DE4319813C2 - Verfahren zur Herstellung von steriler Milch durch dynamische Mikrofiltration - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von steriler Milch durch dynamische MikrofiltrationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Milch, und zwar entweder von Vollmilch oder von Magermilch,
mit einem verringerten Bakteriengehalt und das Produkt dieses
Verfahrens.
Das bekannte Pasteurisierungsverfahren zur Abtötung von Bakterien
in Milch wird seit vielen Jahrzehnten eingesetzt. Al
lerdings beeinträchtigen die beim Pasteurisierungsverfahren
erforderlichen hohen Temperaturen den Geschmack der Milch.
Ferner werden beim Pasteurisierungsverfahren selbst bei An
wendung hoher Temperaturen nicht alle unerwünschten Bakterien
beseitigt, was zu einer kurzen Haltbarkeitsdauer der meisten
Milchprodukte führt.
Bacillus cereus ist oft das vorherrschende Bakterium in ver
gleichsweise alter Milch, die auf herkömmliche Weise behan
delt worden ist, da es das Pasteurisierungsverfahren überle
ben kann und bei niedrigen Temperaturen gedeiht, was den Ver
derb der Milch fördert. Es besteht ein allgemeiner Bedarf an
einem Verfahren zur Verringerung des Bakteriengehalts in
Milch, und zwar sowohl in Vollmilch als auch in Magermilch.,
um die Haltbarkeit des Produkts zu erhöhen und seinen Ge
schmack durch Verzicht auf das Pasteurisierungsverfahren zu
verbessern.
Von großer wirtschaftlicher Bedeutung ist auch der Bedarf,
das sehr teure und arbeitsintensive Verteilungsverfahren, das
derzeit erforderlich ist, um die Milch zum Verbraucher zu
bringen, überflüssig zu machen. Es ist derzeit für jede Mol
kerei erforderlich, nach der Verarbeitung der Rohmilch durch
Homogenisieren und andere Stufen die Milch für die Verteilung
an die Verbraucher in Behälter zu füllen und diese Milch un
ter Kühlung zu transportieren. Dies erfordert es für jede
Molkerei, eine erhebliche Zahl von Kühlwägen anzuschaffen und
zu unterhalten, um die verarbeitete Milch an den Ort der Ver
teilung zum Verbraucher zu transportieren. Durch Bereitstel
lung eines sterilen oder nahezu sterilen Milchprodukts wäre
es möglich, die Notwendigkeit des Transports der Milch unter
derartiger Kühlung überflüssig zu machen. Allerdings wird mit
dem Pasteurisierungsverfahren nur Milch mit einem verringer
ten Bakteriengehalt bereitgestellt, nicht jedoch ein steriles
Produkt.
Wenn ein steriles Milchprodukt hergestellt werden könnte,
wäre es ferner möglich, auch auf die Lagerung der Milch am
Ort der Verteilung unter Kühlung zu verzichten. Es wäre eben
falls von einem beachtlichen wirtschaftlichen Vorteil, wenn
große Kühlabteile in typischen Lebensmittelgeschäften entfal
len könnten.
Selbst bei Anwendung des heutigen Pasteurisierungsverfahrens
ist es in einigen Fällen von besonderem Interesse, vor der
Pasteurisierung eine Milch mit einem verringerten Bakterien
gehalt zu erhalten. Zum Beispiel kann eine bestimmte Menge
Rohmilch so stark kontaminiert sein, daß die bloße Pasteuri
sierung nicht zu einer angemessenen Haltbarkeit, bezogen auf
heutige Standards, führt.
Für einige Anwendungen ist es darüberhinaus wünschenswert,
eine behandelte Milch bereit zustellen, in der der Bakterien
gehalt sehr stark, z. B. auf 1/100 des ursprünglichen Werts,
verringert ist. Es ist insbesondere wichtig, Milch mit einem
vergleichsweise niedrigen Bakteriengehalt für die Herstellung
von Käse bereitzustellen, da falsche Bakterienkulturen den
Käse zerstören können. Es ist normalerweise nicht zweckmäßig,
die Milch für die Verwendung in der Käseproduktion einfach in
einem ausreichenden Maß mit Wärme zu behandeln, da eine der
artige Wärmebehandlung zu einer geringeren Menge an Käse füh
ren und auch die Koagulationszeit ungünstig beeinflussen
kann. Herkömmlicherweise werden Additive eingesetzt, um das
Problem zu verringern. In vielen Fällen wäre es jedoch wün
schenswert, die Verwendung derartiger Additive zu vermeiden.
Verschiedene Verfahren zur Verringerung der Bakterienzahl in
Milch durch Filtration sind dem Fachmann bekannt, aber keines
der Verfahren hat eine allgemeine Akzeptanz gefunden. Die
Verfahren nach dem Stand der Technik führen entweder zu einer
niedrigen Durchflußgeschwindigkeit, was das Verfahren bei An
wendung in großem Maßstab unwirtschaftlich macht, oder sie
beeinträchtigen die Qualität der Milch, so daß die Verbrau
cher das Produkt nicht annehmen.
Der Einsatz herkömmlicher Filtrationseinrichtungen zur Her
stellung von Milch mit einem verringerten Bakteriengehalt ist
versucht worden. Die schwedische Patentveröffentlichung
380 422 beschreibt ein Verfahren, bei dem Vollmilch durch Mi
krofiltration in Filtrat- und Konzentratfraktionen aufgeteilt
wird. Das Filtrat, das durch die Poren des Filters tritt (die
Größe der Poren liegt im allgemein im Bereich von 0,1 µm bis
10 µm), besteht aus Milch mit einem weitgehend verringerten
Fettgehalt, und das Konzentrat, das auf der Oberfläche des
Filters zurückgehalten wird, besteht aus Rahm, da nicht nur
Bakterien, sondern auch Fettkügelchen weitgehend durch den
Filter zurückgehalten werden.
Die veröffentlichte schwedische Patentanmeldung SE-A-6715081
beschreibt ein Verfahren zur Sterilisierung von Milch, in dem
das Fett zunächst aus der Vollmilch abgetrennt wird. Sodann
wird die Fettfraktion mittels Wärme sterilisiert, und die Ma
germilchfraktion wird durch Abfiltrieren der Bakterien steri
lisiert (es sind keine Filterporengrößen angegeben). Schließ
lich werden die sterilisierten Fett- und Magermilchfraktionen
wieder miteinander vermischt, wobei man ein steriles Milch
produkt erhält. Um die Magermilchfraktion durch Abfiltrieren
der Bakterien zu sterilisieren, muß die Porengröße im Filter
so gering sein, daß ihn keine Bakterien passieren können, was
zu geringen Durchsatzgeschwindigkeiten und der unerwünschten
Zurückhaltung von Fettkügelchen und Proteinen aus der Milch
führt.
US-Patent 5 064 674 betrifft ein Verfahren zur Herstellung
hypoallergener Milch durch Ultrafiltrationsmethoden unter
Einsatz von Membranen, die die Passage von Molekülen mit
einem Molekulargewicht von etwa 5 kDa oder weniger ermögli
chen. Die ausgeschlossenen Komponenten, die von der Membran
zurückgehalten werden, umfassen Milchprotein, lebensfähige
und nicht-lebensfähige Bakterien, bakterielle Proteinantigene
und Milchfett. Das beim Ultrafiltrationsverfahren aufge
fangene Filtrat ist daher nicht nur frei von Bakterien und
bakteriellen Proteinantigenen, sondern auch von Fett und von
Milchprotein, was das Produkt als solches ungeeignet für die
Verwendung als Milch macht.
