DK174656B1 - Fremgangsmåde og anlæg til behandling af mælk - Google Patents

Description

DK 174656 B1

Teknisk område

Den foreliggende opfindelse angår en forbedret fremgangsmåde og et forbedret anlæg til behandling af mælk til opnåelse af mælk med et lavt spore- og bakterieindhold, hvor 5 mælk med et lavt fedtindhold, såsom skummetmælk, underkastes mikrofiltrering til opdeling i et spore- og bakterieholdigt retentat og et permeat i form af en mælkefraktion, hvori indholdet af mælkeproteiner i det væsentlige er bibeholdt, mens indholdet af sporer og bakterier er væsentligt nedsat. Den behandlede fedtfattige mælk kan anvendes som den er, eller kan sammenblandes med en fedtholdig mælkefraktion, såsom fløde, 10 der har været underkastet en behandling til bekæmpelse af bakterier, f. eks. en varmebehandling, til fremstilling af standardiseret mælk. Den behandlede mælk og den standardiserede mælk er velegnet til direkte konsum og som råvare til forædlede mejeriprodukter, f.eks. til fremstilling af ost. Forbedringen ved fremgangsmåden og ved anlægget ligger i et særligt arrangement af udstyret til membranfiltrering, der giver en 15 mere effektiv fjernelse af bakterier og sporer og giver større sikkerhed i tilfælde af membranbrud.

Teknisk baggrund 20 Fra dansk fremlæggelsesskrift nr. 164.722 og det tilsvarende EP patentskrift nr.

194.286 (Holm et al.) kendes et anlæg til behandling af mælk, således at den far et lavt bakterieindhold. Fedtholdig mælk deles ved centrifugering i en fraktion bestående af fløde og en fraktion bestående af skummetmælk. Skummetmælksfraktionen bringes til at passere et mikrofilter, hvor fedtkugler og bakterier skilles fra. Fra mikrofilteret opnås 25 et permeat, som består af skummetmælk med et lavt bakterieindhold og et retentat (koncentrat) med et højere indhold af fedt og bakterier end permeatet. Retentatet kombineres med den fra centrifugeringen dannede flødeffaktion og steriliseres. Det steriliserede materiale eller en del deraf kombineres med permeatet til opnåelse af mælk med det ønskede fedtindhold. Fordelen ved denne kendte fremgangsmåde er, at man kun 30 skal sterilisere en mindre fraktion og alligevel kan opnå en standardiseret mælk med et 2 DK 174656 B1 lavt bakterieindhold. Kombinationen af en centrifugalseparation og mikrofiltrering giver en betydelig forøget kapacitet af mikrofilteret.

Fra DK 169 510 og det tilsvarende EP 0 697 816 (Krabsen et al.) kendes et lignende 5 anlæg, hvor imidlertid retentatet fra mikrofiltreringen i stedet for at blive kombineret med flødefraktionen tilbageføres til centrifugen, dvs. sammenblandes med den tilførte mælk og centrifugeres sammen med denne. Bakterier og sporer, der på denne måde tilbageføres til centrifugen, bliver dog ikke ophobet i anlægget, idet de kontinuerligt eller diskontinuerligt fernes sammen med en slamfraktion. En sådan mulighed for at fjerne 10 slam foreligger hos mange konventionelle centrifuger.

Mikrofiltreringsprocesser med anvendelse af tværstrømningsprincippet (cross-flow), som f.eks. dem, der indgår i de ovenfor beskrevne anlæg, kan gennemføres under anvendelse af konventionelle mikrofiltreringsenheder, der kan have forskellige konstruk-15 tionsmæssige udformninger. Som en grundmodel kan en mikrofiltreringsenhed (MF-enhed) med tværstrømning bestå af en beholder, der er opdelt af en mikrofiltrerings-membran i to kamre, et føde/retentat-kammer og et permeatkammer. Retentatkammeret er forsynet med en fødeledning til indfødning af det materiale, der skal filtreres, og et retentatudløb. Permeatkammeret er forsynet med et permeatudløb. Mellem retentat-20 kammeret og permeatkammeret etableres en trykforskel, der driver en del af væsken og små partikler gennem membranen. Fødematerialet føres gennem retentatkammeret fra den ene side langs membranen. I den anden side udtages retentatet, der består af den væske og de partikler, der ved passagen langs membranen ikke er gået igennem membranen til permeatkammeret. For at undgå en for hurtig tilsmudsning af membranover-25 fladen, hvilket giver tilstopning af membranens porer, bør strømningshastigheden (tværstrømningshastigheden) over membranoverfladen ikke være for lille. Dette sikres ofte ved at man tilbagefører en del af retentatstrømmen til fødeledningen. For at sikre et ensartet trykfald over hele membranoverfladen er det også velkendt at tilbageføre en del af permeatet, således at permeatkammeret udover permeatudløbet også har et ind-30 løb for tilbageført permeat. Dette princip er beskrevet i US 4 105 547 (Sandblom). Sådanne tilbageføringsledninger for retentat eller permeat til samme henholdsvis retentat- kammer eller permeatkammer, som disse materialestrømme netop udtræder fra, regnes med som bestanddele af mikrofiltreringsenhedens grundmodel.

