NO323595B1 - Anlegg og fremgangsmate for behandling av melk - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret fremgangsmåte og et forbedret anlegg for behandling av melk slik at det oppnås melk med et redusert innhold av sporer og bakterier, hvori melk med lavt fettinnhold, såsom skummet melk, blir utsatt for mikrofiltrasjon som forårsaker en separasjon i en spore- og bakterieholdig supernatant og et filtrat i form av en melkefraksjon, hvor innholdet av melkeproteiner er hovedsakelig opprettholdt og innholdet av sporer og bakterier er betydelig redusert.

Den behandlede melk med lavt fettinnhold kan anvendes i denne formen eller kan blandes med en fet melkefraksjon, såsom fløte, som er blitt utsatt for en bakteriekontrollerende behandling, f.eks. varmebehandling slik at det produseres standardisert melk.

Den behandlede melk og den standardiserte melk er begge egnet for direkte konsumpsjon og som råmateriale for fremstilte meieriprodukter, f.eks. for å lage ost. Forbedringen i fremgangsmåten og anlegget finnes i et spesielt arrangement av utstyr for membranfiltrasjon som gir en mer effektiv fjerning av bakterier og sporer, og som er mer sikker i tilfelle av et sammenbrudd av membranen.

Den danske trykkede og aksepterte søknad nr. 164.722 og det korresponderende EP-patent nr. 0 194 286 (Holm et al.) beskriver et anlegg for behandling av melk på en slik måte at melken har et lavt bakterieinnhold. Fet melk blir separert ved sentrifugering i en fløtefraksjon og en skummet melk fraksjon. Den skummede melk fraksjonen blir forårsaket å passere gjennom et mikrofilter hvori fettkulene og bakteriene blir adskilt. Mikrofiltreringen resulterer i et filtrat som består av skummet melk med et lavt bakterieinnhold og et konsentrat som har et høyere innhold av fett og bakterier enn filtratet. Konsentratet blir kombinert med fløtefraksjonen som er et resultat av sentrifugeringen og den oppnådde blanding blir sterilisert. Det steriliserte materialet eller en del derav blir kombinert med filtratet for å oppnå melk med det ønskede fettinnhold. Fordelen med denne kjente metode er at bare en liten del av melken trenger å bli sterilisert for ikke desto mindre å oppnå standardisert melk med et lavt bakterieinnhold. Kombinasjonen av en sentrifugeseparasjon og mikrofiltrering tilveiebringer en signifikant øket kapasitet av mikrofilteret.

DK 169 510 og den tilsvarende EP 0 697 816 (Krabsen et al.) beskriver et lignende anlegg hvori supernatanten som er et resultat av mikrofiltreringen imidlertid blir resirkulert til en sentrifugeseparator, dvs. blandet med den tilsatte melken og sentrifugert derved, istedenfor å bli kombinert med fløtefraksjonen. Bakterier og sporer som således blir resirkulert til sentrifugeseparatoren blir imidlertid ikke akkumulert i anlegget, idet de kontinuerlig eller diskontinuerlig blir fjernet med en slamfraksjon. Denne muligheten til å fjerne slam er kjent fra mange konvensjonelle sentri fugeseparatorer.

Mikrofiltreringsprosesser som bruker kryssgjennomstrømningsprinsippet, dvs. prosessen brukt i de ovennevnte anlegg, kan utføres ved å anvende konvensjonelle mikrofiltrasjonsenheter med forskjellige strukturelle fasonger. Som en basismodell kan en mikrofiltreringsenhet (MF-enhet) med kryssgjennomstrømning dannes av en beholder oppdelt av en mikrofiltreringsmembran i to kammere, et innmatings-/supernatantkammer og et filtratkammer. Supernatantkammeret er tilveiebragt med et innmatingsrør for å mate materialet som skal filtreres og et supernatantutløp. Filtratkammeret er tilveiebragt med et filtratutløp. Mellom supernatantkammeret og filtratkammeret blir det opprettet en trykkforskjell som presser væsken og de små partiklene gjennom membranen. Matematerialet blir matet gjennom supernatantkammeret fra én side langs membranen. På den andre siden av supernatantkammeret blir supernatanten fjernet, hvor nevnte supernatant består av væske og partiklene som ikke har passert gjennom membranen til filtratkammeret gjennom passasjen langs membranen. For å forhindre at membranoverfiaten blir tilsølt altfor hurtig, noe som forårsaker tetting av membranporene, bør ikke gjennomstrømningshastigheten

(kryssgjennomstrømningshastighet) over membranoverfiaten være alfor lav. Dette

blir ofte sikret ved resirkulering av en del av supernatantstrømmen til materøret. Det er også velkjent å resirkulere en del av filtratet for å sikre et ensartet trykkfall,

hvor filtratkammeret i tillegg til filtratutløpet også er tilveiebragt med et innløp for å motta resirkulert filtrat. Dette prinsippet er beskrevet i US 4 105 547 (Sandblom). Slike resirkuleringsrør for supernatant eller filtrat som fører til det samme

respektive supernatantkammer eller filtratkammer fra hvilke nevnte materiale har strømmet, blir betraktet som komponenter som danner del av en basisk modell av mikrofiltreringsenheten.

