细菌的大小，严重影响了灭菌过滤的效果。因此，乳脂应在微滤前分离，脱脂乳应通过过滤灭菌。分离的奶油可以单独灭菌，也可以与渗余物混合，然后灭菌，然后与灭菌的脱脂奶混合并标准化以制成产品。在该实验中，通过离心分离技术获得脱脂乳，脂肪含量＜0.50％。 1.3.3脱脂乳过滤条件选择错流微滤脱脂乳，观察并记录不同膜孔径的渗透通量，压力（0.04〜1.6MPa），时间（0〜60min），温度（25〜50℃）发生。 。 1.3.4微滤工艺条件的优化陶瓷膜微滤的灭菌效果和渗透通量受孔径，温度和压力三个因素的影响。因此，在单因素试验的基础上，从三个层面选择每个因素，并选择L9（34）正交试验表，结果列于表1。1.3.5微生物检查菌落总数：使用营养琼脂培养基中，放入（36±1℃）恒温培养箱中48h，计数。孢子总数的测定：将脱脂牛奶在过滤前后分别于80℃灭菌10分钟，冷却，将营养琼脂根据不同的稀释度倒入平板中，置于（36±1℃）恒温培养箱中持续72小时并计数。 1.3.6脱脂奶质量的测定在不同的过滤条件下，用牛奶成分分析仪测定脱脂奶蛋白质，乳糖和脱脂乳固体含量在过滤前后的变化，并测定脱脂奶的营养成分。分析。 1.3.7膜的清洁和恢复过滤完成后，应及时清洁陶瓷膜。本实验采用化学清洗法，在室温下使用复合清洗剂（0.5％的聚磷酸钠，0.1％EDTA，0.2％的十二烷基苯磺酸钠）清洗45至60分钟，每次循环并洗涤至中性（pH 7） ）。清洗结束后，测定此时的陶瓷膜的纯水通量，与过滤前的纯水通量相比，要求膜通量回收率大于90％。 2结果与分析2.1不同孔径对灭菌效率和脱脂乳成分的影响在25°C和TMP（跨膜压力）= 0.12 MPa的条件下，使用孔径分别为0.5、0.8和1.2μm的陶瓷膜进行实验。 。主要研究细菌和孢子的去除效率以及蛋白质，乳糖和脱脂乳固体的保留率。结果如图1所示。从图1可以看出，当使用三种孔径的膜对脱脂奶进行微滤时，细菌的保留率超过99％，孢子的保留率超过95％。 ，杀菌率高。蛋白质和脱脂乳固体的排斥率随孔径的增加而降低，这与郭本恒[9]等人的结果相似。但是，他得到的结果是蛋白质的截留率与分子量截断值呈负线性关系。该实验直接反映了蛋白质截留率与孔径之间的负线性关系，并直接反映了孔径对蛋白质保留率的影响。这三种孔径的膜对乳糖的排斥率非常低，几乎可以100％渗透，这主要是因为乳糖的分子大小很小，仅为0.8nm。 2.2膜通量随时间的变化为0.12MPa。在相同温度下，测量三种孔径的膜渗透通量随时间的变化。结果如图2所示。从图2可以看出，随着过滤时间的延长，三种孔径的膜通量都在减小，这主要是因为许多分子量不同的大分子蛋白质通过了膜毛孔同时形成膜孔堵塞。低扩散速率受静电作用的影响，静电作用导致一些大分子蛋白质留在膜的孔中，加剧了浓度极化现象，导致渗透通量降低。该图还显示，孔径为1.2μm的膜渗透通量衰减较小，孔径为0.5和0.8μm的膜渗透通量分别衰减30％和50％，并且衰减较大，表明膜孔被严重堵塞。 2.3压力对膜通量的影响在室温25℃的条件下，调节压力，并测量膜通量随压力的变化。结果示于图3。从图3可以看出，孔径为0.5μm和1.2μm的膜的渗透通量随着压力的增加而逐渐增加，但是当TMP达到0.12MPa时，渗透通量增加。s并不显着，并且孔径为0.5μm的膜甚至略有减小。孔径为0.8μm的膜的渗透通量在0.12MPa下达到并且降低到0.16MPa。这可能会受到浓度极化的影响。随着压力的进一步增加，渗透通量增加，但不是太明显。总的来说，当TMP <0.12mpa时，渗透通量随压力的增加而增加，表明在该压力范围内，微滤过程主要受压力控制，但随着压力的进一步增加，渗透通量的体积增加并不明显。 ，并且最初受到浓度极化的影响，并且渗透通量趋于稳定。因此，认为微滤的压力为约0.12mpa。="" 2.4温度对膜渗透通量的影响温度也是影响渗透通量和蛋白质排斥率的因素。随着温度升高，脱脂乳的密度将降低，这有利于渗透通量的增加。本实验在tmp="0.12MPa的条件下，温度范围25〜50℃">