3 DK 174656 B1 Når der skal arbejdes i større målestok kan der blive behov for et større membranareal, 5 og ofte opnås dette ved en sammenkobling af et større eller mindre antal af den ovenfor beskrevne grundmodel. Således kan der opnås et stort filtreringsareal ved parallelkobling af flere grundmodeller. Dette princip er f.eks. beskrevet i forbindelse med ultrafiltrering af valle af Rud Frik Madsen i “Hyperfiltration and Ultrafiltration in Plate-and-Frame Systems”, Elsevier, 1977, side 134, fig. 4.23. Det er også kendt at sammenkoble 10 flere filtreringsenheder i “serie” således at den del af retentatet fra den første enhed, der ikke tilbageføres, tilføres som fødemateriale til den efterfølgende filtreringsenhed og så videre. Dette princip er f. eks. vist i Perry's Chemical Engineers’ Handbook, 6. udgave 1984, side 17-32, Fig. 17-29.

15 Fra US 5 685 990 (Saugmann et al.) er det kendt at membranfiltrere en vandig dispersion under anvendelse af flere primære membranenheder, der er forbundet således, at retentatet eller en del af retentatet ffa et membranfiltreringstrin anvendes som fødemateriale til et eller flere efterfølgende trin, mens permeatet fra disse primære filtrerings-trin koncentreres ved inddampning eller ved et sekundært membranfiltreringstrin, hvor 20 koncentratet eller det sekundære retentat tilbageføres til den vandige fødedispersion i et eller flere af de primære filtreringstrin. Som et essentielt træk skal membranerne i det sekundære menbranfiltreringstrin have en mindre porestørrelse eller molekylafskæ-ringsværdi (cutoff-værdi) i forhold til membranerne i de primære filtreringstrin. Eksempelvis kan de primære filtre være ultrafiltreringsfiltre (UF-filtre), mens de sekun-25 dære filtre er hyperfiltreringsfiltre (HF-filtre), der også kendes som RO-filtre, hvor RO står for omvendt osmose.

Fra WO 94/13148 (Bounous et al.) kendes en fremgangsmåde til fremstilling af et ude-natureret valleproteinkoncentrat ud fra skummetmælk, hvor man i et første trin gen-30 nemfører mikrofiltrering med et mikrofilter, der tilbageholder bakterier, men lader skummetmælken, der indeholder både valleproteiner og andre mælkeproteiner, såsom DK 174656 B1 4 casein, passere filteret, hvorefter man i et efterfølgende trin mikrofiltrerer med en anden type mikrofilter, der tilbageholder casein, men lader valleproteineme passere. Den kendte fremgangsmåde kan således ikke anvendes til fremstilling af en mælkefraktion, hvori indholdet af alle typer af mælkeproteiner, dvs. både casein og valleproteiner, i det 5 væsentlige er bibeholdt, mens indholdet af sporer og bakterier er væsentlig nedsat.

Fordelen ved at benytte mikrofiltrering til fjernelse af bakterier fra en mælkefraktion med lavt fedtindhold som anvist i DK 164.722 og DK 169.510 ligger i, at bakterierne kan fjernes uden varmebehandling, hvilket er væsentligt mere skånsomt for mælkens 10 bestanddele. Derved kan de gode smagsegenskaber bevares og denaturering af proteiner og andre ændringer af mælkens egenskaber undgås. Desuden undgår man, at mælkefraktionen indeholder varmebehandlede og dermed døde bakterier. Selv når skummetmælksfraktionen efterfølgende skal bringes op til et ønsket fedtindhold ved sammenblanding med varmebehandlet fløde, vil resultatet stadig være et forbedret produkt 15 med hensyn til smag og bevarelse af proteinerne. Produkter, der er behandlet på denne måde, er velegnede både til direkte konsum og som råmateriale til forædlede mælkeprodukter, såsom yoghurt og ost.

Vore dages mikrofiltreringsmembraner har en høj pålidelighed, og membranbrud fore-20 kommer yderst sjældent. Skønt sandsynligheden for membranbrud er meget lille, kan risikoen dog ikke helt udelukkes. Til gengæld giver membranbrud alvorlige problemer.

Selv ved en hyppig prøveudtagning til bakteriebestemmelse er det et problem, at resultatet fra en bakteriebestemmelse sædvanligvis først foreligger en eller flere dage efter, at prøven blev udtaget. Der vil således gå lang tid, før det konstateres, at permeatet fra 25 mikrofiltreringen har et for højt kimtal. Ved produktion af konsummælk tapper man normalt kort tid efter mikrofiltreringen, og man risikerer således at tappe store mængder mælk, som må kasseres eller anvendes til et andet formål. Imidlertid kan den aftappede mælk allerede være nået ud i forretningerne og videre til forbrugerne, inden det høje kimtal konstateres, hvilket kan betyde tilbagekaldelse af mælken og helbredsrisiko 30 for forbrugerne. Sådanne hændelser kan være stærkt skadelige for mejeriets goodwill og økonomi.

5 DK 174656 B1

De ovennævnte voldsomme problemer i tilfælde af membranbrud betyder, at myndighederne som oftest stadig forlanger, at mikrofiltreret mælk til konsum skal underkastes et vist minimum af varmebehandling, f.eks. pasteurisering ved 72°C i 15 sekunder, som supplement til mikrofiltreringen. Dette forlanges primært for at eliminere risikoen 5 for tilstedeværelsen af sygdomsfremkaldende bakterier.

Denne supplerende varmebehandling giver en begrænsning af de ovenfor nævnte fordele ved anvendelse af mikrofiltrering i stedet for den traditionelle bakteriedræbning ved varmebehandling. Der vil nemlig også ved denne milde pasteurisering forekomme 10 uønskede ændringer af mælkens egenskaber, omend i et forholdsvis ringe omfang.

