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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Rohmilch durch Homogenisierung und Mikrofiltration sowie auf ein Verfahren zur Behandlung von Rohmilch zur Herstellung von behandelter Milch, die einen geringeren Bakteriengehalt als Rohmilch hat, wobei die Milch in eine fette Fraktion mit einem minimalen Fettgehalt von 10% und eine Magermilch- fraktion getrennt wird, die Magermilchfraktion durch einen Mikrofilter geleitet wird, der eine durch- schnittliche Porengrösse hat, die genügt um den Bakteriengehalt der durchfliessenden Milch zu reduzieren um ein Filtrat zu liefern, welches einen niedrigeren Bakteriengehalt hat als die ursprüng- liche Magermilchfraktion und um ein Konzentrat zu liefern, welches einen höheren Bakteriengehalt hat als die ursprüngliche Magermilchfraktion,
der Bakteriengehalt der fetten Fraktion getrennt redu- ziert wird und danach die Magermilchfraktion nach der Mikrofiltration und die fette Fraktion mit ver- ringertem Bakteriengehalt vereinigt werden, und ein Verfahren zur Herstellung von Milch mit einem Fettgehalt von 2%, wobei eine Magermilchfraktion durch einen Mikrofilter geleitet wird, der eine durchschnittliche Porengrösse hat, die ausreicht den Bakteriengehalt der durchfliessenden Milch zu reduzieren, um ein Filtrat zu liefern, welches einen niedrigeren Bakteriengehalt hat als die ur- sprüngliche Magermilchfraktion und um ein Konzentrat zu liefern, welches einen höheren Bakte- riengehalt hat als die ursprüngliche Magermilchfraktion, der Bakteriengehalt einer Rahmfraktion mit einem minimalen Fettgehalt von 10% reduziert wird,
und danach die Magermilchfraktion nach der Mikrofiltration und die Rahmfraktion mit dem verringerten Bakteriengehalt vereinigt werden.
Der gut bekannte Pasteunsationsprozess zum Abtöten von Bakterien in Milch wurde viele Jahr- zehnte verwendet. Leider beeinflussen die höheren Temperaturen, die im Pasteurisationsprozess benötigt werden, den Geschmack der Milch. Ferner eliminiert der Pasteunsationsprozess selbst un- ter Verwendung solch hoher Temperaturen nicht alle unerwünschten Bakterien, was zu einer kur- zen Lagerbeständigkeit der meisten Milchprodukte führt-
Die vorherrschenden Bakterien in konventionell bearbeiteter Milch von relativ fortgeschrittenem Alter sind oft vom Typ Bacillus cereus, da diese den Pasteurisationsprozess überleben und bei nie- deren Temperaturen gedeihen und so das Verderben der Milch fördern Es besteht ein allgemeiner Bedarf für ein Verfahren zur Reduktion des Bakteriengehaltes in Milch, sowohl in Voll- als auch in Magermilch,
um die Lagerbeständigkeit des Produktes zu erhöhen und ihren Geschmack durch Eli- minieren des Pasteurisationsprozesses zu verbessern.
Von grosser ökonomischer Bedeutung ist auch die Notwendigkeit, das sehr teure und arbeits- aufwendige Verteilungsverfahren, das zurzeit notwendig ist, um die Milch in die Hände des Ver- brauchers zu bringen, zu eliminieren. Es ist zurzeit für jede Molkerei notwendig, nach der Bearbei- tung der Rohmilch durch Homogenisieren und andere Schritte die Milch für die Verteilung an den Verbraucher in Behälter zu füllen und unter gekühlten Bedingungen zu transportieren. Das erfor- dert von jeder Molkerei die Anschaffung und Erhaltung einer beträchtlichen Flotte von Kühllastkraft- wagen, um die bearbeitete Milch zum Ort der Verteilung an den Verbraucher zu transportieren.
Durch Schaffung eines sterilen oder nahezu sterilen Milchproduktes wäre es möglich, die Notwen- digkeit des Transportes der Milch unter solchen gekühlten Bedingungen zu eliminieren. Leider schafft der Pasteurisationsprozess nur eine Milch mit einer reduzierten Bakterienanzahl und nicht ein steriles Produkt.
Weiters wäre es auch möglich, wenn ein steriles Milchprodukt erzeugt werden könnte, die
Notwendigkeit zur Aufbewahrung der Milch am Ort der Verteilung unter gekühlten Bedingungen zu eliminieren. Die Eliminierung der Notwendigkeit für grosse Kühlfächer, wie in typischen Geschäften, wäre ebenfalls von ungeheurem ökonomischen Nutzen.
Selbst wenn der heutige Pasteurisationsprozess angewandt wird, ist es manchmal von beson- derer Bedeutung, Milch mit einem gesenkten Bakteriengehalt vor der Pasteurisation zu erhalten, z. B. kann eine einzelne Partie Rohmilch so kontaminiert sein, dass blosse Pasteurisation nicht einmal zu einer adäquaten Lagerfähigkeit nach derzeitigem Standard führt.
Für manche Anwendungen ist es ausserdem wertvoll, wenn es möglich ist, eine behandelte
Milch zu schaffen, in welcher der Bakteriengehalt stark reduziert wurde, z. B. auf etwa 1/100 des ur- sprünglichen Wertes. Für die Herstellung von Käse ist es besonders wichtig, eine Milch mit relativ geringem Bakteriengehalt zu schaffen, da falsche Bakterienkulturen den Käse zerstören können.
Für die Verwendung in der Käseproduktion ist es normalerweise nicht zweckmässig, die Milch ein- fach einer Hitzebehandlung von ausreichendem Grad auszusetzen, da eine solche Hitzebehand- lung eine geringere Käseausbeute bringt und auch die Koagulationszeit negativ beeinflussen kann.
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Normalerweise werden Zusätze eingesetzt, um das Problem zu reduzieren In manchen Fällen jedoch wäre es wünschenswert, die Verwendung solcher Zusätze zu vermeiden.
Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Milch mit einem geringeren Bakteriengehalt durch die Verwendung von Filtration sind aus dem Stand der Technik bekannt, aber keines hat breite Akzeptanz gefunden. Die Verfahren des Standes der Technik schaffen im allgemeinen entweder geringe Durchflussraten, so dass das Verfahren im grossen Massstab unökonomisch wird, oder ande- rerseits die Qualität der Milch beeinflusst und so das Produkt für den Verbraucher unakzeptabel macht.
Herkömmliche Filtrationsmittel wurden für die Erzeugung von Milch mit gesenktem Bakterien- gehalt ausprobiert Bekannt ist ein Verfahren, in welchem die gesamte Milch in Filtrat- und Kon- zentrationsfraktionen durch Mikrofiltration geteilt wird. Das Filtrat, das durch die Poren des Filters (die Grösse der Poren kann von 0,1 um bis 10 m reichen) tritt, besteht aus Milch mit im wesent- lichen reduziertem Fettgehalt und das Konzentrat, welches die Fraktion ist, die durch die Oberflä- che des Filters gehalten wird, besteht aus Rahm, da nicht nur Bakterien sondern auch Fettkügel- chen im wesentlichen durch den Filter zurückgehalten werden.
Die veröffentlichte schwedische Patentanmeldung SE 67 15081 A offenbart ein Verfahren zum Sterilisieren von Milch, in welchem Fett zuerst von der Magermilch getrennt wird. Danach wird die Fettfraktion mittels Hitze sterilisiert und die Magermilchfraktion wird mittels Bakterienfiltration sterili- siert (keine Filterporengrösse ist angegeben). Schliesslich werden die sterilisierten Fett- und Mager- milchfraktionen wieder zusammengemischt, um ein steriles Milchprodukt zu ergeben. Um die Ma- germilchfraktion auf diese Weise mittels Bakterienfiltration zu sterilisieren, muss die Porengrösse im Filter so klein sein, dass keine Bakterien durchgehen können, was in geringen Durchsatzraten und einem unerwünschten Zurückhalten von Fettkügelchen und des Proteingehaltes der Milch resul- tiert.
Das US-Patent 5 064 674 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hypoallergenischer Milch durch Ultrafiltrationsverfahren, welche Membranen einsetzen, die Moleküle mit einem Molekularge- wicht von weniger als oder gleich etwa 5 kDa durchlassen. Die abgesonderten Komponenten, die durch die Membran aufgefangen werden, enthalten Milchproteine, lebensfähige oder nichtlebens- fähige Bakterien, bakterielles Proteinantigen und Milchfett. Das aus dem Ultrafiltrationsprozess gesammelte Filtrat ist daher nicht nur frei von Bakterien und bakteriellem Proteinantigen sondern auch von Fett und Milchprotein, was das Produkt unbrauchbar für die Verwendung als Milch an sich macht.
Es ist daher klar, dass die Poren von Bakterienfiltern, die gemäss dem Stand der Technik ver- wendet werden und welche Filter für sterilisierte Milch wirksam sind, nicht nur die Bakterien ent- fernen werden, sondern auch Fettkügelchen und zumindest einige der Proteine. So ein Filter wird rasch durch das aufgefangene Material verstopft ; dadurch sinkt die Durchflussrate durch den Filter rasch und der Filter muss oft gereinigt oder ersetzt werden. Die hohen Kosten eines solches ineffi- zienten Prozesses sind im allgemeinen unerschwinglich. Weiters wird die Qualität der Milch negativ beeinflusst, da der Filter Fettkügelchen und Proteine zurückhält.
Aus der vorangegangenen Diskussion ist offensichtlich, dass ein ständiges Bedürfnis für ein verbessertes Milchfiltrationsbearbeitungsverfahren herrscht, welches ein steriles oder besser nahe- zu steriles Produkt schafft, das eine verbesserte Lagerfähigkeit hat und die Milchqualität nicht negativ beeinflusst.
Es wurden daher Versuche gemacht, Querfluss- oder Tangentialflussfiltrationsvorrichtungen zur Behandlung der Milch zu verwenden, wobei solche Vorrichtungen aus dem Stand der Technik be- kannt sind.
Einige Arten von Filtervorrichtungen wurden beschrieben, welche die Ausführung einer solchen Tangential- oder Querflussfiltration ermöglichen. Das vielleicht älteste, solch bekannte Gerät, wird durch ein Rohr aus porösem Material gebildet, das in einem zweiten Rohr befestigt ist, wobei die zu filternde Suspension unter Druck mit hoher Geschwindigkeit den ringförmigen Raum zwischen den beiden Rohren durchfliesst und das Filtrat innerhalb des porösen Rohres fliesst.
Verbesserte Vorrichtungen mit ähnlichem Aufbau verwenden zwei konzentrische Zylinder, wobei der innere Zylinder durch eine mikroporöse Membran gebildet wird und die Flüssigkeit einem erzwungenen, schraubenförmigen Fluss um den inneren Zylinder unterworfen wird
Andere Querflussvorrichtungen enthalten eine Reihe von Filterelementen, die in Form von
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Platten oder Scheiben übereinander angeordnet sind und an deren beiden Oberflächen mikroporö- se Membranen angeordnet sind, z. B. um ein Filtrat sammelndes Rohr, wobei die zu filternde Suspension zwischen den Scheiben auf einem schraubenförmigen Weg nacheinander durchfliesst.
Viele andere Variationen für Querflussfiltrationssysteme wurden entwickelt. Z. B. betrifft US 5 009 781 A eine Querflussfiltrationsvorrichtung mit einem Filtratnetzwerk, das eine Anzahl von longitudinalen Filtratkammern und eine oder mehrere Filtratkanäle, die die Kammern durchsetzen, beinhaltet. US 5 035 799 A betrifft eine Querflussfiltereinrichtung, die Filterblattzusammensetzungen hat, die parallel im Filtertank angeordnet sind, mit Eingabe unter Druck, um turbulenten Querfluss des Fluids über die Medien zu erzeugen.
US 5 015 397 A betrifft ein Querflussfiltrationsgerät und ein Verfahren, welches ein aus schrau- benförmig gewundenem Keildrahtgitter bestehendes Rohr beinhaltet. Die zugeführte kontaminierte Flüssigkeit tritt an einem Ende ein und indem sie durch das Rohr fliesst, wird sie mit Konta- minationsstoffen angereichert, während geklärte Flüssigkeit durch die Rohrwand durchtritt.
US 5 047 154 A betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Steigerung der Flussrate von Durchfluss- filtrationssystemen. US 4 569 759 A betrifft ein Tangentialfiltrationsgerät und eine Anlage, die ein solches Gerät enthält.
Querflussfiltration ist wesentlich verschieden von Durchflussfiltration, da die Flüssigkeitszufuhr parallel zur Filteroberfläche eingebracht wird und die Filtration in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Zufuhrflusses stattfindet. Da die Richtung des Zufuhrstromes tangential zur Mem- branoberflache ist, wird in Querflussfiltrationssystemen im allgemeinen die Akkumulation von gefil- terten Feststoffen auf dem Filtermedium durch die Scherwirkung des Flusses reduziert. Querfluss- filtration gewährt daher die Möglichkeit einer quasi stetigen Zustandsfunktion mit annähernd kon- stantem Fluss, wenn das Durchsatzdruckdifferential konstant gehalten wird. Leider wurde diese theoretische Möglichkeit in der Praxis noch nicht erzielt Daher hat das Problem des abnehmenden Filtrationsflusses herkömmliche Querflussfiltrationssysteme gestört.
Die Mehrheit der suspendierten Feststoffe wurde auf der Wand des Rohres gehalten und hat rasch eine dynamische Membran (auch Filterkuchen oder Schlammschicht) gebildet. Die dynamische Membran ist im grossen Masse für die Filtration verantwortlich, weiche im folgenden stattfindet.
Jene Teilchen, die anfangs in die Wandmatrix eindrangen, werden dann zuletzt eingefangen, da die Porenstruktur von unregelmässiger und verschlungener Natur ist. Beim Fortsetzen der Mikro- filtration wird das Eindringen von zusätzlichen kleinen Teilchen in die Wandmatrix durch das Vor- handensein der dynamischen Membran gehindert. Die Ausbildung der dynamischen Membran zusammen mit dem möglichen Verstopfen der Porenstruktur des Rohres durch abgefangene Teil- chen resultiert in der Abnahme des Filtrationsflusses. In herkömmlichen Systemen ist diese Abnah- me annähernd exponential zur Filtrationszeit.
Durchflussfiltration von Milch wurde versucht, aber aufgrund der oben abgehandelten Probleme im allgemeinen nicht akzeptiert. US 5 028 436 A betrifft ein Verfahren zum Trennen der gelösten und ungelösten Bestandteile von Milch, wobei eine mikroporöse Membran mit einer Porengrösse im Bereich von 0,1 bis 2 m verwendet wir, weiche Membran mit einer wässrigen Lösung, Dispersion oder Emulsion von Lipiden oder Peptiden vorbehandelt worden is. Die Milch wird durch Durchleiten durch die vorbehandelten Membran abgetrennt. In dem Verfahren des Patentes wird ein erster Filtrationsschritt unter Verwendung einer mikroporösen Membran in einem tangentialen Flussmodus ausgeführt. Ein klares Filtrat und ein dicklich fliessendes Konzentrat werden erhalten.
Das Filtrat enthält alle Salze, Lactose, Aminosäuren, Oligopeptide und Polypeptide von geringem Molekular- gewicht in reiner, nicht denaturierter Form und das Konzentrat enthält praktisch das gesamte Kasein und Fettkomponenten der Milch Somit kann das Filtrat nicht als "Milch" betrachtet werden, da die Fettsubstanzen alle daraus entfernt wurden.
