乳制品行业
纳滤
乳糖浓缩和脱盐纳滤广泛应用于乳制品工业中的乳糖浓缩和脱盐。通过允许一价离子通过，同时拒绝部分多价离子，可以进一步缩小乳清体积，从而节省运输成本。得益于预先使用纳滤减少了矿物质的数量，结晶过程中可以从乳清和渗透液中生产高质量的乳糖。
传统的纳滤膜通常具有98％的MgSO4截留率，星达的NFS和NFX 纳滤膜以超过99％的MgSO4截留率令人震惊。这导致乳糖的保留率非常高，使其浓缩的首选。
案例研究– NF乳糖浓缩和脱盐
概述
这项研究的目的是以经过UF过滤后的酸性乳清渗透液作为进料，来检查星达 NFX和NFS膜的通量，总有机碳（TOC）去除率和钙去除性能。这些结果将确定NFS在乳制品行业中用于乳糖浓缩和脱盐等应用的潜力，特别是钙的去除。
图1：在高达3倍体积浓缩下，星达NFX和NFS 2540膜芯的平均钙截留率。
图2：在高达3倍体积浓缩下，星达NFX和NFS 2540膜芯的平均通量。
实验
使用星达的2540卷式NFX和NFS膜进行了两项独立试验。由星达的ST 2540超滤卷式膜芯产生的酸乳清渗透液作为进料。在440 psi、25℃下以2 gpm的进料速度测试膜芯。在浓缩1到3倍的情况下分别测试钙的截留率和通量。
表1：酸乳清粉组成
| 成分 | 规格 |
| 灰 | 最高10.5％ |
| 脂肪 | 最大1.2 |
| 湿气 | 最大5.0 |
| pH值 | 4.5-5.0 |
| 蛋白质（原样） | 至少11％ |
| 沉淀 | 最多15.0 mg |
| 可滴定酸度 | 最低0.30％ |
图3：在高达3倍体积浓缩下，星达NFX和NFS 2540膜芯的平均TOC截留率。
结论
这项研究结果表明，在经过UF过滤后的酸性乳清渗透液作为进料的情况下，星达的NFS膜与NFX相比具有更高的通量和更高的钙通过率。
两种膜类型之间钙截留率差异明显表明NFS可以生产更高质量的乳糖。
超滤
乳清蛋白浓缩物/分离物的生产
星达的复合超滤膜是乳清蛋白浓缩和干酪乳清分离的标准配置。VT（PES 3），MT（PES 5）和ST（PES 10）超滤膜通常用于此应用，以实现超滤膜在蛋白分离，高通量和膜耐用性方面达到最佳平衡。
对于浓缩乳清蛋白（WPC），通常会设置一个连续分级的超滤系统，该系统包括在后续阶段进行的渗滤，以将更多的小的非蛋白成分流入到渗透液中。在逐级配置中，客户通常会增加滤芯的导流网尺寸，以在过滤系统的后续阶段最大化固体含量。
对于分离乳清蛋白（WPI），微滤是降低乳清蛋白中脂肪含量的必要初始步骤。超滤被用于对微滤渗透液进行脱脂蛋白，并在后续阶段进行渗滤。与WPC相比，WPI产品的乳清蛋白含量要高得多，因为脂肪和乳糖含量非常低。
所有卫生级膜均符合3-A、FDA和美国农业部卫生标准，并通过犹太和清真认证。所有基于聚醚砜的超滤膜和卫生级卷式膜也符合美国药典第六类标准。
盐水澄清
超滤通常用于澄清盐溶液和冷冻奶酪，如马苏里拉奶酪和帕尔玛干酪。通过在多个批次的奶酪上重复使用盐水溶液，可以节省成本。星达的BN（PVDF 50）膜能够很好地澄清这些溶液，此外还能维持维持奶酪所需的微量矿物质平衡。
在奶酪的生产中，盐腌可用来增加风味并帮助保存奶酪。过滤澄清可以除去奶酪粉残留的脂肪和所有微生物，从而进行理想的腌制。盐腌会从奶酪中吸收水分，以形成果皮并保存奶酪。随着污水处理面临的挑战不断增加，采用超滤法进行盐水澄清，对于降低成本、减少环境问题变得越来越重要。
浓缩乳蛋白/分离蛋白星达的MK（PES 30kDa）超滤膜是1999年开发的，专门用于浓缩脱脂乳中的乳蛋白。由于其高性能和稳定性，至今该膜仍在世界各地被应用。
乳蛋白浓缩物和分离物是利用膜过滤技术从脱脂牛奶中提取的。全脂牛奶被分离成脱脂牛奶和奶油，然后用超滤膜（如星达的MK-PES超滤膜）对脱脂牛奶进行分离，以进一步浓缩牛奶蛋白。乳清和酪蛋白混合物可提供多种营养和功能，包括高含量的钙，磷，钾和镁。浓缩乳蛋白还可以提高其所含产品的热稳定性和溶解性。平淡的风味也使它成为食品和饮料行业产品中添加剂的理想选择，包括奶酪，蛋白棒，酸奶和婴儿配方奶。
