1、食品工业 2023 年第44卷第 4 期 226 专题论述膜技术在液态奶、酸奶中的应用研究进展曹华传，许秋莉，龙芷姣，王玫玫，刘端，黄敏深圳市晨光乳业有限公司（深圳 518000）摘要膜技术近年来被广泛应用于乳制品的加工研究,尤其是在液态奶、酸奶领域,通过膜技术与低温杀菌的结合,可有效保留牛乳中的活性成分,降低牛乳微生物数量,延长产品保质期,同时可利用膜技术浓缩或分离牛乳中营养成分,生产高营养价值的乳制品。文章通过总结膜过滤技术的原理、分类及其在液态奶、酸奶生产领域的应用情况,并分析膜技术在乳制品应用中存在的问题,以期为膜技术的发展提供理论依据。关键词膜技术;液态奶;酸奶;应用Research
2、 Progress on Application of Membrane Technology in Liquid Milk and YogurtCAO Huachuan,XU Qiuli,LONG Zhijiao,WANG Meimei,LIU Duan,HUANG MinShenzhen Chenguang Dairy Co.,Ltd.(Shenzhen 518000)Abstract Membrane technology has been widely used in the processing and research of dairy products in recent yea
3、rs,especially in the field of liquid milk and yogurt.The combination of membrane technology and low-temperature sterilization can effectively retain the active ingredients in milk,reduce the number of milk microorganisms,and prolong product shelf life.Membrane technology can be used to concentrate o
4、r separate nutrients in milk to produce dairy products with high nutritional value.Summarize the principle,classification and application of membrane filtration technology in the production of liquid milk and yogurt,and analyze the problems in the application of membrane technology in dairy products
5、,in order to provide a theoretical basis for the development of membrane technology.Keywords membrane technology;liquid milk;yogurt;application牛乳是一种多组分的流体，富含蛋白质、矿物质、维生素等营养素，牛乳中的活性物质具有增强机体免疫力，促进生长发育的功能，被誉为“白色血液”1。牛乳中的免疫球蛋白、乳铁蛋白、-乳球蛋白等活性物质多为热敏性物质，热处理温度过高，牛乳的营养价值得不到利用2-3。膜技术的出现为优质巴氏杀菌乳的生产提供技术基础。膜具有良好的分
6、离能力、截留能力，膜的高效截留能力可有效截留牛乳中的细菌，降低初始带菌数，有效降低牛乳加工的杀菌热负荷，最大限度保留牛乳营养，改善高温灭菌带来的口感和色泽的变化4，可以替代传统乳品生产中的高温蒸发浓缩、离心分离、高温灭菌等工艺，被广泛应用于乳制品加工，如奶酪、蛋白粉的生产5。对膜技术在液态奶和酸奶生产中的应用情况进行讨论。1膜技术的分类膜技术是以一定的压力为动力来源，以膜为过滤介质，选择性地让部分物质通过膜组件成为渗透液，截留部分成为截流液，从而达到溶液组分分离和浓缩的目的。按膜孔径大小可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）4类。微滤是微米级过滤，在乳品加工中常用于牛乳