For stor-skala anlegg kan et større membranareal være nødvendig og ofte blir dette oppnådd ved å koble sammen et lite eller stort antall av de ovennevnte basale modeller. Henholdsvis kan et stort filtreringsområde oppnås ved parallellkobling av flere basalmodeller. Dette prinsippet er f.eks. beskrevet i sammenheng med ultrafiltrering av lyse ved Rud Frik Madsen i «Hyperfiltration and Ultraftltration in Plate-and-Frame Systems», Elsevier, 1977, side 134, fig. 4.23. Det er også kjent å koble sammen flere filtreringsenheter i serier slik at den delen av supernatanten som resulterer fra den første enhet, som ikke er resirkulert, blir tilsatt som fødemateriale til den påfølgende filtreringsenhet, etc. Dette prinsipp er f.eks. vist i Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6<*> edition 1984, side 17-32, fig. 17-29.

WO 98/57549 (Lindquist) beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av kommersiell steril skummet melk. Den skummede melk blir behandlet med mikrofiltrering i ett eller flere trinn ved å bruke det ovenfor nevnte arrangement med filtreringsenheter i serier hvor supernatanten fra en MF-enhet blir ført til en følgende MF-enhet. For å sikre et sikkert lavt bakterietall i den behandlede melk er det nødvendig med en påfølgende varmebehandling ved 72-134<0>C.

US 5 685 990 (Saugmann et al.) beskriver hvordan å membranfiltrere en vandig dispersjon ved å anvende flere primære membranenheter koblet sammen på en slik måte at supernatanten eller en del av supernatanten som resulterer fra et membranfiltreringstrinn blir brukt som fødemateriale for én eller flere påfølgende trinn, mens filtratet fra nevnte primære filtrasjonstrinn blir konsentrert ved inndamping eller i et annet membranfiltreringstrinn, i hvilket konsentratet eller den andre supernatanten blir resirkulert til den vandige fødedispersjon i én eller flere av de primære filtreringstrinn. Som et essensielt trekk bør membranene i det andre membranfiltreringstrinnet ha en mindre porestørrelse eller molekylær cut-off verdi i relasjon til membranene i de første filtreringstrinnene. Eksempler på primære filtre er ultrafiltreringsfiltre (UF-filtre), mens de sekundære filtre kan være hyperfiltreringsfiltre (HF-filtre), som også er kjent som RO-filter, hvor RO angir reversert osmose.

WO 94/13148 (Bounous et al.) beskriver en fremgangsmåte til å fremstille et udenaturert myseproteinkonsentrat fra skummet melk, hvor mikrofiltrering blir utført i et første trinn med et mikrofilter som holder tilbake bakterier, men som tillater den skummede melken som inneholder både myseproteiner og andre melkeproteiner, såsom kasein, å passere gjennom filteret, og i et påfølgende trinn blir mikrofiltrering utført med en annen type mikrofilter som holder tilbake kasein, men tillater myseproteinene å passere. Den kjente metoden kan således ikke anvendes til å produsere en melkefraksjon i hvilke innholdet av alle typer melkeproteiner, dvs. både kasein og myseproteiner, blir hovedsakelig opprettholdt mens innholdet av sporer og bakterier blir betydelig redusert.

Anvendelse av mikrofiltrering til å fjerne bakterier fra en melkefraksjon med lavt fettinnhold, som beskrevet i DK 164.722 og DK 169.510 er fordelaktig ved at bakteriene kan fjernes uten varmebehandlig som er hovedsakelig mer mild på en melkekomponent. Som et resultat blir den gode smaken spart og en denaturering av proteiner og andre forandringer av melkens egenskaper kan unngås. I tillegg er det forhindret at melkefraksjonen inneholder varmebehandlede og således døde bakterier. Selv når den skummede melkefraksjonen i det påfølgende skal oppnå et ønsket fettinnhold ved å bli blandet med varmebehandlet fløte er resultatet fremdeles et forbedret produkt med hensyn på smak og bevaring av proteiner. Produkter behandlet på denne måte er egnet både for direkte konsumpsjon og som råmaterialer for prosesserte melkeprodukter, såsom yoghurt og ost.

Dagens mikrofiltreringsmembraner er meget pålitelige og ødeleggelse av membranen er meget sjelden. Skjønt muligheten for en ødeleggelse av membranen er meget liten kan ikke risikoen fullstendig ekskluderes. Membranødeleggelse forårsaker alvorlige problemer. Det er et problem - selv ved hyppig prøvetaging for å bestemme bakteriene - at resultatet av en slik bestemmelse vanligvis ikke er tilgjengelig før én eller flere dager etter prøvetaging. Således kan flere dager passere før det kan bli sikkert om filtratet fra mikrofiltreringen har et altfor høyt bakterieinnhold. Når ikke-industrialisert melk blir produsert blir den vanligvis tappet kort etter mikrofiltreringen og av denne årsak eksisterer risikoen for at store mengder av melk enten må kastes eller brukes til andre ting. Tappet melk kan imidlertid allerede ha blitt distribuert til forretningene og videre til konsumentene før det høye bakterielle innholdet er blitt funnet, som kan føre til tilbaketrekning av melken og være en helserisiko for konsumentene. Slike hendelser kan være meget ødeleggende for goodwill og økonomien til meieriet.

De ovennevnte alvorlige problemene i sammenheng med membranødeleggelser fører til at autoritetene som regel krever at mikrofiltrert melk for konsumpsjon må være utsatt for et minimum av varmebehandling, f.eks. pasteurisering ved 72°C i 15 sek. som et supplement til mikrofiltreringen. Dette er primært krevd for å eliminere nærvær av patogene bakterier.