Der er således et behov for at kunne gennemføre mikrofiltrering af mælk på en mere sikker måde, hvor de skader, der kunne opstå ved membranbrud, praktisk talt helt kan undgås og fortrinsvis på en sådan måde, at den supplerende pasteurisering bliver unød-15 vendig.

Det har nu vist sig, at den ønskede forøgede sikkerhed kan opnås ved anvendelse af mindst to membranenheder sammenkoblet på en speciel måde.

20 Kort beskrivelse af opfindelsen

Den foreliggende opfindelse angår et anlæg til behandling af mælk med et lavt fedtindhold, såsom skummetmælk, til opnåelse af et nedsat spore- og bakterieindhold og et i det væsentlige uændret indhold af mælkeproteiner omfattende en fødeledning for mælk 25 koblet til en første mikrofiltreringsenhed, MF-I, til opdeling af skummetmælken i et spore- og bakterieholdigt første retentat, R-I, og et første permeat, P-I, med lavere spore- og bakterieindhold, hvilken mikrofiltreringsenhed, MF-I, er koblet til henholdsvis en ledning for det første retentat, R-I, og en ledning for det første permeat, P-I. Anlægget er ejendommeligt ved, at der på permeatledningen efter mikrofiltreringsenheden, 30 MF-I, er koblet en anden mikrofiltreringsenhed, MF-II, til opdeling af det første permeat, P-I, i et andet retentat, R-II, og et andet permeat, P-II, hvilken anden mikrofiltre- DK 174656 B1 6 ringsenhed, MF-II, er koblet til henholdsvis en ledning for det andet retentat, R-II, der er udformet som en tilbageføringsledning til den første mikrofiltreringsenhed, MF-I, og til en ledning for det andet permeat, P-II, og at hver mikrofiltreringsenhed, MF-I og MF-II, har en porestørrelse på 0,4 - 2,0 μτη, 5

Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde til behandling af mælk med et lavt fedtindhold, såsom skummetmælk, til opnåelse af mælk med et nedsat spore- og bakterieindhold og et i det væsentlige uændret indhold af mælkeproteiner, hvor mælken underkastes mikrofiltrering til opdeling i et spore- og bakterieholdigt retentat og et per-10 meat med et nedsat spore- og bakterieindhold, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, atpermeatet fra mikrofiltreringen underkastes en yderligere mikrofiltrering.

Ifølge en foretrukket udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilbageføres retentatet fra det andet mikrofiltreringstrin til indfødningssiden for det første mikro-15 filtreringstrin.

Den særlige sammenkobling af to eller eventuelt flere mikrofiltreringsenheder giver en væsentlig forøgelse af sikkerheden, idet produktstrømmen, dvs. det andet permeat, har passeret hele to uafhængige mikrofiltreringsmembraner. Da der som nævnt ovenfor er 20 en meget lille sandsynlighed for at der sker brud på én mikrofiltreringsmembran, vil forekomsten af samtidigt brud på begge mikrofiltreringsmembraner være ganske usandsynlig.

Konventionelle filtreringsprocesser kan gennemføres som såkaldte dead-end-filtrering, 25 hvor en væske, der indeholder et bundfald, føres gennem et filter, der tilbageholder bundfaldet, og lader filtratet passere gennem filteret. Ulempen ved dead-end-filtrering er at filterets åbninger hurtigt tilstoppes af bundfaldet, hvorved strømmen gennem filteret, fluksen, hurtigt falder til et uacceptabelt lavt niveau. Dead-end-filtrering har derfor hovedsageligt været anvendelig til makrofiltrering, hvor åbningerne i filteret er større 30 end 5 - 10 μτη, og hvor bundfaldet består af forholdsvis store partikler, således at filterkagen vil have passende åbninger til passage for filtratet.

7 DK 174656 B1

Ved membranfiltrering, herunder mikrofiltrering, hvor åbningerne eller porerne til passage gennem membranen er mindre end 2-5 μπι og hvor de partikler eller molekyler, der skal tilbageholdes som "bundfald", typisk har en størrelse, der kun er lidt større end porerne, er dead-end-filtrering sædvanligvis uanvendelig, da filteret tilstoppes alt for 5 hurtigt. En løsning på dette problem er det ovenfor nævnte tværstrømningsprincip, hvor bundfaldet ljemes med en flydedygtig fase, retentatet, der teoretisk kan betragtes som en dispersion af bundfaldet i et dispersionsmiddel. Dispersionsmidlet vil her have i det væsentlige samme sammensætning som permeatet.

10 Fordelene ved tværstrømning ligger i den forøgede fluks, der er en forudsætning for driftsøkonomien. En ulempe er, at en del af det materiale, der ønskes overført til permeatet, forbliver i retentatet. I de tilfælde, hvor det er permeatet, der er eller indeholder det ønskede slutprodukt, vil man derfor traditionelt underkaste retentatet en yderligere separationsbehandling, f.eks. en yderligere membranfiltrering. Den traditionelle serie- 15 kobling af flere membranenheder bygger derfor på det princip, der f. eks. beskrives i Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6. udgave 1984, side 17-32, Fig. 17-29, hvor retentatet fra første membranfiltreringsenhed videreføres til den efterfølgende enhed. Nærværende opfindelse bryder med dette konventionelle princip, idet det her er permeatet fra den første enhed som underkastes en yderligere mikrofiltrering.

