NL1015851C2 - Werkwijze voor het filtreren van melk. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het filtreren van melk

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van bacteriën en bacteriesporen uit melk. Deze werkwijze kan in het 5 bijzonder voordelig worden toegepast bij het bereiden van consumptiemelk en kaas waarbij de noodzakelijke verhitting van de melk tot een minimum kan worden teruggebracht.

Bij het produceren van een melkproduct met een goede houdbaarheid en een goede smaak moet er een evenwicht gezocht worden tussen de wens om een product 10 met een zo gunstig mogelijke bacteriologische kwaliteit te bieden dat tegelijkertijd niet negatief beïnvloed is door noodzakelijke hittebehandeling.

Microfiltratie wordt vaak toegepast voor de sterilisatie van vloeistoffen, bijvoorbeeld in de farmaceutische industrie. Doorgaans worden hiervoor filters toegepast met een poriegrootte kleiner dan of gelijk aan 200 nm. Al eerder is beschreven 15 dat het ook mogelijk is om bacteriën uit melk te verwijderen met behulp van microfiltratie. Caseïne-micellen zijn gemiddeld ongeveer zes maal kleiner dan micro-organismen maar voor beide componenten is er sprake van een grootteverdeling. Er lijkt zelfs sprake te zijn van een overlap in de grootteverdelingen: de grootste caseïnë-micellen zijn waarschijnlijk even groot als de kleinste bacteriën. Voorts moge duidelijk 20 zijn dat vanwege de vergelijkbare grootte in deeltjes van bacteriën en vet de te filtreren melk voorafgaande aan de filtratie ontroomd dient te worden. Bijgesloten figuur 1 uit een artikel van J.-L Maubois, Bulletin of the IDF 320,37 (1997) toont het voorkomen van de verschillende deeltjes in melk naar grootte (nm, logaritmisch).

De membraantypen die worden toegepast om melk te microfiltreren kunnen in 25 het algemeen worden gekarakteriseerd als membranen met een bepaalde poriegrootte-verdeling (geen exacte porieafmetingen) en een dikte die meerdere tot wel honderden malen groter is dan de gemiddelde poriediameter. Er is geen direct verband tussen de bacterieretentie en de gemiddelde poriegrootte van het membraan. Tijdens microfiltratie van melk kan er met een keramisch membraan van 1400 nm een hoge 30 verwijderingsgraad van bacteriën worden bereikt, terwijl bekend is dat nauwelijks meer dan de helft van de bacteriën kleiner is dan 1400 nm. De retentie van de bacteriën hangt ondermeer sterk af van de proceshistorie en procescondities. Daarnaast is de retentie van

001136.NL

„ - 3 ··· -2- de bacteriën ook afhankelijk van de morfologie van de membraanfilters zoals de tortuositeit van de poriën. De genoemde faktoren bepalen de mate van vervuiling van het filter tijdens de procesvoering. Dit maakt de toepassing van microfiltratie voor het verwijderen van bacteriën complex omdat in de keuze van de membraanfilters en het 5 toepassen van het filterproces rekening moet worden gehouden met deze afhankelijkheid van de bacterieretentie.

In de internationale octrooiaanvrage WO 96/36238 is een methode beschreven voor de bereiding van consumptiemelk met een verbeterde houdbaarheid. Dit proces is gebaseerd op microfiltratie. Een belangrijke beperking van de methode is de selectiviteit 10 tussen caseïne-micellen en bacteriën. Om voldoende verwijdering van bacteriën te bewerkstelligen wordt in verband met de relatief geringe selectiviteit meestal gewerkt onder condities waarbij een deel van de caseïne wordt tegengehouden door het microfilter. Omdat er een evenwicht gevonden moet worden tussen productoptimalisatie (zo weinig mogelijk bacteriën) en kostenminimalisatie (zo hoog mogelijke flux van de 15 vloeistofstroom) is de permeaatopbrengst van het microfiltratieproces in verband hiermee meestal beperkt tot minder dan of gelijk aan 95%. Bovendien wordt de vetrijke fractie van de melk in dit proces vooraf afgescheiden van de melk en separaat behandeld. In de beschreven situatie zou microfiltratie van melk met het vet alleen maar tot verslechtering van het resultaat leiden door een snelle vervuiling van het filter.