MAX系列–耐pH和高温
星达还为所有超滤和微滤孔径提供耐pH/高温“MAX”系列模型。这些膜可以在不使用氯的情况下进行消毒，从而可以进一步延长膜和设备的使用寿命。
案例研究–高固含量应用的进料导流网
概述
在高固含量的应用中，如乳清蛋白的浓缩，进料导流网的几何形状与导流网的厚度同样重要。本研究的目的是检验装有标准80mil菱形导流网的星达ST（PES 10kDa）膜芯与装有贯穿型导流网的膜芯在流量和压降性能方面的差异，以确定转换为贯穿型导流网的潜在优势。
图1.装有菱形导流网（黑色条）和贯穿型导流网（白色条）的ST膜芯的渗透通量值。误差线表示n=3个样本的标准偏差。
图2。装有菱形导流网（黑色条）和贯穿型导流网（白色条）的ST膜芯的压降表示为菱形导流网净压降的百分比。
表1：饲料成分和操作参数
| 进料溶液 | |
| 材料 | 卡夫食品全球，甜乳清 |
| 甜乳清浓度 | 20wt％ |
| 星达膜 | |
| 膜芯 | ST-5B-2540M（标准菱形导流网） ST-5PB -2540M（贯穿型导流网）） |
| 膜 | 10kDa聚醚砜 |
| 运行参数 | |
| 压力（PSI） | 120 |
| 错流率（GPM） | 4 |
| 温度（℃） | 25 |
| 表2：每次运行的平均记录ΔP和蛋白质排斥值。 | ||||||||
| 膜芯型号 | 导流网类型 |
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| ST-5B-2540M | 80mil菱形导流网 |
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| ST-5PB-2540M | 80mil贯穿型导流网 |
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| 表3.计算得出的2540装有菱形导流网和贯穿型导流网的膜芯之间的压降降低率。 | |||||||
| 导流网类型 |
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| 80mil菱形导流网 |
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| 80mil贯穿型导流网 |
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| 压降降低率 |
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| 平均压降降低率 | 37％ | ||||||
结果
使用6支膜芯独立进行的三组渗透通量趋势试验表明，包含两种导流网类型之一的膜芯之间的通量性能无显著差异（图1）。所有被测膜芯的高蛋白截留率表明，由于膜完整性的丧失，不太可能出现所获得的通量值。尽管通量性能差异不大，但在膜芯压差方面观察到了更为明显的差异，其中包含装有贯穿型导流网的膜芯压降有所降低（表2）。装有贯穿型导流网的膜芯显示出在整个膜芯长度上的压降降低了至少37％（表3）。随后，根据贯穿型面积假设运行条件不变，对较大直径元件的预期压降值进行推测。
结论
研究结果表明，在高固含量的应用（例如浓缩乳清蛋白）中，使用贯穿型导流网比标准菱形导流网具有明显的优势。当以甜乳清的形式挑战20%的总固含量时，尽管通量性能没有明显的差异，但两种配置在压降方面存在显著的差异，与菱形导流网相比，贯穿型导流网显示了计算得出的压降降低了37%。这使得泵能够以较低的速度提供相同的横向流量，从而降低运行成本。当使用增压压力作为交叉流量的相关性时，必须要注意，当切换到含有贯穿型导流网的膜芯时，应降低增压压力以获得膜芯的较低压降。
微滤
乳蛋白分馏/分离