20

Ved mikrofiltrering af mælk med lavt fedtindhold til fjernelse af bakterier og bakteriesporer vil der, når man anvender tværstrømningsprincippet, sammen med retentatet følge en vis andel af mælkeproteiner og andre mælkebestanddele, som ville være en værdifuld andel af produktet, dvs. som ideelt ønskes overført til permeatet. Desuden vil 25 der også være en lille mængde af sporer og bakterier, der egentlig skulle tilbageholdes af filteret, som går gennem membranen til permeatet. Dette skyldes at membranen har en vis variation i poremes størrelse, således at der kan foreligge et mindre antal porer, der er store nok til, at enkelte bakterier og især bakteriesporer kan passere.

30 Ved anvendelse af den særlige sammenkobling af MF-enheder ifølge opfindelsen vil det andet permeat i tilfælde afbrud på den ene af MF-enhedeme have et lidt større kim- DK 174656 B1 8 tal, som vil blive opdaget ved de regelmæssige bakteriologiske kontrolprøver. Der vil imidlertid kun være tale om en forholdsvis beskeden stigning i kimtallet, således at det produkt, der er blevet aftappet i tidsrummet, fra membranbrudet er sket, til kontrolprøvens resultat foreligger, stadig har et kimtal, der ligger under de acceptable grænsevær-5 dier.

Den ovennævnte fordel opnås ikke med de traditionelle membransammenkoblinger.

Ved den traditionelle parallelkobling opnår man således blot et forøget membranareal, idet et samlet system af parallelkoblede membraner i virkeligheden fungerer som en 10 enkelt membranenhed med en stor overflade.

Ved den traditionelle seriekobling, som beskrevet i Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6. udgave 1984, side 17-32, Fig. 17-29, hvor retentatet fra den første membranenhed føres som fødemateriale til den efterfølgende membranenhed, vil brud på blot én 15 af membranenhedeme åbne adgang for bakterier direkte til produktstrømmen. Anvendelsen af flere membranenheder fører således ikke til en forøget sikkerhed.

Dersom mælk med et lavt fedtindhold mikrofiltreres efter samme princip som det, der anvendes ifølge US 5 685 990 (Saugmann et al.), dvs. hvor den første filtreringsenhed 20 har en væsentligt større porestørrelse end den anden filtreringsenhed, ville der være forholdsvis stor passage af bakterier og bakteriesporer gennem den første filtreringsenhed, der kun vil fungere som en indledende grovfiltrering, og den sikkerhed mod, at der slipper bakterier og sporer igennem i den behandlede mælk - især ved brud på den anden filtreringsenhed, vil være væsentligt mindre i sammenligning med det, der opnås 25 ved sammenkobling af to mikrofiltreringsenheder, der begge er effektive til at tilbageholde bakterier, i overensstemmelse med den foreliggende opfindelses idé.

Omfanget af opfindelsens anvendelighed vil fremgå af den efterfølgende detaljerede beskrivelse. Det skal imidlertid forstås, at den detaljerede beskrivelse og de specifikke 30 eksempler, idet de angiver foretrukne udførelsesformer for opfindelsen, blot gives til il- 9 DK 174656 B1 lustration, idet forskellige forandringer og modifikationer inden for opfindelsens rammer vil blive åbenbar for fagfolk på basis af den detaljerede beskrivelse.

Detaljeret beskrivelse af opfindelsen 5

Anlægget ifølge opfindelsen er velegnet til bakterieijemelse fra mælk med et lavt fedtindhold, som for eksempel kan være skummetmælk, der er fremstillet ved konventionel centrifugering. Anlægget kan således med fordel være kombineret med en centrifuge, og vil i så fald kunne omfatte en centrifugeringsenhed til opdeling af mælken i en flø-10 defraktion CR, en skummetmælksfraktion SM og eventuelt en slamfraktion SL, en ledning for skummetmælksfraktionen koblet til en første mikrofiltreringsenhed MF-I til opdeling af skummetmælksfraktionen SM i et spore- og bakterieholdigt første reten tat R-I og et første permeat P-I med lavere spore- og bakterieindhold, hvor MF-I er koblet til henholdsvis en ledning for R-l, og en ledning for P-I; hvor ledningen for P-I er kob-15 let til en anden mikrofiltreringsenhed MF-II til opdeling af det første permeat P-I i et andet retentat R-II og et andet permeat P-II, hvor MF-II er koblet til henholdsvis en ledning for R-II, der kan være udformet som en tilbageføringsledning til den første mikrofiltreringsenhed MF-I, og til en ledning for P-II.

20 I et sådant anlæg er centrifugeringsenheden endvidere koblet til en ledning for flødefraktionen CR. Denne flødeledning kan igen være koblet til en bakteriebekæmpelsesenhed, som igen er koblet til en ledning for den i bakteriebekæmpelsesenheden behandlede fløde koblet til en sammenføringsledning, hvortil også permeatledningen for det andet permeat P-II er koblet, på en sådan måde, at der i sammenføringsledningen opnås 25 forening af den behandlede fløde eller en del deraf og permeatet til dannelse af standardiseret mælk.

Med standardiseret mælk menes et mælkeprodukt, der ved sammenblanding af en mælkefraktion med et lavt fedtindhold og den nødvendige mængde af en mælkefraktion 30 med et højt fedtindhold, såsom fløde, er blevet indstillet til et ønsket fedtindhold, der er standardiseret for den pågældende produkttype.

DK 174656 B1 10

For at sikre, at bakterier og bakteriesporer tilbageholdes med samme effektivitet ved begge MF-enheder, således at kun få bakterier slipper igennem til permeatet i tilfælde af membranbrud, uanset om det er den første eller den anden MF-enhed, der er brudt sammen, foretrækkes det, at den første mikrofiltreringsenhed og den anden mikrofiltre-5 ringsenhed har i det væsentlige samme porestørrelse.