Den supplementære varmebehandlingen begrenser de ovenstående fordeler ved anvendelse av mikrofiltrering istedenfor den konvensjonelle bakterienedbrytning ved varmebehandling. I tillegg ved denne milde pasteuriseringen skjer uønskede forandringer i melkens egenskaper - skjønt i en komparativt liten skala.

Det er således et behov for å utføre mikrofiltrering av melk på en mer sikker måte, hvorved skadene forårsaket av en membranødeleggelse praktisk talt blir totalt unngått og fortrinnsvis på en slik måte at den supplerende pasteurisering blir erklært overflødig.

Det er derfor en hensikt å tilveiebringe en mikrofiltreringsmetode for melk uten overnevnte ulemper. Denne hensikt er oppnådd med foreliggende oppfinnelse, kjennetegnet ved det som fremgår av de vedlagte krav.

Det er nå blitt funnet at den ønskede økede sikkerhet kan oppnås ved å bruke minst to membranenheter sammenkoblet på en spesiell måte.

Den foreliggende oppfinnelse angår således et anlegg til å behandle melk med lavt fettinnhold, såsom skummet melk, for å oppnå et redusert innhold av sporer og bakterier og et hovedsakelig uforandret innhold av melkeproteiner, hvor nevnte anlegg omfatter et materør for melk koblet til en første mikrofiltreringsenhet, MF-I, adskillelse av melken i en spore- og bakterie-holdig første supernatant R-I, og et første filtrat, P-I, med et lavere innhold av sporer og bakterier, hvor nevnte mikrofiltreringsenhet, MF-I, er koblet til et rør for første supernatant, R-I, og et rør for det første filtrat, P-I. Anlegget er karakterisert ved at etter mikrofiltreringsenheten, MF-I, blir substratrøret koblet til en andre mikrofiltreirngsenhet, MF-II, for å adskille det første filtrat, P-I, i den andre supernatant, R-II, og et andre filtrat, P-II, hvor nevnte andre mikrofiltreringsenhet, MF-II, blir koblet til et rør for den andre supernatant, R-II, i form av et resirkuleringsrør som fører til første mikrofiltreirngsenhet, MF-I, og til et rør for det andre filtrat, P-II.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til å behandle melk med lavt fettinnhold, såsom skummet melk, for å oppnå en melk med et redusert innhold av sporer og bakterier og et hovedsakelig uforandret innhold av melkeproteiner, hvor melken blir utsatt for mikrofiltrering som forårsaker en separasjon i en spore- og bakterie-holdig supernatant og et filtrat med et redusert innhold av sporer og bakterier, hvor nevnte fremgangsmåte er karakterisert ved at filtratet som resulterer fra mikrofiltreringen blir utsatt for en ytterligere mikrofiltrering.

I henhold til en foretrukket utforming av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen blir supernatanten fra det andre mikrofiltreringstrinn resirkulert til matesiden for det første mikrofiltreringstrinn.

Den spesielle koblingen av to eller eventuelt flere mikrofiltreringsenheter øker sikkerheten signifikant, idet produkt gjennomstrømningen, det vil si det andre filtrat, har passert gjennom to uavhengige mikrofiltreringsmembraner. Idet muligheten til en ødeleggelse av mikrofiltreringsmembranene er meget liten, som nevnt ovenfor, er samtidig ødeleggelse av begge mikrofiltreringsmembranene i stor grad usannsynlig.

Konvensjonelle filtreringsprosesser kan utføres som såkalte blindveifiltreringer, i hvilke en væske som inneholder et sediment blir ført gjennom et filter som holder sedimentet tilbake og tillater filtratet å passere gjennom filteret. Ulempen med blindveifiltrering er at åpningene i filteret tettes hurtig, hvorved gjennomstrømningen gjennom filteret, fluksen, hurtig faller til et uakseptabelt lavt nivå. Følgelig er blindveifiltrering primært blitt brukt for makrofiltrering, hvor åpningene i filteret overskrider 5-10 p.m og hvor sedimentet består av komparativt store partikler, slik at filterkaken har egnede åpninger til å tillate filtratet å passere derigjennom.

Blindveifiltrering kan vanligvis ikke anvendes ved membranfiltrering som inkluderer mikrofiltrering hvor åpningene eller porene for passasje gjennom membranen er mindre enn 2-5 um og hvor partiklene eller molekylene som skal tilbakeholdes som «sediment», typisk er av en størrelse bare noe større enn porene, idet filteret tettes alfor hurtig. Det ovennevnte kryssgjennomstrømningsprinsipp løser dette problem idet sedimentet blir fjernet som en flytende fase, supernatanten, som i teori kan betraktes som en dispersjon av sediment i et dispersjonsmedium. I dette tilfellet har dispersjonsmediet hovedsakelig den samme sammensetning som filtratet.

Fordelen med kryssgjennomstrømning er den økede fluks som er en betingelse for operativ økonomi. En ulempe er at en del av materialet som er ment å overføres til filtratet forblir i supernatanten. I slike tilfeller hvor filtratet inneholder det ønskede endeprodukt blir supernatanten konvensjonelt utsatt for en ytterligere separasjonsbehandling, f.eks. en ytterligere membranfiltrering. Den konvensjonelle seriekoblingen av flere membranenheter er således basert på prinsippet som f.eks. er beskrevet i Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6<Ih> edition 1984, sider 17-32, fig. 17-29, i hvilke supernatanten fra den første membranfiltreringsenheten blir ført til en påfølgende enhet. Den foreliggende oppfinnelse avviker fra dette konvensjonelle prinsipp ved at i dette tilfelle er det filtratet og ikke supernatanten fra den første enheten som blir utsatt for en ytterligere mikrofiltrering.

