膜分离技术在牛初乳加工中的应用
时间：2016.10.11
膜分离技术（membrane separation technology MST）利用膜孔的选择性筛分作用，以膜的两侧压力差、浓度差、电位差等为推动力，凭借各组分在膜中传质的选择性差异达到分离提纯的目的。MST可以作为微观物质的分级、纯化和浓缩等工艺的应用，现在膜分离技术在中药有效成分的分离应用很广泛，但在乳品加工的应用还处在初级阶段，只有很少的企事业单位和科研机构作了部分研究，Guerra等用孔径1.0?m陶瓷膜微滤脱脂牛奶以除去芽孢，在国内吕加平等通过在相同孔径膜微滤系统的基础上，添加了梯度膜切向流反向脉冲微滤系统，并且研究了梯度膜用于牛奶微滤除菌的效果以及可行参数，这种技术微滤技术可以避免加热杀菌方式菌体释放出的耐热酶，因此影响乳品品质的缺点。经过国内外研究学者对于膜分离技术的研究，使膜分离技术的应用越来越广泛。现在我国的牛初乳加工技术还处于初级阶段，如果我们对牛初乳和膜分离技术进行深入研究，把膜分离技术应用到牛初乳的加工工艺上，一定会对我们的牛初乳加工工艺更上一个新的台阶。
1 膜分离技术的特点
由于膜处理技术具有在分离物质时不涉及相变，无二次污染，具有生物膜浓缩副集的作用，且操作方便、结构紧凑、维修费用低、自动化程度高，可以部分取代传统过滤、吸附、重结晶、浓缩、蒸馏、杀菌、等工艺。也使生产中遇到的热处理过程变的简单，大大降低热处理温度，这一优点对于食品行业来说尤其重要，可以大大节约能耗，降低加工成本，最重要的一点是可以保存食品中的营养价值，特别是对于热不稳定的营养物质，比如维生素、免疫活性物质等。这一特点正好实用于牛初乳的加工。
2 牛初乳的加工难点
牛初乳的特点，干物质含量高，黏度较大，有苦味甚至有异臭味，pH值较常乳低。最重要的一点是牛初乳中含有大量的免疫活性物质和生长因子，热稳定性很差，稍微加热就会散发出一种难闻的类似蒸锅水那样的气味，还会有大量的沉淀物出现，正是由于这一因素，很久以来，牛初乳都作为废弃物丢掉了，条件好一点的牛初乳作为饲料加工用了，这些资源白白浪费是非常可惜的。实际上牛初乳营养价值比常乳高，而且具有调节机体免疫能力的功能。如果把牛初乳加工成人类食品，保持牛初乳所含有的免疫活性物质和生长因子，那对于人类年老体弱和病患者或婴幼儿来说，无疑于是一大福音，能够很好的促进这些人的身体健康。
3 膜处理技术在牛初乳加工工艺的应用
3.1膜处理技术在牛初乳杀菌工艺的应用
由于牛初乳中含有大量的免疫活性物质，对热稳定性差，而且牛初乳也是微生物很好的培养基，如果不采取杀菌工艺，很快就会腐败变质，但用通常的杀菌工艺只要温度达到60℃，牛初乳就会结块，免疫物质也会破坏，这是牛初乳的加工难点。现在市场上比较先进的有两种陶瓷膜，一种是法国TAMI的ISOFLU膜，一种是PALL公司下属的MEMBLOX的GP膜。这种膜已在工业条件下应用于脱脂乳的生产。1.4?m的ISOFLU膜具有很好的性能，脱脂乳从进口到出口通量仅下降15%（标准1.4?m膜下降45%）。脂肪截留>92%，酪蛋白截留<4%，细菌截留能达到90%以上。生产的脱脂乳在4℃的条件下可以储存一周，在常温条件下可以储存3天。