Untersuchung der Ultrafiltration und ihrer Aussichten in der Milchindustrie

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Ultrafiltration, auch UF genannt, ist ein Filtrationsprozess, bei dem eine Membran zur selektiven Konzentration von Proteinen, Fetten und unlöslichen Salzen verwendet wird. Es handelt sich um ein druckgetriebenes Crossflow-Filtrationsverfahren, bei dem die Feedlösung senkrecht zur Richtung des Filtratflusses fließt. Mit diesem Verfahren können Partikel mit einer Porengröße von 0,01 bis 0,1 µm bei einem Betriebsdruck und einer Temperatur von 30 bis 100 psi bzw. 40 bis 80 Grad Fahrenheit abgetrennt werden. Die gebräuchlichsten Membrantypen sind polymere (organische) und keramische (anorganische) Membranen.

Laut dem in Allied Market Research veröffentlichten Bericht soll der weltweite Markt für Ultrafiltrationsmembranen bis 2031 ein Volumen von 3,7 Milliarden US-Dollar erreichen, verglichen mit einem Wert von 1,5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021. Das UF-Verfahren findet in der Lebensmittelindustrie breite Anwendung, darunter die Herstellung von Sojaproteinisolat, die Konzentration von Eiweiß und Gelatinelösungen, die Klärung von Obst- und Gemüsesäften und Bier, um nur einige zu nennen.

Die Milchindustrie nutzt UF auch für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter:

UF wird von verschiedenen Regierungsbehörden auf der ganzen Welt reguliert, um die Sicherheit und Qualität von Milchprodukten zu gewährleisten, die mit dieser Technologie hergestellt werden. In den Vereinigten Staaten sind sowohl die Food and Drug Administration (FDA) als auch das US-Landwirtschaftsministerium (USDA) für die Regulierung der Verwendung von UF bei der Herstellung von Milchprodukten verantwortlich. MPCs und MPIs, die mit UF hergestellt werden, müssen die gleichen Standards erfüllen wie solche, die mit anderen Methoden hergestellt werden.

Darüber hinaus gibt es spezifische Richtlinien für die Herstellung und Kennzeichnung von MPCs und MPIs, einschließlich Anforderungen an die verwendbaren Milchsorten und die anwendbaren Prozesse. Darüber hinaus wurden spezifische Standards festgelegt, um die Verwendung von UF bei der Herstellung von Käse und anderen aus Milch hergestellten Milchprodukten zu regeln.

Trotz der vielen Vorteile bringt UF auch einige Herausforderungen mit sich, die berücksichtigt werden sollten. Eines der Hauptprobleme von UF sind die relativen Kosten im Vergleich zu anderen Filtrationsmethoden wie Mikrofiltration und Umkehrosmose. Darüber hinaus können UF-Membranen anfällig für Verschmutzungen sein, was ihre Effizienz im Laufe der Zeit verringern kann. Fouling kann jedoch durch die Auswahl des richtigen Membranmoduls, der richtigen Prozesskonfiguration, der Membranreinigung und der Vorbehandlung reduziert werden. Die Membranreinigung erfolgt, wenn der Transmembrandruck ansteigt oder der Permeatfluss abnimmt. Zu den Faktoren, die die Lebensdauer von Membranen erheblich beeinflussen können, gehören die richtige CIP-Temperatur und -Zeit, der pH-Wert der verwendeten Reinigungsmittel und die Aufrechterhaltung idealer Turbulenzen während der Reinigung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ultrafiltration in der Milchindustrie ein erhebliches Potenzial zur Trennung von Milchproteinen, zur Verbesserung der Produktqualität und -stabilität sowie zur Rückgewinnung wertvoller Inhaltsstoffe aus Nebenprodukten bietet. Obwohl es sich bei UF um ein vielseitiges und effizientes Filtrationsverfahren handelt, das auf eine Vielzahl von Milchprodukten anwendbar ist, ist es wichtig, seine Kosten und Wartungsanforderungen zu berücksichtigen, wenn man entscheidet, ob es sich um die richtige Filtrationstechnologie für eine bestimmte Anwendung handelt.

Verweise:

Kumar, P., Sharma, N et al., (2013) Perspective of Membrane Technology in Dairy Industry: A review. Asiatische Australier.J. Anim. Wissenschaft. Bd. 26, Nr. 9: 1347-1358.

Reig, M., Vecino, X., et al., (2021) Einsatz von Membrantechnologien in der Milchindustrie: Ein Überblick. Lebensmittel, 10.2768

Deepti P Karumathil, Ph.D., CFS, CFSM, fungiert als Forschungs- und Entwicklungsmanager (F&E) für die Molkereiabteilung bei HEB, San Antonio, Texas. Deepti leitet die Entwicklung und Einführung neuer Produkte, darunter fermentierte und ultrafiltrierte Milchprodukte. Sie ist stolze Trägerin der Auszeichnung „Produkt des Jahres“ 2020 und 2022 und wurde 2021 mit dem HE-B Innovation Award ausgezeichnet. Sie verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung in den Bereichen Milch- und Lebensmittelwissenschaft. Darüber hinaus ist Deepti seit 2012 aktives Mitglied von IFT und leistet einen Beitrag in der Dairy Foods Division von IFT.