Ved mikrofiltrering av melk med lavt fettinnhold for fjerning av bakterier og bakterielle sporer, ved å anvende kryssgjennomstrømningsprinsippet, vil en del av melkeproteinet og andre melkekomponenter, som ville ha vært vedifulle komponenter i produktet, dvs. ideelt overført til filtratet, strømme ut med supernatanten. Videre vil også en liten mengde av sporer og bakterier, som burde ha blitt tilbakeholdt av filteret, passere gjennom membranen til filtratet på grunn av variasjoner i porestørrelsene til membranene, hvorved et lite antall porer kan være tilstede i en tilstrekkelig stor størrelse for å tillate noen bakterier og særlig bakterie sporer å passere derigjennom.

I tilfelle av en ødeleggelse av én av MF-enhetene har det andre filtratet, ved å bruke den spesielle kobling av MF-enheter i henhold til oppfinnelsen, en noe høyere bakterietall som blir detektert ved de regulære bakteriologiske kontrolltestene. Økningen i den bakterielle telling er imidlertid bare relativt beskjeden slik at produktet tappet i denne tidsperioden fra membranødeleggelsen til resultatet av kontroll testen blir kjent fremdeles har et bakterietall som er innenfor aksepterte grenser.

Den ovenstående fordel blir ikke oppnådd når den konvensjonelle membranenhetkoblingen brukes. I den konvensjonelle parallellkoblingen blir det bare oppnådd et øket membranareal, et sammensatt system av membraner koblet i parallell opererer i virkeligheten som en enkel membranenhet som har en stor overflate.

I den konvensjonelle seriekoblingen beskrevet i Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6tb edition 1984, sider 17-32, fig. 17-29, hvori supernatanten fra den første membranenhet blir ført som matematerial til den påfølgende membranenhet, tillater en ødeleggelse av bare én membranenhet tillater bakterier direkte tilførsel til produktgjennomstrømningen. Anvendelse av flere membranenheter øker således ikke sikkerheten.

I det tilfellet hvor melk med lavt fettinnhold blir mikrofiltrert i henhold til prinsippet brukt i US 5 685 990 (Saugmann et al.), dvs. at den første filtreringsenhet har en betydelig større porestørrelse enn den andre filtreringsenhet, passerer et komparativt stort antall bakterier og bakteriesporer gjennom den første filtreringsenhet, som således bare virker som en preliminær grovfiltrering, hvoretter sporene og bakteriene blir tilbakeholdt av den andre filtreringsenhet. I dette tilfelle blir prevensjonen av bakterier og sporer som passerer inn i den behandlede melk - spesielt ved en ødeleggelse av en andre filtreringsenhet - betydelig mindre sammenlignet med risikoen med to sammenkoblede mikrofiltreringsenheter, hvor begge effektivt tilbakeholder bakterier i henhold til foreliggende oppfinnelses idé.

Utstrekningen av anvendbarheten av oppfinnelsen vises i den følgende detaljerte beskrivelse. Det skal imidlertid forstås at den detaljerte beskrivelse og de spesifikke eksemplene bare er inkludert for å illustrere foretrakkede utforminger og at forskjellige forandringer og modifikasjoner innenfor beskyttelsesområdet vil være klart for personer med kunnskap på området på basis av den detaljerte beskrivelse.

Anlegget i henhold til oppfinnelsen er egnet til fjerning av bakterier fra melk med lavt fettinnhold, såsom skummet melk, fremstilt ved konvensjonell sentrifugering. Anlegget kan fordelaktig kombineres med en sentrifugalseparator og kan således omfatte en sentrifugalseparatorenhet for å separere melken i en fløtefraksjon CR, en skummet melk fraksjon SM og eventuelt en slamfraksjon SL; et rør for den skummede melk fraksjonen koblet til en første mikrofiltreringsenhet MF-I for å separere den skummede melkefraksjonen SM i et spore- og bakterie-holdig første supernatant R-I og et første filtrat med et lavere innhold av sporer og bakterier, hvor MF-I er koblet til et rør for R-I og et rør for P-I og røret for P-I er koblet til en andre mikrofiltreringsenhet MF-II for å adskille det første filtrat P-I i en andre supernatant R-II og et andre filtrat P-II, hvor MF-II er koblet til et rør for R-II eventuelt i form av et resirkuleringsrør som fører til henholdsvis den første mikrofiltreringsenhet MF-I og til et rør for P-II.

I et slikt anlegg er sentrifugalseparatorenheten ytterligere koblet til et rør for fløtefraksjonen CR. Fløterøret kan i sin tur kobles til en bakteriekontrollerende enhet som i sin tur er koblet til et rør for fløten behandlet i den bakteriekontrollerende enhet, hvor nevnte rør er koblet til et forenende rør til hvilke røret for det andre filtrat P-II er koblet, på en slik måte at den behandlede fløte eller en porsjon derav og filtratet blir forenet i det forenede røret slik at det dannes standardisert melk.

Betegnelsen standardisert melk beskriver et melkeprodukt hvori ved å blande fraksjonen bestående av melk med lavt fettinnhold og den nødvendige mengde av en melkefraksjon med et høyt fettinnhold, såsom fløte, er blitt justert til et ønsket fettinnhold standardisert for produkttypen det er snakk om.