Es ist also offensichtlich, daß die Poren von auf diesem
Fachgebiet verwendeten Bakterienfiltern, die bei der
Sterilisation von Milch wirksam sind, nicht nur die Bakterien
entfernen, sondern auch die Fettkügelchen und mindestens
einige der Proteine. Derartige Filter werden schnell durch
zurückgehaltenes Material verstopft; daher fällt die
Durchflußgeschwindigkeit durch den Filter rasch ab, und der
Filter muß häufig gereinigt oder ersetzt werden. Die hohen
Kosten eines derartig ineffizienten Verfahrens verhindern im
allgemeinen seine Anwendung. Da der Filter ferner Fettkügel
chen und Proteine zurückhält, wird auch die Qualität der
Milch beeinträchtigt.
Aus der vorstehenden Diskussion ist offensichtlich, daß ein
fortdauernder Bedarf an einem verbesserten Milchfiltrations
verfahren besteht, mit dem ein steriles oder fast steriles
Produkt bereitgestellt werden kann, das eine verbesserte
Haltbarkeit aufweist, wobei das Verfahren die Qualität der
Milch nicht beeinträchtigt.
Bisher sind einige Versuche unternommen worden, Querstrom-
oder Tangentialstrom-Filtrationsvorrichtungen zur Behandlung
von Milch einzusetzen, wobei derartige Vorrichtungen in die
sem Fachgebiet bekannt sind.
Mehrere Arten von Filtrationsvorrichtungen sind beschrieben
worden, die es ermöglichen, eine derartige Tangentialstrom-
oder Querstrom-Filtration durchzuführen. Die vielleicht älte
ste bekannte derartige Vorrichtung, die im sowjetischen Pa
tent 142 626 (Zhevnovatyi, A.I.) beschrieben wurde, wird aus
einem Rohr aus porösem Material, das innerhalb eines zweiten
Rohres befestigt ist, gebildet, wobei die zu filtrierende
Suspension unter einer Last bei hoher Geschwindigkeit in den
ringförmigen Raum zwischen den beiden Rohren tritt und das
Filtrat innerhalb des porösen Rohres strömt. Bei verbesserten
Vorrichtungen mit ähnlicher Konstruktion werden zwei konzen
trische Zylinder verwendet, wobei der innere Zylinder durch
eine mikroporöse Membran gebildet wird und die Flüssigkeit
einer erzwungenen helikoidalen Strömung um den inneren Zy
linder unterworfen wird.
Weitere Querstromfiltrationsvorrichtungen umfassen eine Reihe
von Filterelementen, die in Form von Platten oder Scheiben
übereinander angeordnet sind. Auf beiden Oberflächen davon
sind mikroporöse Membranen, z. B. um ein Filtratsammelrohr,
angeordnet, wobei die zu filtrierende Suspension eine Scheibe
nach der anderen auf einem helikoidalen Weg passiert.
Viele weitere Formen von Querstromfiltrationssystemen sind
entwickelt worden. Zum Beispiel betrifft US-Patent 5 009 781
eine Querstromfiltrationsvorrichtung mit einem Filtratnetz
werk, das eine Reihe von in Längsrichtung angeordneten Fil
tratkammern und einen oder mehrere- Filtratkanäle, die die
Kammern schneiden, umfaßt. US-Patent 5 035 799 betrifft eine
Querstromfilteranordnung mit Filterblattanordnungen, die par
allel innerhalb eines Filtertanks angeordnet sind, wobei die
einströmende Flüssigkeit unter Druck steht, um einen tur
bulenten Querstrom der Flüssigkeit über die Medien zu erzeu
gen.
US-Patent 5 015 397 betrifft eine Querstromfiltrations
vorrichtung und ein Verfahren unter Verwendung eines Rohrs
aus helikoidal aufgerolltem Profildraht. Kontaminierte Flüs
sigkeit tritt an einem Ende ein. Beim Strömen durch das Rohr
erhöht sich ihre Konzentration an Verunreinigungen, während
geklärte Flüssigkeit durch die Rohrwand tritt. US-Patent
5 047 154 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verstärkung der Durchflußgeschwindigkeit von
Querstromfiltrationssystemen. US-Patent 4 569 759 betrifft
eine Tangentialstromfiltrationsvorrichtung und eine Anlage,
die eine derartige Vorrichtung umfaßt.
Eine Querstromfiltration unterscheidet sich von einer Durch
lauffiltration grundlegend darin, daß die zugeführte Flüssig
keit parallel zur Filteroberfläche eingeführt wird und die
Filtration in einer Richtung senkrecht zur Richtung des
Stroms der zugeführten Flüssigkeit erfolgt. Bei Querstromfil
trationssystemen wird im allgemeinen die Anreicherung von ab
filtrierten Feststoffen auf dem Filtermedium durch die Scher
wirkung der Strömung verringert, da die Strömungsrichtung der
zugeführten Flüssigkeit tangential zur Membranoberfläche ist.
Die Querstromfiltration ermöglicht daher einen quasi-statio
nären Betrieb mit einem nahezu konstanten Durchfluß, wenn die
Antriebsdruckdifferenz konstant gehalten wird. Allerdings ist
diese theoretische Möglichkeit in der Praxis bisher nicht er
reicht worden. Bei herkömmlichen Querstromfiltrationssystemen
besteht also das Problem der Abnahme des Filtrationsdurch
flusses. Ein Großteil der suspendierten Feststoffe wird an
der Wand des Rohrs zurückgehalten, und es bildet sich schnell
eine dynamische Membran (die auch als "Filterkuchen" oder
"Filterrückstand" bezeichnet wird). Die dynamische Membran
ist weitgehend verantwortlich für die nachfolgend auftretende
Filtration.
Diejenigen Teilchen, die zu Anfang in die Wandmatrix eintre
ten, werden schließlich darin gefangen, und zwar aufgrund der
unregelmäßigen und schlangenförmigen Beschaffenheit der
Porenstruktur. Bei fortschreitender Mikrofiltration wird das
Eindringen weiterer kleiner Teilchen in die Wandmatrix durch
die Gegenwart der dynamischen Membran gehemmt. Die Bildung
der dynamischen Membran, zusammen mit einer möglichen Ver
stopfung der Porenstruktur des Rohrs durch eingefangene Teil
chen, führt zu einem Abfall des Filtrationsdurchflusses. Bei
herkömmlichen Systemen steht dieser Abfall ungefähr in einer
exponentiellen Beziehung zur Filtrationszeit.
Die Querstromfiltration von Milch ist versucht worden, sie
ist jedoch aufgrund der vorstehend diskutierten Probleme
nicht allgemein akzeptiert worden. US-Patent 5 028 436 be
trifft ein Verfahren zur Trennung der gelösten und ungelösten
Bestandteile der Milch, und zwar unter Verwendung einer mi
kroporösen Membran mit einer Porengröße im Bereich von 0,1
bis 2 µm, die mit einer wäßrigen Lösung, einer Dispersion
oder einer Emulsion von Lipiden oder Peptiden behandelt wor
den ist. Das Patent betrifft auch mit der vorbehandelten Mem
bran getrennte Milch. Beim Verfahren dieses Patents wird eine
erste Filtrationsstufe unter Verwendung einer mikroporösen
Membran in einem Tangentialstrommodus eingesetzt. Man erhält
ein klares Filtrat und ein dicklich fließendes Konzentrat.