7、的除菌，超滤是应用最广泛的膜技术，用于截留大分子及不同组分的分离，纳滤和反渗透是纳米级过滤，纳滤用于离子的截留，反渗透膜只有水分子能够通过，常用于溶液的浓缩。4种膜技术分离范围如图1所示。图14种膜分离范围示意图膜元件是膜系统的核心部分，按形状可分为卷式膜、管式膜、板框式膜、中空纤维膜，其中又以卷式膜、管式膜在乳制品行业应用最广泛6。膜芯材质决定膜组件的进料要求，如表1所示，不同的膜芯对pH、温度的耐受能力不同，无机膜耐受pH、温度范围最广，使用时间长，耐受温度可到70。有机膜大部分是常温膜，耐受温度低于45 7，使用生命周期 227 专题论述食品工业 2023 年第44卷第 4 期短，成本较
8、低。相对而言，有机膜所用的膜材料材质来源更广泛，多为有机高分子聚合物，取材容易，单位膜面积制造成本低廉，占膜市场份额80%以上。陶瓷膜占据无机膜应用的大部分份额，这种以氧化铝、氧化锆、氧化钛等为材料的陶瓷膜具有耐高温、耐酸碱、机械强度强、抗污染能力强、膜通量大、重复性好的优点，但单位造价和运行能耗较高。2膜技术在液态奶生产中的应用2.1在液态奶中的应用通常巴氏灭菌乳灭菌条件为7280、15 s，这个热条件可以杀灭致病菌、体细胞及大部分的细菌8，较好保留牛乳原始香味、色泽及一定活性蛋白9。低温处理有利于活性物质的保留，根据T/TDSTIA0042019优质巴氏杀菌乳，在热处理条件7280、15
9、s下（HTST），满足乳铁蛋白25 mg/L，免疫球蛋白200 mg/L、-乳球蛋白2 200 mg/L10。研究表明，HTST处理有利于保留活性物质。Lorenzen等11将牛乳经HTST处理，-乳球蛋白含量在3 3024 745 mg/L。刘海燕12研究表明，-乳球蛋白在85、15 s条件下变性率达37.7%，乳铁蛋白损失率约76%，而75、15 s热处理条件下，前者只有5.8%发生变性。免疫球蛋白变性温度80，而经75、15 s处理，变性率只有9.3%13。然而HTST处理强度不能使芽孢杆菌热休克形成孢子，达不到巴氏灭菌乳的保质期要求。膜技术的应用很好地化解了两者的矛盾，平衡营养和保质期
10、的需求。在液态奶生产领域应用最广泛的膜技术是微滤，通过微滤膜的截留，降低牛乳带菌数，进行HTST处理，研究表明，微滤具有极佳的除菌效果。孔凡丕14利用1.4 m的陶瓷膜过滤脱脂乳，最佳工艺条件下，细菌和芽孢截留数量级分别为（3.4710.232）log和（2.0790.206）log。任宪峰等15通过陶瓷膜除菌试验表明，陶瓷膜的除菌率可达99.86%。微滤技术高效除菌的同时，并不会改变过滤后牛乳中蛋白质的成分16。国外研究报道经陶瓷膜过滤的牛乳，14 d内蛋白质成分没有发生变化17。优异的除菌效果保证鲜奶的保质期及营养需求，随着技术发展，膜技术与低温杀菌的串联结合已逐渐商业化，北京三元食品股份
11、有限公司在国内首先整合微滤除菌和72 低温杀菌技术，推出极致ESL低温鲜牛乳18。随着膜技术的应用，近几年各大头部乳企陆续推出应用膜技术的鲜奶产品。膜技术提高鲜奶品质的同时，在UHT奶领域也崭露头角，UHT奶有更长的保质期要求，通常达到6个月，然而牛乳中的嗜冷菌产生的脂肪酶、蛋白酶、纤溶酶具有耐高温性，超高温灭菌并不能完全使耐高温酶失去活性，在货架期内会分解蛋白质和脂肪，造成产品质量下降19。膜技术的应用能显著改善UHT奶的这些问题。DIncecco等20将经微滤处理后的原料乳生产UHT奶，显著延迟UHT奶凝胶颗粒和沉淀物的形成，减缓蛋白质水解，保持脂肪不上浮时间达18个月。孔凡丕等21研究发