For å sikre at bakterier og bakteriesporer blir tilbakeholdt like effektivt i begge MF-enhetene slik at bare få bakterier passerer gjennom til filtratet i tilfelle av en membranødeleggelse - uten hensyn til hvilken MF-enhet som er ødelagt - er det foretrukket at den første mikrofiltreringsenhet og den andre mikrofiltreringsenhet har hovedsakelig samme porestørrelse.

Således skiller den gjennomsnittelige porestørrelsen til de to membranenhetene seg mindre enn 50 %; fortrinnsvis mindre enn 20 % og mest fortrinnsvis mindre enn 10 % fra hverandre.

Mikrofiltreringsenhetene som danner del av anlegget i henhold til oppfinnelsen kan ha enhver konvensjonell fasong. Eksempler herav er enhver type valgt fra plate og rammesystem, et rørformet system, et spiralsystem, et kassettsystem, og et hult fiberprinsipp eller en kombinasjon derav.

Hver mikrofiltreringsenhet kan omfatte én eller flere mikrofiltreringsmembraner som fortrinnsvis har porestørrelse som varierer fra 0,1-2,0 um, særlig fortrinnsvis fra 0,4-1,8 um og mest fortrinnsvis fra 0,8-1,4 |im.

Det er essensielt at begge MF-enheter er i stand til å tilbakeholde bakterier effektivt. Hvis noe forskjellig porestørrelse blir anvendt er det således essensielt at den øvre grense på ca. 2,0 fim i porestørrelse blir opprettholdt. I henhold til en utforming kan den første mikrofiltreringsenhet ha en porestørrelse som varierer fra 0,8-2,0 nm, mens den andre mikrofiltreringsenhet har en porestørrelse som varierer fra 0,1-2,0 um.

Hver MT-enhet er vanligvis tilpasset slik at filtrasjonsfaktoren beregnet som vektmengde av supernatant i relasjon til matemengden varierer fra 1-20 vekt% for hvert mikrofiltreringstrinn.

Ved å bruke anlegget i henhold til oppfinnelsen kan fordelene i henhold til

DK 164 722 eller DK 169 510 også oppnås. Røret for den første supernatanten (R-I) kan således kobles slik at den første supernatanten (R-I) blir blandet med fløtefraksjonen (CR) før den bakteriekontrollerende enhet. Alternativt kan røret for den første supernatanten (R-I) være i form av et resirkuleringsrør som fører til sentrifugalseparatorenheten. I det siste tilfellet kan røret for den andre supernatanten (R-II) kobles til et materør for sentrifugalseparatorenheten slik at både R-I og R-II blir resirkulert til sentrifugalseparatorenheten som lært i DK 169 510.

For ytterligere å øke sikkerheten kan anlegget i henhold til oppfinnelsen omfatte tre eller flere membranenheter koblet i serier, i hvilke filtratrøret fra den andre membranenhet (MF-II) er koblet til en tredje membranfiltreringsenhet (MF-III), hvor filtratrøret derav eventuelt er koblet til én eller flere påfølgende membranfiltreringsenheter (MF-IV...) og i hvilke hvert filtratrør unntagen det siste er koblet til den påfølgende membranfiltreringsenhet som dets materør og i hvilke minst ett supernatantrør er et resirkulasjonsrør for mating til den foregående membranfiltreringsenhet. Ved å bruke en slik utforming som omfatter mer enn to MF-enheter er sikkerheten ytterligere øket. Antallet MF-enheter blir naturlig valgt med et blikk på de økte initielle kostnadene og de operasjonelle kostnadene som opptrer i forbindelse med et øket antall MF-enheter. For imidlertid å kompensere for disse økede kostnadene er det mulig å forme og justere de individuelle, spesielt den siste, MF-enheter for en høyere fluks og således for en høyere kapasitet, f.eks. med noe større porestørrelse og/eller et øket transmembrantrykk, hvor tilbakeholdelse av bakterier kan være noe mindre effektivt for den individuelle MF-enhet. I dette tilfelle vil det økede antall MF-enheter fremdeles effektivt redusere bakterietallet i det siste filtratet. Når tre membranenheter blir brukt vil minst to intakte MF-enheter forbli i tilfelle av en membranødeleggelse og det er således usannsynlig at de aksepterte grenser for bakterietall i det siste filtratet blir overskredet.

I den foreliggende beskrivelse og krav betegner betegnelsen mikrofiltreringsenhet (MF-enhet) ikke bare den ovennevnte basale modell, men også mer komplekse filtrasjonsanlegg som i prinsippet kan beskrives som flere MF-basale modeller parallellkoblet på en kjent måte, i serier eller ved en kombinasjon av serie og parallellkobling, forutsatt at en slik MF-enhet (når den ses fra utsiden) blir tilveiebragt med materør, et supernatantdrenerende rør og et filtratdrenerende rør. I denne sammenheng vil ethvert resirkulasjonsrør, som ikke fører materialet vekk fra en slik enkel eller mer kompleks MF-enhet, betraktes som en komponent av MF-enneten det er snakk om.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen er beskrevet i større detalj nedenfor med referanse til de vedlagte tegninger og et eksempel, i hvilke fig. 1 illustrerer et flytdiagram av prinsippet til et anlegg, hvori melk blir initielt separert i fløte og skummet melk, og i hvilke den mikrofiltrerte melk blir blandet med varmebehandlet fløte slik at det oppnås standardisert melk,

fig. 2 illustrerer et flytdiagram av prinsippet til et anlegg i henhold til en utforming, i hvilke supernatanten fra de to mikroflltreirngstrinnene er blandet med ubehandlet fet melk og deretter ført til en sentrifugal separator,

fig. 3 illustrerer et flytdiagram av prinsippet for fire MF-enheter, i hvilke supernatantene fra hver av de siste tre enheter blir resirkulert til den foregående MF-enhet, og

fig. 4 illustrerer et flytskjema av prinsippet med fire MF-enheter, i hvilke supernatanten fra hver av de siste tre enheter sammen blir resirkulert til den første MF-enhet.