Das Filtrat enthält alle Salze, Lactose, Aminosäuren, Oligo
peptide und Polypeptide mit geringem Molekulargewicht in der
natürlichen, nicht-denaturierten Form, und das Konzentrat
enthält praktisch das gesamte Kasein und die Fettkomponenten
der Milch. Das Filtrat kann daher nicht als "Milch" betrach
tet werden, da alle Fettsubstanzen daraus entfernt worden
sind.
US-Patent 4 876 100 betrifft ein Querstromfiltrationsver
fahren zur Herstellung von Milch mit einem verringerten Bak
teriengehalt. Rohmilch wird durch Zentrifugationstrennung in
eine aus Rahm bestehende Fraktion und eine weitere, aus
Magermilch bestehende Fraktion getrennt. Die Magermilchfrak
tion wird in einen Mikrofilter geleitet, in dem ein Teil der
Fettkügelchen, der Proteine und der Bakterien abgetrennt
wird. Aus dem Mikrofilter erhält man ein Filtrat, das aus
Magermilch mit einem verringerten Gehalt an Fett, Proteinen
und Bakterien besteht, und ein Konzentrat mit einem erhöhten
Gehalt, an Fett, Proteinen und Bakterien. Das Konzentrat wird
anschließend sterilisiert. Das Filtrationsverfahren des
US-Patents 4 876 100 verringert also außer dem Bakteriengehalt
im Filtrat auch dessen Fett- und Proteingehalt, es verändert
also die Eigenschaften des Filtrats gegenüber denjenigen der
ursprünglichen Magermilch.
Die Anwendung der Querstromfiltration hat bis heute also of
fensichtlich nicht zu einem akzeptablen Verfahren zur Verrin
gerung bakterieller Verunreinigungen in Milch geführt.
Es wurde eine Möglichkeit zur Überwindung der mit der klassi
schen Querstromfiltrationstechnologie verbundenen Probleme
entwickelt, die als dynamische Mikrofiltration bekannt ist.
Das dynamische Filtrationsverfahren überwindet die Nachteile
der klassischen Querstromtechnologie, da die zu filtrierende
Flüssigkeit nicht einfach tangential über die Membranoberflä
che geleitet wird. Die Membranoberfläche oder ein fester Kör
per nahe der Membranoberfläche werden bewegt, so daß die
Flüssigkeit an der Grenzfläche zwischen dem Rotor und dem
Stator einer Scherwirkung unterworfen wird. Die Scherwirkung
führt dazu, daß die Membranoberfläche "geschrubbt" wird, was
sie vergleichsweise frei von teilchenartigem Material hält
und verhindert, daß sich ein Filterkuchen auf der Mem
branoberfläche bildet. Das teilchenartige Material, das sich
anderenfalls auf der Membranoberfläche ansammeln würde,
bleibt suspendiert, und es wird schließlich durch einen se
kundären Strom, der im allgemeinen als Konzentratstrom be
zeichnet wird, entfernt.
Dynamische Mikrofiltrationssysteme können verschiedene Formen
annehmen. Zum Beispiel betreffen die US-Patente 5 037 562,
3 997 447 und 4 956 102 dynamische Mikrofiltrations- Schei
bensysteme.
Die US-Patente 4 956 102, 4 900 440, 4 427 552, 4 093 552,
4 066 554 und 3 797 662 sowie viele andere lehren zylindri
sche dynamische Mikrofiltrationsvorrichtungen.
Niemand hat bisher die dynamische Mikrofiltration auf die
Verarbeitung von Milch angewandt, und die Anwendung der Quer
stromfiltration auf Milch war begrenzt und ist hauptsächlich
zur Fraktionierung von Milch in Komponenten auf der Basis des
Fettgehalts angewandt worden.
Es ist nun überraschenderweise festgestellt worden, daß die
dynamische Mikrofiltration von Milch erfolgreich ohne die im
Stand der Technik aufgetretenen Probleme einer Verschlechte
rung der Milchqualität, einer vorzeitigen Verstopfung des
Filters und einer unzureichenden Entfernung von Bakterien
durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchge
führt werden kann.
Erfindungsgemäß wird Milch, und zwar entweder Vollmilch oder
Magermilch, zuerst homogenisiert und anschließend einer Fil
tration unterworfen. Durch die zuerst durchgeführte Homogeni
sierungsstufe wird die Teilchengröße der Fettkügelchen und
anderer großer, suspendierter Bestandteile der Milch wesent
lich verringert, was eine Mikrofiltration der Milch ohne we
sentliches Entfernen und Mitreißen von Fett oder anderen Kom
ponenten ermöglicht.
Milch ist eine Emulsion von Fett- und Proteinteilchen in Was
ser. Die Homogenisierung stellt ein Verfahren zur Verringe
rung der Emulsionsteilchengröße dar, um das Durchtreten durch
eine mikroporöse Membran mit einer geeigneten Porengröße zu
ermöglichen und darin enthaltene Bakterien zurückzuhalten,
ohne in unerwünschter Weise den Fett- und Proteinanteil der
Milch zu entfernen.
Nach der Homogenisierung wird die Milch unter Anwendung der
dynamischen Mikrofiltration filtriert. Die Erfindung stellt
auf diese Weise ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von Milch mit einem verringerten Bakteriengehalt bereit, ohne
daß eine Pasteurisierung erforderlich ist. Der Teil der
Milchfraktion, der durch den Mikrofilter zurückgehalten wird,
(die Konzentratfraktion), kann als Teil des zugeführten Mate
rials zurückgeführt werden, oder sie kann verworfen oder in
anderen Verfahren eingesetzt werden.
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung also ein Verfahren
zur Behandlung von Rohmilch zur Herstellung von behandelter
Milch mit einem im Vergleich zur Rohmilch geringeren Bakte
riengehalt bereit. Das Verfahren umfaßt die Homogenisierung
der Milch und innerhalb von 5 Minuten oder weniger nach der Homogeni
sierung eine dynamische Mikrofiltration der Milch, indem man
die Milch durch einen Mikrofilter mit einer mittleren Poren
größe, die ausreicht, den Bakteriengehalt der durchströmenden
Milch zu verringern, leitet, um ein Filtrat mit einem im Ver
gleich zur eingesetzten Rohmilch verringerten Bakteriengehalt
und ein Konzentrat mit einem im Vergleich zur eingesetzten
Rohmilch höheren Bakteriengehalt zu erhalten. Die erhaltene
Milch weist einen sehr niedrigen Bakteriengehalt, z. B. etwa
10³ Bakterien pro Milliliter oder weniger, auf, und sie be
hält mehr organoleptische Bestandteile als in pasteurisierter
Milch mit dem gleichen Bakteriengehalt gefunden werden.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Milch ist
im allgemeinen lagerfähiger als Milch, die durch herkömmliche
Pasteurisierung erhalten worden ist. Erhebliche restliche
Bakterienkonzentrationen verbleiben nach der Pasteurisierung
in Milch, da Milch natürlicherweise bestimmte Bakterien ent
hält, die das Pasteurisierungsverfahren überleben. Daher muß
pasteurisierte Milch weiterhin gekühlt werden, um das Bakte
rienwachstum zu verringern und einen Verderb zu verhindern.