Således vil forskellen i de gennemsnitlige porestørrelser hos de to membranenheder være mindre end 50%, fortrinsvis mindre end 20%, især mindre end 10 %.

10 De mikrofiltreringsenheder, der indgår i anlægget ifølge opfindelsen, kan være af en hvilken som helst konventionel udformning. Som eksempler kan nævnes en udformning valgt blandt plade-og-ramme-systemet, et tubulært system, et spiralviklet system, et kassettesystem og hulfiber-princippet eller en kombination heraf.

15 Hver mikrofiltreringsenhed kan omfatte en eller flere mikrofiltreringsmembraner, der kan have en porestørrelse på 0,4 - 2,0 μιη, særligt foretrukket 0,4 - 1,8 μτη og især 0,8 - 1,4 μτη.

Det er væsentligt, at begge MF-enheder kan tilbageholde bakterier på effektiv måde.

20 Hvis der arbejdes med lidt forskellige porestørrelser, er det således væsentligt, at den øvre grænse på ca. 2,0 ^m i porestørrelse holdes. Ifølge en udførelsesform kan således den første mikrofiltreringsenhed have en porestørrelse på 0,8 - 2,0 μπι, mens den anden mikrofiltreringsenhed har en porestørrelse på 0,4 - 2,0 μπι.

25 De enkelte MF-enheder vil sædvanligvis blive indstillet således, at filtreringsfaktoren regnet som vægtmængde retentat i forhold til fødemængden er på 1 - 20 vægt% for hvert mikrofiltreringstrin.

Med anlægget ifølge opfindelsen kan man også udnytte fordelene ifølge DK 164 722 30 eller DK 169 510. Således kan ledningen for det første retentat (R-I) være koblet således at der sker sammenblanding af det første retentat (R-I) med flødeff aktionen (CR) 11 DK 174656 B1 før bakteriebekæmpelsesenheden. Alternativt kan ledningen for det første retentat (ΚΙ) være udformet som en tilbageføringsledning til centrifugeringsenheden. I sidstnævnte tilfælde kan også ledningen for det andet retentat (R-II) være sammenkoblet med en til cenfrifugeringsenheden hørende fødeledning, således at både R-I og R-II tilbagefø-5 res til centrifugeringsenheden som anvist ifølge DK 169 510.

Til yderligere forøgelse af sikkerheden kan anlægget ifølge opfindelsen omfatte tre eller flere seriekoblede membranenheder, hvor permeatledningen fra den anden membranenhed (MF-II) er koblet til en tredje membranfiltreringsenhed (MF-ΠΙ), hvis per-10 meatledning eventuelt er koblet til en eller flere efterfølgende membranfiltreringsenheder (MF-IV...), hvor hver permeatledning, bortset fra den sidste, er koblet til den efterfølgende membranfiltreringsenhed som fødeledning, og hvor fortrinsvis mindst en re-tentatledning er en tilbageføringsledning til indfødning til en forudgående membranfiltreringsenhed. Med en sådan udformning med mere end to MF-enheder kan sikkerhe-15 den yderligere forøges. Antallet af MF-enheder vil naturligvis blive valgt med hensyntagen til de forøgede anlægsudgifter og driftsudgifter, som vil være forbundet med et forøget antal MF-enheder. Imidlertid vil man for at kompensere for disse forøgede omkostninger have mulighed for at udforme og indstille de enkelte, specielt de seneste, MF-enheder til en højere fluks og dermed en højere kapacitet, f. eks med en lidt større 20 porestørrelse og/eller et forøget transmembrantryk, hvor tilbageholdelsen af bakterier i nogle tilfælde kan være lidt mindre effektiv for den enkelte MF-enhed. I dette tilfælde vil det øgede antal MF-enheder alligevel på effektiv måde reducere bakterietallet i det sidste permeat. Når der anvendes tre membran enheder, vil der ved membranbrud stadig være mindst to intakte MF-enheder, og der vil således næppe kunne ske en overskridel-25 se af de acceptable grænseværdier for bakterietallet i det sidste permeat. 1 nærværende beskrivelse og krav skal der med betegnelsen mikrofiltreringsenhed (MF-enhed) ikke alene forstås den ovenfor beskrevne grundmodel, men også mere sammensatte filtreringsanlæg, der principielt kan beskrives som flere MF-grundmodel-30 ler, der på kendt måde er sammenkoblet parallelt, i serie eller ved en kombination af serie- og parallel-kobling, når blot en sådan MF-enhed, set udefra, er opbygget med en DK 174656 B1 12 fødetilføringsledning, en retentatbortledningsledning og en permeatbortledningsled-ning. Eventuelle tilbageføringsledninger, der ikke fører materiale bort fra en sådan simpel eller mere kompliceret MF-enhed, skal i denne sammenhæng betragtes som en bestanddel af den pågældende MF-enhed.

