膜分離技術在牛初乳加工中的應用
時間：2016.10.11
膜分離技術（membrane separation technology MST）利用膜孔的選擇性篩分作用，以膜的兩側壓力差、濃度差、電位差等為推動力，憑借各組分在膜中傳質的選擇性差異達到分離提純的目的。MST可以作為微觀物質的分級、純化和濃縮等工藝的應用，現在膜分離技術在中藥有效成分的分離應用很廣泛，但在乳品加工的應用還處在初級階段，只有很少的企事業單位和科研機構作了部分研究，Guerra等用孔徑1.0?m陶瓷膜微濾脫脂牛奶以除去芽孢，在國內呂加平等通過在相同孔徑膜微濾系統的基礎上，添加了梯度膜切向流反向脈沖微濾系統，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，這種技術微濾技術可以避免加熱殺菌方式菌體釋放出的耐熱酶，因此影響乳品品質的缺點。經過國內外研究學者對于膜分離技術的研究，使膜分離技術的應用越來越廣泛。現在我國的牛初乳加工技術還處于初級階段，如果我們對牛初乳和膜分離技術進行深入研究，把膜分離技術應用到牛初乳的加工工藝上，一定會對我們的牛初乳加工工藝更上一個新的臺階。
1 膜分離技術的特點
由于膜處理技術具有在分離物質時不涉及相變，無二次污染，具有生物膜濃縮副集的作用，且操作方便、結構緊湊、維修費用低、自動化程度高，可以部分取代傳統過濾、吸附、重結晶、濃縮、蒸餾、殺菌、等工藝。也使生產中遇到的熱處理過程變的簡單，大大降低熱處理溫度，這一優點對于食品行業來說尤其重要，可以大大節約能耗，降低加工成本，最重要的一點是可以保存食品中的營養價值，特別是對于熱不穩定的營養物質，比如維生素、免疫活性物質等。這一特點正好實用于牛初乳的加工。
2 牛初乳的加工難點
牛初乳的特點，干物質含量高，黏度較大，有苦味甚至有異臭味，pH值較常乳低。最重要的一點是牛初乳中含有大量的免疫活性物質和生長因子，熱穩定性很差，稍微加熱就會散發出一種難聞的類似蒸鍋水那樣的氣味，還會有大量的沉淀物出現，正是由于這一因素，很久以來，牛初乳都作為廢棄物丟掉了，條件好一點的牛初乳作為飼料加工用了，這些資源白白浪費是非常可惜的。實際上牛初乳營養價值比常乳高，而且具有調節機體免疫能力的功能。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和生長因子，那對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，能夠很好的促進這些人的身體健康。
3 膜處理技術在牛初乳加工工藝的應用
3.1膜處理技術在牛初乳殺菌工藝的應用
由于牛初乳中含有大量的免疫活性物質，對熱穩定性差，而且牛初乳也是微生物很好的培養基，如果不采取殺菌工藝，很快就會腐敗變質，但用通常的殺菌工藝只要溫度達到60℃，牛初乳就會結塊，免疫物質也會破壞，這是牛初乳的加工難點。現在市場上比較先進的有兩種陶瓷膜，一種是法國TAMI的ISOFLU膜，一種是PALL公司下屬的MEMBLOX的GP膜。這種膜已在工業條件下應用于脫脂乳的生產。1.4?m的ISOFLU膜具有很好的性能，脫脂乳從進口到出口通量僅下降15%（標準1.4?m膜下降45%）。脂肪截留>92%，酪蛋白截留<4%，細菌截留能達到90%以上。生產的脫脂乳在4℃的條件下可以儲存一周，在常溫條件下可以儲存3天。PALL公司生產的MEMBLOX的GP膜處理牛乳，效果也可以達到常溫下保存3天，在0-4℃條件下保持7-10天，但這種膜具有的優點是所使用的壓力要較TAMI的ISOFLU膜低，對設備要求較低，維修成本低。在國內在這方面的研究也具有相當高的水平，由于膜分離技術有這樣的特點，就是在過濾時能除去部分微生物，這樣大大簡化殺菌工藝，降低殺菌溫度，這樣牛初乳中的免疫活性物質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的基礎上，添加梯度膜切向流反向脈沖系統，結果表明，1.4?m孔徑 梯度膜對脫脂乳成分截留很少，細菌和芽孢可以高效截留，截留率可以達到99.94%和99.86%。這種條件已經達到巴氏殺菌的效果，如果生產牛初乳鮮奶，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養活性成分，為我們人類造福。
3.2膜分離技術在牛初乳分離脂肪的應用
牛初乳有個很不好的缺點，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性脂肪酸或溶于脂肪中的一些風味物質，因此如果把牛初乳加工成人人都能接受的營養食品，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。脂肪球有個特點，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，結果脂肪含量很少，而離心分離截留液中的脂肪，結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應用到牛初乳加工上，可以得到相同的效果，同時生產出的脫脂初乳質量也更好。
3.3 膜分離技術在牛初乳濃縮中的應用
牛奶濃縮傳統工藝是用熱處理系統，比較古老的采用三效濃縮罐，現在比較先進的采用六效濃縮罐，象我國比較大的乳品企業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點，但它和傳統熱處理系統具有相同的缺點，那就是對蛋白質破壞大，特別是對免疫球蛋白等活性物質破壞，用這樣的設備加工牛初乳，牛初乳的保健功效將大大降低。而采用膜分離技術在某種程度上可以避免這一缺點。這方面的研究在我國已經有了先例。在2007年甘肅省膜技術科學院采用管式反滲透膜技術對牛奶進行濃縮研究，這種技術可將牛奶中的固形物從12%濃縮到24%，由于牛初乳干物質含量本來就高，因此如果用這種技術處理牛初乳，干物質含量會更高。經過這樣處理后的牛初乳如果生產牛初乳煉乳，可以直接進行罐裝工藝；如果生產牛初乳粉，可以采用冷凍干燥進行加工。
膜分離技術在食品工業的應用還是處于研究階段，而且屬于一種食品行業的高新技術，這種技術具有很多優良特點。特別是在中藥濃縮和免疫物質的開發和濃縮具有廣闊的應用前景。牛初乳是一種優良資源，具有很多普通牛乳不具有的免疫活性物質，因此牛初乳加工在技術上一直是個難題，膜分離技術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人體身體狀況具有很好改善作用的保健食品。