Allerdings sind einige in Rohmilch vorhandene Bakterien
sowohl hitzeresistent (Bakterien, die die Pasteurisierung
überleben) als auch psychrotroph (Bakterien, die bei niedri
gen Temperaturen unterhalb 15°C gedeihen), wie Bacillus
cereus. Das Vorhandensein von hitzeresistenten, psychrotro
phen Bakterien in abgepackten Milchprodukten ist sehr schäd
lich, da ihr rasches Wachstum, selbst unter Kühlung, zu einem
Verderb der Milch führt.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sterile Milch
herzustellen, die selbst bei Raumtemperatur für längere Zeit
spannen, z. B. 30 Tage oder mehr, gelagert werden kann. Die
erfindungsgemäße sterile Milch kann durch die Abwesenheit von
Bakterien im allgemeinen und insbesondere durch die Abwesen
heit von Bakterien und pathogenen Mikroorganismen der folgen
den Aufstellung charakterisiert werden:
Hitzeresistente Bakterien | |
Micrococcus | |
M. luteus, M. roseus | |
Streptococcus | S. pneumoniae, S. lactis, S. faecalis |
Lactobacillus | L. delbrueckii, L. lactis, L. helveticus, L. casei, L. trichodes |
Staphylococcus | S. aureus, S. epidermidis |
Bacillus | B. cereus, B. subtilios, B. macerans, B. stearothermophilus |
Clostridium | C. bytyrium, C. pasteurianum, C. botulinum, C. perfringens, C. tetani |
Psychotrophe Bakterien | |||
Pseudomonas | |||
P. aeruginosa, P. fluorescens, P. pseudeomallei, P. mallei | |||
Archnomobacter @ | Alcaligenes @ | Acientobacter | A. lignieressii, A. equirli |
Flavobacterium | F. aquatile, F. menigosepticum | ||
Bacillus | B. cereus, B. subtilis, B. macerans, B. stearothermophilus |
Coliforme Bakterien |
Enterobacter |
E. coli, Salmonella Typhi, Shigella Dysenteriae, Klebsiella Pneumoniae |
Verschiedene |
Listeria |
L. monocytogenes |
Die erfindungsgemäß hergestellte Milch erfüllt und übertrifft typischer
weise die Anforderung, daß pasteurisierte Milch hoher Quali
tät bei Untersuchung auf einer Platte eine Bakterienzahl auf
weist, die 30 000 pro Milliliter nicht übersteigt, und eine
Zahl coliformer Bakterien aufweist, die 10 pro Milliliter
nicht übersteigt, wobei diese Werte nach Standardmethoden be
stimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird ein Verfahren zur Behandlung von Rohmilch zur Her
stellung von behandelter Milch mit einem im Vergleich zur
Rohmilch geringeren Bakteriengehalt bereitgestellt, das fol
gende Stufen umfaßt: (1) die Milch wird in eine Fettfraktion
mit einem Mindestfettgehalt von etwa 10% und eine Mager
milchfraktion getrennt; (2) die Magermilchfraktion wird homo
genisiert und innerhalb von etwa 5 Minuten nach der Homogeni
sierung einer dynamischen Mikrofiltration unterworfen, indem
die Magermilchfraktion durch einen Mikrofilter mit einer
mittleren Porengröße, die ausreicht, den Bakteriengehalt der
durchströmenden Milch zu verringern, geleitet wird, um ein
Filtrat mit einem geringeren Bakteriengehalt als die einge
setzte Magermilchfraktion und ein Konzentrat mit einem höhe
ren Bakteriengehalt als die eingesetzte Magermilchfraktion zu
erhalten; (3) der Bakteriengehalt der Fettfraktion wird in
einer getrennten Stufe verringert; und (4) die Magermilch
fraktion nach der Mikrofiltration und die Fettfraktion mit
dem verringerten Bakteriengehalt werden vereinigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird ein Verfahren zur Herstellung von Milch mit einem
Fettgehalt von etwa 2% bereitgestellt, das folgende Stufen
umfaßt: (1) eine Magermilchfraktion wird homogenisiert; (2)
innerhalb von etwa 5 Minuten nach der Homogenisierung wird
die Magermilchfraktion einer dynamischen Mikrofiltration un
terworfen, indem die Magermilchfraktion durch einen Mikrofil
ter mit einer mittleren Porengröße, die ausreicht, den Bakte
riengehalt der durchströmenden Milch zu verringern, geleitet
wird, um ein Filtrat mit einem im Vergleich zur eingesetzten
Magermilchfraktion geringeren Bakteriengehalt und ein Konzen
trat mit einem im Vergleich zur eingesetzten Magermilchfrak
tion höheren Bakteriengehalt zu erhalten; (3) der Bakterien
gehalt der Rahmfraktion mit einem Mindestfettgehalt von etwa
10% wird verringert; und (4) die Magermilchfraktion nach der
Mikrofiltration und die Rahmfraktion mit dem verringerten
Bakteriengehalt werden vereinigt.
Es wird auch ein Verfahren zur Verarbeitung von
Milch zum Verbrauch durch einen Verbraucher bereitgestellt,
das folgende Stufen umfaßt: die Rohmilch wird erhalten; die
Milch wird homogenisiert und innerhalb von etwa 5 Minuten
nach der Homogenisierung einer dynamischen Querstrom-Mikro
filtration unterworfen, indem die Milch durch einen Mikrofil
ter mit einem mittleren Porendurchmesser, der ausreicht, um
den Bakteriengehalt der durchströmenden Milch zu verringern,
geleitet wird, um ein Filtrat mit einem geringeren Bakterien
gehalt als die eingesetzte Rohmilch zu erhalten; die Milch
wird in einen Behälter zur Verwendung durch den Verbraucher
abgepackt; und die Milch wird ohne Kühlung an den Ort der
Verteilung an den Verbraucher transportiert.
Ganz allgemein wird also ein Verfahren zur
Verteilung von Milch zum Verbrauch durch einen Verbraucher
bereitgestellt, das folgende Stufen umfaßt: die Rohmilch wird
erhalten; der Bakteriengehalt der Milch wird auf eine Konzen
tration von 10³ Bakterien pro Milliliter oder weniger verrin
gert; die Milch wird in einen Behälter zur Verwendung durch
den Verbraucher abgepackt; und die Milch wird ohne Kühlung an
den Ort der Verteilung an den Verbraucher transportiert. Dies
macht die Notwendigkeit gekühlter Transporte und Verteilungs
fahrzeuge überflüssig.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm der Ausrüstung, die
beim erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wird.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Teilchengrößen in
Milch nach der Homogenisierung.
Beim eingesetzten Material handelt es sich um frische, un
behandelte Rohmilch von einem Haustier, wie einer Kuh. Das
erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf verarbeitete Milch,
wie bereits pasteurisierte Milch, angewandt werden, dann wer
den jedoch nicht alle Vorteile verwirklicht, wie die Her
stellung von Milch mit verbesserten organoleptischen Eigen
schaften im Vergleich zu Milch, die nicht pasteurisiert wor
den ist.
Die zu verarbeitende Rohmilch kann zuerst durch einen Wärme
austauscher geleitet werden, um sie auf eine geeignete Tempe
ratur einzustellen, und sie kann anschließend gegebenenfalls
durch einen Zentrifugalseparator geleitet werden, um die ge
samte Rahmfraktion oder einen Teil davon auf herkömmliche
Weise zu entfernen.
