Maidon ja heran mikrosuodatus
Saario, Tiina (2013)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201306073869
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201306073869
Tiivistelmä
Työssä selvitettiin uudenaikaisten polymeerikalvojen soveltuvuutta maidon sekä heran mikrosuodatukseen. Kirjallisessa osassa perehdyttiin maidon ja heran koostumuksiin, mikrobikantoihin sekä erilaisiin maidon sekä heran rasvanpoisto- ja puhdistusmenetelmiin. Tämän lisäksi käsiteltiin mikrosuodatusmenetelmiä sekä niiden käyttöä heran ja maidon käsittelyssä meijeriteollisuudessa.
Kokeellisessa osassa verrattiin kahdella eri suodatuslaitteistolla keraami- ja polymeerikalvojen suodatusominaisuuksia separoidun raakamaidon sekä heran poikkivirtausmikrosuodatuksessa. Tavoitteena oli erottaa suodatettavista liuoksista mikrobit sekä jäännösrasva ja tuottaa puhdasta, proteiinipitoista maitoa / heraa. Koeajoissa otetuista näytteistä analysoitiin ainesosakoostumus sekä mikrobipitoisuudet. Tuloksista määritettiin retentioarvot ja näiden perusteella vertailtiin polymeeri- ja keraamikalvojen erotustehokkuutta. Lisäksi kalvojen toimivuutta arvioitiin vuoarvojen avulla.
Raakamaidon suodatuksissa polymeerikalvot pidättivät täydellisesti tai lähes täydellisesti jäännösrasvan ja mikrobit, mutta myös kaseiiniproteiinin. Tästä syystä yksikään polymeerikalvoista ei sovellu puhtaan maidon suodatukseen. Keraamikalvot soveltuvat tähän selkeästi paremmin ja yksikään toinen testatuista kalvoista ei päässyt samalle tasolle meijeriteollisuudessa jo käytössä olevan Membralox 1,4 μm -keraamikalvon kanssa.
Heran suodatuksissa polymeerikalvot pidättivät täydellisesti tai lähes täydellisesti rasvan ja mikrobit, mutta keraamikalvo päästi huomattavasti enemmän haluttuja proteiineja permeaattiin. Membralox 0,8 μm -keraamikalvo pidätti täydellisesti mikrobit, mutta päästi jonkin verran jäännösrasvaa permeaattiin. Näin ollen kalvovalinta on kompromissi permeaatin puhtauden ja proteiinin saannon välillä.
Keraamikalvojen vuohäviöt olivat merkittävästi pienemmät kuin polymeerikalvoilla molempien syöttöliuosten kanssa. Lisäksi keraamikalvojen puhdistus oli huomattavasti nopeampaa ja helpompaa. Tästä syystä keraamiset kalvot soveltuvat polymeerisiä paremmin maidon ja heran mikrosuodatukseen. The main idea of this work was to determine the suitability of novel polymeric membranes for microfiltration of milk and whey. The composition, microbiology and pretreatment methods of milk and whey were investigated in the literary part. The microfiltration methods and their use in dairy industry were also researched.
In the experimental part the filtration performance of ceramic and polymeric membranes were compared in cross-flow filtration of separated milk and whey. The goal was to separate residue fat and microbes and produce clean, protein-containing milk / whey as permeate. From the samples that were taken during the test filtrations, compositions and microbe content were analyzed. Based on the results, the separation performances of polymeric and ceramic membranes were compared. Furthermore the changes in permeate fluxes were compared.
The polymeric membranes retained perfectly or almost perfectly all fat and microbes, but unfortunately also a significant amount of casein protein was retained when milk was microfiltered. For this reason none of the tested polymeric membranes were suited for filtration of clean milk. Ceramic membranes performed much better and none of the other membranes could reach the level of the Membralox 1.4 μm ceramic membrane that is at the moment in use in dairy industry.
In the filtration of whey solutions the polymeric membranes retained perfectly or almost perfectly all the fat and microbes, but neither one let as much protein through the membrane as the ceramic one. However, although the Membralox 0.8 μm ceramic membrane retained perfectly all the microbes it permeate some of the fat. That is why the choice of membrane is a compromise between the permeate purity and protein yield.