I tegningen er følgende forkortelser brukt:

M: melk

CF: sentrifugering

CR: fløte

SM: skummet melk

SL: slam

MF-I, MF-II, etc: første, andre, etc. mikrofiltrering

BCT: bakteriekontrollerende behandling

R-I, R-II, etc: første, andre, etc. supernatant

P-I, P-II, etc: første, andre, etc. filtrat

TCR: fløte behandet med bakteriekontrollerende behandling

STM: standardisert melk

Beste måte til å utføre oppfinnelsen

Prinsippet til fremgangsmåten og anlegget i henhold til oppfinnelsen er klart fra fig. 1 i hvilke fet melk (M) føres gjennom et rør 2 til en sentrifugalseparatorenhet 4.1 sentrifugalseparatorenheten 4 blir melken separert i en fløtefraksjon (CR) og en skummet melk fraksjon (SM) og eventuelt kontinuerlig eller diskontinuerlig kan bakterieholdig slam (SL) separeres av deri. Den skummede melk fraksjonen blir ført gjennom et rør 6 til en første mikrofiltreringsenhet 8, hvor det finner sted en separasjon i en bakteriespore- og bakterieholdig første supernatant (R-I) og et første filtrat (P-I) med et lavt innhold av bakterielle sporer og bakterier. I en første utforming blir supernatanten (R-I) resirkulert til sentrifugalseparatorenheten 4 gjennom et rør 10, 28.1 en alternativ utforming blir supernatant (R-I) ført gjennom et rør 10, 30 sammen med fløtefraksjonen (CR) fra sentrifugalseparatorenheten 4 til behandling med fløtefraksjonen som beskrevet nedenfor. Fløtefraksjonen (CR) som resulterer fra sentrifugeringen som inneholder noen bakterielle sporer og bakterier blir ført gjennom et rør 14 (i den alternative utforming sammen med den første supernatanten (R-I)) til den bakteriekontrollerende enhet 16, f.eks. en sterilisasjonsenhet, hvori fløten blir sterilisert på konvensjonell måte eller behandlet på en annen måte for å kontrollere, dvs. ødelegge, bakterier og sporer. Den derved behandlede fløte (TCR) blir ført gjennom et rør 18 og kan hvis ønsket separeres i overskuddsfløte som føres gjennom et rør 34, såvel som en porsjon som blir ført til det forenede rør 20 for å bli forenet med et filtrat (P-II) med et lavt innhold av sporer og bakterier, som er beskrevet detaljert nedenfor, slik at det oppnås standardisert melk. Hvis ønsket kan overskuddsfløten også fjernes før behandlingen i enhet 16, f.eks. gjennom et rør 32.

Mesteparten av bakterier og sporer som er inneholdt i den skummede melk fraksjonen som kommer fra sentrifugeringen blir oppsamlet i form av en supernatant ved mikrofiltrering. I den første av nevnte utforminger blir disse bakterier og sporer resirkulert med den første supernatanten (R-I) til sentrifugeringen, hvor et slam (SL) med et høyt innhold av bakterier og sporer blir adskilt gjennom sentrifugeringen.

I den alternative utformingen blir den første supernatanten (R-I) kombinert med fløtefraksjonen (CR) og behandlet sammen i enhet 16 for å kontrollere sporer og bakterier, f.eks. ved varmebehandling, såsom varmesterilisering.

Det første filtrat (P-I) som kommer fra den første mikrofiltreringsenhet 8 blir ført gjennom et rør 12 til en andre mikrofiltreringsenhet 22, hvori separasjon finner sted i en annen supernatant (R-II) som fremdeles kan inneholde noen mengder av sporer og bakterier, og et annet filtrat (P-II) i hvilke innholdet av sporer og bakterier er ytterligere redusert sammenlignet med innholdet derav i det første filtratet (P-I). Dette ekstremt rene andre filtrat (P-II) blir ført gjennom et rør 26 til det forenende rør 20, hvori det blir blandet med den behandlede fløtefraksjon slik at det oppnås standardisert melk (STM).

Den andre supernatant (R-II) blir resirkulert gjennom et rør 24 og forent med den skummede melken (SM) som kommer fra sentrifugalseparatorenheten 4 i røret 6 og matet som matemateriale inn i den første mikrofiltreringsenhet 8.