Die Rohmilch wird homogenisiert und ziemlich rasch durch
einen dynamischen Mikrofilter geleitet, wobei man eine Film
tratfraktion und eine Konzentratfraktion erhält. Die Größe
der Poren des Mikrofilters wird so gewählt, daß mindestens
ein Teil der Bakterien zurückgehalten wird. Das Filtrat, also
der Anteil der Milchfraktion, der durch die Rückhalte-Ober
fläche des Mikrofilters tritt, besteht aus Milch mit keinem
oder einem verringerten Bakteriengehalt (bezogen auf die
Milch vor der Mikrofiltration), wobei im wesentlichen keine
Änderung des Fett- und Proteingehalts eintritt. Die Filtrat
fraktion kann dann direkt zur Herstellung anderer Produkte,
wie Milchpulver, verwendet werden, oder sie kann ohne weitere
Behandlung abgepackt werden.
Die Filtratfraktion ist aus vielen Gründen günstiger als die
durch herkömmliche Pasteurisierung erhaltene Milch. Sie be
hält mehr organoleptische Bestandteile als Milch, die pasteu
risiert worden ist, was sie vom Standpunkt des Verbrauchers
aus geschmacklich verbessert. Ferner weist die erfindungsge
mäß erhaltene Milch eine wesentlich größere Haltbarkeit auf,
da Bakterien, wie psychrophile Bakterien, insbesondere
Bacillus cereus, erfindungsgemäß vollständig entfernt werden
können, was durch herkömmliche Pasteurisierung unmöglich ist.
Die Konzentratfraktion, also der Anteil der Milchfraktion,
der von der Rückhalte-Membranoberfläche des Mikrofilters zu
rückgehalten und gewonnen wird, besteht aus Milch mit einem
erhöhten Bakteriengehalt (bezogen auf die eingesetzte Milch
vor der Mikrofiltration) und einem im wesentlichen unverän
derten Gehalt an Fettkügelchen und Proteinen. Die Konzentrat
fraktion kann anschließend verworfen oder bei anderen Verfah
ren verwendet werden.
Das Filtrat kann einige Bakterien enthalten, je geringer je
doch die Bakterienzahl, um so haltbarer ist das Produkt. Die
vollständige Sterilisation ist wünschenswert, aber die an
fängliche Wachstumsgeschwindigkeit einer geringen Zahl ver
bleibender Bakterien ist normalerweise gering genug, um zu
einer wesentlich erhöhten Haltbarkeit des resultierenden
Milchprodukts zu führen.
Die Haltbarkeit von erfindungsgemäß hergestellter Milch ist
gegenüber herkömmlich pasteurisierter Milch wesentlich er
höht, da insbesondere die Konzentration an Bacillus ceus
wesentlich verringert ist.
Da die erfindungsgemäß hergestellte Milch steril gemacht werden kann,
während durch herkömmliche Pasteurisierungstechniken erhal
tene Milch nicht wirklich steril ist, weist die Milch eine
überaus hohe Haltbarkeit bei Kühlung oder bei Raumtemperatur
auf, insbesondere wenn die Milch unter aseptischen Bedingun
gen in einen Behälter abgefüllt wird. Eine Möglichkeit, um
dies zu erreichen, besteht in der Anwendung der "Form-Fill-
Seal"-Technik, die in der Verpackungsindustrie bekannt ist.
Diese Technik wird oft beim Abpacken steriler Lösungen und
dergl., z. B. in der pharmazeutischen Industrie, angewandt.
Die erfindungsgemäß hergestellte Milch kann unter Anwendung
der "Form-Fill-Seal"-Technik abgepackt werden, und derartige
Milch zeigt selbst bei Raumtemperatur eine überaus lange
Haltbarkeit.
Das genaue Verfahren oder der eingesetzte Maschinenpark, um
das Abfüllen durchzuführen, sind nicht kritisch. Lediglich
als ein Beispiel und als Erklärung dafür, wie die "Form-Fill-
Seal"-Technik eingesetzt werden kann, wird die folgende Be
schreibung vorgelegt.
Einige senkrechte Verpackungsmaschinen, die nach der "Form-
Fill-Seal"-Technik (Form-, Füll- und Schweißtechnik) arbei
ten, bedienen sich einer Bahn aus einer synthetischen thermo
plastischen Folie, die von einer Rolle abgerollt und durch
Verschweißen der Längskanten der Folie in einer Rohrbildungs
einheit zu einem kontinuierlichen Rohr geformt wird. Bei an
deren Maschinen wird das Rohr zum Zeitpunkt der Verwendung
aus einer Harzschmelze extrudiert. Das auf diese Weise gebil
dete Rohr wird zu einer Abfüllstation transportiert, wo es in
Querrichtung eingeknickt wird. Dieser Abschnitt befindet sich
in einer Schweißvorrichtung unterhalb der Abfüllstation. Im
eingeknickten Abschnitt des Rohrs wird das Rohr mit Hilfe der
Schweißvorrichtung verschweißt, wodurch eine luftundurchläs
sige Abdichtung quer zum Rohr erzeugt wird. Nach dem Ver
schweißen wird eine Menge an Material, das abgepackt werden
soll, z. B. eine Flüssigkeit, in das Rohr gefüllt, und zwar in
der Abfüllstation. Das Material füllt das Rohr aufwärts von
der vorstehend erwähnten Abdichtung. Das Rohr wird dann ein
vorbestimmtes Stück abwärts bewegt und an einem zweiten Quer
abschnitt in Querrichtung abgetrennt und verschweißt.
Eine derartige senkrechte, nach der "Form-Fill-Seal"-Technik
arbeitende Maschine, wie sie vorstehend beschrieben wurde,
ist unter dem Warenzeichen PREPAC im Handel erhältlich. Eine
andere ist in US-Patent 5 038 550 beschrieben.
Die Milchfraktion wird zuerst vorzugsweise auf eine für die
Homogenisierung geeignete Temperatur erwärmt oder gekühlt,
und zwar nach der gegebenenfalls erfolgten Zentrifugalsepara
tion und vor der Homogenisierung. Die Milch wird dann in
einen Homogenisator geleitet, in dem die Fettemulsionsgröße
auf eine ausreichende Größe verringert wird, um einen Durch
tritt durch die Membran zu ermöglichen. Vorzugsweise beträgt
die Größe aller suspendierten Teilchen weniger als etwa 1 µm.
Es ist wichtig, daß die Milch relativ bald nach der Homogeni
sierung filtriert wird. Vorzugsweise erfolgt die Filtration
in weniger als etwa 5 Minuten, insbesondere in weniger als
etwa 2 Minuten und besonders bevorzugt in weniger als etwa 30
Sekunden.
Der wichtige Faktor ist nicht die Verweilzeit vor der Filtra
tion, sondern die Tatsache, daß die Filtration vor irgend
einer wesentlichen Agglomerierung zu Kügelchen unter Bildung
einer wesentlichen Zahl von Teilchen, die größer als etwa
1 µm sind, erfolgt.