乳清和酪蛋白分离是乳品行业中重要的新工艺。星达的FR（PVDF800）和V0.1 MF膜为分离这些有价值的蛋白质提供了一种经济可行的解决方案。
在整个乳制品行业中，利用微滤技术分馏蛋白质并分离成乳清和酪蛋白变得越来越普遍。在使用超滤技术进一步浓缩和提纯每种蛋白质产品之前，微滤膜上的大孔可使大部分乳清蛋白通过该膜，并分离酪蛋白。这种蛋白质分离技术为制造独特的蛋白质产品提供了更多选择。
脂肪/微生物去除
星达的FR（PVDF 800），V0.1和V0.2 MF膜可用于牛奶生产中脂肪和微生物去除的阶段，以生产出高质量的WPC和WPI。我们的超滤系统能够在较低的压力下运行，与陶瓷膜系统相比，其建造和运行成本通常相对较低。
微滤具有大的孔径范围，常用于延长牛奶的保质期和生产高质量的乳制品。它特别适用于细菌和孢子的去除等不适合高温处理的情况。此过程可用作巴氏灭菌的预处理步骤，以确保从牛奶中完全去除所有孢子。
所有卫生系列膜均符合3-A、FDA和美国农业部卫生标准，并通过犹太和清真认证。
MAX系列–高pH和高温
星达还提供适用于所有超滤和微滤孔径的耐pH /高温“ MAX”系列膜芯。这些膜可在不使用氯的情况下进行消毒，从而可进一步延长膜和设备的使用寿命。
有关更多详细信息，请参见卫生目录。
案例研究– 微滤用于脱脂奶中酪蛋白的浓缩
概述
这项研究的目的是提高β-酪蛋白和牛奶来源的乳清蛋白分离物（MD-WPI）的分离效率和纯度，这在授予威斯康星大学麦迪逊分校乳业研究中心的专利中有详细说明。该工艺利用星达的FR微滤（MF）膜从脱脂牛奶进行两个关键部分的处理。
实验性
所有测试均在威斯康星州乳业研究中心（WCDR）进行，使用星达 FR 8038膜芯和46 mil的进料导流网，其中两个膜芯并联运行。进料溶液由经过巴氏杀菌的脱脂牛奶组成（表1）。在初始分馏步骤中，MF膜芯在12 psi的升压和≤5℃的工作温度下运行。随后将每种蛋白质样品（β-酪蛋白和牛奶来源的乳清蛋白分离物）的截留物喷雾干燥，并分析其总固体，蛋白质和酪蛋白浓度。
表1：本研究中使用的脱脂牛奶成分
表2：喷雾干燥粉末总蛋白中酪蛋白浓度的比较
| 描述 | 含量 |
| 总固体 | 8.9％ |
| 真蛋白 | 3.1％ |
| 酪蛋白 | 2.5％ |
表2：喷雾干燥粉末总蛋白中酪蛋白浓度的比较
| 样品 | 酪蛋白占总蛋白的百分比 |
| β-酪蛋白 | 83 |
| 牛奶来源的乳清蛋白分离物 | 11 |
图1：β-酪蛋白（深灰色条）和牛奶来源的乳清蛋白分离物（浅灰色条）粉末中的总固体，总蛋白质和酪蛋白浓度。
结论
这项研究的结果表明，在脱脂奶的加工过程中，MF和渗滤结合使用可以生产出独特的蛋白质产品。生产β-酪蛋白和牛奶来源的乳清蛋白分离物的能力可用于多种食品和饮料应用。使用UF渗透液进行渗滤不仅可以减少传统渗滤过程的耗水量，而且还可以提高分馏过程中β-酪蛋白的稳定性。
案例研究–微滤用于脂肪的去除
概述
这项研究的目的是检查星达 FR（PVDF 800kDa）微滤膜的通量和去除脂肪的能力。
试验
将均质全脂牛奶作为进料，测试了带有46mil进料导流网的星达FR 2540卷式膜芯。该膜芯在15 psi和30-35℃下以8 gpm的进料流量进行测试。通过Eurofins DQCI（Mounds View，MN）进行脂肪分析，测试渗透通量和脂肪浓度。表1显示了渗透通量的测量值，而表2显示了进料和渗透液中的脂肪浓度。
表1：渗透通量测量
| 样品 | 流量（GFD） |
| 渗透通量 | 61 |
表2：脂肪浓度测量
| 样品 | 脂肪浓度（％） |
| 饲料 | 3.09 |
| 渗透 | <0.01 |
结论
FR膜能很好地去除全脂进料溶液中的脂肪，脂肪截留率高达99.5％。渗透通量也足够，达到61 GFD。该数据以及威斯康星州乳业研究中心采用FR膜对脱脂奶中酪蛋白浓缩的研究，使得FR膜非常适合乳制品行业中的这类应用。
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