I noen tilfeller kan én eller flere av de bakterieholdige supernatantene anvendes for andre hensikter etter nødvendig varmebehandling. Det kan også skje at en tilstrekkelig økonomisk fordel ikke kan oppnås ved resirkulering og således ved utnytting av supernatantkomponentene. Bortsett fra disse heller uvanlige tilfellene, er det vanligvis en signifikant fordel i å resirkulere supernatantene og således å utnytte deres verdifulle komponenter. Slike resirkulasjoner er spesielt foretrukket når, i henhold til læren i DK 169 510, varmebehandling av supernatanten kan unngås. Fig. 2 illustrerer et anlegg med en alternativ resirkulasjonsmåte av den andre supernatant, R-II. Komponentene, som også er vist i fig. 1, har de samme referansenummerne i fig. 2.1 dette anlegget blir den andre supernatanten R-II ført gjennom et rør 36 sammen med den første supernatanten, R-I, fra røret 10 og videre gjennom røret 28 og 2 tilbake til sentrifugalseparatorenheten. R-II blir således fremdeles resirkulert til MF-I, hvor R-II følger veien gjennom rørene 36, 28 og 2 langs den relevante strømningsveien gjennom sentrifugalseparatorenheten 4 og videre gjennom røret 6 som fører til en første mikrofiltreringsenhet M-I. Fig. 3 og 4 er diagram som viser to utforminger valgt fra flere mulige utforminger for å sammenkoble mer enn to MF-enheter, hvorav her vist med fire MF-enheter, ved å bruke oppfinnelsens grunnidé, dvs. at seriekoblingen av MF-enhetene finner sted ved å føre filtratet fra én enhet som fødemateriale til den påfølgende enhet, og ved å resirkulere supernatantene til de foregående MF-enheter, forutsatt at supernatantene ikke blir benyttet på en annen måte. Som vist i fig. 3 kan resirkulasjonen finne sted øyeblikkelig før MF-enneten eller som vist i fig. 4 til den første MF-enhet, MF-I.

Eksempel

Det foreliggende eksempel illustrerer anvendelse av et anlegg i henhold til

oppfinnelsen med en utforming som vist i fig. 1, i hvilken den første supernatanten R-I i dette tilfellet blir ført gjennom et rør 28 tilbake til sentrifugalseparatorenhet 4 i henhold til prinsippet kjent fra DK 169 510. Det alternative rør 30 vist i fig. 1 har således blitt tatt vekk.

Mikrofiltreringsmembranene i de to MF-enhetene MF-I og MF-II har en porestørrelse på ca. 1 jun og begge MF-enhetene opererer med en filtreringsfaktor på 10 %, som betyr at 100 vektdeler av matematerialet blir delt i 10 vektdeler supernatant og 9 vektdeler filtrat.

Ved å behandle 1000 kg ubehandlet melk pr. time blir følgende massebalanse oppnådd for de individuelle fraksjoner:

Ovennevnte beskrivelse av oppfinnelsen viser at det er klart at den kan varieres på mange måter. Slike variasjoner skal ikke bli betraktet som et avvik fra oppfinnelsens idé og alle slike modifikasjoner som er selvsagt for personer med kunnskap på området skal også betraktes som omfattet av området til de påfølgende krav.

Claims (22)

1. Anlegg til å behandle melk med lavt fettinnhold, såsom skummet melk, for å oppnå et redusert innhold av sporer og bakterier og et hovedsakelig uforandret innhold av melkeproteiner, hvor nevnte anlegg omfatter b) et materør (6) for melk koblet til bl) en mikrofiltreringsenhet (8; MF-I) for å separere melken (SM) i en spore- og bakterieholdig supernatant (R-I) og et filtrat (P-I) med et lavere innhold av sporer og bakterier, hvor nevnte MF-enhet (8; MF-I) er koblet til henholdsvis bla) et rør (10) for supernatanten (R-I) og blb) et rør (12) for filtratet (P-I), karakterisert ved at etter mikrofiltreringsenheten (8; MF-I) er filtratrøret (12) koblet til e) en andre mikrofiltreringsenhet (22; MF-II) for å separere det første filtrat (P-I) i en andre supernatant (R-II) og et andre filtrat (P-II), hvor nevnte andre mikrofiltreringsenhet (22; MF-II) er koblet til henholdsvis el) et rør (24) for den andre supernatant (R-II) i form av et resirkulasjonsrør til den første mikrofiltreringsenhet (8; MF-I) og til e2) et rør (26) for det andre filtrat (P-II).

2. Anlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ytterligere omfatter a) en sentrifugalseparatorenhet (4) for å separere melk i en fløtefraksjon (CR), en fraksjon som består av nevnte melk med lavt fettinnhold, såsom skummet melk fraksjon (SM) og eventuelt en slamfraksjon (SL), og b) et rør (6) for den skummede melk fraksjonen koblet til mikrofiltreringsenheten (8; MF-I).

3. Anlegg som angitt i krav 2, karakterisert ved at det ytterligere omfatter c) et rør (14) for fløtefraksjonen (CR) koblet til en bakteriekontrollerende enhet (16) som i sin tur er koblet til et rør (18) for fløten (TCR) behandlet i enhet (16) og koblet til d) et forenende rør (20) til hvilke røret (26) for det andre filtrat (P-II) også er koblet, på en slik måte at den behandlede fløte (TCR) eller en del derav og filtratet blir forenet i det forenende rør (20) slik at det dannes standardisert melk (STM).

4. Anlegg som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den første mikrofiltreringsenhet (8) og den andre mikrofiltreringsenhet (22) har hovedsakelig den samme porestørrelse.

5. Anlegg som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at den gjennomsnittelige porestørrelsen på de to membranenhetene adskiller seg mindre enn 50 % fra hverandre.

6. Anlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver mikrofiltreringsenhet omfatter én eller flere mikrofiltreringsmembraner av en type valgt blant plate- og rammesystem, et tubulært system, et spiralviklet system, et kassettsystem og et hult fiber prinsipp eller en kombinasjon derav.

7. Anlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver mikrofiltreringsenhet omfatter én eller flere mikrofiltreringsmembraner med en porestørrelse som varierer fra 0,1-2,0 um.