Die Homogenisierung von Magermilch oder Vollmilch vor der
Filtration in einer zylindrischen dynamischen Mikrofiltrat
onseinheit ist unbedingt erforderlich, um die Fettbestand
teile und andere Bestandteile der Milch ausreichend zu emul
gieren und zu suspendieren und die Teilchengröße ausreichend
zu verringern, damit auf diese Weise eine gute Filtration er
zielt wird. Ein rotierender Scheibenfilter entwickelt jedoch
eine nennenswerte Scherrate unmittelbar an der Oberfläche der
rotierenden Scheibe. So kann also ein gewisser Grad an Homo
genisierung der Milch im wesentlichen gleichzeitig mit der
Filtration erfolgen. Eine derartige "Selbstemulgierung" von
Milch durch die Wirkung des dynamischen Mikrofilters ermög
licht es, Magermilch mit einem rotierenden Scheibenfilter zu
verarbeiten, ohne daß die Notwendigkeit für einen getrennten
Homogenisator besteht.
Die Umgebung der rotierenden Scheibe bewirkt sowohl eine Ho
mogenisierung als auch ein gleichzeitiges Filtrieren der
Milch, was durch eine rotierende zylindrische Filtereinheit
nicht erreicht wird. Ein rotierender Scheibenfilter kann eine
Scherrate von etwa 200 000 sec-1 erzeugen, während eine
rotierende zylindrische Einheit nur eine Scherrate von 10 000
sec-1 erzeugen kann. Obwohl die Scherkraft in einer rotieren
den Scheibenfiltereinheit beträchtlich ist, nimmt man an, daß
sie in den meisten Fällen nicht ausreicht, um Vollmilch in
ausreichendem Maße zu homogenisieren.
Erfindungsgemäß wird die Filtration als dynamische Filtration
durchgeführt, d. h., das Filtrationsmedium selbst wird ständig
in Bewegung gehalten, so daß die effektive Fließgeschwin
digkeit der Milch über das Medium sehr hoch ist. Die spe
zielle physikalische Form der dynamischen Membran ist nicht
kritisch. So kann das Membranmedium z. B. die Form von Schei
ben oder Zylindern annehmen. Derartige dynamische Mikrofil
trationsvorrichtungen sind bereits erläutert worden, und sie
sind für die Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet.
Im allgemeinen umfaßt der dynamische Mikrofilter ein zylin
drisches oder scheibenförmiges Membranelement, das sich in
nerhalb eines undurchlässigen äußeren Zylinders dreht. Bei
einem zylindrischen dynamischen Mikrofilter wird, wenn zu
filtrierende Flüssigkeit in den Zwischenraum zwischen dem
Stator und der rotierenden Membran eingeführt wird, Impuls
von der sich drehenden Membran auf die Flüssigkeit übertra
gen. Die Flüssigkeit nahe dem inneren Zylinder erfährt eine
höhere Zentrifugalkraft als die Flüssigkeit nahe dem äußeren
Zylinder. Dieses Phänomen erzeugt unter bestimmten Bedingun
gen ein Strömungsmuster, das als Taylor-Wirbel bekannt ist,
wobei dieses Phänomen die Entwicklung eines nennenswerten
Rückstands auf der Membranoberfläche verhindert.
Das dynamische Filtrationsverfahren nutzt die Vorteile der
Erzeugung von Taylor-Wirbeln, um die Oberfläche der Membran
frei von möglichen Rückständen zu halten, wobei deren
Bestandteile dann in der filtrierten Flüssigkeit suspendiert
bleiben. Das Verfahren spaltet das eingesetzte Material in
ein Filtrat (der Anteil der Flüssigkeit, der durch die Mem
bran tritt) und ein Konzentrat (die Fraktion, die die
suspendierten Teilchen enthält, die normalerweise auf der
Oberfläche der Membran abgelagert würden, wobei sie die Mem
bran verstopfen würden). Auf diese Weise kann eine hohe
Durchflußgeschwindigkeit durch die Membran für eine lange
Zeitspanne aufrechterhalten werden. Die Menge an eingesetztem
Material und an Konzentrat muß in einer Weise gesteuert wer
den, die zu einem stabilen Flüssigkeitsstrom führt. Selbst
bei niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten des Konzentrats ist
es möglich, einen stabilen Strom von Flüssigkeit zur Oberflä
che der Membran aufrechtzuerhalten.
Die dynamische Mikrofiltration ermöglicht einen weiten Be
reich von effektiven Oberflächengeschwindigkeiten des Fil
trationsmediums relativ zur eingesetzten Milch. Z.B. kann
eine effektive Oberflächengeschwindigkeit von etwa 3 m/sec
bis etwa 50 m/sec, vorzugsweise von etwa 5 m/sec bis etwa 30
m/sec und insbesondere von etwa 8 m/sec bis etwa 20 m/sec an
gewandt werden.
Um die gewünschten Oberflächengeschwindigkeiten zu erzielen,
muß ein repräsentatives Filtermedium in Form eines Zylinders
mit einem Durchmesser von etwa 6,35 cm (2,5 Zoll) mit einer
Geschwindigkeit von etwa 1000 bis etwa 6000 Umdrehungen pro
Minute (U/min) rotiert werden, wobei eine Geschwindigkeit von
etwa 5000 U/min typisch ist.
Wenn eine dynamische Scheibenfiltrationsvorrichtung einge
setzt wird, dann weist ein typisches Scheibenfiltrationsme
dium einen Durchmesser von etwa 5 cm (2 Zoll) bis etwa 120 cm
(48 Zoll) auf. Derartige Scheiben können z. B. mit Geschwin
digkeiten von etwa 1000 U/min bis etwa 8000 U/min und typi
scherweise von etwa 3000 U/min bis etwa 6000 U/min rotiert
werden, und zwar abhängig von der Konstruktion des speziellen
dynamischen Mikrofilters, der eingesetzt wird. Die Scherraten
derartiger Scheibenfilter liegen typischerweise im Bereich
von etwa 100 000 sec-1 bis etwa 400 000 sec-1. Zu den bevor
zugten Scheibenfiltern gehören Scheibenfilter der Art, wie
sie in der am 24. Dezember 1991 eingereichten US-Patentanmel
dung 07/812 123 beschrieben sind.
Die Größe der Mikrofilterporen wird so gewählt, daß Bakte
rien, die in der Milch vorhanden sind, zurückgehalten werden,
wobei jedoch noch eine ausreichende Durchflußgeschwindigkeit
durch den Mikrofilter aufrechterhalten wird. Geeignete Mem
branen umfassen hydrophile mikroporöse Membranen mit guten
Durchflußeigenschaften, einer engen Porengrößenverteilung und
gleichbleibenden Gebrauchseigenschaften bei der Entfernung
von relevanten Bakterien. Die Porengröße der Mikrofiltermem
bran sollte etwa 0,01 bis etwa 5,0 µm betragen, wobei der
Wert nach einem dem Fachmann bekannten Verfahren, wie dem
Blasenpunkttest (ASTM F316-86) oder der KL-Methode (US-Patent
4 340 479), bestimmt wird. Vorzugsweise beträgt die Po
rengröße etwa 0,1 bis etwa 1 µm. Insbesondere werden Filter
eingesetzt, die eine Porengröße von etwa 0,2 bis etwa 0,5 µm
aufweisen. Derartige mikroporöse Filter sind bekannt und
leicht verfügbar.
Bevorzugte mikroporöse Membranen, die erfindungsgemäß einge
setzt werden können, sind die von der Firma Pall Corporation
unter den Warenzeichen Ultipor N₆₆®, Fluorodyne® und Posi
dyne®, die von der Firma Cuno Corporation unter dem Wa
renzeichen Zetapor® und die von dem Firma Millipore unter dem
Warenzeichen Durapore® vertriebenen Membranen.