US 4 876 100 A bezieht sich auf ein Querflussfiltrationsverfahren zur Herstellung von Milch mit einem geringeren bakteriellen Gehalt. Rohmilch wird durch Zentrifugalseparation in eine Fraktion, bestehend aus Rahm, und in eine Fraktion, bestehend aus Magermilch, getrennt Die Magermilch- fraktion wird in einen Mikrofilter geleitet, in dem Teile der Fettkügelchen, Proteine und Bakterien abgetrennt werden. Aus dem Mikrofilter erhält man ein Filtrat, welches aus Magermilch mit einem geringeren Fettprotein und Bakteriengehalt besteht, und ein Konzentrat, das einen erhöhten Fett- protein- und Bakteriengehalt hat. Das Konzentrat wird in Folge sterilisiert.
Somit reduziert das Filtrationsverfahren nach US 4 876 100 A neben dem bakteriellen Niveau den Fett- und Protein-
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gehalt des Filtrates, wobei die Eigenschaften gegenüber denen der ursprünglichen Magermilch verändert werden.
Offensichtlich hat die Verwendung von Querflussfiltration bis zum heutigen Tage kein annehm- bares Verfahren zur Reduzierung der Baktenenkontamination in Milch geliefert.
In GB 1 451 747 A ist ebenfalls ein Verfahren beschrieben, bei dem mit Hilfe eines Filters eine Magermilchfraktion von einer Rahmfraktion getrennt wird.
Aus GB 2 128 464 A ist ein Verfahren zur Behandlung von Milch durch Homogenisieren und Mikrofiltration bekannt. Als zwingender Behandlungsschritt zwischen dem Homogenisieren und der Mikrofiltration ist eine enzymatische Gerinnung vorgesehen, die zu einer Flüssigkeit führt, die in der Folge der Mikrofiltration unterworfen wird. Die erhaltene Flüssigkeit kann als Futtermittelzusatz oder als Nährmittel verwendet werden.
Ein Mittel, um einige der Probleme zu überwinden, die mit der klassischen Querflussfiltrations- technologie verbunden sind, wurde gefunden und ist als dynamische Mikrofiltration bekannt. Der dynamische Filtrationsprozess beseitigt den Nachteil in der klassischen Querflusstechnologie, da die zu filternde Flüssigkeit nicht einfach tangential über die Membranoberfläche geführt wird. Die Mem- branoberfläche oder ein fester Körper nahe der Membranoberfläche wird derart bewegt, dass das Fluidum in der Zwischenschicht zwischen dem Rotor und dem Stator einer Scherwirkung unterwor- fen wird. Die Scherwirkung "schrubbt" die Membranoberfläche, wodurch sie relativ sauber von teil- chenförmigem Material gehalten wird, und verhindert, dass sich ein Filterkuchen auf der Membran- oberfläche ausbildet.
Das teilchenförmige Material, das sich anderenfalls auf der Membranober- fläche ansammeln würde, bleibt in Suspension und wird am Schluss in einem zweiten Strom, im allgemeinen als Konzentratstrom bezeichnet, entfernt.
Dynamische Mikrofiltrationssysteme können verschiedene Formen haben, z.B.
US 5 037 562 A, 3 997 447 A und 4 956 102 A beziehen sich auf dynamische Mikrofiltrations- scheibensysteme.
Zylindrische, dynamische Mikrofiltervorrichtungen werden z. B. in US 4 956 102 A, 4 900 440 A, 4 427 552 A, 4 093 552 A, 4 066 554 A und 3 797 662 A gelehrt. Alle in der vorliegenden Anmel- dung zitierten Patente sind durch Verweis hierin aufgenommen.
Niemand hat je dynamische Mikrofiltration bei der Bearbeitung von Milch angewandt und die Verwendung von Querflussfiltration bei Milch war begrenzt und wurde prinzipiell zum Auftrennen von Milch in Komponenten, basierend auf Fettgehalt verwendet.
Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, dass dynamische Mikrofiltration von Milch durch die Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgreich ausgeführt werden kann, so dass die Probleme des Standes der Technik, wie Verschlechterung der Milchqualität, früh- zeitige Filterverstopfung und unzulängliche Bakterienentfernung nicht auftreten.
Erfindungsgemäss wird bei dem Verfahren zur Behandlung von Rohmilch durch Homogenisie- ren und Mikrofiltration die Milch innerhalb von fünf Minuten nach dem Homogenisieren einer dyna- mischen Mikrofiltration unterworfen, indem die Milch durch einen Mikrofilter mit einer mittleren Porengrösse hindurchgeführt wird, die ausreicht, den Bakteriengehalt der durchtretenden Milch ausreichend zu reduzieren, um als Filtrat eine behandelte Milch, die einen niedrigeren Bakterien- gehalt als die ursprüngliche Rohmilch hat und ein Konzentrat mit einem höheren Bakteriengehalt, als die ursprüngliche Rohmilch hat, zu liefern.
Durch Ausführung des Homogenisierungsschrittes zuerst wird die Teilchengrösse der Fettkügelchen und anderer grosser suspendierter Komponenten der Milch signifikant reduziert, wodurch die Mikrofiltration der Milch ohne signifikante Enternung oder Mitführung von Fett oder anderen Komponenten ermöglicht wird.
Milch ist eine Mischung aus Fett-, Proteinteilchen und Wasser. Homogenisierung ist ein Ver- fahren zur Reduzierung der Emulsionsteilchengrösse, um den Durchgang durch eine geeignet dimensionierte, mikroporöse Membran zu erlauben, um die darin enthaltenen Bakterien zurückzu- halten, ohne die ungewünschte Entfernung von Fett und Proteingehalt der Milch.
Die Milch wird nach der Homogenisierung durch die Anwendung von dynamischer Mikrofiltra- tion gefiltert. Die Erfindung schafft somit ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Milch mit einem geringeren Bakteriengehalt, ohne die Notwendigkeit von Pasteurisation Jener Teil der Milchfraktion, der durch den Mikrofilter zurückgehalten wird (die konzentrierte Fraktion), kann als Teil des Zuflusses zurückgeführt oder beseitigt werden oder in anderen Verfahren verwendet werden.
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Die erhaltene Milch hat einen sehr geringen Bakteriengehalt, wie etwa 103Bakterien pro Milli- liter, oder weniger, und enthält mehr organoleptische Bestandteile als in pasteurisierter Milch mit dem gleichen Bakteriengehalt gefunden werden.
Die Milch, die als Resultat des erfindungsgemässen Prozesses erhalten werden kann, ist im allgemeinen von besserer Lagerbeständigkeit als die Milch, die als Resultat einer konventionellen Pasteurisation erzielt wird. Ein bedeutender Bakterienrückstand verbleibt nach der Pasteurisation in der Milch, da Milch von Natur aus bestimmte Bakterien enthält, welche auch den Pasteurisie- rungsprozess überleben. Daher muss pasteurisierte Milch immer noch gekühlt werden, um das Bakterienwachstum und das Verderben einzuschränken.
Unglücklicherweise sind einige der in Rohmilch vorhandenen Bakterien sowohl hitzebeständig (Bakterien, die die Pasteurisation überleben) als auch psychotrop (Bakterien, die bei niedrigen Temperaturen unter 15 C wachsen) wie der Bazillus cereus. Das Vorhandensein von hitzebestän- digen und psychotropen Bakterien in abgepackten Milchprodukten ist sehr nachteilig, da ihr rasches Wachstum selbst unter gekühlten Bedingungen in einem Verderben der Milch resultiert.
Die vorliegende Erfindung erlaubt sterile Milch herzustellen, die selbst bei Raumtemperatur für längere Zeitspannen, wie etwa für 30 Tage oder mehr, gelagert werden kann. Die sterile Milch der vorliegenden Erfindung kann durch das Fehlen von Bakterien im allgemeinen und im speziellen durch das Fehlen von Bakterien und Pathogenen wie die folgenden gekennzeichnet werden:
Hitzebeständige Bakterien:
Micrococus M. luteus. M. roseus
Streptococcus S. pneumoniae. S. lactis, S faecalis
Lactobacillus L. delbrueckii, L. lactis, L. helveticus,
L. casei, L. trichodes
Staphylococus S. aureus, S. epidermidis
Bacillus B. cereus. S. subtilis, B. macerans,
B. stearothermophilus
Clostridium C. butvrium.
C.pasteurianum,
C botulinum, C. perfringens, C. tetani
Psychotropische Bakterien:
Pseudomonas P. aeruginosa, P. fluorescens,
P. pseudomallei, P mailei
Archnomobacter
Alcaligenes
Acientobacter A liqnieressii. A. equirli
EMI5.1
Bacillus B. cereus. B. subtilis, B. macerans,
B stearothermophilus Koliähnliche Bakterien:
EMI5.2
Klebsiella Pneumoniae
Verschiedenes :
Listeria L. monocvtoqenes
Somit kann die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Milch der Anforderung von pasteurisierter Milch der Güteklasse A entsprechen und diese übertreffen, welche erfordert, dass die Milch eine Bakterienbelegungszahl von 30. 000 pro ml und eine Zahl von koliähnlichen Bakterien von 10 pro ml, wie durch Standardmethodenlehre bestimmt, nicht überschreitet.
Erfindungsgemäss wird die Filtration unter Verwendung eines Drehscheibenmikrofilters durchgeführt und die Homogenisierung der Milch kann gleichzeitig mit dem Filtrationsschritt erfolgen.
Vorzugsweise wird die dynamische Mikrofiltration mit einer wirksamen Oberflächengeschwindigkeit des Mikrofilters von 3 m/sek bis 50 m/sek durchgeführt.
Insbesondere wird die Mikrofiltration bei einer Milchtemperatur im Bereich von 15 bis 60 C und besonders bevorzugt in weniger als 30 sek nach dem Homogenisierungsschritt durchgeführt.
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Erfindungsgemäss wird die dynamische Mikrofiltration mit einer Scherrate von 10 000 sek-1 bis 400 000 sek-1 durchgeführt.
Ferner wird ein Mikrofilter eingesetzt, der eine Porengrösse von 0,01 bis 5,0 um, vorzugsweise von 0,1bis 1 m und besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,5 m hat.
Erfindungsgemäss wird ein Teil des Konzentrates rückgeführt Die Filtration kann unter Verwen- dung eines zylindrischen, dynamischen Mikrofilters durchgeführt werden.
Dabei wird vorzugsweise die Mikrofiltration bei einer Milchtemperatur im Bereich von 15 bis 60 C durchgeführt und ein Teil des Konzentrates rückgeführt.
In einer anderen Ausführung schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Rohmilch zur Herstellung von behandelter Milch, die einen geringeren Bakteriengehalt als Rohmilch hat, wobei die Milch in eine fette Fraktion mit einem minimalen Fettgehalt von 10% und eine Magermilchfraktion getrennt wird, die Magermilchfraktion durch einen Mikrofilter geleitet wird, der eine durchschnittliche Porengrösse hat, die genügt um den Bakteriengehalt der durchfliessenden Milch zu reduzieren um ein Filtrat zu liefern, welches einen niedrigeren Bakteriengehalt hat als die ursprüngliche Magermilchfraktion und um ein Konzentrat zu liefern, welches einen höheren Bakte- riengehalt hat als die ursprüngliche Magermilchfraktion,
der Bakteriengehalt der fetten Fraktion getrennt reduziert wird und danach die Magermilchfraktion nach der Mikrofiltration und die fette Fraktion mit verringertem Bakteriengehalt vereinigt werden, wobei die Magermilchfraktion innerhalb von 5 min vor der Mikrofiltration homogenisiert wird und die Mikrofiltration als dynamische Mikro- filtration durchgeführt wird.
Vorzugsweise wird der Bakteriengehalt der fetten Fraktion durch dynamische Mikrofiltration reduziert.
Alternativ kann der Bakteriengehalt der fetten Fraktion durch Pasteurisation reduziert werden.
In einer weiteren Ausführung schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Milch mit einem Fettgehalt von 2%, wobei eine Magermilchfraktion durch einen Mikrofilter geleitet wird, der eine durchschnittliche Porengrösse hat, die ausreicht den Bakteriengehalt der durchfliessenden Milch zu reduzieren, um ein Filtrat zu liefern, welches einen niedrigeren Bakte- riengehalt hat als die ursprüngliche Magermilchfraktion und um ein Konzentrat zu liefern, welches einen höheren Bakteriengehalt hat als die ursprüngliche Magermilchfraktion, der Bakteriengehaft einer Rahmfraktion mit einem minimalen Fettgehalt von 10% reduziert wird, und danach die Mager- milchfraktion nach der Mikrofiltration und die Rahmfraktion mit dem verringerten Bakteriengehalt vereinigt werden,
wobei die Magermilchfraktion innerhalb von 5 min vor der Mikrofiltration homo- genisiert wird und die Mikrofiltration als dynamische Mikrofiltration durchgeführt wird.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird, die eine Graphik ist, die die Partikel- grösse in der Milch nach der Homogenisierung zeigt.
Das Ausgangsmaterial ist frische unbehandelte Rohmilch wie von einem Haustier, z.B. einer
Kuh Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch auf bearbeitete Milch angewandt wer- den, wie z.B. Milch, die bereits der Pasteurisation unterworfen wurde, jedoch können dabei nicht alle Vorteile realisiert werden, wie z.B. die Herstellung von Milch mit verbesserten, organolepti- schen Eigenschaften, wenn man mit jener Milch vergleicht, die nicht pasteurisiert wurde.
Die zu behandelnde Rohmilch kann zuerst durch einen Wärmetauscher geleitet werden, um sie auf eine bestimmte Temperatur zu bringen und, falls gewünscht, dann durch einen Zentrifugal- separator geleitet werden, um die gesamte oder einen Teil der Rahmfraktion in herkömmlicher Art zu entfernen.
Es wird die Rohmilch homogenisiert und vorteilhafterweise durch einen dynamischen Mikrofilter geführt, wobei eine Filtratfraktion und eine Konzentrationsfraktion erhalten wird. Die Poren des
Mikrofilters sind dimensioniert, um zumindest einen Teil der Bakterien zurückzuhalten. Das Filtrat, welches jener Teil der Milchfraktion ist, welcher durch die zurückhaltende Fläche des Mikrofilters hindurchgeht, besteht aus Milch mit keinem oder niedrigem Bakteriengehalt (relativ zur Milch vor der Mikrofiltration) mit im wesentlichen keiner Veränderung im Fett- und Proteingehalt. Die Filtrat- fraktion kann dann direkt verwendet werden, um andere Produkte, wie Trockenmilch, herzustellen, oder ohne weitere Behandlung abgepackt werden.
Die Filtratfraktion ist aus vielen Gründen vorteilhafter als die Milch, die durch konventionelle
Pasteurisation erhalten wird Sie enthält mehr organoleptische Bestandteile als die Milch, die
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pasteurisiert wurde, was sie geschmackvoller und vom Standpunkt des Konsumenten aus beliebter macht. Weiters hat die erfindungsgemäss erhaltene Milch eine bessere Lagerfähigkeit, da Bakteri- en, solche wie die psychrophilen Bakterien, insbesondere der Bacillus cereus, vollständig auch das Verfahren der vorliegenden Erfindung entfernt werden können, was bei der Verwendung von kon- ventioneller Pasteurisation unmöglich ist.
