乳制品加工是一門較為傳統的技術，隨著新技術的出現，該工藝也得到迅速發展，許多過去無法解決的問題，隨著技術的進步，也有了較好的解決方案，膜分離技術就是使乳品加工技術得到迅速發展的一門新技術。上世紀80年代開始膜技術迅速在乳品工業中得到應用，至90年代中期已普遍廣泛使用，其中用于該領域膜技術包括微濾、超濾、納濾和反滲透。

目前，由于東西方的飲食結構不同，尤其是在乳品行業，膜分離技術在國外已經廣泛使用多年，而國內這個領域則剛剛起步。國外早期使用的是有機膜，后來，隨著陶瓷超濾膜的出現，陶瓷膜在乳制品加工中開始應用。

本文將介紹陶瓷膜微濾膜和超濾膜在乳制品領域的成功應用情況。

1 脫脂奶中細菌和芽孢的去除

傳統的牛奶除菌技術為“巴氏殺菌”和“超高溫滅菌”，實際上目前國內大多數鮮奶生產仍然是采用此技術，此技術已應用多年，技術上很成熟，但有一個問題：由于牛奶是在高溫下進行，所以牛奶的風味和營養受到較大的影響，并且殺死的細菌尸體均殘留在牛奶中。

為了解決此問題，人們開始考慮膜技術，因為膜技術操作溫度低，通過截留細菌來達到真正的“除菌”，同時可以保留牛奶的風味和延長貨架期。

由于牛奶中含有的蛋白質較多，這對膜技術處理非常不利，尤其除菌所用的膜是處于微濾范圍的膜，由于蛋白質要穿過膜，所以，很容易造成膜通量的迅速下降，使得過濾持續的過程很短。所以目前的傳統的膜技術來處理牛奶，尤其是牛奶除菌遇到較大的問題。人們曾使用較多的技術來解決此問題，Alfa-Laval公司開發了Bactocatch工藝，能使微濾在恒定的壓力下達到高流量低污染的連續操作。用Bactocatch工藝制脫脂奶時，能除去99.7%的細菌，而酪蛋白只損失1%～3%，但這些均未能真正有效的解決此問題。

為了能真正有效地解決此問題，出現了兩種陶瓷膜（梯度膜），一種是法國TAMI的ISOFLUX膜，一種是PALL公司下屬的MEMBLOX的GP膜。

兩種膜的原理均是利用降低進出口的跨膜壓差，使得在膜的每個部分的透過液通量基本一致，從而來降低膜的污染，達到延長膜的操作時間的目的。

法國TAMI公司生產的ISOFLUX陶瓷膜：將膜長度方向分離層的厚度逐漸減小，產生了厚度梯度，以得到恒定通量的微濾膜。這種稱為ISOFLUX新式微濾膜已在工業條件下應用于生產脫脂奶。1.4μm的ISOFLUX膜從進口至出口通量僅下降15%（標準1.4μm膜下降45%）。截留脂肪＞92%，截留酪蛋白＜4%，截留細菌能到4～5個log。此結果表明，ISOFLUX膜是一種有效適用的微濾膜，能滿足工業需要的長時間運轉。GEA公司開始在奶制品行業使用此技術，作為與傳統技術競爭的方法。

PALL公司的Membralox的GP膜則是通過改變膜的分離層的密度，即從進口到出口，分離層的密度逐漸減少，產生了密度梯度，來增加進口處的分離層阻力，從而達到使整個膜的通量保持一致，膜層的厚度則保持不變。

梯度膜的出現，使得牛奶除菌真正達到工業化，目前，已經在國內蛋白含量更高的特殊奶的加工中普遍使用，保存了牛奶中所有的營養成分，除菌率大大提高。將細菌尸體移出了牛奶，使得奶制品的品質大大地提高，而傳統的“巴殺”技術則很難處理這種高蛋白含量的奶。

2 乳清蛋白的濃縮（WPC）

乳清是生產乳酪時由凝乳中排出的液體部分，每100kg牛奶能得到10～20kg乳酪和80～90kg乳清。乳清各個組分（如蛋白質和乳糖）可單獨使用。由于乳清中乳糖對蛋白質的比例不適當和生物耗氧量過高（30000～50000mg/L），因此乳清本身曾是難于處理和利用的副產品。超濾膜提供了改進乳清質量比例的途徑（P/S）。實際上膜技術成功的應用到工業上的首批成果之一就是乳清加工，它開拓了乳清的綜合利用。