Die erfindungsgemäß geeigneten zylindrischen Membranelemente
umfassen Membranelemente, die gemäß einem dem Fachmann be
kannten Verfahren dicht mit einem Träger verbunden sind.
Schließlich sollten die Bakterien in einem Strom angereichert
werden, der weniger als etwa 5% des Einsatzmaterials aus
macht, und mehr als etwa 95% der normalerweise in Milch ge
fundenen Feststoffe und Proteine sollten die Membran für län
gere Zeitspannen passieren.
Der dynamische Mikrofilter kann in einem Einzeldurchgang be
trieben werden, ohne daß die Notwendigkeit der Zurückführung
des Konzentrats besteht. Gegebenenfalls kann das Konzentrat
in das Einsatzmaterial zurückgeführt werden. Wenn ein zylin
drischer dynamischer Mikrofilter eingesetzt wird, dann kann
er bei verschiedenen Verhältnissen von Filtratstrom zu ge
samtem Einsatzmaterialstrom (Konzentrationsfaktoren) betrie
ben werden. Der zylindrische dynamische Mikrofilter wird je
doch vorteilhafterweise bei einem Verhältnis von Filtrat zu
Einsatzmaterial von über 90%, insbesondere von über 95% und
ganz besonders bevorzugt von über 98% betrieben, um vorwie
gend ein Filtrat mit einem sehr geringen Bakteriengehalt als
gewünschtes Produkt herzustellen.
In ähnlicher Weise kann ein rotierender dynamischer Scheiben
mikrofilter bei verschiedenen Verhältnissen von Filtratstrom
zu gesamtem Einsatzmaterialstrom betrieben werden. Die Aus
wahl eines hohen Verhältnisses verringert in einfacher Weise
den Durchsatz, während der Betrieb bei einem niedrigen Ver
hältnis zu einem höheren Durchsatz führt. Man nimmt an, daß
der Betrieb bei einem Verhältnis von etwa 40% vorteilhaft
ist, um eine stabile Durchflußgeschwindigkeit durch den Fil
ter aufrechtzuerhalten, obwohl auch andere Verhältnisse ange
wandt werden können.
Die Filtration von frisch homogenisierter Milch kann warm bei
40°C bis 60°C durchgeführt werden, was bei oder etwas ober
halb der Kristallisationstemperatur von etwa 40°C der höher
schmelzenden Komponenten des Milchfetts ist. Dies ist unter
halb der Temperaturen, die bei der herkömmlichen thermischen
Pasteurisierung angewandt werden. Alternativ dazu kann die
Milch bei einer gewissen Verringerung der Durchflußgeschwin
digkeit bei wesentlich niedrigeren Temperaturen, wie von etwa
15 bis etwa 35°C und insbesondere von etwa 20 bis etwa 25°C
filtriert werden.
Nach der Mikrofiltration kann das Konzentrat in einer ge
eigneten Weise verworfen, einer weiteren Verarbeitung unter
worfen oder direkt verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise einge
setzt werden, wenn es sich beim gewünschten Endprodukt um
Vollmilch, eingestellte Milch oder Magermilch handelt.
Die Durchflußgeschwindigkeiten durch die Bakterien zurückhal
tende Membran von Milch mit einem verringerten Fettgehalt
sind normalerweise höher als die Durchflußgeschwindigkeit von
Milch mit einem hohen Fettgehalt. In manchen Fällen ist es
wirtschaftlich vorteilhafter, eine Milch mit einem höheren
Fettgehalt, wie Milch mit 2% Fett, durch Mischen einer fil
trierten Magermilch mit einer filtrierten Fettfraktion herzu
stellen. Bei dieser Fettfraktion kann es sich um eine Rahm
fraktion mit einem Mindestfettgehalt von etwa 10% handeln.
Die Filtration der Rahmfraktion kann z. B. nach dem Verfahren
der US-Anmeldung mit der Serien-Nr. 07/952 337 oder unter
Verwendung einer Bakterien zurückhaltenden Dead-end-Filtrati
onspatrone erfolgen. Die Filtration kann in einer großtech
nisch angemessenen Weise durch Erwärmen der Fettzusammenset
zung auf einen Punkt, an dem sie sich im flüssigen Zustand
befindet und leicht durch eine mikroporöse Membran filtriert
werden kann, erfolgen. Das vorgewärmte Fett kann vor der Fil
tration homogenisiert werden. Alternativ dazu kann die Fett
zusammensetzung einer Pasteurisierung unterworfen werden, um
ihren Bakteriengehalt zu verringern, oder es kann eine Kombi
nation aus Pasteurisierung und Mikrofiltration angewandt wer
den.
Wenn es ferner das Ziel des Verfahrens ist, Proteinkon
zentrate, z. B. aus Milch von einem transgenen Tier, wie einer
transgenen Kuh, zu erhalten, dann wird die dynamische Mikro
filtration durchgeführt, um eine hohe Konzentration des Kon
zentrats zu erreichen, und zwar unter Verwendung einer mikro
porösen Membran mit einer Porengröße von etwa 0,2 µm oder we
niger.
Geeignete Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemä
ßen Verfahrens können durch Verbinden herkömmlicher Ausrü
stungsgegenstände unter Einschluß von Zentrifugalseparatoren,
Mikrofiltern, Sterilisationseinheiten, Wärmeaustauschern und
Pumpen konstruiert werden. Der Fachmann ist in der Lage, Ven
tile für die Steuerung des Stroms und des Drucks und andere
erforderliche Hilfsausrüstungsgegenstände bereitzustellen, um
die Vorrichtung funktionsfähig zu machen, und dann weitere
herkömmliche Modifikationen an einer derartigen Vorrichtung
durchzuführen, die in einem speziellen Fall erforderlich
sind.
Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung
spezieller Ausführungsformen.
In den Beispielen wurden die folgenden allgemeinen Methoden
angewandt.
Sofern nichts anderes angegeben ist, handelte es sich bei der
in den folgenden Beispielen eingesetzten Milch um handelsüb
liche, im Einzelhandel bezogene Milch. Die Temperatur der
Milch wurde vor der Filtration auf eine geeignete Verfahrens
temperatur eingestellt. Die bevorzugte Betriebstemperatur (40
bis 60°C) wurde angewandt, da der Großteil der Fette in der
Milch bei dieser Temperatur sich nicht im kristallisierten
Zustand befindet. Ein 35 l fassender ummantelter Fermenter
(Typ 3000 der Firma Chemap A.G.) diente als Arbeitsbehälter.
Der Behälter wurde mit Milch gefüllt, und der Inhalt wurde
auf etwa 50°C mit Hilfe des Warmwassermantels erwärmt, sofern
nichts anderes angegeben ist. Die Milch wurde während des Er
wärmens gerührt, um die Wärmeübertragung zu verbessern.
Sobald die Milch die gewünschte Verfahrenstemperatur erreicht
hatte, wurde die Milch mit einer Geschwindigkeit von etwa 1
l/min in einen Homogenisator gepumpt.