Die Konzentratfraktion, welche jener Anteil der Milchfraktion ist, die durch die zurückhaltende Membranoberfläche des Mikrofilters zurückgehalten und geborgen wird, besteht aus Milch mit einem erhöhten Bakteriengehalt (relativ zur Milch bevor sie der Mikrofiltration zugeführt wurde) und im wesentlichen mit unveränderten Fettkügelchen und Proteingehalt Die Konzentratfraktion kann danach entfernt werden oder in anderen Verfahren verwendet werden.
Das Filtrat kann einige Bakterien enthalten, aber je niedriger der Bakteriengehalt desto besser ist die Lagerfähigkeit des Produktes. Vollständige Sterilisation ist wünschenswert, aber die anfäng- liche Wachstumsrate einer kleiner verbleibenden Konzentration von Bakterien ist im allgemeinen gering genug, um dennoch eine sehr verlängerte Lagerfähigkeit des resultierenden Milchproduktes zu erzielen.
Die Lagerfähigkeit von Milch, die entsprechend dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurde, ist wesentlich erhöht gegenüber der für konventionell pasteurisierte Milch, da insbesondere die Konzentration von Bacillus cereus Bakterien stark reduziert ist.
Da die Milch der vorliegenden Erfindung steril gemacht werden kann, wohingegen die Milch, die durch die Verwendung von konventioneller Pasteurisationstechniken erhalten wird, nicht wirk- lich steril sein kann, kann die Milch eine extrem lange Haltbarkeit unter gekühlten oder Raumtem- peraturbedingungen haben, insbesondere wenn die Milch unter aseptischen Bedingungen in einen Behälter gefüllt wird. Eine Art dies zu tun, ist durch Verwendung der Formenfüllversiegeltechnik, die in der Verpackungsindustrie gut bekannt ist. Diese Technik wird häufig für die Verpackung von sterilen Lösungen oder dgl , wie für die pharmazeutische Industrie, verwendet.
Die Milch, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann unter Verwendung der Formenfüllversiegeltechnik abgepackt werden und diese Milch kann extrem lange gelagert werden, selbst bei Raumtemperatur.
Das exakte Verfahren oder die Maschinen, die verwendet werden, um das Abfüllen zu verwirk- lichen, ist nicht kritisch. Nur als ein Beispiel und als Erklärung, wie eine solche Formenfüllver- siegeltechnik angewandt werden kann, wird die folgende Beschreibung gegeben
Im folgenden wird die Homogenisation beschrieben. Die Milchfraktion wird zuerst nach der Zentrifugalseparation, falls angewendet, und vor der Homogenisation auf eine passende Tempera- tur für die Homogenisation vorzugsweise erhitzt oder gekühlt. Dann wird die Milch in einen Homo- genisationsapparat geleitet, wo die Fettemulsionsgrösse auf eine Grösse reduziert wird, die genügt, um den Durchgang durch die Membran zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Grösse aller suspen- dierten Teilchen kleiner als ein Mikrometer. Es ist wichtig, dass die Milch nach der Homogenisation relativ bald gefiltert wird.
Vorzugsweise wird die Filtration in weniger als 5 Minuten, vorzugsweise weniger als 2 Minuten, und am besten weniger als 30 Sekunden, durchgeführt.
Nochmals sei gesagt, dass der wichtige Faktor nicht die Aufbewahrungszeit vor der Filtration ist sondern eher der Faktor, dass die Filtration vor irgendeiner wesentlichen Agglomeration der Kügel- chen stattfindet, wodurch eine wesentliche Anzahl von Teilchen, die grösser als 1 um, sind, gebildet wird.
Homogenisation von Mager- oder Vollmilch vor der Filtration in einer zylindrischen, dynami- schen Mikrofiltrationseinheit ist absolut notwendig, um die Fettanteile und andere Komponenten der Milch sauber zu emulgieren und zu suspendieren, und die Grösse genügend zu reduzieren und so eine saubere Filtration zu erzielen. Ein rotierender Scheibenfilter entwickelt jedoch eine signifi- kante Scherrate unmittelbar an der Oberfläche der rotierenden Scheibe. Daher kann ein gewisser Grad an Homogenisation der Milch im wesentlichen direkt bei der Filtration erzielt werden. Ein solches Selbstemulgieren der Milch durch die Wirkung des dynamischen Mikrofilters ermöglicht das Bearbeiten von Magermilch durch einen rotierenden Scheibenfilter ohne die Notwendigkeit eines separaten Homogenisationsapparates.
Tatsächlich wirkt die Rotationsscheibenvorrichtung um sowohl die Milch zu homogenisieren als auch gleichzeitig zu filtern, was in einer rotierenden Zylinderfiltereinheit nicht erreicht wird. Ein Rotationsscheibenfilter kann eine Scherrate von etwa 200 000 sek-' erzeugen, wohingegen eine
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rotierende Zylindereinheit eine Scherrate von nur 10 000 sek-1 erzeugt. Obwohl die Scherkraft in einer Rotationsscheibenfiltereinheit erheblich ist, reicht es in den meisten Fällen nicht aus um Milch ausreichend zu homogenisieren.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Filtration als eine dynamische Filtration ausgeführt, d. h., das Filtrationsmedium selbst wird in konstanter Bewegung gehalten, so dass die effektive Flussrate der Milch durch das Medium extrem hoch ist. Die besondere physikalische Form der dynamischen Membran ist nicht kritisch. Somit kann das Membranmedium z. B. die Form von Scheiben oder Zylindern haben. Im allgemeinen enthält der dynamische Mikrofilter ein zylindri- sches oder scheibenförmiges Membranelement, welches sich innerhalb eines äusseren undurchläs- sigen Zylinders dreht. In einem zylindrischen, dynamischen Mikrofilter wird, wenn die zu filternde Flüssigkeit in den Spalt zwischen den Stator und der rotierenden Membran eingebracht wird, das Moment der sich drehenden Membran der Flüssigkeit erteilt.
Die dem inneren Zylinder nähere Flüssigkeit erfährt eine höhere Zentrifugalkraft als die Flüssigkeit die dem äusseren Zylinder näher ist. Dieses Phänomen erzeugt unter bestimmten Bedingungen ein Fliessmuster, das unter Taylor- Verwirbelungen bekannt ist, wobei dieses Phänomen die Entwicklung eines wesentlichen Rück- standes auf der Membranoberfläche verhindert.
Der dynamische Filtrationsprozess nutzt also die Ausbildung von Taylor-Verwirbelungen, um die Oberfläche der Membran frei von möglichen Rückständen zu halten, deren Bestandteile somit in der zu filternden Flüssigkeit verbleiben. Der Prozess trennt die Flüssigkeit in ein Filtrat (der Anteil der Flüssigkeit, der durch die Membran tritt) und ein Konzentrat (die Fraktion, die die suspendierten Teilchen enthält, die sich normalerweise an der Oberfläche der Membran abgelagert hätten und diese verstopft hätten). Auf diese Weise kann eine hohe Durchflussrate durch die Membran für eine lange Zeitspanne erhalten werden. Die Menge der Zufuhr und des Konzentrates muss in einer Weise gesteuert werden, dass ein stabiler Flüssigkeitsstrom entsteht.
Selbst mit einer geringen Fliessrate des Konzentrates ist es möglich, einen stabilen Fluss der Flüssigkeit zur Oberfläche der Membran zu erhalten.
Die dynamische Mikrofiltration erlaubt eine effektive Oberflächengeschwindigkeit von 3 m/sek bis 50 m/sek üblich, insbesondere von 5 m/sek bis 30 m/sek, am besten von 8 m/sek bis 20 m/sek
Um die gewünschten Oberflächengeschwindigkeiten zu erzielen, ist es notwendig, ein repre- sentatives Filtrationsmedium in Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von etwa 63,5 mm mit etwa 1000 bis etwa 6000 Umdrehungen pro Minute (Upm) zu drehen, wobei eine Rotation von etwa 5000 Upm typisch ist.
Wenn eine dynamische Scheibenfiltrationsvorrichtung eingesetzt wird, wird ein typisches Scheibenfiltrationsmedium die Abmessungen von 50 mm bis 1,2 m im Durchmesser haben. Solche Scheiben können z. B. mit Geschwindigkeiten von 1000 Upm bis 8000 Upm, typischerweise von 3000 Upm bis 6000 Upm, abhängig von der Ausgestaltung des einzelnen dynamischen Mikro- filters, der eingesetzt wird, gedreht werden. Vorzugsweise ist die Scherrate solcher Scheibenfilter 100 000 sek-1 bis 400 000 sek-'. Unter den bevorzugten Scheibenfiltern sind jene von der Art, die in der US 5 679 249 A angemeldet am 24.12.1991, geoffenbart sind, deren Beschreibung durch Be- zugnahme hierin beinhaltet ist.
Die Mikrofilterporen sind so dimensioniert, dass sie die in der Milch vorhandenen Bakterien zurückhalten, während immer noch eine annehmbare Fliessrate durch den Mikrofilter erhalten wird.
Zweckmässige Membranen enthalten hydrophile mikroporöse Membranen mit guten Fliesseigen- schaften geringer Porengrössenstreuung und beständiger Bakterienentfernungsleistung für die wichtigen Bakterien. Die Porengrössenabmessung der Mikrofiltermembran sollte von 0,01 bis 5,0 um sein, wie durch die Verfahren des Standes der Technik, die Teste, die als die "Bläschen- punkt"-(ASTM F316-86) und die KL-Methode (US 4 340 479 A) bekannt sind, festgelegt. Vorzugs- weise wird die Porengrössenabmessung zwischen 0,1 und 1 um sein. Am besten werden Filter mit einer Porengrössenahmessung von 0,2 bis 0,5 m eingesetzt Solche mikroporösen Filter sind gut bekannt und leicht erhältlich.
Die bevorzugten mikroporösen Membranen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Er- findung verwendet werden können, enthalten jene, die durch die Firma Pall Corporation unter dem Markennamen Ultipor N66 Fluorodyne und Posidyne (registrierte Warenzeichen) verkauft werden; jene der Firma Cuno Corporation, die unter dem Markennamen Zetapor erhältlich sind, und jene die durch die Firma Millipore unter dem Markennamen Durapore (registriertes Warenzeichen)
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verkauft werden.
Schlussendlich sollten die Bakterien in einem Strom konzentriert sein, der weniger als 5% des Zuflusses ist und mehr als 95% der Feststoffe und Proteine, die normalerweise in Milch gefunden werden sollten, durch die Membran für eine lange Zeitdauer hindurchgehen.
Der dynamische Mikrofilter kann einstufig arbeiten, ohne die Notwendigkeit das Konzentrat zu rezyklieren. Wenn es gewünscht wird, kann das Konzentrat wieder in die Zufuhr eingebracht wer- den. Wenn ein zylindrischer, dynamischer Mikrofilter eingesetzt wird, kann er mit verschiedenen Verhältnissen von Filtratfluss zu Gesamtzufuhrfluss (Konzentrationsfaktoren) betrieben werden.
Jedoch wird der zylindrische, dynamische Mikrofilter vorzugsweise mit einer Filtratzuflussrate von über 90%, insbesondere etwa 95%, und am besten über 98%, betrieben, um vorwiegend das Filtrat mit dem sehr geringen Bakteriengehalt wie das gewünschte Produkt herzustellen.
Endlich kann, wenn ein dynamischer Mikrofilter mit Drehscheiben eingesetzt wird, dieser mit verschiedenen Verhältnissen von Filtratfluss zu Gesamtzufluss betrieben werden. Jedoch kann der dynamische Mikrofilter mit Rotationsscheibe mit einem Filtratzuflussverhältnis über einen grossen Bereich arbeiten Die Wahl eines grossen Verhältnisses senkt einfach den Durchsatz, während das Arbeiten bei einem niedrigen Verhältnis in einem höheren Durchsatz resultiert. Man glaubt, dass das Arbeiten bei einem Verhältnis von etwa 40% vorteilhaft ist, um eine stabile Fliessrate durch den Filter zu erhalten, obwohl auch andere Verhältnisse eingesetzt werden können.
Die Filtration von frisch homogenisierter Milch kann warm bei etwa 40 bis 60 C durchgeführt werden, was etwa bei oder knapp über der Kristallisationstemperatur von etwa 40 C der höher schmelzenden Komponenten von Milchfett liegt. Dies ist unter der Temperatur, die bei konventio- neller, thermischer Pasteurisation angewandt wird. Alternativ mit einer gewissen Abnahme in der Fliessrate kann die Milch bei sehr viel niedrigeren Temperaturen, wie von 15 bis 35 C, insbeson- dere von 20 bis 25 C, gefiltert werden.
Nach der Mikrofiltration kann das Konzentrat auf irgendeine annehmbare Weise entsorgt wer- den, weiteren Verfahren unterworfen werden oder direkt verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn das gewünschte Endprodukt entweder Vollmilch, Normmilch oder Magermilch ist.
Die Durchflussraten durch eine Bakterien zurückhaltende Membran von Milch mit einem ver- ringerten Fettgehalt ist normalerweise höher als die Durchflussrate von Milch mit einem hohen Fett- gehalt. In bestimmten Situationen ist es aus ökonomischen Gründen vorteilhaft, Milch mit einem höheren Fettgehalt sowie mit 2% Fett in der Milch zu erzeugen, indem eine gefilterte Magermilch mit einer gefilterten Fettfraktion vereint wird. Diese Fettfraktion kann eine Rahmfraktion mit einem minimalen Fettgehalt von etwa 10% sein.
Die Filtration der Rahmfraktion kann z. B. durch das Verfahren der US 5 395 531 A oder durch die Verwendung einer Bakterien zurückhaltenden Filterpatrone mit blindem Ende erfolgen. Die Filtration kann auf industriell annehmbare Weise durch Erhitzen der Fettzusammensetzung bis zu einem Punkt, wo sie in einem flüssigen Stadium ist und einfach durch eine mikroporöse Membran gefiltert werden kann, ausgeführt werden. Das vorerhitzte Fett kann vor der Filtration homogenisiert werden. Alternativ kann die Fettzusammensetzung einer Pasteurisation unterworfen werden, um ihren Bakteriengehalt zu vermindern oder eine Kombination von Pasteurisation und Mikrofiltration kann verwendet werden.
Weiters wird, wenn es Ziel des Verfahrens ist, Proteinkonzentrate zu erhalten, wie von der Milch eines transgenen Tieres, wie einer transgenen Kuh, die dynamische Mikrofiltration ausge- führt, um eine hohe Konzentration des Konzentrates zu erhalten, wobei eine mikroporöse Mem- bran mit einer Porengrössenabmessung von etwa 0,2 m oder geringer verwendet wird
Geeignete Geräte zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens können durch die Verbindung von konventionellen Vorrichtungen, welche Zentrifugalseparatoren, Mikrofilter, Sterili- sationseinheiten, Wärmetauscher und Pumpen enthalten, konstruiert werden.
Der Fachmann wird leicht in der Lage sein, Ventile für die Durchfluss- und Drucksteuerung und andere notwendige Trä- gervorrichtungen bereitzustellen, um das Gerät verwendbar zu machen und weitere herkömmliche Modifikationen an solchen Geräten durchzuführen, wie sie für spezielle Fälle benötigt werden.