The fluxes of polymeric membranes dropped significantly more than fluxes of ceramic membranes. In addition the cleaning of ceramic membranes was much easier and faster than the cleaning of polymer membranes. Therefore, the used ceramic membranes performed better than the tested polymeric membranes when milk and whey solutions were microfiltrated.
Kokeellisessa osassa verrattiin kahdella eri suodatuslaitteistolla keraami- ja polymeerikalvojen suodatusominaisuuksia separoidun raakamaidon sekä heran poikkivirtausmikrosuodatuksessa. Tavoitteena oli erottaa suodatettavista liuoksista mikrobit sekä jäännösrasva ja tuottaa puhdasta, proteiinipitoista maitoa / heraa. Koeajoissa otetuista näytteistä analysoitiin ainesosakoostumus sekä mikrobipitoisuudet. Tuloksista määritettiin retentioarvot ja näiden perusteella vertailtiin polymeeri- ja keraamikalvojen erotustehokkuutta. Lisäksi kalvojen toimivuutta arvioitiin vuoarvojen avulla.
Raakamaidon suodatuksissa polymeerikalvot pidättivät täydellisesti tai lähes täydellisesti jäännösrasvan ja mikrobit, mutta myös kaseiiniproteiinin. Tästä syystä yksikään polymeerikalvoista ei sovellu puhtaan maidon suodatukseen. Keraamikalvot soveltuvat tähän selkeästi paremmin ja yksikään toinen testatuista kalvoista ei päässyt samalle tasolle meijeriteollisuudessa jo käytössä olevan Membralox 1,4 μm -keraamikalvon kanssa.
Heran suodatuksissa polymeerikalvot pidättivät täydellisesti tai lähes täydellisesti rasvan ja mikrobit, mutta keraamikalvo päästi huomattavasti enemmän haluttuja proteiineja permeaattiin. Membralox 0,8 μm -keraamikalvo pidätti täydellisesti mikrobit, mutta päästi jonkin verran jäännösrasvaa permeaattiin. Näin ollen kalvovalinta on kompromissi permeaatin puhtauden ja proteiinin saannon välillä.
Keraamikalvojen vuohäviöt olivat merkittävästi pienemmät kuin polymeerikalvoilla molempien syöttöliuosten kanssa. Lisäksi keraamikalvojen puhdistus oli huomattavasti nopeampaa ja helpompaa. Tästä syystä keraamiset kalvot soveltuvat polymeerisiä paremmin maidon ja heran mikrosuodatukseen.
In the experimental part the filtration performance of ceramic and polymeric membranes were compared in cross-flow filtration of separated milk and whey. The goal was to separate residue fat and microbes and produce clean, protein-containing milk / whey as permeate. From the samples that were taken during the test filtrations, compositions and microbe content were analyzed. Based on the results, the separation performances of polymeric and ceramic membranes were compared. Furthermore the changes in permeate fluxes were compared.
The polymeric membranes retained perfectly or almost perfectly all fat and microbes, but unfortunately also a significant amount of casein protein was retained when milk was microfiltered. For this reason none of the tested polymeric membranes were suited for filtration of clean milk. Ceramic membranes performed much better and none of the other membranes could reach the level of the Membralox 1.4 μm ceramic membrane that is at the moment in use in dairy industry.
In the filtration of whey solutions the polymeric membranes retained perfectly or almost perfectly all the fat and microbes, but neither one let as much protein through the membrane as the ceramic one. However, although the Membralox 0.8 μm ceramic membrane retained perfectly all the microbes it permeate some of the fat. That is why the choice of membrane is a compromise between the permeate purity and protein yield.
The fluxes of polymeric membranes dropped significantly more than fluxes of ceramic membranes. In addition the cleaning of ceramic membranes was much easier and faster than the cleaning of polymer membranes. Therefore, the used ceramic membranes performed better than the tested polymeric membranes when milk and whey solutions were microfiltrated.