PALL公司生产的MEMBLOX的GP膜处理牛乳，效果也可以达到常温下保存3天，在0-4℃条件下保持7-10天，但这种膜具有的优点是所使用的压力要较TAMI的ISOFLU膜低，对设备要求较低，维修成本低。在国内在这方面的研究也具有相当高的水平，由于膜分离技术有这样的特点，就是在过滤时能除去部分微生物，这样大大简化杀菌工艺，降低杀菌温度，这样牛初乳中的免疫活性物质就可以在很大程度上得以保全。在吕加平等在相同孔径膜微滤系统的基础上，添加梯度膜切向流反向脉冲系统，结果表明，1.4?m孔径 梯度膜对脱脂乳成分截留很少，细菌和芽孢可以高效截留，截留率可以达到99.94%和99.86%。这种条件已经达到巴氏杀菌的效果，如果生产牛初乳鲜奶，完全可以省掉加热程序，如果加工牛初乳粉或其他牛初乳炼乳，采用的杀菌加热工艺也大大可以降低。这样可以从最大程度上保持牛初乳的营养活性成分，为我们人类造福。
3.2膜分离技术在牛初乳分离脂肪的应用
牛初乳有个很不好的缺点，就是有异臭味，这也是人们多年来一直不喜欢牛初乳的原因之一。异味主要是一些挥发性脂肪酸或溶于脂肪中的一些风味物质，因此如果把牛初乳加工成人人都能接受的营养食品，有必要把牛初乳中脂肪除去。牛乳脂肪在乳中以乳浊液形态存在于乳中，脂肪球直径在0.1～15μm之间，平均直径为3.4μm。脂肪球有个特点，就是温度越低，越容易聚集，而且脂肪球在60℃下表面张力最小，容易破裂成更小的脂肪球，这样不利于脂肪球的分离。因此分离乳脂肪的微滤温度一般要控制在50℃左右。Goudedranche曾用2μm的陶瓷膜微滤全脂牛奶，再离心分离透过液中的脂肪，结果脂肪含量很少，而离心分离截留液中的脂肪，结果是截留液分离得到的稀奶油的脂肪球尺寸好，口感好。因此我们把这样的技术应用到牛初乳加工上，可以得到相同的效果，同时生产出的脱脂初乳质量也更好。
3.3 膜分离技术在牛初乳浓缩中的应用
牛奶浓缩传统工艺是用热处理系统，比较古老的采用三效浓缩罐，现在比较先进的采用六效浓缩罐，象我国比较大的乳品企业例如蒙牛的六期采用的就是六效浓缩罐。虽说六效浓缩罐具有热能利用率高的优点，但它和传统热处理系统具有相同的缺点，那就是对蛋白质破坏大，特别是对免疫球蛋白等活性物质破坏，用这样的设备加工牛初乳，牛初乳的保健功效将大大降低。而采用膜分离技术在某种程度上可以避免这一缺点。这方面的研究在我国已经有了先例。在2007年甘肃省膜技术科学院采用管式反渗透膜技术对牛奶进行浓缩研究，这种技术可将牛奶中的固形物从12%浓缩到24%，由于牛初乳干物质含量本来就高，因此如果用这种技术处理牛初乳，干物质含量会更高。经过这样处理后的牛初乳如果生产牛初乳炼乳，可以直接进行罐装工艺；如果生产牛初乳粉，可以采用冷冻干燥进行加工。
膜分离技术在食品工业的应用还是处于研究阶段，而且属于一种食品行业的高新技术，这种技术具有很多优良特点。特别是在中药浓缩和免疫物质的开发和浓缩具有广阔的应用前景。牛初乳是一种优良资源，具有很多普通牛乳不具有的免疫活性物质，因此牛初乳加工在技术上一直是个难题，膜分离技术的兴起无疑给牛初乳加工提供了一种新的思路，如果我们能够在这种技术上能够突破，那么我们以前作为废料的牛初乳就可以加工成一类对人体身体状况具有很好改善作用的保健食品。