Die folgenden Beispiele werden bestimmte Ausführungen weiter beschreiben, sollen jedoch den Rahmen der Erfindung, der in den Ansprüchen festgelegt ist, nicht beschränken
Die durchgeführten Hauptverfahrensschritte können z. B. die folgenden sein
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Verfahrensschritt A : Temperatureinstellung der Milch
Wenn nicht anders angeführt, ist die in den folgenden Beispielen eingesetzte Milch pasteuri- sierte Milch, wie man sie von einer Einzelhandelsstelle erhält. Die Temperatur der Milch wurde auf eine passende Verfahrenstemperatur vor der Filtration eingestellt. Die bevorzugte Arbeitstempe- ratur (40 bis 60 C) wurde verwendet, da die Mehrheit der Fette in der Milch bei solchen Tempe- raturen nicht in kristallisierter Form sind. Ein ummantelter 35 I Fermentierkessel (Type 3000 von Chemap A.G.) diente als Arbeitskessel.
Der Kessel wurde mit der Milch gefüllt und der Inhalt wur- de auf etwa 50 C, wenn nicht anders angegeben, über einen Heisswassermantel erhitzt. Um die Wärmeübertragung zu verbessern, wurde die Milch während des Erhitzens gerührt.
Als die Milch die gewünschte Prozesstemperatur erreicht hatte, wurde die Milch in einen Homo- genisationsapparat mit einer Pumprate von etwa 1 I pro Minute gepumpt.
Verfahrensschritt B: Homogenisierung der Milch
Nach dem Eintritt in den Homogenisationsapparat (Modell 15 MR von APV Gaulin Inc.) wurde die Milch einem Zweistufenhomogenisationsverfahren unterworfen, dessen erste Stufe bei etwa 17,5 Mpa und dessen zweite Stufe bei etwa 3,5 Mpa stattgefunden hat. Normale Verfahrensab- läufe, wie das Anstarten und das Arbeiten, wurden befolgt, wie im APV Gaulin-Arbeitshandbuch für diese Einheit beschrieben. Normalerweise wurde die Milch nach der Homogenisation in einen Zwi- schenpuffertank geleitet, der ummantelt war und auf der gewünschten Prozesstemperatur gehalten.
Der Tank fungierte als Flüssigkeitspuffer zwischen dem Auslass des Homogenisationsapparates und der Zufuhr zum Filter. Wenn immer es gewünscht war, konnte die homogenisierte Milch durch den Homogenisationsapparat rückgeführt werden, um ein konstantes Volumen im Puffertank zu halten.
Verfahrensschritt C: Einbringung von Bakterien in den Milchzufuhrstrom
In manchen Experimenten wurde künstliches Impfen des Milchstromes mit Bakterien verwen- det, um die sehr hohe Titerreduktion, die mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, zu demon- strieren. Eine Bakterienimpfung wurde über eine Messpumpe zwischen dem Arbeitskessel und dem Homogenisationsapparat dem Zufuhrstrom zugegeben. Die Impfflussrate wurde so gehalten, dass ein gewünschtes Konzentrationsniveau an Bakterien von etwa 106 Bakterien pro Milliliter Milch erzielt wurde. Da die Bakterien vor dem Homogenisationsapparat eingebracht wurden, (d. h. Ver- fahrensschritt C vor Verfahrensschritt B vorgenommen wurde), wurden die Bakterien in der Arbeits- flüssigkeit vor dem Eintritt in die Filtrationsvorrichtung gut vermischt.
Bei den meisten Beispielen wurden E.coli Stamm ATCC 15224 verwendet
Eine andere Methode zum Impfen von Milch mit Bakterien wäre durch die Zugabe von Bakte- rien direkt in den Arbeitskessel in der gewünschten Konzentration. So ein Verfahren ist nicht bevor- zugt, da sie die Bakterien einer langen Verweilzeit in Temperaturen, die höher als die Umgebungs- temperatur ist, aussetzt. Das könnte unerwünschtes Wachstum oder übermässiges Abtöten der
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sachen.
Verfahrensschritt D: Bakterienprobetests
Mesophile Bakterien : Die Bakterienkonzentration wurde durch Reihenverdünnung der Proben und durch Durchführen der entsprechenden Verdünnungen durch sterile 0,2 m Membranen und Kultivieren auf Mueller-Hinton Agar für 24 Stunden bei 32 C bestimmt. Diese Verfahren sind detailliert in einer Publikation mit dem Titel "Manual of Clinical Microbiology, 2nd Edition, 1974, ASM, Washington D. C.", beschrieben.
Listeria monocytogenes ATCC 43256 war das getestete Pathogen. Die Populationsniveaus in den Proben wurden durch die von Agello et al. verwendete Methode (Agello G., Hayes P. und Feeley J., Abstract of the Annual Meeting, 1986, ASM, Washington D. C., Seite 5) bestimmt.
Verfahrensschritt E: Reinigungsverfahren
Sanitäre Massnahme und Sterilisation wurden vor jedem Experiment unter Verwendung von 0,1 normalem Natriumhydroxid durchgeführt. Im Sterilisationsprozess werden die Membran und alle damit verbundenen Vorrichtungen zuerst mit Wasser gespült und dann mit 0,1 normalem Natrium
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hydroxid bei 50 C für etwa eine halbe Stunde behandelt. Die Ätzlauge wurde dann unter Verwendung von Phosphorsäure neutralisiert. Diese neutralisierte Lösung wurde dann verwendet, um das System zu spülen, bis alle Teile neutral waren. Filtrationstests wurden unmittelbar nach diesem Verfahren durchgeführt. Die gesamten Vorrichtungs- und Membranelemente wurden unter Verwendung des Sterilisationsverfahrens nach dem Abschluss jedes Tests hygienisch gemacht.
Verfahrensschritt F : Unversehrtheitstest
Jedes Membranelement wurde auf Unversehrtheit vor dem Bakterienanlauf getestet. Ein Vorflusstest, wie er in der Publikation NM 900a, "The Pall Ultipor membrane filter guide", copyright 1980, erhältlich von Pall Corporation, beschrieben, wurde für den Unversehrtheitstest verwendet.
Beschreibung des Filtrationsgerätes
1. Der zylindrisch dynamische Mikrofilter
Der zylindrisch dynamische Mikrofilter (zylindrischer DMF) der für dieses Tests verwendet wurde, war ein BDF-01, hergestellt durch Sulzer Brothers Limited, Winterthur, Schweiz. Die Vorrichtung ist durch Rebsamen et al. (Dynamic Microfiltration and Ultrafiltration in Biotechnology, Rebsamen E. and Zeigler H., Proceedings of the World Filtration Congress IV, 1986, (Ostend B)) beschrieben. Siehe auch US 4 066 554 A und 4 093 552 A, welche hier durch Verweis eingebracht sind.
2 Beschreibung der Membranfilterelemente
Die Membranfilterelemente, die in diesen Experimenten normalerweise verwendet wurden, sind verschiedene Qualitäten von Nylonmembranen, Ultipor N66 und Posidyne (registrierte Warenzeichen), kommerziell erhältlich von Pall Corporation, Glen Cove, NY. Die verwendeten Porengrössen waren 0,2,0,30, 0,45 und 0,65 m. Die Membranelemente hatten eine Oberfläche von 0,04 m2.
3. Der dynamische Mikrofilter in Scheibenformat
Das Scheibenformat besteht aus einer Trägerscheibe für eine Membran mit 152,4 mm Durchmesser, wobei die Trägerscheibe an einer hohlen Welle montiert ist und in einem leckdickten Gehäuse mit den erforderlichen Flüssigkeitseinlass- und -auslassverbindungen enthalten ist. Die Trägerscheibe hat eine Vorrichtung zum leckdichten Halten der Memhranblätter an seiner Oberfläche und enthält Drainageräume, um den Filtratfiuss durch die Membran und die Scheibe und nach aussen durch die Welle zu führen. Die effektive Membranfläche war 0,014 m2 und Rotationsraten von bis zu 4500 Upm waren verfügbar.
Jede der dynamischen Scheibenmikrofiltrationseinheiten, die zuvor besprochen wurden, kön-nen in der Anwendung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Es wird auch auf die US 5 679 249 A, angemeldet am 24. 12.1991, hingewiesen, die eine Beschreibung einer anderen dynamischen Mikrofiltrationsvorrichtung im Scheibenformat enthält, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
4. Beschreibung der Membranfilterelemente
Die Membranfilterelemente waren von der gleichen Membranqualität, wie im Abschnitt unter den zylindrischen DMF beschrieben Normalerweise waren die Membranen kreisförmige, flache,
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in dem dynamischen Mikrofilter zusammengesetzt waren, wurde die Filtratkammer von der Zufuhr unter Verwendung von O-Ringen abgedichtet Die Membranfilterelemente hatten eine Oberfläche von 0,014 m2.
Verfahrensschritt G1: Arbeitsweise des zylindrisch dynamischen Mikrofilters
Vor der Filtration wurde ein Filterelement, wie es im Abschnitt unter Filterzusammensetzungen beschrieben wurde, im zylindrisch dynamischen Mikrofilter (DMF) zusammengesetzt. Die sanitären Massnahmen und die Sterilisation wurden unter Verwendung der unter Verfahrensschritt E darge- stellten Verfahren durchgeführt. Nach Überwachung des unter Verfahrensschritt G2 dargestellten Anfahrmethode wurde die zu filternde Milch vom Puffertank in den zylindrischen DMF über eine Verdrängerpumpe gepumpt.
Die Menge des Konzentrates wurde durch eine zweite Pumpe oder ein Sicherheitsventil, das am Konzentratausgang angebracht war, gesteuert Die Temperaturen und Fliessraten der Zufuhr des Filtrates und des Konzentrates und der Zufuhrdruck wurden zu
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mehreren Zeitpunkten während des Verlaufes des Experimentes typischerweise in Intervallen von 10 Minuten gemessen. Standardarbeitsbedingungen des zylindrischen DMF waren eine Rotationsgeschwindigkeit von 5000 Upm, ein Filtratzufuhrverhaltnis von grösser als 95% und ein Zufuhrdruck von etwa 1,3 bis 2,0 bar. Alle Versuche mit dieser Vorrichtung wurden bei konstanten Zufuhrfliessraten durchgeführt.
Verfahrensschritt G2 : Anfahren des dynamischen Filters
Vor dem Einbringen der Milch in den dynamischen Filter wurde warmes entionisiertes 0,2 m gefiltertes Wasser durch das System geleitet, um die beteiligte Vorrichtung anzufahren. Die Rotationsgeschwindigkeit des dynamischen Filters wurde auf Arbeitsgeschwindigkeit gebracht, während Wasser durch das System floss. Als das System ein Gleichgewicht erreicht hatte, wurde die Milchzufuhr geöffnet. Die Milch ersetzte das Wasser in dem System und die Filtration begann.
Verfahrensschritt H : des scheibenförmigen dynamischen Mikrofilters
Ein Fülleiement des scheibenförmigen DMF, wie im Abschnitt unter Filterzusammensetzungen beschrieben, wurde in den scheibenförmigen DMF eingesetzt. Sanitäre Massnahmen und Sterilisation wurden unter Verwendung des im Verfahrensschritt E dargelegten Verfahren durchgeführt Nach Überwachung der unter Verfahrensschritt G2 dargelegten Anfahrmethode wurde die zu filternde Milch vom Puffertank in den scheibenförmigen DMF gepumpt. Die Menge des Konzentrates und der Zufuhrdruck wurden durch ein Ventil, welches am Konzentratausgang angeordnet war, gesteuert.
Die Temperatur- und Fliessraten der Zufuhr des Filtrates und des Konzentrates und der Zufuhr-druck wurden zu verschiedenen Zeitpunkten während des Ablaufens des Experimentes typischerweise in Intervallen von 10 Minuten gemessen. Eine Zufuhrrate von etwa 960 ml/min wurde für alle Versuche aufrechterhalten. Die aufgezeichneten Filtratflusswerte sind jene, die erhalten wurden, als der Fluss sich in der Filtrationseinheit stabilisiert hatte.
BEISPIELE
BEISPIEL 1 (Vergleichsbeispiel)
Magermilch mit Raumtemperatur wurde mit einer Rate von 600 ml/min in einen zylindrischen DMF gepumpt, der mit einer 0,45 m Ultipor N-Membran (registriertes Zeichen) ausgerüstet war.
Die Arbeitsbedingungen im DMF wurden wie im Verfahrensschritt G1 ausgeführt erhalten und sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Der Zufuhrdruck begann wenige Minuten nach dem Start des Tests rasch zu steigen, wodurch das Verstopfen der mikroporösen Membran angezeigt wurde.
BEISPIEL 2 (Vergleichsbeispiel)
Magermilch wurde auf 50 C in Übereinstimmung mit Verfahrensschritt A erhitzt und dann gemäss Verfahrensschritt B homogenisiert. Die homogenisierte Milch wurde dann in einem Zwischenpuffertank für etwa 4 Stunden gelagert, wobei die Temperatur der Milch auf etwa 50 C für diese Zeitdauer gehalten wurde. Nach dieser vierstündigen Verzögerung wurde die Milch in einen zylindrischen DMF, ausgerüstet mit einer 0,45 (am Ultipor N66-Membran, mit einer Zufuhrrate von etwa 600 ml/min gepumpt. Die bevorzugten Bedingungen der DMF-Arbeitsweise, wie sie im Verfahren G1 dargestellt sind, wurden eingehalten. Der Zufuhrdruck begann nach nur wenigen Minuten Betrieb rasch zu steigen, wodurch das Verstopfen der mikroporösen Membran angezeigt wurde und der Test musste beendet werden.
BEISPIEL 3
Magermilch, die gemäss dem Verfahrensschritt A auf 50 C erhitzt wurde und durch den Verfahrensschritt b homogenisiert wurde, wurde innerhalb von nicht mehr als 5 min nach der Homogenisation in einen zylindrischen DMF, ausgerüstet mit einer 0,45 m Ultipor N66-Membran, gepumpt Die bevorzugten Bedingungen der DMF-Arbeitsweise, wie sie im Verfahrensschritt G1 dargestellt sind, wurden eingehalten. Ein stabiler Filtratfluss von 1080 l/h/m2 wurde erzielt, während der Milchvorrat ausgepumpt wurde. Keine Zunahme im Zuflussdruck wurde im Verlauf des Experimentes festgestellt.
Als die gesamte Milch verarbeitet war, wurde die Zufuhr auf nichthomogenisierte Magermilch
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mit 50 C umgeschaltet, ohne den Systemarbeitsvorgang zu stören. Innerhalb weniger Minuten sank der Milchfiltratfluss rasch und der Systemdruck stieg, wodurch angezeigt wurde, dass ein Verstopfen der Membran stattgefunden hatte Dieses Beispiel zeigt klar die Notwendigkeit, die Milch zu homogenisieren, um einen sinnvollen Fluss durch eine Mikrofiltrationsmembran zu erzielen.
Die Beispiele 1 bis 3 zeigen, dass es notwendig ist, die Milch einer ausreichenden Scherung (in diesem Fall durch Homogenisierung) vor der Filtration auszusetzen, um die Emulsionsteilchengrösse der Milch genügend zu reduzieren, um den Durchgang durch die mikroporöse Membran zu ermöglichen und somit eine saubere Filtration zu erzielen. Insbesondere Beispiel 2 zeigt auf, dass die Teilchengrössenverteilung zu grösseren Grössen in kurzer Zeit nach der Homogenisierung zurückkehrt. Daher muss die Homogenisierung für eine saubere Filtration innerhalb kurzer Zeit vor der Filtration, wie etwa innerhalb von weniger als 5 min oder vorzugsweise kürzeren Intervallen, stattfinden.