5

Opfindelsen beskrives mere detaljeret i det følgende under henvisning til tegningen og et eksempel. På tegningen viser fig. 1 et principielt blokdiagram over et anlæg, hvor mælk først opdeles i fløde og 10 skummetmælk, skummetmælken mikrofiltreres ifølge opfindelsen, og hvor den mikro-filtrerede mælk sammenblandes med varmebehandlet fløde til opnåelse af standardiseret mælk, fig. 2 et principielt blokdiagram over et anlæg ifølge en udførelsesform hvor retentater-15 ne fra to mikrofiltreringstrin begge sammenblandes med ubehandlet fedtholdigt mælk og derpå føres til en centrifuge, fig. 3 et principielt blokdiagram over fire MF-enheder hvor retentateme fra de tre sidste enheder hver føres tilbage til den foregående MF-enhed, og 20 fig. 4 et principielt blokdiagram over fire MF-enheder hvor retentateme fra de tre sidste enheder samlet føres tilbage til den første MF-enhed.

På tegningen benyttes følgende forkortelser: 25 M: mælk CF: centrifugering CR: fløde SM: skummetmælk 30 SL: slam MF-I, MF-II osv.: første, anden osv. mikrofiltrering DK 174656 B1 13 BCT: behandling til bakteriebekæmpelse R-I, R-II osv.: første, andet osv. retentat P-I, P-II osv.: første, andet osv. permeat TCR: fløde, der er behandlet til bekæmpelse af bakterier 5 STM: standardiseret mælk.

Princippet ved fremgangsmåden og anlægget ifølge opfindelsen ses ud fra fig. 1, hvor fedtholdigt mælk (M) gennem en rørledning 2 føres til en centrifugeringsenhed 4, hvor mælken opdeles i en flødefraktion (CR) og en skummetmælksfraktion (SM), og hvor 10 der eventuelt kontinuerligt eller diskontinuerligt kan udskilles bakterieholdigt slam (SL). Skummetmælksfraktionen føres gennem en rørledning 6 til en første mikrofiltre-ringsenhed 8, hvor der sker en opdeling i et bakteriespore- og bakterieholdigt første retentat (R-I) og et bakteriespore- og bakteriefattigt første permeat (P-I). Retentatet (R-I) føres ved en første udførelses form gennem en rørledning 10, 28 tilbage til centrifuge-15 ringsenheden 4. Ved en alternativ udførelsesform føres det første retentat (R-I) gennem en rørledning 10, 30 sammen med flødefraktionen (CR) fra centrifugeringsenheden 4, for at blive behandlet sammen med flødefraktionen som beskrevet nedenfor. Flødefraktionen (CR) fra centrifugeringen, der også har et vist indhold af bakteriesporer og bakterier, føres gennem en rørledning 14 (ved den alternative udførelsesform sammen med 20 det første retentat (R-I)) til en bakteriebekæmpelsesenhed 16, f. eks. en steriliseringsenhed, hvor fløden steriliseres på konventionel måde eller behandles på en anden måde til bekæmpelse, dvs. drab, af bakterier og sporer. Den således behandlede fløde (TCR) ledes bort gennem en ledning 18 og kan efter ønske opdeles i en overskudsfløde, som ledes bort gennem en ledning 34, samt en andel, der føres til en sammenføringsledning 25 20 for at blive forenet med et nedenfor nærmere omtalt spore- og bakteriefattigt per meat (P-Π), hvorved der opnås standardiseret mælk. Om ønsket kan den overskydende fløde også udtages før behandlingen i enheden 16, f.eks. gennem en ledning 32.

Den allerstørste del af de bakterier og sporer, der er indeholdt i skummetmælksfraktio-30 nen fra centrifugeringen, opsamles som retentat ved mikrofiltreringen. Ved den første af de nævnte udførelsesformer bliver disse bakterier og sporer tilbageført med det før- 14 DK 174656 B1 ste retentat (R-I) til centrifugeringen. Her udskilles under centrifugeringen et slam (SL) med et stort indhold af bakterier og sporer.

Ved den alternative udførelsesform kombineres det første retentat (R-I) med flødefrak-5 tionen (CR) og behandles sammen med denne i enheden 16 til bekæmpelse af sporer og bakterier, f.eks. ved en varmebehandling, såsom varmesterilisation.

Det første permeat (P-I) fra den første mikrofiltreringsenhed 8 føres gennem en ledning 12 til en anden mikrofiltreringsenhed 22, hvor der sker en opdeling i et andet retentat 10 (R-II), der stadig kan indeholde en vis mængde sporer og bakterier, og et andet permeat (P-II), hvori indholdet af sporer og bakterier er yderligere nedsat sammenlignet med indholdet i det første permeat (P-I). Dette yderst rene andet permeat (P-II) føres gennem en ledning 26 til sammenføringsledningen 20, hvor det sammen med den behandlede flødefraktion blandes til opnåelse af standardiseret mælk (STM).

15

Det andet retentat (R-II) tilbageføres gennem en ledning 24 og forenes med skummetmælken (SM) fra centrifugeringsenheden 4 i ledningen 6 og indføres som fødemateria-le i den første mikrofiltreringsenhed 8.

20 I enkelte tilfælde kan der foreligge muligheder for en anden anvendelse af et eller flere bakterieholdige retentater efter en nødvendig varmebehandling. Ligeledes kan det forekomme, at der ikke opnås tilstrækkelig økonomisk fordel ved tilbageføring og dermed udnyttelse af retentatbestanddele. Bortset fra i disse mindre almindelige tilfælde vil det normalt være en væsentlig fordel at tilbageføre retentateme og dermed udnytte deres 25 værdifulde bestanddele. Især foretrækkes sådanne tilbageføringer, hvor man i overensstemmelse med læren fra DK 169 510 undgår varmebehandling af retentateme.