12、现，微滤+UHT的工艺组合与不微滤的UHT奶对比，微滤的UHT乳中的纤溶酶活性未检出，贮藏期内微滤UHT乳非酪蛋白氮、pH、酸度、脂肪球粒径等指标值的变化更小。3膜过滤技术在酸奶生产领域的应用蛋白质是评价酸奶的营养价值的重要指标之一，是吸引消费者购买酸奶的驱动力之一22。因此提高单位内的酸奶蛋白质含量具有重要意义，市场上酸奶蛋白质含量大多为2.33.5 g/100 g，蛋白质含量6 g/100 g可宣称为高蛋白质酸奶，高蛋白质酸奶的实现可通过添加蛋白质提高物提高蛋白质的含量，另外可通过浓缩原料乳、分离乳清提高初始蛋白质含量，可在发酵前强化蛋白质或浓缩原料乳，也可在发酵完成后分离乳清提高蛋白质含
13、量23。在高蛋白酸奶生产过程中可利用膜的分离能力在浓缩原料乳和分离乳清中发挥作用，超滤浓缩和RO浓缩在高蛋白酸奶生产中应用最广泛，超滤拥有良好的蛋白质截留能力。李明浩等24采用截留分子量10 kDa的有机膜，蛋白质截留率达99.61%。吕建国等25利用管式反渗透膜实现99.9%的蛋白质截留。岳建伟等26应用卷式反渗透膜可将牛乳总固形物含量从8.26%提高到20.95%，固形物含量增加1.54倍，牛乳的风味没有发生变化。王玉堂等27用纳滤浓缩牛乳生产高管道耐受、黏度及咀嚼性高的酸奶产品，取得不错的效果。膜技术的应用为生产高价值酸奶提供工艺上的便利性，与传统的单效、双效、闪蒸浓缩相比，能耗更低，对
14、乳中的成分影响更小。相对于热效浓缩，膜浓缩更加节能，浓缩物更环保，有研究报道，膜法浓缩比蒸发浓缩可节约累计35%的能源需求28。参数MFUFNFRO机械杂质无无无无悬浮物少量无无无膜芯材质有机膜:聚丙烯、聚醚砜、聚偏二氟乙烯无机膜:氧化铝、聚四氟乙烯、氧化锆有机膜:纤维素衍生类、聚醚砜、聚偏二氟乙烯无机膜:氧化铝、氧化锆有机膜:聚醚砜、聚偏二氟乙烯无机膜:氧化铝、氧化锆醋酸纤维素、聚酰胺表1不同膜技术膜材质及进料要求食品工业 2023 年第44卷第 4 期 228 专题论述4膜技术在乳制品应用中存在的问题尽管膜技术的应用推动了乳业高品质发展，牛乳中的营养价值也得到更好利用，提高了企业产品竞争力
15、，但膜技术在乳品行业应用中仍存在一些问题。主要存在问题有：膜污染问题，膜技术是以膜为截留介质，尤其是微滤膜常应用于除菌，运行时间过长，极易造成膜污染、降低膜通量，因此在应用微滤除菌时对原料乳的微生物含量存在一定限制，经调查，市场上经微滤技术生产的高端鲜牛乳所用的原料乳细菌总数普遍小于5104 CFU/mL，体细胞小于3105个/mL；生产维护成本高，由于膜污染的问题会导致需要经常对膜进行清洗，持续生产时间短，膜的清洗对清洗液要求较高，即使清洗及时，膜的使用寿命也不长，需经常更换29；微滤膜在过滤前需去除牛乳中的脂肪，由于乳脂肪的粒径比膜孔径大，不提前分离脂肪会导致膜堵塞严重30。后续工艺将乳脂
16、肪添加回来，增加工艺的操作难度，有研究表明将均质后的牛乳经膜过滤，与离心分离脂肪后再经膜过滤的膜通量对比没有显著差异，有利于优化工艺流程31。5结语与展望膜技术是一门新兴技术，也是一门绿色技术，膜技术的应用给乳制品行业带来质的提升，牛乳的营养价值也因膜技术的应用得到更好利用。随着技术的发展，尤其是膜材料和制造技术的发展，未来可通过开发出抗污染能力更强、膜通量更强、成本更低的高分子膜和无机膜，使膜技术存在问题进一步得到解决。参考文献：1 SHEKHAR C,KUMAR S.Quality of buffalo milk procured from milk venders-A case studyJ.Indian Journal of Animal Research,2011,45(3):223-225.2 屈雪寅,郑楠,李松励,等.热处理对液态乳中乳清蛋白 的影响研究进展J.食品科学,2017,38(9):307-313.3 陈美霞.不同热处理条件下牛奶中热敏指标与功能性蛋白变化规律研究D.北京:中国农业科学院,2017.4 宋博,张雨萌,逄晓阳,等.膜技术在乳品加工行业中的研究进展J