BEISPIEL 4
Magermilch wurde vorerhitzt durch den Verfahrensschntt A und in einen scheibenförmigen DMF, ausgerüstet mit einer 0,45 m Ultipor N66-Membran, gepumpt. Die Verfahren, wie sie im Verfahrensschritt H dargestellt sind, wurden angewandt Ein stetiger Fluss des Filtrates wurde rasch eingestellt und für etwa 100 min, bis der Milchvorrat verbraucht war, aufrechterhalten.
Die Arbeitsbedingungen des scheibenförmigen DMF erzeugen eine berechnete Scherrate von etwa 200 000 sek-1 im Oberflächenspalt zwischen der rotierenden Scheibe und der Membran Diese Scherung ist im Bereich der Scherraten, die durch den Homogenisationsapparat unter den Bedingungen des Verfahrensschrittes B erzeugt wurden.
Dieses Beispiel demonstriert, dass die erforderliche Scherung vor der Filtration in einem Schritt erzielt werden kann, d. h. ohne die Notwendigkeit einer separaten Homogenisierungsvorrichtung. Das Beispiel hat klar gezeigt, dass die Membran durch die Feststoffe in der Milch nicht unbrauchbar wurde und dass die durch die Rotation der Scheibe von etwa 200 000 sek-1 erzeugte Scherung ausreichend war, um die Teilchengrösse in Magermilch zu reduzieren und damit den Durchgang durch eine Mikrofiltermembran zu erlauben und somit eine saubere Filtration zu erreichen.
Tabelle 1 fasst die Resultate der Beispiele 1 bis 4 zusammen; die Daten zeigen, dass ein stetiger Filtratströmungszustand durch die Membran erzielt wird, wenn die Milch innerhalb kurzer Zeit vor der Filtration genügend Scherung ausgesetzt ist.
TABELLE 1
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<tb> Beispiel <SEP> Filtrations- <SEP> Zufuhr- <SEP> Scherung <SEP> im <SEP> Homogeni- <SEP> Verzögerung <SEP> Poren- <SEP> Fluss
<tb> art <SEP> temp <SEP> C <SEP> Filter <SEP> sek-1 <SEP> sation <SEP> nach <SEP> der <SEP> grösse
<tb> Homogenisation <SEP> m <SEP> 1/h/m2
<tb>
<tb> 1 <SEP> Zylinder <SEP> 25 <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> nein <SEP> nein <SEP> 0,45 <SEP> 0
<tb> 2 <SEP> Zylinder <SEP> 50 <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> ja <SEP> 4 <SEP> Stunden <SEP> 0,45 <SEP> 0
<tb> 3 <SEP> Zylinder <SEP> 50 <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> ja <SEP> 5 <SEP> Minuten <SEP> 0,45 <SEP> 1080
<tb> 4 <SEP> Scheibe <SEP> 50 <SEP> 200 <SEP> 000 <SEP> nein- <SEP> 0,45 <SEP> 1600
<tb>
BEISPIEL 5
Um die Beziehung zwischen Teilchengrösse und der Zeit nach der Homogenisation zu bestim- men, wurde die Magermilch nach Verfahrensschritt A erhitzt und unter Verwendung des Verfah- rens,
das unter Verfahrensschritt B dargelegt wurde, homogenisiert. Die Teilchengrössenverteilung in Abhängigkeit von der Zeit nach der Homogenisation wurde bestimmt. Die Teilchengrössen- verteilung wurde unter Verwendung eines Integrated Micro-Optical Liquid Volumetric Sensor (IMOLV-.2), erhältlich bei Particie Measurement Systems, Colorado, gemessen. Dieser Laserteii- chenzähler ist ausgelegt, um Partikelgrössenverteilungen im Bereich von 0,1 bis 5,0 (im zu messen.
Die Milchproben wurden 1 300 000 verdünnt und dann der Analyse, wie sie durch das Arbeitshandbuch für die IMOLV-Vorrichtung ausgeführt, unterworfen Für die Verdünnung der Milchproben wurde 0,04 m gefiltertes, 18 mega-ohm DI Wasser mit einer Teilchenzählung von
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weniger als 50/ml verwendet.
Die Figur zeigt die Resultate der Teilchenanalysen. Ein Diagramm der Partikelanzahl in Rela- tion zur Anzahl der Partikel nach 5 sek in Abhängigkeit von der Partikelgrösse ist in der Fig. dar- gestellt. Die Figur zeigt klar, dass bei Zunahme der Zeitdauer nach der Homogenisation die Anzahl der grösseren Partikel zunimmt. Da die Anzahl der kleineren Teilchen im gleichen Masse über diese Zeitdauer abnimmt, ist es offensichtlich, dass die kleineren Teilchen mit der Zeit agglomerieren, um grössere Teilchen zu bilden.
BEISPIELE 6 BIS 9
Membranen mit verschiedenen Porengrössen und Bakterienzurückhalteeigenschaften wurden an dem zylindrischen DMF getestet, um die Grösse des stetigen Filtratflusses von Milch zu be- stimmen, die erzielt werden kann. Die allgemeinen Verfahren, die für die Beispiele 6 bis 9 verwen- det wurden, sind unten angeführt.
1.Das gewünschte Membranfilterelement wurde im zylindrischen DMF zusammengesetzt.
2. Ein Unversehrtheitstest, wie im Verfahrensschritt F dargestellt, wurde durchgeführt. Das
Membranfilterelement wurde ausgemustert, wenn es den Test nicht bestand.
3. Die Vorrichtung wurde gemäss dem Verfahrensschritt E hygienisch gemacht.
4. Die zu filternde Milch wurde mit dem Verfahren, das unter Verfahrensschritt A dargestellt wurde, vorerhitzt.
5. Die Milch wurde gemäss Verfahrensschritt B homogenisiert
6. Die Anfahrmethode, wie sie im Verfahrensschritt G2 dargestellt wurde, wurde durchgeführt.
7. Die Milch wurde vom Puffertank mit einer gewünschten Fliessrate zum zylindrischen DMF geleitet.
8. Die Arbeitsparameter wurden unter Verwendung der Richtlinien im Verfahrensschritt G1 ein- gestellt.
9. Entsprechende Messungen wurden gemacht.
Typischerweise wurde der zylindrische DMF mit 5000 Upm entsprechend einer Scherrate von etwa 10 000 sek-1 im Filter betrieben. Die Zuführtemperatur war 50 C und der Zufuhrdruck variierte von 1,3 bis 2,0 bar. Das Verhältnis von Filtrat zu Zufuhr wurde auf über 95% für jedes dieser Beispiele gehalten. Der in Tabelle 2 aufgezeichnete Fluss ist der stetige Filtrationsströmungszu- stand, der typischerweise 15 min nach dem Start der Filtration erzielt wurde. Die Gesamtzeit des Experimentes variierte in jedem Fall, wohingegen das Volumen der zu filternden Milch konstant 30 I war.
BEISPIEL 6
Eine 0,2 m Ultipor N66-Membran wurde für dieses Beispiel verwendet. Ein Zuführrate von 250 ml/min wurde verwendet, um eine stetige Filtratzustandsströmung von 330 I/h/m2 zu erhalten.
Die Filtration wurde für 130 min ohne offensichtlichen Abfall in der Filtratflussrate fortgesetzt, wobei nach dieser Zeitspanne keine Milch mehr im Arbeitskessel war.
BEISPIEL 7
Eine 0,30 um Ultipor N-Membran wurde für dieses Beispiel verwendet. Eine Zuführrate von etwa 550 ml/min wurde verwendet, um einen stetigen Zustandsfluss von 775 1/h/m2 für etwa 60 min zu erzielen, wonach das Experiment beendet wurde.
BEISPIEL 8
Eine 0,45 m Ultipor N66-Membran wurde für dieses Beispiel verwendet Eine Zuführrate von 740 ml/min wurde verwendet, um einen stetigen Zustandsfluss von 1080 1/h/m2 zu erzielen. Die Filtration wurde für 40 min ohne offensichtlichen Abfall in der Flussrate fortgesetzt, wonach der Milchvorrat aufgehraucht war und das Experiment beendet wurde.
BEISPIEL 9
Eine 0,65 \im Ultipor N66-Membran wurde für dieses Beispiel verwendet Eine Zuführrate von 1100 ml/min wurde verwendet, um einen stetigen Zustandsfluss von 1680 1/h/m2 zu erzielen Die Filtration wurde für etwa 30 min fortgesetzt, wonach der Milchvorrat erschöpft war und das Expe-
<Desc/Clms Page number 15>
nment beendet wurde.
Die Beispiele 6 bis 9 wurden in der Tabelle 2 zusammengefasst. Die Daten zeigen, dass bei der Verwendung des Filtrationsverfahrens dieser Erfindung stetige Filtratflüsse erzielt werden können, wobei verschiedene Klassen von Bakterien zurückhaltenden Membranen verwendet werden. Die Tabelle zeigt, dass im erfindungsgemässen Verfahren Membranen mit kleineren Poren und somit erhöhter Bakterienzurückhaltung auf Kosten der Filtratflussrate verwendet werden können.
Tabelle 2
Milchfluss bei der Verwendung von verschiedenen Membranen im zylindrischen DMF
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<tb> Beispiel <SEP> Flüssigkeit <SEP> Membran <SEP> Poren- <SEP> Upm <SEP> Zuführ- <SEP> Zuführ <SEP> Filtrat/ <SEP> Experi- <SEP> Fluss
<tb>
<tb> grösse <SEP> tempe- <SEP> druck <SEP> Zuführ- <SEP> mentier-
<tb>
<tb>
<tb> ratur <SEP> verhält- <SEP> zeit
<tb>
<tb>
<tb> Nr <SEP> (um) <SEP> ( C) <SEP> (bar) <SEP> nis <SEP> (min) <SEP> (1/h/m2)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> Magermilch <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0,20 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 2,0 <SEP> 0,97 <SEP> 130 <SEP> 330
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> Magermilch <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0,30 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1,6 <SEP> 0,97 <SEP> 60 <SEP> 775
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> Magermilch <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0,45 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1,5 <SEP> 0,
97 <SEP> 40 <SEP> 1080
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> Magermilch <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0,65 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1,3 <SEP> 0,97 <SEP> 30 <SEP> 1680
<tb>
BEISPIEL 10
Eine 0,2 !Am Posidyne-Membran mit einer positiven Oberflächenladung wurde für dieses Beispiel verwendet. Die verwendete Membran hat ihre Porenoberflächen mit quaternären Ammo- niumgruppen besetzt und hat eine hohe absorptive Kapazität für biologisches Material.
Eine Zuführrate von 260 ml/min wurde verwendet, um einen stetigen Zustandsfluss von 360 1/h/m2 zu erzielen. Der Filtratfluss war in der gleichen Stärke wie er mit einer ungeladenen Membran, wie im Beispiel 6 beschrieben, erzielt wurde Die Filtration dauerte für etwa 120 min ohne offensichtlichen Abfall in der Filtratflussrate an, wobei nach dieser Zeitspanne keine Milch mehr im Arbeitskessel war. Ein Verhältnisfiltrat zu Zufuhr von über 97% wurde während des Expe- rimentes erhalten. Weitere Daten des Experiments können der Tabelle 3 entnommen werden.
Es wurde erwartet, dass eine grosse Menge Proteine aus der Milch die Membranoberfläche bin- den würden und sie schliesslich verstopfen würden. Dieses Beispiel zeigte, dass unter dynami- schem Modus eine Membran, die normalerweise Proteinaffinität zeigt, gut funktioniert.
BEISPIEL 11
Eine Zuführrate von 740 ml/min von Vollmilch wurde verwendet und ein Filtratzustandsfluss von 1130 1/h/m2 wurde erzielt. Wietere Daten können der Tabelle 3 entnommen werden. Die Filtration wurde für etwa 40 min fortgesetzt, wonach der Milchvorrat erschöpft war und das Experiment beendet wurde.
Dieses Beispiel zeigt, dass Vollmilch unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens gefiltert werden kann. Der beobachtete Unterschied im Filtratfluss zwischen Vollmilch und Mager- milch (wie im Beispiel 9) scheint in erster Linie auf die unterschiedliche Viskosität zurückzuführen sein.
Das Verhältnis des Filtratflusses, der für Vollmilch und für Magermilch erzielt wurde, ist annähernd gleich dem Verhältnis der Viskosität von Vollmilch zu Magermilch
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Tabelle 3
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<tb> Beispiel <SEP> Flüssigkeit <SEP> Membran <SEP> Poren- <SEP> Upm <SEP> Zuführ- <SEP> Zuführ <SEP> Filtrat/ <SEP> Experi- <SEP> Fluss
<tb>
<tb>
<tb> grösse <SEP> tempe- <SEP> druck <SEP> Zuführ- <SEP> mentier-
<tb>
<tb>
<tb> ratur <SEP> verhält- <SEP> zeit
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nr.
<SEP> (um) <SEP> ( C) <SEP> (bar) <SEP> nis <SEP> (min) <SEP> (l/h/m2)
<tb>
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<tb>
<tb> 10 <SEP> Magermilch <SEP> Posidyne <SEP> 0,20 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 2,0 <SEP> 0,97 <SEP> 120 <SEP> 360
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> Vollmilch <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0,65 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1,4 <SEP> 0,93 <SEP> 40 <SEP> 1130
<tb>
BEISPIELE 12 BIS 16
Die Beispiele zur Bestimmung des Filtratflusses durch verschiedene Bakterien zurückhaltende Membranen wurden unter Verwendung des scheibenförmigen dynamischen Mikrofilters wiederholt.
Die allgemeinen Verfahrensschritte für die Beispiele 12 bis 16 werden unten beschrieben.
Die allgemein beschriebenen Bedingungen gelten für jedes Beispiel, wenn es nicht gesondert anders angeführt wurde.
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The present invention relates to a process for the treatment of raw milk by homogenization and microfiltration and to a process for the treatment of raw milk for the production of treated milk which has a lower bacterial content than raw milk, the milk being separated into a fat fraction with a minimum fat content of 10% and a skimmed milk fraction is separated, the skimmed milk fraction is passed through a microfilter which has an average pore size which is sufficient to reduce the bacterial content of the milk flowing through to provide a filtrate which has a lower bacterial content than the original - skimmed milk fraction and to provide a concentrate which has a higher bacterial content than the original skimmed milk fraction,
the bacterial content of the fat fraction is reduced separately and then the skimmed milk fraction after microfiltration and the fat fraction with reduced bacterial content are combined, and a method for producing milk with a fat content of 2%, wherein a skimmed milk fraction is passed through a microfilter which has an average pore size which is sufficient to reduce the bacterial content of the milk flowing through in order to provide a filtrate which has a lower bacterial content than the original skim milk fraction and to produce a concentrate which has a higher bacterial content than the original skimmed milk fraction, the bacterial content of a cream fraction with a minimum fat content of 10% is reduced,
and then the skimmed milk fraction after the microfiltration and the cream fraction are combined with the reduced bacterial content.
The well-known pasteurization process for killing bacteria in milk has been used for many decades. Unfortunately, the higher temperatures required in the pasteurization process affect the taste of the milk. Furthermore, the pasteurization process does not eliminate all undesirable bacteria even at such high temperatures, which leads to a short shelf life of most milk products.