Fig. 2 viser et anlæg med en alternativ måde for tilbageføringen af det andet retentat, R-II. De dele, der også findes på fig. 1 har samme henvisningsnumre på fig. 2.1 dette 30 anlæg føres det andet retentat R-II gennem en ledning 36 sammen med det første retentat, R-I, fra ledningen 10 og videre gennem ledningerne 28 og 2 tilbage til centrifu- 15 DK 174656 B1 geringsenheden. R-II bliver hermed stadig tilbageført til MF-I, idet R-II følger vejen gennem ledningerne 36, 28 og 2, ad den relevante strømningsvej gennem centrifugeringsenheden 4 og videre gennem ledningen 6 til den første mikrofiltreringsenhed, M-I.

5 Fig. 3 og 4 viser skematisk to udførelsesformer blandt flere mulige for sammenkobling af mere end to MF-enheder, her vist med fire MF-enheder, under anvendelse af den grundlæggende idé bag opfindelsen, nemlig at seriekoblingen af MF-enhedeme sker ved, at permeatet fra en enhed føres som fødemateriale til den efterfølgende, og at re-tentateme, hvis disse ikke skal udnyttes på anden måde, føres tilbage til forudgående 10 MF-enheder. Tilbageføringen kan som vist på fig. 3 ske til den umiddelbart forudgående MF-enhed eller som vist på fig. 4 kan alle retentater, bortset fra det første, R-I, føres tilbage til den første MF-enhed, MF-I.

Eksempel 15 Nærværende eksempel belyser anvendelse af et anlæg ifølge opfindelsen med en udformning som vist på fig. 1, hvor det første retentat R-I i dette tilfælde føres gennem en ledning 28 tilbage til centrifugeringsenheden 4 efter det princip, der er kendt fra DK 169 510. Den på fig. 1 viste alternative ledning 30 er således udeladt.

20

Mikrofiltreringsmembraneme i de to MF-enheder, MF-I og MF-II, har porestørrelser på omkring 1 μτη og begge MF-enheder køres med en filtreringsfaktor på 10%, hvilket vil sige at 100 vægtdele fødemateriale opdeles i 10 vægtdele retentat og 90 vægtdele permeat.

25

Ved behandling af 1000 kg ubehandlet mælk pr. time opnås følgende massebalance for de enkelte fraktioner: 16 DK 174656 B1 Mængde Bakteriesporer Totalt antal bak- kg/h antal pr. ml terier pr. ml

Ubehandlet mælk (M) 1000 20 370.000

Ubehandlet mælk + retentat R-I 1110 70 450.000

Fløde (CR) 110 5 70.000

Skummetmælk (SM) 1000 60 420.000

Skummetmælk + retentat R-II 1099 60 420.900 R-I 110 600 1.210.000

Permeat P-I 989 <1 91 R-II 99 < 1 910 P-II 890 «< 1 «10

Idet opfindelsen nu er blevet beskrevet, vil det være åbenbart, at denne vil kunne varieres på mange måder. Sådanne variationer skal ikke betragtes som en afvigelse fra op-5 fmdelsens rammer, og alle sådanne modifikationer, som vil være nærliggende for fagfolk, skal også forstås som omfattet af de efterfølgende kravs rammer.

Claims (20)

1. Anlæg til behandling af mælk med et lavt fedtindhold, såsom skummetmælk, til 5 opnåelse af et nedsat spore- og bakterieindhold og et i det væsentlige uændret indhold af mælkeproteiner omfattende b) en fødel edning (6) for mælk koblet til bl) en mikrofiltreringsenhed (8; MF-I) til opdeling af skummetmælken 10 (SM) i et spore- og bakterieholdigt retentat (R-I) og et permeat (P-l) med lavere spore- og bakterieindhold, hvilken MF-enhed (8; MF-I) er koblet til henholdsvis b 1 a) en ledning (10) for retentat (R-I), og b 1 b) en ledning (12) for permeat (P-I); 15 kendetegnet ved, at der på permeatledningen (12, 26) efter mikrofiltreringsenheden (8; MF-1) er koblet e) en anden mikrofiltreringsenhed (22; MF-II) til opdeling af det første permeat (P-I) i et andet retentat (R-II) og et andet permeat (P-II), hvilken anden mikrofi Itrerings-enhed (22; MF-II) er koblet til henholdsvis 20 el) en ledning (24) for det andet retentat (R-II), der er udformet som en tilbageføringsledning til den første mikrofiltreringsenhed (8; MF-I), og til e2) en ledning (26) for det andet permeat (P-II), og 25 at hver mikrofiltreringsenhed (8, MF-I; 22, MF-II) har en porestørrelse på 0,4 - 2,0 μτη.

2. Anlæg ifølge krav 1 yderligere omfattende DK 174656 B1 a) en centrifugeringsenhed (4) til opdeling af mælk i en flødefraktion (CR), en fraktion, der udgør den nævnte mælk med et lavt fedtindhold, såsom en skummet-mælksfraktion (SM), og eventuelt en slamfraktion (SL), og b) en ledning (6) for skummetmælksfraktionen koblet til mikrofiltreringsenheden (8;

3. Anlæg ifølge krav 2 yderligere omfattende c) en ledning (14) for flødefraktionen (CR) koblet til en bakteriebekæmpelsesenhed 10 (16), som igen er koblet til en ledning (18) for den i enheden (16) behandlede fløde (TCR) koblet til d) en sammenføringsledning (20), hvortil også ledningen (26) for det andet permeat (P-II) er koblet, på en sådan måde, at der i sammenføringsledningen (20) opnås forening af den behandlede fløde (TCR) eller en del deraf og permeatet til dannel- 15 se af standardiseret mælk (STM).

