乳制品行业的膜分离
时间：2016.03.09
毛发、青草和苍蝇。在这里提起毛发、青草和苍蝇似乎有些可笑，但在乳制品行业却是一个非常现实的问题。苍蝇很容易去除，而毛发很难发现和去除。在处理稀释原汁牛奶时，可以发现数量惊人的奶牛的毛发和刷子的毛，同时还经常有些青草。解决这些问题通常使用可以清洗和消毒的袋式过滤器，而且效果相当好。
酪蛋白。在乳清中含有大量酪蛋白细小颗粒。通常使用可以自清洗的筛子去除较大的颗粒，而剩余的酪蛋白颗粒通常使用离心作用去除。如果离心机的运行效率很低，则通过膜系统处理乳清时，颗粒物也会有效减少。经验表明具有47mil流道的RO系统可以处理一定数量的通过酪蛋白过滤器的悬浮固体，这样就不需要离心机了。
牛奶、脂肪和phospholipids。牛奶含的天然脂肪比例范围在3.0%～4.5%。 膜系统可以处理牛奶中的脂肪，但脂肪含量低于0.05%时可以运行得更好。在乳制品加工厂中，最常用的设备是使用离心机撇去牛奶中的脂肪。Phospholipids形成于脂肪球的表皮，因此非常讨厌，它们需要用高pH和高温来进行清洗。目前还没有办法将Phospholipids从牛奶和乳清中去除。
巴氏杀菌法。毫不夸张地讲在膜过滤前进行巴氏消毒已成为一个行业标准。巴氏消毒需要加热至72℃并保持15～20秒，以后再冷却至操作温度。针对这个原则很少有例外。巴氏消毒的目的是减少细菌的活动能力，同时形成磷酸钙结晶体(见有关磷酸钙章节)。如果没有进行巴氏消毒，系统的性能会降低，同时由于乳酸的形成，在操作几个小时后产品的pH会下降。PH的降低导致产品成为废品。虽然巴氏消毒法已应用了25年，为了减少投资和运行费用，目前已开始逐渐避免使用本方法了。如果要使不使用巴氏消毒的膜过滤取得成功，必须对运行设备进行非常深入细致的研究。
磷酸钙。磷酸钙或者磷酸氢钙存在于所有的乳制品中。温度越高，磷酸钙的溶解度越低。而麻烦的是许多乳制品的加工必须提高温度，同时很难在膜过滤前从牛奶和乳清中去除磷酸钙。预处理可以使沈淀的数量在可被接受的范围内，但也不能完全避免这种现象。
一般的经验做法是在膜过滤前对乳制品进行巴氏消毒，即加热至72℃并保持15～20秒,然后冷却至操作温度。如果不马上冷却，并且根据所谓的“热保持”的方法，产品(大多数是甜奶酪)的温度在55～60℃下保持一小时，那么将形成数量惊人的磷酸钙微晶体，并沈淀。一部分晶体可以作为污泥排出，它们不会影响膜过程。相反有助于防止进一步沈淀在膜上。当膜系统产生浓缩，磷酸钙的浓度超过其溶解度，那么已经形成的晶体将继续增长，这样可以从大量的液体中脱除过量的磷酸钙。
这种方法可以和被许多其它行业熟知的晶体植种技术相比较。虽然并不完全有效，但也可以在清洁循环中操作20小时。
变形蛋白。也是膜系统料液中的麻烦。微小的变形通常会降低溶解度，而彻底的变形会产生一种类似于煮硬的蛋白的物质。还能溶解的轻微变性的蛋白不能通过预处理去除，因此会导致通量的降低，增加膜污染。沈淀的蛋白可以用常规的过滤方法很容易地去除。
氧化环境。膜对氧化剂的耐受力变化很大。薄膜不能耐受除次氯酸外的任何氧化环境。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)对各种氧化剂都有很好的耐受力。
因此原则上料液进入膜系统前所有氧化物质必须去除。以后讨论的仅仅是和卷式膜有关的氧化剂。
² 氯气、次氯酸钠
如果料液中有氯气或次氯酸钠，则必须进行脱氯预处理。可以使用以下的方法：
n 一般使用的方法是加入减氯剂，如亚硫酸钠。结果系统中将形成硫酸盐。
n 也常用活性炭过滤器。但应注意的是它可能是一个微生物生长并造成生物阻塞的潜在可怕来源。另外存在炭的回用处理问题。
n 使用UV光可能最好些，但比较昂贵。
² 次氯酸
据报道次氯酸对薄膜无害，但缺乏真正有说服力的证据。次氯酸很难处理，并且难形成游离氯，因此很少在膜过滤工厂中使用。
² 过氧化氢/(H2O2)、醋酸(Peracetic acid)
两者都是相当弱的氧化剂，被用于每周一次的薄膜的消毒维护。但如果它们在料液中，则必须通过加入药剂将它们去除。
² 溴、碘
类似于氯，可以用相同的方法进行预处理。
² 硝酸
在室温下，普通浓度(<<0.5%)的硝酸可用于每日一次的清洗。但不可以再更高温度下使用或使用更高浓度。我们极力主张不使用硝酸，而用其它的非氧化性的酸代替。较好的替代品有磷酸、盐酸和柠檬酸。
² 铬酸盐
料液中的六价铬是一个麻烦，因为它是一种相当强的氧化剂。铬酸盐的危害性和pH有关。在中性pH下危害最大。在Ph 7和含高浓度铬酸盐的系统中薄膜的使用寿命是以星期而不是以月来计的。大多数的膜在pH低于2时可以运行良好。其它的预处理方法有：减少对薄膜有害的六价铬，使之成为三价铬。这种方法使铬酸盐的回收使用成为可能。
料液中的悬浮固体是非常难处理的问题。到目前为止，一般采用的预处理方法是传统的过滤。在最初的乳制品行业中也会使用离心的方法。
微生物代表了一个特殊的问题。不管它们是死或活，都可能阻塞膜片。活的微生物可能通过自生的新陈代谢产物或与料液中的细菌反应而引起阻塞。死的微生物的细胞残害，主要是细胞膜，可以引起阻塞。从物料中去除细胞残骸和新陈代谢产物是非常困难的，因为由细胞产生的各种物质一般具有抗氧化能力和抗高pH值环境的能力。
表28和表29列出了在预处理中使用的常规方法。虽然能列出的预处理方法非常多，但一般使用的方法很少。因此，如果你需要处理一种没有在此列出的产品，可以采用在此表中列出的同类产品相同的预处理方法。虽然这部分信息是通过行业整理的，也可以象以下列出的那样，通过产品的类型归类。
例如：
蛋白质：奶酪、奶类(母牛奶、羊奶、马奶、水牛奶)、黄豆蛋白、豌豆蛋白、酵素蛋白、血浆、鱼刺水和鱼冻。
多糖：角叉(菜)胶、果胶、琼脂、树脂、黄原胶。
果汁：苹果汁、梨汁、菠萝汁。
预过滤的要求变化很大。管式膜对料液中的颗粒有耐受力，其它的所有系统都要求对料液进行过滤。表26提供了一些指导。