The predominant bacteria in conventionally processed milk of relatively advanced age are often of the Bacillus cereus type, since they survive the pasteurization process and thrive at low temperatures and thus promote the deterioration of the milk. There is a general need for a method for reducing the bacterial content in Milk, both whole and skimmed milk,
to increase the shelf life of the product and improve its taste by eliminating the pasteurization process.
Of great economic importance is the need to eliminate the very expensive and labor-intensive distribution process that is currently required to bring the milk into the hands of the consumer. It is currently necessary for every dairy to process the raw milk by homogenizing and other steps, to fill the milk in containers for distribution to the consumer and to transport it under refrigerated conditions. This requires every dairy to acquire and maintain a substantial fleet of refrigerated trucks to transport the processed milk to the point of distribution to the consumer.
By creating a sterile or almost sterile milk product, it would be possible to eliminate the need to transport the milk under such cooled conditions. Unfortunately, the pasteurization process only creates milk with a reduced number of bacteria and not a sterile product.
It would also be possible if a sterile milk product could be produced that
Eliminate need to store milk at the place of distribution under refrigerated conditions. Eliminating the need for large refrigerated compartments, as in typical shops, would also be of tremendous economic benefit.
Even if today's pasteurization process is used, it is sometimes of particular importance to obtain milk with a reduced bacterial content before pasteurization, e.g. For example, a single batch of raw milk can be contaminated in such a way that mere pasteurization does not even lead to an adequate shelf life according to the current standard.
For some applications, it is also valuable if it is possible to have a treated one
To create milk in which the bacterial content has been greatly reduced, e.g. B. to about 1/100 of the original value. For the production of cheese, it is particularly important to create a milk with a relatively low bacterial content, since incorrect bacterial cultures can destroy the cheese.
For use in cheese production, it is normally not expedient to simply subject the milk to a sufficient degree of heat treatment, since such heat treatment results in a lower cheese yield and can also have a negative effect on the coagulation time.
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Additives are normally used to reduce the problem, but in some cases it would be desirable to avoid using such additives.
Various methods for producing milk with a lower bacterial content through the use of filtration are known in the art, but none has been widely accepted. The methods of the prior art generally either create low flow rates, so that the method becomes uneconomical on a large scale, or on the other hand influences the quality of the milk and thus makes the product unacceptable for the consumer.
Conventional filtration media have been tried for the production of milk with a reduced bacterial content. A method is known in which the entire milk is divided into filtrate and concentration fractions by microfiltration. The filtrate that passes through the pores of the filter (the size of the pores can range from 0.1 µm to 10 m) consists of milk with a substantially reduced fat content and the concentrate, which is the fraction that passes through the surface - The surface of the filter is made of cream, since not only bacteria but also fat globules are essentially retained by the filter.
The published Swedish patent application SE 67 15081 A discloses a method for sterilizing milk, in which fat is first separated from the skimmed milk. The fat fraction is then sterilized using heat and the skimmed milk fraction is sterilized using bacterial filtration (no filter pore size is specified). Finally, the sterilized fat and skim milk fractions are mixed together again to give a sterile milk product. In order to sterilize the skimmed milk fraction in this way by means of bacterial filtration, the pore size in the filter must be so small that no bacteria can pass through, which results in low throughput rates and an undesirable retention of fat globules and the protein content of the milk.
US Pat. No. 5,064,674 relates to a process for the production of hypoallergenic milk by ultrafiltration processes which use membranes which allow molecules with a molecular weight of less than or equal to approximately 5 kDa to pass through. The secreted components that are collected by the membrane contain milk proteins, viable or non-viable bacteria, bacterial protein antigen and milk fat. The filtrate collected from the ultrafiltration process is therefore not only free from bacteria and bacterial protein antigen but also from fat and milk protein, which makes the product unusable for use as milk itself.
It is therefore clear that the pores of bacterial filters that are used according to the prior art and which filters are effective for sterilized milk will not only remove the bacteria, but also fat balls and at least some of the proteins. Such a filter is quickly blocked by the collected material; this causes the flow rate through the filter to drop rapidly and the filter often has to be cleaned or replaced. The high cost of such an inefficient process is generally prohibitive. Furthermore, the quality of the milk is negatively affected because the filter retains fat globules and proteins.
From the previous discussion, it is evident that there is a constant need for an improved milk filtration processing method that creates a sterile or more or less sterile product that has an improved shelf life and does not adversely affect milk quality.
Attempts have therefore been made to use cross-flow or tangential flow filtration devices for the treatment of milk, such devices being known from the prior art.
Several types of filter devices have been described which enable such a tangential or cross flow filtration to be carried out. Perhaps the oldest such known device is formed by a tube made of porous material which is fastened in a second tube, the suspension to be filtered flows under pressure at high speed through the annular space between the two tubes and the filtrate inside the porous tube flows.
Improved devices with a similar structure use two concentric cylinders, the inner cylinder being formed by a microporous membrane and the liquid being subjected to a forced, helical flow around the inner cylinder
Other cross flow devices include a number of filter elements that are in the form of
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Plates or disks are arranged one above the other and microporous membranes are arranged on their two surfaces, for. B. around a filtrate collecting tube, the suspension to be filtered flowing between the disks in a helical path one after the other.
Many other variations for cross flow filtration systems have been developed. For example, US 5 009 781 A relates to a cross-flow filtration device with a filtrate network that includes a number of longitudinal filtrate chambers and one or more filtrate channels that pass through the chambers. US 5 035 799 A relates to a cross flow filter device having filter sheet compositions arranged in parallel in the filter tank with input under pressure to produce turbulent cross flow of the fluid over the media.
US Pat. No. 5,015,397 A relates to a cross-flow filtration device and a method which includes a tube consisting of a helical wedge wire mesh. The contaminated liquid supplied enters at one end and as it flows through the pipe, it is enriched with contaminants, while clarified liquid passes through the pipe wall.
US 5 047 154 A relates to a method and a device for increasing the flow rate of flow-through filtration systems. US 4 569 759 A relates to a tangential filtration device and a system which contains such a device.
Cross flow filtration is significantly different from flow filtration because the liquid supply is introduced parallel to the filter surface and the filtration takes place in a direction perpendicular to the direction of the supply flow. Since the direction of the feed flow is tangential to the membrane surface, the accumulation of filtered solids on the filter medium is generally reduced by the shear effect of the flow in cross-flow filtration systems. Cross-flow filtration therefore offers the possibility of a quasi-steady state function with an almost constant flow if the throughput pressure differential is kept constant. Unfortunately, this theoretical possibility has not yet been achieved in practice. Therefore, the problem of decreasing filtration flow has disturbed conventional cross-flow filtration systems.
The majority of the suspended solids were held on the wall of the tube and quickly formed a dynamic membrane (also filter cake or sludge layer). The dynamic membrane is largely responsible for the filtration, which takes place in the following.
Those particles that initially penetrated the wall matrix are then captured last because the pore structure is irregular and intricate in nature. As micro-filtration continues, the presence of the dynamic membrane prevents the penetration of additional small particles into the wall matrix. The formation of the dynamic membrane together with the possible clogging of the pore structure of the tube by trapped particles results in a decrease in the filtration flow. In conventional systems, this decrease is almost exponential to the filtration time.
Flow filtration of milk has been attempted but generally not accepted due to the problems discussed above. US Pat. No. 5,028,436 relates to a process for separating the dissolved and undissolved components of milk, using a microporous membrane with a pore size in the range from 0.1 to 2 m, soft membrane with an aqueous solution, dispersion or emulsion of lipids or Peptides has been pretreated. The milk is separated by passing it through the pretreated membrane. In the method of the patent, a first filtration step is carried out using a microporous membrane in a tangential flow mode. A clear filtrate and a thickly flowing concentrate are obtained.
The filtrate contains all salts, lactose, amino acids, oligopeptides and polypeptides of low molecular weight in pure, undenatured form and the concentrate contains practically all of the casein and fat components of the milk. Thus the filtrate cannot be regarded as "milk" since the Fat substances have all been removed from it.
US 4,876,100 A relates to a cross flow filtration process for the production of milk with a lower bacterial content. Raw milk is separated by centrifugal separation into a fraction consisting of cream and into a fraction consisting of skimmed milk. The skimmed milk fraction is passed into a microfilter in which parts of the fat globules, proteins and bacteria are separated. The microfilter gives a filtrate, which consists of skimmed milk with a lower fat protein and bacterial content, and a concentrate, which has an increased fat protein and bacterial content. The concentrate is then sterilized.
The filtration method according to US 4,876,100 A thus reduces the fat and protein as well as the bacterial level.
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content of the filtrate, the properties being changed compared to those of the original skim milk.
Obviously, the use of cross flow filtration has not provided an acceptable method for reducing bacterial contamination in milk to date.
GB 1 451 747 A also describes a method in which a skimmed milk fraction is separated from a cream fraction using a filter.
From GB 2 128 464 A a method for the treatment of milk by homogenization and microfiltration is known. As a mandatory treatment step between homogenization and microfiltration, an enzymatic coagulation is provided which leads to a liquid which is subsequently subjected to microfiltration. The liquid obtained can be used as a feed additive or as a nutrient.
A means to overcome some of the problems associated with classic cross-flow filtration technology has been found and is known as dynamic microfiltration. The dynamic filtration process eliminates the disadvantage in classic cross-flow technology, since the liquid to be filtered is not simply guided tangentially over the membrane surface. The membrane surface or a solid body close to the membrane surface is moved in such a way that the fluid in the intermediate layer between the rotor and the stator is subjected to a shearing action. The shear "scrubs" the membrane surface, which keeps it relatively clean from particulate material, and prevents a filter cake from forming on the membrane surface.
The particulate material that would otherwise accumulate on the membrane surface remains in suspension and is finally removed in a second stream, generally referred to as a concentrate stream.
Dynamic microfiltration systems can take various forms, e.g.
US 5 037 562 A, 3 997 447 A and 4 956 102 A relate to dynamic microfiltration disk systems.
Cylindrical, dynamic microfilter devices are used e.g. As taught in U.S. 4,956,102 A, 4,900,440 A, 4,427,552 A, 4,093,552 A, 4,066,554 A and 3,797,662 A. All patents cited in the present application are incorporated by reference herein.
No one has ever used dynamic microfiltration in milk processing and the use of cross flow filtration in milk has been limited and has principally been used to separate milk into components based on fat content.
It has now surprisingly been found that dynamic microfiltration of milk can be carried out successfully using the method of the present invention, so that the problems of the prior art, such as deterioration in milk quality, early filter clogging and inadequate bacterial removal, do not occur.
According to the invention, in the method for treating raw milk by homogenization and microfiltration, the milk is subjected to dynamic microfiltration within five minutes after homogenization by passing the milk through a microfilter with an average pore size that is sufficient to contain the bacteria of the milk which has passed through is reduced sufficiently to provide, as the filtrate, a treated milk which has a lower bacterial content than the original raw milk and a concentrate with a higher bacterial content than the original raw milk.
By performing the homogenization step first, the particle size of the fat globules and other large suspended components of the milk is significantly reduced, which enables the microfiltration of the milk without significant removal or entrainment of fat or other components.
Milk is a mixture of fat, protein particles and water. Homogenization is a method of reducing the emulsion particle size to allow passage through a suitably sized, microporous membrane to retain the bacteria contained therein, without the unwanted removal of fat and protein content in the milk.
After homogenization, the milk is filtered using dynamic microfiltration. The invention thus provides an improved method for producing milk with a lower bacterial content without the need for pasteurization. That part of the milk fraction which is retained by the microfilter (the concentrated fraction) can be recycled or removed as part of the inflow or in others Procedures are used.
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The milk obtained has a very low bacterial content, such as 103 bacteria per milliliter, or less, and contains more organoleptic components than can be found in pasteurized milk with the same bacterial content.
The milk which can be obtained as a result of the process according to the invention is generally of better shelf life than the milk which is obtained as a result of conventional pasteurization. A significant bacterial residue remains in the milk after pasteurization, since milk naturally contains certain bacteria which also survive the pasteurization process. Therefore, pasteurized milk still needs to be refrigerated to limit bacterial growth and spoilage.
Unfortunately, some of the bacteria found in raw milk are both heat resistant (bacteria that survive pasteurization) and psychotropic (bacteria that grow below 15C at low temperatures), such as the Bacillus cereus. The presence of heat-resistant and psychotropic bacteria in packaged milk products is very disadvantageous since their rapid growth results in the milk spoiling even under chilled conditions.
The present invention allows sterile milk to be produced that can be stored even at room temperature for long periods of time, such as 30 days or more. The sterile milk of the present invention can be characterized by the absence of bacteria in general and in particular the absence of bacteria and pathogens such as the following:
Heat-resistant bacteria:
Micrococus M. luteus. M. roseus
Streptococcus S. pneumoniae. S. lactis, S faecalis
Lactobacillus L. delbrueckii, L. lactis, L. helveticus,
L. casei, L. trichodes
Staphylococus S. aureus, S. epidermidis
Bacillus B. cereus. S. subtilis, B. macerans,
B. stearothermophilus
Clostridium C. butvrium.
C.pasteurianum,
C botulinum, C. perfringens, C. tetani
Psychotropic bacteria:
Pseudomonas P. aeruginosa, P. fluorescens,
P. pseudomallei, P mailei
Archnomobacter
Alcaligenes
Acientobacter A liqnieressii. A. equirli
EMI5.1
Bacillus B. cereus. B. subtilis, B. macerans,
B stearothermophilus coli-like bacteria:
EMI5.2
Klebsiella pneumoniae
Various :
Listeria L. monocvtoqenes
Thus, the milk made by the method of the present invention can meet and exceed the requirement of pasteurized milk of grade A, which requires that the milk have a bacterial occupancy of 30,000 per ml and a coli-like bacteria number of 10 per ml, as by standard methodology determined, does not exceed.
According to the invention, the filtration is carried out using a turntable microfilter, and the milk can be homogenized simultaneously with the filtration step.
The dynamic microfiltration is preferably carried out with an effective surface speed of the microfilter of 3 m / sec to 50 m / sec.
In particular, the microfiltration is carried out at a milk temperature in the range from 15 to 60 ° C. and particularly preferably in less than 30 seconds after the homogenization step.
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According to the invention, the dynamic microfiltration is carried out with a shear rate of 10,000 sec-1 to 400,000 sec-1.
Furthermore, a microfilter is used which has a pore size of 0.01 to 5.0 µm, preferably 0.1 to 1 m and particularly preferably 0.2 to 0.5 m.
According to the invention, part of the concentrate is recycled. The filtration can be carried out using a cylindrical, dynamic microfilter.
The microfiltration is preferably carried out at a milk temperature in the range from 15 to 60 ° C. and part of the concentrate is returned.
In another embodiment, the present invention provides a method of treating raw milk to produce treated milk that has a lower bacterial content than raw milk, wherein the milk is separated into a fat fraction with a minimum fat content of 10% and a skim milk fraction, the skim milk fraction is passed through a microfilter that has an average pore size that is sufficient to reduce the bacterial content of the milk flowing through to deliver a filtrate that has a lower bacterial content than the original skim milk fraction and to provide a concentrate that has a higher bacterial content has as the original skim milk fraction,
the bacterial content of the fat fraction is reduced separately and then the skim milk fraction after the microfiltration and the fat fraction with reduced bacterial content are combined, the skim milk fraction being homogenized within 5 minutes before the microfiltration and the microfiltration being carried out as dynamic microfiltration.