超濾膜的孔徑從上千到幾十萬，這樣適當孔徑的超濾膜，能讓乳糖和可溶性鹽通過膜，而截留蛋白質、脂肪和一些不溶的或化合物礦物質。

乳清很容易污染超濾膜，污染物主要是蛋白質和鹽類。α-乳白蛋白在牛奶的蛋白質中含量較低但卻是主要的污染源。有機膜對于通量的恢復較陶瓷膜要困難，陶瓷膜可以承受較高的堿液濃度，并且可以在較高的溫度下清洗，同時還可以使用一定濃度的氧化劑，恢復通量很容易，而通量下降是制約膜技術應用的一個大的障礙。

陶瓷超濾膜較有機膜有如下優點：

（1）設備所需要的空間小。

（2）膜清洗簡單容易。

（3）耐酸堿，耐高溫，壽命長，可長達4～5年。

（4）產品質量高。

乳清被陶瓷膜分離成兩部分，透過液為含有少量蛋白、乳糖、鹽類、水等，濃縮液則根據需要不同可以得到幾種產品：

（1）含有35%（P/S）左右的乳清蛋白產品。

（2）含有50%～60%（P/S）左右的乳清蛋白產品，用于動物飼料和食品添加劑。

（3）含有75%～80%（P/S）左右的乳清蛋白產品，主要用于醫藥和化妝品行業和嬰兒食品。

目前，超濾陶瓷膜在國內許多特種營養蛋白的濃縮中已經應用，并且取得了非常好的效果，在國外則有大量的應用案例。

3 乳清和乳清蛋白濃縮物中除菌和脂肪的去除

微濾陶瓷膜可以用作乳清超濾的預處理，乳清通常含有少量脂肪（以0.2～1μm的小球存在）和酪蛋白。用離心分離乳清，則不能完全除去脂肪和酪蛋白小顆粒；當用超濾陶瓷膜過濾乳清時，這些組分特別是含脂類的組分，會損害乳清蛋白質濃縮物的功能。用0.14μm的陶瓷微濾膜能有效除去大量這些不需要的組分。用微濾能使乳清中的脂肪對蛋白質的比率由0.07～0.25降至0.001～0.003，同時還可以除去一些沉淀的鹽類和減少細菌的數量。

而用1.4μm的微濾膜過濾乳清和乳清蛋白濃縮物，則和過濾脫脂奶一樣，可以除去細菌和芽孢。

4 CIP清洗液的回用

錯流膜過濾系統正逐步被用來回收廢堿液，該系統較傳統的方法具有如下特點：通常堿液的pH范圍為12～13.5，堿性清洗液通常在50～80℃的溫度范圍內操作，有機膜則難以滿足上述苛刻條件，而陶瓷膜則可以完全滿足廢堿液的高pH值、較高的溫度和高的固含量的條件。而適宜的陶瓷膜并不截留堿液中的化學添加劑，幾乎可以全部回收CIP溶液的添加劑；同時，這些陶瓷膜截留超過99%的膠體和懸浮固體。使用陶瓷膜處理CIP廢堿液，可以達到真正減少化學品用量，降低BOD和廢水排放量，減少再用的熱能和水消費量。

陶瓷膜的過濾系統廣泛用于澄清和回收奶制品工業的CIP清洗液，廢堿液是來自工廠內的一系列來源，例如，對奶酪乳清加工，稀的堿液廣泛用于清洗蒸發器。過去處理清洗蒸發器的大量堿液的傳統方式，僅是簡單的使用大罐沉降，使得重的固體下沉到底部，然后從頂部移出上清液。該方法的問題是再用的堿液不是非常清潔，罐底部的淤泥量（下沉的固體）非常大。而陶瓷膜可以用來處理此類廢堿液，從而降低淤泥量，并增加堿的回收量；回收后的堿液非常清潔，在調整到需要的濃度后，非常容易回收再用。由于減少了購買新堿的用量，以及降低廢物排放費用，節省了大量的費用。