20 In de internationale octrooiaanvrage WO 97/49295 is een proces beschreven voor de bereiding van steriele melk. Voor dit proces worden membranen met een poriegrootte tussen de 50 en 200 nm toegepast. Het grootste deel van de caseïne in de melk blijft in dit proces achter in het retentaat. Dit vet- en casemerijke retentaat ondergaat een verhitting bij hoge temperatuur en wordt vervolgens aan het permeaat 25 toegevoegd. Een groot nadeel van dit proces is dat naast het vet ook het grootste deel van de caseïne in melk wordt tegengehouden door het microfilter. Dit leidt ertoe dat een groot deel van de melk nog door middel van een andere sterilisatietechniek, meestal hoogverhitting, dient te worden gesteriliseerd, wat smaakvermindering veroorzaakt. Daarnaast brengt de relatief lage flux aanzienlijk hogere kosten met zich mee.

30 In het Nederlands octrooi No. 1006118 C wordt een inrichting beschreven voor het filtreren van een gefermenteerde vloeistof, waarbij bacteriën worden verwijderd.

' >. i 1 * j 0 ^ -3-

Volgens de uitvinding omvat het filter een dunne membraan fllterlaag met poriën van een nauwkeurig bepaalde, op de micro-organismen zoals gistcellen afgestemde grootte die onder gebruikmaking van fotolithografische technieken zijn gevormd. Toepassing van de inrichting voor het filtreren van gefermenteerde vloeistoffen uit zich in een 5 betrouwbaar filtratieresultaat.

Het toepassen van een filter met een dunne membraanfïlterlaag en poriën met een nauwkeurig bepaalde grootte, gemaakt zoals bijvoorbeeld in NL 1006118C beschreven, levert ook bij toepassing op melk een betrouwbaar filtratieresultaat op met een onverwacht grote selectiviteit tussen bacteriën en caseïne-micellen. Dit is 10 verrassend daar de bacteriën en de caseïne-micellen elkaar in grootte overlappen (zie bijgesloten figuur 1). Bij voorkeur worden de poriën onder gebruikmaking van fotolithografische technieken gevormd, bij nadere voorkeur met een grootte van kleiner dan ongeveer 1500 nm of kleiner dan ongeveer 1000 nm. De filterlaag heeft een dikte die bij voorkeur kleiner is dan ongeveer 2000 nm, bij nadere voorkeur kleiner dan 15 ongeveer 1500 nm of kleiner dan ongeveer 1000 nm of dan ongeveer 500 nm of 200 nm. Het moge duidelijk zijn dat deze afmetingen afhankelijk zijn van het te produceren product waaruit bacteriën zijn verwijderd zoals gepasteuriseerde of gesteriliseerde melk, dwz afhankelijk van de gewenste bacteriologische kwaliteit van het product.

Wanneer het proces van de uitvinding wordt toegepast is er een grotere reductie 20 in bacterie-aantal mogelijk, zonder dat het caseïnegehalte in de retentaatstroom in het proces toeneemt. Daarnaast worden hogere fluxniveaus gevonden dan die gerapporteerd zijn voor andere bekende microfiltratie-inrichtingen. Tenslotte is het onverwacht niet nodig om de melk voorafgaande aan de filtratie te ontromen.

Wanneer microfiltratie met het hierboven aangeduide membraanfilter wordt 25 toegepast kan er een scherpe scheiding tussen caseïne-micellen enerzijds en bacteriën en bacteriesporen anderzijds worden bereikt. Zoals uit de afmetingen van melkdeeltjes zoals weergegeven in figuur 1 blijkt wordt bij voorkeur een filter met een poriediameter van ongeveer 50 tot ongeveerl500 nm toegepast waarbij de caseïne-micellen in de permeaatstroom en de bacteriën tesamen met de vetbolletjes in de retentaatstroom 30 terechtkomen.

!' A' · -4-

In verband met de geringe verschillen in grootte tussen caseïne-micellen en bacteriën is het voor een succesvol verloop van het microfiltratie proces van belang om een zo scherp mogelijke scheiding tussen de genoemde componenten te bereiken. Het toepassen van een membraanfilter met poriën van een nauwkeurig bepaalde grootte is 5 daarbij van groot belang. Wanneer deze membranen vervolgens zeer dun zijn dan vertoont het totale microfiltratieproces een onverwacht grote verbetering. Een belangrijk voordeel is dat de bacterieretentie vrijwel constant is tijdens het filtratieproces bij toepassing van een bepaald membraanfilter en dus niet meer afhangt van proceshistorie of procescondities en dergelijke zaken, daar de poriën van het membraanfilter veel 10 minder vervuild raken dan bij toepassing van een conventioneel microfilter. Daarbij worden hogere fluxniveaus behaald dan gerapporteerd voor bekende microfiltratie-inrichtingen. De bacteriën worden al voor het membraan tegengehouden terwijl caseïne-micellen het membraanfilter relatief snel passeren, zodat er vlak voor het membraan geen zodanige ophoping van componenten plaatsvindt dat dit een sterke invloed 15 uitoefent op de effectieve retentie van bacteriën.