The bacterial content of the fat fraction is preferably reduced by dynamic microfiltration.
Alternatively, the bacterial content of the fat fraction can be reduced by pasteurization.
In a further embodiment, the present invention provides a method for producing milk with a fat content of 2%, wherein a skimmed milk fraction is passed through a microfilter which has an average pore size which is sufficient to reduce the bacterial content of the milk flowing through in order to reduce the filtrate supply which has a lower bacterial content than the original skim milk fraction and to provide a concentrate which has a higher bacterial content than the original skim milk fraction, the bacterial content of a cream fraction with a minimum fat content of 10% is reduced, and then the skimmed milk fraction after microfiltration and the cream fraction are combined with the reduced bacterial content,
whereby the skimmed milk fraction is homogenized within 5 min before the microfiltration and the microfiltration is carried out as dynamic microfiltration.
Preferred embodiments of the present invention are described below, reference being made to the accompanying drawing, which is a graph showing the particle size in the milk after homogenization.
The raw material is fresh untreated raw milk like from a pet e.g. one
Cow The method of the present invention can also be applied to processed milk, e.g. Milk that has already been pasteurized, but not all advantages can be realized, such as the production of milk with improved organoleptic properties when compared to milk that has not been pasteurized.
The raw milk to be treated can first be passed through a heat exchanger to bring it to a certain temperature and, if desired, then passed through a centrifugal separator to remove all or part of the cream fraction in a conventional manner.
The raw milk is homogenized and advantageously passed through a dynamic microfilter, a filtrate fraction and a concentration fraction being obtained. The pores of
Microfilters are sized to retain at least some of the bacteria. The filtrate, which is that portion of the milk fraction that passes through the retentive surface of the microfilter, consists of milk with no or low bacterial content (relative to the milk prior to microfiltration) with essentially no change in fat and protein content. The filtrate fraction can then be used directly to make other products, such as dry milk, or packaged without further treatment.
The filtrate fraction is more advantageous than the milk obtained from conventional ones for many reasons
Pasteurization will contain more organoleptic ingredients than milk
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pasteurized, which makes them tastier and more popular from the point of view of the consumer. Furthermore, the milk obtained according to the invention has a better shelf life since bacteria, such as the psychrophilic bacteria, in particular the Bacillus cereus, can also be completely removed from the process of the present invention, which is impossible when using conventional pasteurization.
The concentrate fraction, which is the portion of the milk fraction that is retained and recovered by the restrained membrane surface of the microfilter, consists of milk with an increased bacterial content (relative to the milk before it was fed to the microfiltration) and essentially with unchanged fat globules and protein content. The concentrate fraction can then be removed or used in other processes.
The filtrate may contain some bacteria, but the lower the bacterial content, the better the shelf life of the product. Full sterilization is desirable, but the initial growth rate of a small remaining concentration of bacteria is generally low enough to still achieve a very prolonged shelf life for the resulting milk product.
The shelf life of milk made in accordance with the method of this invention is significantly increased over that for conventionally pasteurized milk, since in particular the concentration of Bacillus cereus bacteria is greatly reduced.
Because the milk of the present invention can be made sterile, whereas the milk obtained by using conventional pasteurization techniques cannot be really sterile, the milk can have an extremely long shelf life under cooled or room temperature conditions, especially when the milk is filled into a container under aseptic conditions. One way to do this is by using the mold fill sealing technique, which is well known in the packaging industry. This technique is often used for the packaging of sterile solutions or the like, such as for the pharmaceutical industry.
The milk made in accordance with the present invention can be packaged using the form fill seal technique and this milk can be stored for an extremely long time, even at room temperature.
The exact process or machinery used to accomplish the filling is not critical. The following description is given only as an example and as an explanation of how such a mold filling sealing technique can be used
Homogenization is described below. The milk fraction is preferably first heated or cooled to a suitable temperature for the homogenization after the centrifugal separation, if used, and before the homogenization. Then the milk is passed into a homogenizer, where the fat emulsion size is reduced to a size sufficient to allow passage through the membrane. The size of all suspended particles is preferably smaller than one micrometer. It is important that the milk is filtered relatively soon after homogenization.
Preferably the filtration is carried out in less than 5 minutes, preferably less than 2 minutes and most preferably less than 30 seconds.
Again, the important factor is not the pre-filtration retention time, but rather the factor that the filtration occurs prior to any substantial agglomeration of the beads, thereby forming a substantial number of particles larger than 1 µm .
Homogenization of lean or whole milk before filtration in a cylindrical, dynamic microfiltration unit is absolutely necessary in order to cleanly emulsify and suspend the fat components and other components of the milk, and to reduce the size sufficiently and thus achieve a clean filtration. A rotating disk filter, however, develops a significant shear rate directly on the surface of the rotating disk. Therefore, a certain degree of homogenization of the milk can be achieved essentially directly in the filtration. Such self-emulsification of the milk through the action of the dynamic microfilter enables skim milk to be processed through a rotating disc filter without the need for a separate homogenizer.
In fact, the rotating disc device works to both homogenize the milk and filter it at the same time, which is not achieved in a rotating cylinder filter unit. A rotary disk filter can produce a shear rate of about 200,000 sec-, whereas one
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rotating cylinder unit generates a shear rate of only 10,000 sec-1. Although the shear force in a rotary disc filter unit is considerable, in most cases it is not sufficient to homogenize milk sufficiently.
According to the present invention, the filtration is carried out as a dynamic filtration, i.e. that is, the filtration medium itself is kept in constant motion so that the effective flow rate of the milk through the medium is extremely high. The particular physical shape of the dynamic membrane is not critical. Thus, the membrane medium z. B. have the shape of disks or cylinders. In general, the dynamic microfilter contains a cylindrical or disk-shaped membrane element which rotates within an outer impermeable cylinder. In a cylindrical, dynamic microfilter, when the liquid to be filtered is introduced into the gap between the stator and the rotating membrane, the moment of the rotating membrane is given to the liquid.
The liquid closer to the inner cylinder experiences a higher centrifugal force than the liquid closer to the outer cylinder. Under certain conditions, this phenomenon creates a flow pattern known as Taylor swirls, which phenomenon prevents the development of a substantial residue on the membrane surface.
The dynamic filtration process therefore uses the formation of Taylor swirls to keep the surface of the membrane free of possible residues, the components of which thus remain in the liquid to be filtered. The process separates the liquid into a filtrate (the portion of the liquid that passes through the membrane) and a concentrate (the fraction that contains the suspended particles that would normally have deposited on the surface of the membrane and would have blocked it). In this way, a high flow rate through the membrane can be obtained for a long period of time. The amount of feed and concentrate must be controlled in such a way that a stable liquid flow is created.
Even with a low flow rate of the concentrate, it is possible to obtain a stable flow of the liquid to the surface of the membrane.
The dynamic microfiltration allows an effective surface speed of 3 m / sec to 50 m / sec usually, in particular from 5 m / sec to 30 m / sec, preferably from 8 m / sec to 20 m / sec
In order to achieve the desired surface speeds, it is necessary to rotate a representative filtration medium in the form of a cylinder with a diameter of approximately 63.5 mm at approximately 1000 to approximately 6000 revolutions per minute (rpm), a rotation of approximately 5000 Rpm is typical.
If a dynamic disc filtration device is used, a typical disc filtration medium will be from 50 mm to 1.2 m in diameter. Such discs can e.g. B. at speeds of 1000 rpm to 8000 rpm, typically from 3000 rpm to 6000 rpm, depending on the design of the individual dynamic microfilter that is used. The shear rate of such disc filters is preferably 100,000 sec-1 to 400,000 sec-'. Among the preferred disc filters are those of the type disclosed in US 5,679,249, filed Dec. 24, 1991, the description of which is incorporated herein by reference.
The microfilter pores are sized to retain the bacteria present in the milk while still maintaining an acceptable flow rate through the microfilter.
Appropriate membranes contain hydrophilic microporous membranes with good flow properties, low pore size scatter and constant bacterial removal performance for the important bacteria. The pore size dimension of the microfilter membrane should be from 0.01 to 5.0 µm as by the methods of the prior art, the tests known as the "bubble point" (ASTM F316-86) and the KL method (US 4,340,479 A) are known. The pore size dimension will preferably be between 0.1 and 1 µm. It is best to use filters with a pore size measurement of 0.2 to 0.5 m. Such microporous filters are well known and easily available.
The preferred microporous membranes that can be used in accordance with the present invention include those sold by Pall Corporation under the brand names Ultipor N66 Fluorodyne and Posidyne (registered trademarks); those of Cuno Corporation, which are available under the brand name Zetapor, and those which are sold by Millipore under the brand name Durapore (registered trademark)
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sold.
Ultimately, the bacteria should be concentrated in a stream that is less than 5% of the inflow and more than 95% of the solids and proteins that should normally be found in milk pass through the membrane for a long period of time.
The dynamic microfilter can work in one step without the need to recycle the concentrate. If desired, the concentrate can be reintroduced into the feed. If a cylindrical, dynamic microfilter is used, it can be operated with different ratios of filtrate flow to total feed flow (concentration factors).
However, the cylindrical, dynamic microfilter is preferably operated with a filtrate flow rate of over 90%, in particular about 95%, and most preferably over 98%, in order to predominantly produce the filtrate with the very low bacterial content as the desired product.
Finally, if a dynamic microfilter with turntables is used, it can be operated with different ratios of filtrate flow to total inflow. However, the dynamic rotary disc microfilter can operate with a filtrate inflow ratio over a wide range. Choosing a large ratio simply lowers throughput, while working at a low ratio results in higher throughput. It is believed that working at a ratio of about 40% is advantageous for maintaining a stable flow rate through the filter, although other ratios can be used.
The filtration of freshly homogenized milk can be carried out warm at about 40 to 60 C, which is about or just above the crystallization temperature of about 40 C of the higher melting components of milk fat. This is below the temperature used in conventional thermal pasteurization. Alternatively, with a certain decrease in the flow rate, the milk can be filtered at much lower temperatures, such as from 15 to 35 C, in particular from 20 to 25 C.
After microfiltration, the concentrate can be disposed of in any acceptable manner, subjected to further procedures, or used directly.
The method according to the invention can be used advantageously if the desired end product is either whole milk, normal milk or skimmed milk.
The flow rate through a bacteria-retentive membrane of milk with a reduced fat content is normally higher than the flow rate of milk with a high fat content. In certain situations, it is economically advantageous to produce milk with a higher fat content and with 2% fat in the milk by combining a filtered skim milk with a filtered fat fraction. This fat fraction can be a cream fraction with a minimum fat content of around 10%.
The filtration of the cream fraction can e.g. B. by the method of US 5 395 531 A or by using a bacteria-retaining filter cartridge with a blind end. Filtration can be carried out in an industrially acceptable manner by heating the fat composition to a point where it is in a liquid state and can easily be filtered through a microporous membrane. The preheated fat can be homogenized before filtration. Alternatively, the fat composition can be pasteurized to reduce its bacterial content or a combination of pasteurization and microfiltration can be used.
Furthermore, if the aim of the method is to obtain protein concentrates, such as from the milk of a transgenic animal, such as a transgenic cow, dynamic microfiltration is carried out in order to obtain a high concentration of the concentrate, with a microporous membrane having a pore size dimension of about 0.2 m or less is used
Suitable devices for carrying out the method according to the invention can be constructed by connecting conventional devices which contain centrifugal separators, microfilters, sterilization units, heat exchangers and pumps.
Those skilled in the art will readily be able to provide valves for flow and pressure control and other necessary support devices to make the device usable and to carry out other conventional modifications to such devices as are required for special cases.
The following examples will describe certain implementations further, but are not intended to limit the scope of the invention, which is defined in the claims
The main process steps carried out can e.g. B. be the following
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Process step A: temperature setting of the milk
Unless stated otherwise, the milk used in the following examples is pasteurized milk as obtained from a retail outlet. The temperature of the milk was adjusted to an appropriate process temperature before filtration. The preferred working temperature (40 to 60 C) was used because the majority of the fats in milk are not in crystallized form at such temperatures. A jacketed 35 l fermentation kettle (Type 3000 from Chemap A.G.) served as the working kettle.
The kettle was filled with the milk and the contents were heated to about 50 C, unless otherwise stated, using a hot water jacket. To improve heat transfer, the milk was stirred while heating.
When the milk had reached the desired process temperature, the milk was pumped into a homogenizer at a pumping rate of about 1 l per minute.
Process step B: homogenization of the milk
After entering the homogenizer (Model 15 MR from APV Gaulin Inc.), the milk was subjected to a two-stage homogenization process, the first stage of which took place at approximately 17.5 Mpa and the second stage at approximately 3.5 Mpa. Normal procedures, such as starting and working, were followed as described in the APV Gaulin work manual for this unit. After homogenization, the milk was normally fed into an intermediate buffer tank, which was jacketed and kept at the desired process temperature.
The tank acted as a liquid buffer between the outlet of the homogenizer and the supply to the filter. Whenever desired, the homogenized milk could be returned through the homogenizer to maintain a constant volume in the buffer tank.
Process step C: introduction of bacteria into the milk supply stream
In some experiments, artificial inoculation of the milk flow with bacteria was used to demonstrate the very high titer reduction that is possible with the present invention. Bacterial vaccination was added to the feed stream via a measuring pump between the work tank and the homogenizer. The inoculation flow rate was maintained so that a desired bacterial concentration level of about 106 bacteria per milliliter of milk was achieved. Since the bacteria were placed in front of the homogenizer (i.e. process step C was carried out before process step B), the bacteria in the working liquid were mixed well before entering the filtration device.
E.coli strain ATCC 15224 was used in most of the examples
Another method of inoculating milk with bacteria would be to add bacteria directly into the boiler at the desired concentration. Such a method is not preferred because it exposes the bacteria to a long residence time in temperatures that are higher than the ambient temperature. That could be undesirable growth or excessive killing of the
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stuff.
Process step D: bacterial test
Mesophilic bacteria: The bacterial concentration was determined by serial dilution of the samples and by carrying out the corresponding dilutions through sterile 0.2 m membranes and culturing on Mueller-Hinton agar for 24 hours at 32 ° C. These procedures are described in detail in a publication entitled "Manual of Clinical Microbiology, 2nd Edition, 1974, ASM, Washington DC".
Listeria monocytogenes ATCC 43256 was the pathogen tested. The population levels in the samples were determined by the methods described by Agello et al. method used (Agello G., Hayes P. and Feeley J., Abstract of the Annual Meeting, 1986, ASM, Washington D.C., page 5).
Process step E: cleaning process
Sanitation and sterilization were performed prior to each experiment using 0.1 normal sodium hydroxide. In the sterilization process, the membrane and all associated devices are rinsed first with water and then with 0.1 normal sodium
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Treated hydroxide at 50 C for about half an hour. The caustic was then neutralized using phosphoric acid. This neutralized solution was then used to flush the system until all parts were neutral. Filtration tests were carried out immediately after this procedure. All device and membrane elements were sanitized using the sterilization process after each test was completed.
Process step F: integrity test
Each membrane element was tested for intactness before the bacteria started. A flow test as described in NM 900a, "The Pall Ultipor membrane filter guide," copyright 1980, available from Pall Corporation, was used for the integrity test.
