乳制品加工是一门较为传统的技术，随着新技术的出现，该工艺也得到迅速发展，许多过去无法解决的问题，随着技术的进步，也有了较好的解决方案，膜分离技术就是使乳品加工技术得到迅速发展的一门新技术。上世纪80年代开始膜技术迅速在乳品工业中得到应用，至90年代中期已普遍广泛使用，其中用于该领域膜技术包括微滤、超滤、纳滤和反渗透。

目前，由于东西方的饮食结构不同，尤其是在乳品行业，膜分离技术在国外已经广泛使用多年，而国内这个领域则刚刚起步。国外早期使用的是有机膜，后来，随着陶瓷超滤膜的出现，陶瓷膜在乳制品加工中开始应用。

本文将介绍陶瓷膜微滤膜和超滤膜在乳制品领域的成功应用情况。

1 脱脂奶中细菌和芽孢的去除

传统的牛奶除菌技术为“巴氏杀菌”和“超高温灭菌”，实际上目前国内大多数鲜奶生产仍然是采用此技术，此技术已应用多年，技术上很成熟，但有一个问题：由于牛奶是在高温下进行，所以牛奶的风味和营养受到较大的影响，并且杀死的细菌尸体均残留在牛奶中。

为了解决此问题，人们开始考虑膜技术，因为膜技术操作温度低，通过截留细菌来达到真正的“除菌”，同时可以保留牛奶的风味和延长货架期。

由于牛奶中含有的蛋白质较多，这对膜技术处理非常不利，尤其除菌所用的膜是处于微滤范围的膜，由于蛋白质要穿过膜，所以，很容易造成膜通量的迅速下降，使得过滤持续的过程很短。所以目前的传统的膜技术来处理牛奶，尤其是牛奶除菌遇到较大的问题。人们曾使用较多的技术来解决此问题，Alfa-Laval公司开发了Bactocatch工艺，能使微滤在恒定的压力下达到高流量低污染的连续操作。用Bactocatch工艺制脱脂奶时，能除去99.7%的细菌，而酪蛋白只损失1%～3%，但这些均未能真正有效的解决此问题。

为了能真正有效地解决此问题，出现了两种陶瓷膜（梯度膜），一种是法国TAMI的ISOFLUX膜，一种是PALL公司下属的MEMBLOX的GP膜。

两种膜的原理均是利用降低进出口的跨膜压差，使得在膜的每个部分的透过液通量基本一致，从而来降低膜的污染，达到延长膜的操作时间的目的。

法国TAMI公司生产的ISOFLUX陶瓷膜：将膜长度方向分离层的厚度逐渐减小，产生了厚度梯度，以得到恒定通量的微滤膜。这种称为ISOFLUX新式微滤膜已在工业条件下应用于生产脱脂奶。1.4μm的ISOFLUX膜从进口至出口通量仅下降15%（标准1.4μm膜下降45%）。截留脂肪＞92%，截留酪蛋白＜4%，截留细菌能到4～5个log。此结果表明，ISOFLUX膜是一种有效适用的微滤膜，能满足工业需要的长时间运转。GEA公司开始在奶制品行业使用此技术，作为与传统技术竞争的方法。

PALL公司的Membralox的GP膜则是通过改变膜的分离层的密度，即从进口到出口，分离层的密度逐渐减少，产生了密度梯度，来增加进口处的分离层阻力，从而达到使整个膜的通量保持一致，膜层的厚度则保持不变。

梯度膜的出现，使得牛奶除菌真正达到工业化，目前，已经在国内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营养成分，除菌率大大提高。将细菌尸体移出了牛奶，使得奶制品的品质大大地提高，而传统的“巴杀”技术则很难处理这种高蛋白含量的奶。

2 乳清蛋白的浓缩（WPC）

乳清是生产乳酪时由凝乳中排出的液体部分，每100kg牛奶能得到10～20kg乳酪和80～90kg乳清。乳清各个组分（如蛋白质和乳糖）可单独使用。由于乳清中乳糖对蛋白质的比例不适当和生物耗氧量过高（30000～50000mg/L），因此乳清本身曾是难于处理和利用的副产品。超滤膜提供了改进乳清质量比例的途径（P/S）。实际上膜技术成功的应用到工业上的首批成果之一就是乳清加工，它开拓了乳清的综合利用。