8. Anlegg som angitt i krav 7, karakterisert ved at porestørrelsen varierer mellom 0,8-1,4 um.

9. Anlegg som angitt i krav 7, karakterisert ved at den første mikrofiltreringsenheten har en porestørrelse som varierer fra 0,8-2,0 um og den andre mikrofiltreringsenheten har en porestørrelse som varierer fra 0,1-2,0 jam.

10. Anlegg som angitt i krav 2, karakterisert ved at røret (10) for den første supernatanten (R-I) er formet som et resirkulasjonsrør (28) til sentrifugalseparatorenheten (4).

11. Anlegg som angitt i krav 10, karakterisert ved at resirkuleringsrøret for den andre supernatanten (R-II) koblet sammen omfatter et koblingsrør (36), et sirkulasjonsrør (28), et materør (2) som fører til sentrifugalseparatorenheten (4), den relevante gjennomstrømningsvei gjennom separasjonsenheten (4) og det skummede melk røret (6), som alle er koblet sammen i nevnte sekvens.

12. Anlegg som angitt i krav 3, karakterisert ved at røret (10) for den første supernatanten (R-I) med et rør (30) er koblet til røret (14) for fløtefraksjonen (CR) slik at den første supernatanten (R-I) blir blandet med fløtefraksjonen (CR) før den bakteriekontrollerende enhet (16).

13. Anlegg som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den ytterligere omfatter én eller flere membranenheter, hvor den første og den andre membranenhet er koblet i serie, og hvori filtratrøret (26) fra den andre membranenhet (22; MF-II) er koblet til en tredje membranfiltreringsenhet (MF-III), hvor filtratrøret derav eventuelt er koblet i én eller flere påfølgende membranfiltreringsenheter (MF-IV...), hvori hvert filtratrør bortsett fra det siste er koblet til den påfølgende membranfiltreringsenheten som et materør og hvori minst ett supernatantrør er et resirkuleringsrør for mating til en forutgående membranfiltreringsenhet.

14. Fremgangsmåte til å behandle melk med lavt fettinnhold, såsom skummet melk, slik at det oppnås melk med et redusert innhold av sporer og bakterier og et hovedsakelig uforandret innhold av melkeproteiner, hvor melken blir utsatt for mikrofiltrering som forårsaker en separasjon i en spore- og bakterieholdig supernatant og et filtrat med et redusert innhold av sporer og bakterier, karakterisert ved at filtratet som resulterer fra mikrofiltreringen blir utsatt for en ytterligere mikrofiltrering.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at supernatanten fra det andre mikrofiltreringstrinn blir resirkulert til matesiden for det første mikrofiltreringstrinn.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 14 eller 15, til fremstilling av en melkefraksjon med lavt fettinnhold og redusert innhold av sporer og bakterier, hvori fettholdig melk sentrifugeres for å oppnå en fløtefraksjon og en spore- og bakterieholdig melkefraksjon med lavt fettinnhold, såsom en skummet melk fraksjon, og utsetter den bakterieholdige melkefraksjonen med lavt fettinnhold for en første mikrofiltrering til separasjon i en første supernatant og et første filtrat, karakterisert ved at det første filtrat utsettes for en andre mikrofiltrering til separasjon i en andre supernatant og et andre filtrat, hvor det andre filtratet oppsamles som melkefraksjonen med lavt fettinnhold og redusert innhold av sporer og bakterier.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 14 eller 15, hvor den oppnådde melkefraksjon med lavt fettinnhold og redusert innhold av sporer og bakterier benyttes til å oppnå standardisert melk med et lavt spore- og bakterieinnhold, hvor fettholdig melk sentrifugeres for å oppnå en fløtefraksjon og en spore- og bakterieholdig melkefraksjon med lavt fettinnhold, så som en skummet melk fraksjon, hvor den spore- og bakterieholdige melkefraksjonen med lavt fettinnhold utsettes for en første mikrofiltrering til separasjon i en spore- og bakterieholdig første supernatant og et første filtrat, karakterisert ved at det første filtrat utsettes for en andre mikrofiltrering til separasjon i en andre supernatant og et andre filtrat, og at etter en bakteriebekjempende behandling av fløtefraksjonen blander denne, eller en del derav, med det andre filtrat for å oppnå den standardiserte melk med det ønskede fettinnhold.

18. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 14-17, karakterisert ved at hovedsakelig den samme membranporetørrelsen blir brukt i de to filtrasjonstrinnene.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 16, karakterisert ved at den spore- og bakterieholdige supernatanten som resulterer fra det første mikrofiltreringstrinnet blir resirkulert til sentrifugeringsseparatoren og sentrifugeringen finner sted under betingelser hvori det i tillegg til fløtefraksjonen og skummet melk fraksjonen separeres en slamfraksjon, hvor nevnte slamfraksjon inneholder betydelig del av de tilstedeværende sporer og bakterier.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at supernatanten som resulterer fra det andre mikrofiltreringstrinnet blir blandet med supernatanten som resulterer fra det første mikrofiltreringstrinnet og før de er resirkulert til det første mikrofiltreringstrinnet blir de utsatt for en separasjon fra fløten i sentrifugeringsseparasjonstrinnet.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 17, karakterisert ved at den spore- og bakterieholdige supernatanten fra det første mikrofiltreringstrinnet blir forenet med fløtefraksjonen og utsatt for en felles bakteriekontrollerende behandling derav.

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 16 eller 17, karakterisert ved at den første supernatanten fra det første mikrofiltreringstrinnet og den andre supernatanten fra det andre mikrofiltreringstrinnet blir forenet med fløtefraksjonen og utsatt for en felles bakteriekontrollerende behandling derav.