Wanneer het proces van de onderhavige uitvinding bij het verwijderen van bacteriën in melk wordt toegepast passeert het grootste gedeelte van de caseïne in melk het membraan en komt in het permeaat terecht. Hierdoor kan de permeaatopbrengst worden verhoogd in vergelijking met de toepassing van conventionele microfiltratie-20 technieken en hoeft er nog maar een klein gedeelte van de melk (retentaat en/of de room) op andere wijze gesteriliseerd te worden. Op deze wijze is het mogelijk om steriele melk te bereiden met een aanzienlijk verbeterde smaak ten opzichte van op conventionele wijze bereide steriele melk en UHT-melk waarbij een verhittingsproces van minstens 1 seconde bij 135 °C is toegepast, zoals omschreven in de Nederlands 25 warenwet, levensmiddelen (B-l.3.1), bijlage III, gepubliceerd op 12-12-1999). Ook is het mogelijk om (hoog)-gepasteuriseerde melk te bereiden met een verbeterde houdbaarheid ten opzichte van op conventionele wijze bereide gepasteuriseerde melk waarbij gedurende korte tijd een hoge temperatuur wordt toegepast ( bijv. minimaal 71,7 °C gedurende 15 seconden), zie de hierboven aangeduide Nederlandse warenwet.

30 Het blijkt zelfs niet meer nodig om de melk bij toepassing van het dunne membraanfilter zoals hierboven beschreven te ontromen. De vetdeeltjes worden tesamen -5- met de bacteriën tegengehouden in de retentaatstroom, zonder dat dit een negatieve invloed heeft op de permeatie van caseïne-micellen door het filter. Op deze wijze wordt de permeaatopbrengst van het proces geoptimaliseerd. Uiteraard kan het vetgehalte van de permeaatstroom op het gewenste niveau worden gebracht door deze met een 5 gewenste hoeveelheid steriele room te mengen. Hiervoor zou het retentaat na steriliseren door bij voorbeeld verhitting kunnen worden gebruikt.

Het zal de vakman duidelijk zijn dat de werkwijze van de onderhavige uitvinding eveneens voordelig kan worden toegepast bij aan de bereiding van consumptiemelk verwante processen waarbij melk in enigerlei vorm gezuiverd wordt l o zoals bijvoorbeeld bij de verwijdering van bacteriën en bacteriesporen uit kaasmelk en bij de voorbehandeling van kaasmelk voor de bereiding van kaas, zoals bij voorbeeld rauwmelkse kaas.

Claims (10)

1. Werkwijze voor het verwijderen van bacteriën en bacteriesporen uit melk, met het kenmerk dat de melk wordt gefiltreerd over een dun membraanfilter met een glad 5 membraanoppervlak, dat een filterlaag bevat met poriën van een nauwkeurig bepaalde grootte.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de poriën onder gebruikmaking van fotolithografische technieken zijn gevormd. 10

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de filterlaag poriën bevat met een grootte van kleiner dan ongeveer 1500 nm.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de filterlaag poriën bevat met 15 een grootte van kleiner dan ongeveer 1000 nm.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de filterlaag een dikte heeft die kleiner is dan ongeveer 2000 nm.

6. Werkwijze voor het produceren van kaas uit kaasmelk, met het kenmerk dat de kaasmelk wordt gefiltreerd volgens één der voorgaande conclusies.

7. Werkwijze voor het produceren van consumptiemelk met een bepaald vetgehalte, met het kenmerk dat melk volgens de werkwijze van één der conclusies 1-5 wordt 25 gefiltreerd waarbij de melk wordt verdeeld in een retentaatstroom en een permeaatstroom waarbij de permeaatstroom, die caseïne-micellen bevat, verder wordt verwerkt tot consumptiemelk door deze stroom indien gewenst te mengen met een. gewenste hoeveelheid steriele room en/of de retentaatstroom na verhitting. 1

8. Werkwijze volgens conclusie 7 waarbij de steriele room afkomstig is van de retentaatstroom na verhitting. -7-

9. UHT-melk of gesteriliseerde melk met een verbeterde smaak.

10. Gepasteuriseerde of hooggepasteuriseerde melk met een verbeterde houdbaarheid en/of verbeterde smaak. 5 0. c 4 -* v; .j ö 3 ]