超滤膜的孔径从上千到几十万，这样适当孔径的超滤膜，能让乳糖和可溶性盐通过膜，而截留蛋白质、脂肪和一些不溶的或化合物矿物质。

乳清很容易污染超滤膜，污染物主要是蛋白质和盐类。α-乳白蛋白在牛奶的蛋白质中含量较低但却是主要的污染源。有机膜对于通量的恢复较陶瓷膜要困难，陶瓷膜可以承受较高的碱液浓度，并且可以在较高的温度下清洗，同时还可以使用一定浓度的氧化剂，恢复通量很容易，而通量下降是制约膜技术应用的一个大的障碍。

陶瓷超滤膜较有机膜有如下优点：

（1）设备所需要的空间小。

（2）膜清洗简单容易。

（3）耐酸碱，耐高温，寿命长，可长达4～5年。

（4）产品质量高。

乳清被陶瓷膜分离成两部分，透过液为含有少量蛋白、乳糖、盐类、水等，浓缩液则根据需要不同可以得到几种产品：

（1）含有35%（P/S）左右的乳清蛋白产品。

（2）含有50%～60%（P/S）左右的乳清蛋白产品，用于动物饲料和食品添加剂。

（3）含有75%～80%（P/S）左右的乳清蛋白产品，主要用于医药和化妆品行业和婴儿食品。

目前，超滤陶瓷膜在国内许多特种营养蛋白的浓缩中已经应用，并且取得了非常好的效果，在国外则有大量的应用案例。

3 乳清和乳清蛋白浓缩物中除菌和脂肪的去除

微滤陶瓷膜可以用作乳清超滤的预处理，乳清通常含有少量脂肪（以0.2～1μm的小球存在）和酪蛋白。用离心分离乳清，则不能完全除去脂肪和酪蛋白小颗粒；当用超滤陶瓷膜过滤乳清时，这些组分特别是含脂类的组分，会损害乳清蛋白质浓缩物的功能。用0.14μm的陶瓷微滤膜能有效除去大量这些不需要的组分。用微滤能使乳清中的脂肪对蛋白质的比率由0.07～0.25降至0.001～0.003，同时还可以除去一些沉淀的盐类和减少细菌的数量。

而用1.4μm的微滤膜过滤乳清和乳清蛋白浓缩物，则和过滤脱脂奶一样，可以除去细菌和芽孢。

4 CIP清洗液的回用

错流膜过滤系统正逐步被用来回收废碱液，该系统较传统的方法具有如下特点：通常碱液的pH范围为12～13.5，碱性清洗液通常在50～80℃的温度范围内操作，有机膜则难以满足上述苛刻条件，而陶瓷膜则可以完全满足废碱液的高pH值、较高的温度和高的固含量的条件。而适宜的陶瓷膜并不截留碱液中的化学添加剂，几乎可以全部回收CIP溶液的添加剂；同时，这些陶瓷膜截留超过99%的胶体和悬浮固体。使用陶瓷膜处理CIP废碱液，可以达到真正减少化学品用量，降低BOD和废水排放量，减少再用的热能和水消费量。

陶瓷膜的过滤系统广泛用于澄清和回收奶制品工业的CIP清洗液，废碱液是来自工厂内的一系列来源，例如，对奶酪乳清加工，稀的碱液广泛用于清洗蒸发器。过去处理清洗蒸发器的大量碱液的传统方式，仅是简单的使用大罐沉降，使得重的固体下沉到底部，然后从顶部移出上清液。该方法的问题是再用的碱液不是非常清洁，罐底部的淤泥量（下沉的固体）非常大。而陶瓷膜可以用来处理此类废碱液，从而降低淤泥量，并增加碱的回收量；回收后的碱液非常清洁，在调整到需要的浓度后，非常容易回收再用。由于减少了购买新碱的用量，以及降低废物排放费用，节省了大量的费用。