4. Anlæg ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at den første mikrofiltreringsenhed (8) og den anden mikrofiltreringsenhed (22) har i det væsentlige samme porestørrelse. 20

5. Anlæg ifølge et hvilket som helst af kravene 1 - 3, kendetegnet ved, at forskellen i de gennemsnitlige porestørrelser hos de to membranenheder er mindre end 50%.

5 MF-I).

6. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver mikrofiltreringsenhed omfatter en 25 eller flere mikrofiltreringsmembraner med en udformning valgt blandt plade-og- ramme-systemet, et tubulært system, et spiralviklet system, et kassettesystem og hulfi-ber-princippet eller en kombination heraf.

7. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver mikrofiltreringsenhed omfatter en 30 eller flere mikrofiltreringsmembraner med en porestørrelse på 0,4 - 2,0 /tm. DK 174656 B1

8. Anlæg ifølge krav 7, kendetegnet ved, at porestørrelsen er 0,8 - 1,4 μτη.

9. Anlæg ifølge krav 7, kendetegnet ved, at den første mikrofiltreringsenhed har en porestørrelse på 0,8 - 2,0 μη\ og at den anden mikrofiltreringsenhed har en porestørrel- 5 se på 0,4 - 2,0 μτη.

10. Anlæg ifølge krav 2, hvor ledningen (10) for det første retentat (R-I) er udformet som en tilbageføringsledning (28) til centrifugeringsenheden (4).

11. Anlæg ifølge krav 10, hvor tilbageføringsledningen for det andet retentat (R-II) sammenkoblet i den nævnte rækkefølge omfatter en koblingsledning (36), tilbageføringsledningen (28), en til cenfrifiigeringsenheden (4) hørende fødeledning (2), den relevante strømningsvej gennem centrifugeringsenheden (4) samt skummetmælksledningen (6). 15

12. Anlæg ifølge krav 3, hvor ledningen (10) for det første retentat (R-I) med en ledning (30) er sammenkoblet med ledningen (14) for flødefraktionen (CR), således at der sker sammenblanding af det første retentat (R-I) med flødeffaktionen (CR) før bakteriebekæmpelsesenheden (16). 20

13. Anlæg ifølge et hvilket som helst af de foregående krav omfattende yderligere én eller flere membranenheder, der er seriekoblede med den første og den anden menbra-nenhed, hvor permeatledningen (26) fra den anden membranenhed (22; MF-II) er koblet til en tredje membranfiltreringsenheder (MF-ΠΙ), hvis permeatledning eventuelt er 25 koblet til en eller flere efterfølgende membranfiltreringsenhed (MF-IV...), hvor hver permeatledning, bortset fra den sidste, er koblet til den efterfølgende membranfiltreringsenhed som fødeledning, og hvor mindst en retentatledning er en tilbageføringsledning til indfødning til en forudgående membranfiltreringsenhed.

14. Fremgangsmåde til behandling af mælk med et lavt fedtindhold, såsom skummet mælk, til opnåelse af mælk med et nedsat spore- og bakterieindhold og et i det væsent- DK 174656 B1 lige uændret indhold af mælkeproteiner, hvor skummetmælken underkastes mikrofil-trering til opdeling i et spore- og bakterieholdigt retentat og et permeat med et nedsat spore- og bakterieindhold, kendetegnet ved, at permeatet fra mikrofiltreringen underkastes en yderligere mikrofiltrering i et anlæg ifølge krav 1. 5

15. Fremgangsmåde ifølge kravl4, hvor man yderligere inde mikrofiltreringen centrifugerer fedtholdigt mælk til opnåelse af en flødefraktion og en spore- og bakterieholdig reaktion af mælk med lavt fedtindhold, såsom en skummetmælksfraktion.

16. Fremgangsmåde til behandling af mælk til opnåelse af standardiseret mælk med et nedsat spore- og bakterieindhold, hvor mælken centrifugeres under opdeling i en spore-og bakterieholdig flødefraktion og en spore- og bakterieholdig skummetmælksfraktion, hvor den bakterieholdige skummetmælksfraktion underkastes en første mikrofiltrering til opdeling i et spore- og bakterieholdigt første retentat og en skummetmælksfraktion 15 med et nedsat spore- og bakterieindhold som et første permeat, hvor det første permeat underkastes en anden mikrofiltrering til opdeling i et andet retentat og et andet permeat, hvor det andet retentat tilbageføres til indfødningssiden af det første mikro-filtreringstrin og hvor man efter en bakteriebekæmpende behandling af flødefraktionen sammenblander denne, eller en del deraf, med det andet permeat til opnåelse af mælk 20 med det ønskede fedtindhold.

17. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 14 - 16, hvor der i de to mi-krofiltreringstrin anvendes i det væsentlige samme membranporestørrelse.

18. Fremgangsmåde ifølge krav 15, hvor det spore- og bakterieholdige retentat fra det første mikrofilteringstrin føres tilbage til centrifugen.

19. Fremgangsmåde ifølge krav 18, hvor retentatet fra det andet mikrofilteringstrin sammenblandes med retentatet fra det første mikrofiltreringstrin og før tilbageføringen 30 til det første mikrofiltreringstrin underkastes fraseparation af fløde i centrifugeringstrinnet. DK 174656 B1

20. Fremgangsmåde ifølge krav 16, hvor det spore- og bakterieholdige retentat fra det første mikrofilteringstrin føres sammen med flødefraktionen og underkastes en bakte-riebekæmpende behandling sammen med denne. 5