Description of the filtration device
1. The cylindrical dynamic microfilter
The cylindrical dynamic microfilter (cylindrical DMF) used for this test was a BDF-01 manufactured by Sulzer Brothers Limited, Winterthur, Switzerland. The device is described by Rebsamen et al. (Dynamic Microfiltration and Ultrafiltration in Biotechnology, Rebsamen E. and Zeigler H., Proceedings of the World Filtration Congress IV, 1986, (Ostend B)). See also US 4,066,554 A and 4,093,552 A, which are incorporated by reference.
2 Description of the membrane filter elements
The membrane filter elements normally used in these experiments are various grades of nylon membranes, Ultipor N66 and Posidyne (registered trademarks), commercially available from Pall Corporation, Glen Cove, NY. The pore sizes used were 0.2, 0.30, 0.45 and 0.65 m. The membrane elements had a surface area of 0.04 m2.
3. The dynamic microfilter in disk format
The disk format consists of a carrier disk for a membrane with a diameter of 152.4 mm, the carrier disk being mounted on a hollow shaft and contained in a leak-thick housing with the required liquid inlet and outlet connections. The carrier disk has a device for leak-tight holding of the membrane sheets on its surface and contains drainage spaces in order to guide the filtrate flow through the membrane and the disk and to the outside through the shaft. The effective membrane area was 0.014 m2 and rotation rates up to 4500 rpm were available.
Any of the dynamic disk microfiltration units previously discussed can be used in the practice of the present invention. Reference is also made to US 5 679 249 A, filed on Dec. 24, 1991, which contains a description of another dynamic disk format microfiltration device that can be used in the practice of the present invention.
4. Description of the membrane filter elements
The membrane filter elements were of the same membrane quality as described in the section under the cylindrical DMF. Normally the membranes were circular, flat,
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in which dynamic microfilters were assembled, the filtrate chamber was sealed from the feed using O-rings. The membrane filter elements had a surface area of 0.014 m2.
Method step G1: Operation of the cylindrical dynamic microfilter
Before filtration, a filter element, as described in the section under filter compositions, was assembled in the cylindrical dynamic microfilter (DMF). The sanitary measures and the sterilization were carried out using the methods shown under process step E. After monitoring the start-up method shown in process step G2, the milk to be filtered was pumped from the buffer tank into the cylindrical DMF via a positive displacement pump.
The amount of concentrate was controlled by a second pump or a safety valve attached to the concentrate outlet. The temperatures and flow rates of the filtrate and concentrate feed and the feed pressure increased
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measured several times during the course of the experiment, typically at intervals of 10 minutes. Standard working conditions of the cylindrical DMF were a rotation speed of 5000 rpm, a filtrate feed ratio of more than 95% and a feed pressure of about 1.3 to 2.0 bar. All experiments with this device were carried out at constant feed flow rates.
Method step G2: start of the dynamic filter
Before the milk was placed in the dynamic filter, warm deionized 0.2 m filtered water was passed through the system to start up the device involved. The rotational speed of the dynamic filter was brought up to working speed as water flowed through the system. When the system reached equilibrium, the milk supply was opened. The milk replaced the water in the system and filtration began.
Method step H: the disk-shaped dynamic microfilter
A filler element of the disc-shaped DMF, as described in the section under filter compositions, was inserted into the disc-shaped DMF. Sanitary measures and sterilization were carried out using the method set out in process step E. After monitoring the start-up method set out in process step G2, the milk to be filtered was pumped from the buffer tank into the disk-shaped DMF. The amount of concentrate and the feed pressure were controlled by a valve located at the concentrate outlet.
The temperature and flow rates of the filtrate and concentrate feed and the feed pressure were measured at various times during the course of the experiment, typically at 10 minute intervals. A feed rate of approximately 960 ml / min was maintained for all experiments. The filtrate flow values recorded are those obtained when the flow stabilized in the filtration unit.
EXAMPLES
EXAMPLE 1
Skimmed milk at room temperature was pumped at a rate of 600 ml / min into a cylindrical DMF equipped with a 0.45 m Ultipor N membrane (registered mark).
The working conditions in the DMF were obtained as described in process step G1 and are summarized in Table 1. The feed pressure began to rise rapidly a few minutes after the start of the test, indicating the clogging of the microporous membrane.
EXAMPLE 2
Skim milk was heated to 50 C in accordance with process step A and then homogenized in accordance with process step B. The homogenized milk was then stored in an intermediate buffer tank for about 4 hours, the temperature of the milk being kept at about 50 ° C for this period. After this four hour delay, the milk was pumped into a cylindrical DMF equipped with a 0.45 (on the Ultipor N66 membrane) at a feed rate of about 600 ml / min. The preferred conditions of the DMF procedure as outlined in Method G1 The supply pressure began to rise rapidly after only a few minutes of operation, indicating that the microporous membrane was clogged, and the test had to be stopped.
EXAMPLE 3
Skimmed milk, which was heated to 50 ° C. in accordance with process step A and was homogenized by process step b, was pumped into a cylindrical DMF equipped with a 0.45 m Ultipor N66 membrane within no more than 5 minutes after the homogenization Preferred conditions of the DMF procedure, as shown in process step G1, were observed. A stable filtrate flow of 1080 l / h / m2 was achieved while the milk supply was being pumped out. No increase in inflow pressure was found in the course of the experiment.
When all the milk had been processed, the feed was switched to non-homogenized skimmed milk
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switched at 50 C without disturbing the system work process. Within a few minutes, the milk filtrate flow decreased rapidly and the system pressure rose, indicating that the membrane had clogged. This example clearly shows the need to homogenize the milk to achieve a sensible flow through a microfiltration membrane.
Examples 1 to 3 show that it is necessary to subject the milk to sufficient shear (in this case by homogenization) prior to filtration to reduce the emulsion particle size of the milk enough to allow passage through the microporous membrane and thus one to achieve clean filtration. Example 2 in particular shows that the particle size distribution returns to larger sizes in a short time after homogenization. Therefore, the homogenization for a clean filtration must take place within a short time before the filtration, such as within less than 5 minutes or preferably shorter intervals.
EXAMPLE 4
Skim milk was preheated through process section A and pumped into a disk-shaped DMF equipped with a 0.45 m Ultipor N66 membrane. The procedures as shown in step H were used. A steady flow of the filtrate was quickly established and maintained for about 100 minutes until the milk supply was used up.
The working conditions of the disk-shaped DMF produce a calculated shear rate of approximately 200,000 sec-1 in the surface gap between the rotating disk and the membrane. This shear is in the range of the shear rates that were generated by the homogenizer under the conditions of process step B.
This example demonstrates that the required shear can be achieved in one step before filtration, i.e. H. without the need for a separate homogenizer. The example clearly showed that the membrane did not become unusable due to the solids in the milk and that the shear generated by the rotation of the disk of approximately 200,000 sec-1 was sufficient to reduce the particle size in skim milk and thus the passage through to allow a microfilter membrane and thus to achieve a clean filtration.
Table 1 summarizes the results of Examples 1 to 4; the data show that a steady state of filtrate flow through the membrane is achieved if the milk is subjected to sufficient shear within a short time before filtration.
TABLE 1
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<tb> example <SEP> filtration <SEP> feed- <SEP> shear <SEP> in <SEP> homogeneous <SEP> delay <SEP> pore <SEP> river
<tb> art <SEP> temp <SEP> C <SEP> filter <SEP> sec-1 <SEP> sation <SEP> after <SEP> the <SEP> size
<tb> homogenization <SEP> m <SEP> 1 / h / m2
<tb>
<tb> 1 <SEP> cylinder <SEP> 25 <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> no <SEP> no <SEP> 0.45 <SEP> 0
<tb> 2 <SEP> cylinder <SEP> 50 <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> yes <SEP> 4 <SEP> hours <SEP> 0.45 <SEP> 0
<tb> 3 <SEP> cylinder <SEP> 50 <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> yes <SEP> 5 <SEP> minutes <SEP> 0.45 <SEP> 1080
<tb> 4 <SEP> disc <SEP> 50 <SEP> 200 <SEP> 000 <SEP> no- <SEP> 0.45 <SEP> 1600
<tb>
EXAMPLE 5
In order to determine the relationship between particle size and the time after homogenization, the skimmed milk was heated according to process step A and using the process,
which was set out in step B, homogenized. The particle size distribution as a function of the time after homogenization was determined. Particle size distribution was measured using an Integrated Micro-Optical Liquid Volumetric Sensor (IMOLV-.2), available from Particie Measurement Systems, Colorado. This laser particle counter is designed to measure particle size distributions in the range from 0.1 to 5.0 (im.
The milk samples were diluted 1,300,000 and then subjected to analysis as performed by the IMOLV device work manual. For dilution of the milk samples, 0.04 m filtered, 18 mega-ohm DI water with a particle count of
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less than 50 / ml used.
The figure shows the results of the particle analyzes. A diagram of the number of particles in relation to the number of particles after 5 seconds as a function of the particle size is shown in the figure. The figure clearly shows that as the time period after homogenization increases, the number of larger particles increases. As the number of smaller particles decreases by the same amount over this period of time, it is evident that the smaller particles agglomerate over time to form larger particles.
EXAMPLES 6 TO 9
Membranes with different pore sizes and bacterial retention properties were tested on the cylindrical DMF to determine the size of the continuous flow of filtrate from milk that can be achieved. The general procedures used for Examples 6 through 9 are listed below.
1.The desired membrane filter element was assembled in the cylindrical DMF.
2. An integrity test, as shown in process step F, was carried out. The
Membrane filter element was discarded if it failed the test.
3. The device was made hygienic according to process step E.
4. The milk to be filtered was preheated using the procedure outlined in step A.
5. The milk was homogenized according to process step B.
6. The starting method as it was shown in process step G2 was carried out.
7. The milk was fed from the buffer tank to the cylindrical DMF at a desired flow rate.
8. The working parameters were set using the guidelines in process step G1.
9. Corresponding measurements were made.
Typically, the cylindrical DMF was operated at 5000 rpm corresponding to a shear rate of approximately 10,000 sec-1 in the filter. The feed temperature was 50 C and the feed pressure varied from 1.3 to 2.0 bar. The filtrate to feed ratio was maintained above 95% for each of these examples. The flow recorded in Table 2 is the steady state of filtration flow typically achieved 15 minutes after the start of filtration. The total time of the experiment varied in each case, whereas the volume of the milk to be filtered was constantly 30 l.
EXAMPLE 6
A 0.2 m Ultipor N66 membrane was used for this example. A feed rate of 250 ml / min was used to maintain a steady filtrate state flow of 330 l / h / m2.
Filtration continued for 130 minutes with no apparent drop in the filtrate flow rate, after which time no milk was left in the kettle.
EXAMPLE 7
A 0.30 µm Ultipor N membrane was used for this example. A feed rate of approximately 550 ml / min was used to achieve a steady state flow of 775 l / h / m 2 for approximately 60 minutes after which the experiment was terminated.
EXAMPLE 8
A 0.45 m Ultipor N66 membrane was used for this example. A feed rate of 740 ml / min was used to achieve a steady state flow of 1080 1 / h / m2. Filtration was continued for 40 min with no apparent drop in flow rate after which the milk supply had been depleted and the experiment ended.
EXAMPLE 9
A 0.65 in Ultipor N66 membrane was used for this example. A feed rate of 1100 ml / min was used to achieve a steady state flow of 1680 1 / h / m2. Filtration was continued for about 30 minutes after which the milk supply was exhausted and the expe
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nment has ended.
Examples 6 to 9 are summarized in Table 2. The data show that steady filtrate flows can be achieved using the filtration method of this invention using different classes of bacteria-retaining membranes. The table shows that membranes with smaller pores and thus increased bacterial retention can be used at the expense of the filtrate flow rate in the process according to the invention.
Table 2
Milk flow when using different membranes in the cylindrical DMF
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<tb> example <SEP> liquid <SEP> membrane <SEP> pore <SEP> rpm <SEP> feed <SEP> feed <SEP> filtrate / <SEP> Experi- <SEP> river
<tb>
<tb> size <SEP> temp- <SEP> print <SEP> feed <SEP> mentation
<tb>
<tb>
<tb> ratur <SEP> behaves <SEP> time
<tb>
<tb>
<tb> No. <SEP> (um) <SEP> (C) <SEP> (bar) <SEP> nis <SEP> (min) <SEP> (1 / h / m2)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> skimmed milk <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0.20 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 2.0 <SEP> 0.97 <SEP> 130 <SEP> 330
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> skimmed milk <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0.30 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1.6 <SEP> 0.97 <SEP> 60 <SEP> 775
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> skimmed milk <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0.45 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1.5 <SEP> 0,
97 <SEP> 40 <SEP> 1080
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> skimmed milk <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0.65 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1.3 <SEP> 0.97 <SEP> 30 <SEP> 1680
<tb>
EXAMPLE 10
A 0.2! Am Posidyne membrane with a positive surface charge was used for this example. The membrane used has quaternary ammonium groups on its pore surfaces and has a high absorptive capacity for biological material.
A feed rate of 260 ml / min was used to achieve a steady state flow of 360 1 / h / m2. The filtrate flow was of the same strength as that achieved with an uncharged membrane as described in Example 6. The filtration continued for about 120 minutes with no apparent drop in the filtrate flow rate, after which time there was no milk in the kettle. A ratio of filtrate to feed of over 97% was obtained during the experiment. Further data from the experiment can be found in Table 3.
It was expected that a large amount of proteins from the milk would bind to the membrane surface and eventually clog them. This example showed that a membrane that normally shows protein affinity works well under dynamic mode.
EXAMPLE 11
A feed rate of 740 ml / min of whole milk was used and a filtrate flow of 1130 l / h / m2 was achieved. Further data can be found in Table 3. Filtration was continued for about 40 minutes, after which the milk supply was exhausted and the experiment ended.
This example shows that whole milk can be filtered using the method according to the invention. The observed difference in the filtrate flow between whole milk and skimmed milk (as in example 9) seems to be primarily due to the different viscosity.
The ratio of the filtrate flow that was achieved for whole milk and for skimmed milk is approximately equal to the ratio of the viscosity of whole milk to skimmed milk
<Desc / Clms Page number 16>
Table 3
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<tb> example <SEP> liquid <SEP> membrane <SEP> pore <SEP> rpm <SEP> feed <SEP> feed <SEP> filtrate / <SEP> Experi- <SEP> river
<tb>
<tb>
<tb> size <SEP> temp- <SEP> print <SEP> feed <SEP> mentation
<tb>
<tb>
<tb> ratur <SEP> behaves <SEP> time
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> No.
<SEP> (um) <SEP> (C) <SEP> (bar) <SEP> nis <SEP> (min) <SEP> (l / h / m2)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> skimmed milk <SEP> Posidyne <SEP> 0.20 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 2.0 <SEP> 0.97 <SEP> 120 <SEP> 360
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> whole milk <SEP> Ultipor <SEP> N66 <SEP> 0.65 <SEP> 5000 <SEP> 50 <SEP> 1.4 <SEP> 0.93 <SEP> 40 <SEP> 1130
<tb>
EXAMPLES 12 TO 16
The examples for determining the flow of filtrate through membranes retaining various bacteria were repeated using the disk-shaped dynamic microfilter.
The general process steps for Examples 12 to 16 are described below.
The general conditions described apply to each example, unless stated otherwise.