Beim Eintritt in den Homogenisator (Modell 15 MR der Firma
APV Gaulin, Inc.) unterlag die Milch einem zweistufigen Homo
genisierungsverfahren, zunächst bei etwa 17,2 MPa (2500 psi)
und dann bei etwa 3,4 MPa (500 psi). Start und Betrieb wurden
so durchgeführt, wie es im Betriebshandbuch von APV Gaulin
für diese Einheit beschrieben ist. Typischerweise wurde die
Milch nach der Homogenisierung in einen Puffertank überge
führt, der mit einem Mantel versehen war und bei der ge
wünschten Verfahrenstemperatur gehalten wurde. Dieser Tank
wirkte als Flüssigkeitspuffer zwischen dem Auslaß des Homoge
nisators und dem Einlaß des Filters. Gegebenenfalls konnte
die homogenisierte Milch durch den Homogenisator zurückge
führt werden, um ein konstantes Volumen im Puffertank auf
rechtzuerhalten.
Bei einigen Versuchen wurde der Milchstrom künstlich mit Bak
terien angeimpft, um die erfindungsgemäß mögliche sehr hohe
Titerverringerung zu zeigen. Die Bakterienimpfkultur wurde
über eine Dosierpumpe zwischen dem Arbeitsbehälter und dem
Homogenisator dem Einsatzmaterialstrom zugesetzt. Die Durch
flußgeschwindigkeit der Impfkultur wurde so eingestellt, daß
eine gewünschte Konzentration von Bakterien von etwa 106 Bak
terien pro Milliliter Milch erzielt wurde. Da die Bakterien
vor dem Homogenisator eingeführt wurden, wurden die Bakterien
gut mit der Prozeßflüssigkeit gemischt, bevor sie in die Fil
trationsvorrichtung eintraten. In den meisten Fällen wurde
der E. coli-Stamm ATCC 15224 verwendet.
Ein alternatives Verfahren zum Animpfen der Milch mit Bakte
rien würde in der Zugabe der Bakterien direkt in der ge
wünschten Konzentration in den Arbeitsbehälter bestehen. Ein
derartiges Verfahren ist nicht bevorzugt, da es die Bakterien
einer langen Verweilzeit bei Temperaturen oberhalb der Umge
bungstemperatur aussetzt. Dies könnte, abhängig von dem ein
gesetzten Stamm, zu einem unerwünschten Wachstum oder zu
einer Abtötung der Bakterien vor dem Eintritt in die Filtra
tionsvorrichtung führen.
Mesophile: Bakterienkonzentrationen wurden durch Verdünnungs
reihen der Proben bestimmt. Geeignete Verdünnungen wurden
durch eine sterile Membran mit Poren von 0,2 µm geleitet und
auf Mueller-Hinton-Agar 24 Stunden bei 32°C gezüchtet. Diese
Verfahren sind ausführlich in einer Veröffentlichung mit dem
Titel "Manual of Clinical Microbiology", 2. Auflage (1974),
ASM, Washington DC, beschrieben.
Listeria monocytogenes ATCC 43256 war das untersuchte Patho
gen. Die Populationen von Proben wurden nach der Methode von
Agello et al. (G. Agello, P. Hayes und J. Feeley, Abstracts
of the Annual Meeting (1986), ASM, Washington DC, S. 5) un
tersucht.
Eine Desinfizierung und Sterilisierung wurden vor jedem Ver
such unter Verwendung von 0,1 n Natriumhydroxid durchgeführt.
Beim Sterilisationsverfahren wurden die Membran und alle da
mit verbundenen Ausrüstungsgegenstände zuerst mit Wasser ge
spült und anschließend mit 0,1 n Natriumhydroxid bei 50°C für
etwa eine halbe Stunde behandelt. Die alkalische Lösung wurde
anschließend mit Phosphorsäure neutralisiert. Diese neutrali
sierte Lösung wurde dann durch das- System gespült, bis alle
Abschnitte neutral waren. Filtrationsversuche wurden unmit
telbar nach diesem Verfahren durchgeführt. Die gesamte Ausrü
stung und die Membranelemente wurden durch Anwendung des Ste
rilisationsverfahrens nach dem Abschluß jedes Tests desinfi
ziert.
Jedes Membranelement wurde vor dem Einsatz der Bakterien auf
Unversehrtheit untersucht. Ein Vorwärtsstromtest, wie er in
der Veröffentlichung NM 900a, "The Pall Ultipor membrane fil
ter guide", 1980 (erhältlich von der Firma Pall Corporation),
beschrieben ist, wurde zur Überprüfung der Unversehrtheit an
gewandt.
Beim für diese Untersuchungen eingesetzten zylindrischen
dynamischen Mikrofilter (zylindrischer DMF) handelte es sich
um eine Vorrichtung der Bezeichnung BDF-01, die von der Firma
Sulzer Brothers Limited, Winterthur, Schweiz, hergestellt
wurde. Die Ausrüstung wird von Rebsamen et al. (Dynamic
Microfiltration and Ultrafiltration in Biotechnology, E. Reb
samen und H. Zeigler, Proceedings of the World Filtration
Congress IV, 1986, Ostende, Belgien) beschrieben. In diesem
Zusammenhang wird auch auf die US-Patente 4 066 554 und
4 093 552 hingewiesen.
Bei den in diesen Versuchen verwendeten Membranfilter
elementen handelte es sich typischerweise um Nylonmembranen
verschiedener Qualität, wie Ultipor N₆₆® und Posidyne®, die
im Handel von der Firma Pall Corporation, Glen Cove, NY, er
hältlich sind. Die Porengrößen betrugen 0,2, 0,30, 0,45 und
0,65 µm. Die Membranelemente wiesen eine Oberfläche von 0,04
m² auf.
Das Scheibenformat bestand aus einer Membranträger
scheibe mit 15,24 cm (6 Zoll) Durchmesser, die auf einem hoh
len Schaft angeordnet war, und sich in einem dichten Gehäuse
befand, und zwar mit den erforderlichen Flüssigkeitseinlaß-
und Auslaßverbindungen. Die Trägerscheibe wies Einrichtungen
zum Befestigen der Membranen an ihrer Oberfläche in einer
dichten Weise auf und enthielt Drainage-Zwischenräume, um den
Filtratstrom durch die Membran und die Scheibe und nach außen
durch den Schaft zu tragen. Die effektive Membranfläche be
trug 0,014 m², und Rotationsgeschwindigkeiten bis zu 4500
U/min waren möglich.
Beliebige dynamische Mikrofiltrationsscheibeneinheiten, die
vorstehend erläutert wurden, können bei der Ausführung der
Erfindung eingesetzt werden. Im Zusammenhang mit einer weite
ren dynamischen Mikrofiltrationsvorrichtung im Scheibenfor
mat, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung einge
setzt werden kann, wird auf die US-Patentanmeldung Nr.
07/812 123, die am 24. Dezember 1991 eingereicht wurde, hin
gewiesen.
Bei den Membranfilterelementen handelte es sich um Mem
branen der gleichen Qualität, wie im Abschnitt über die
zylindrischen DMF beschrieben. Typischerweise handelte es
sich um kreisförmige flache Membranen, die so zurecht ge
schnitten wurden, daß sie in den Scheiben-DMF paßten. Wenn
sie in den dynamischen Mikrofilter eingesetzt wurden, dann
wurde die Filtratkammer vom Einsatzmaterial unter Verwendung
eines O-Rings abgedichtet. Die Membranfilterelemente wiesen
eine Oberfläche von 0,014 m² auf.
Vor der Filtration wurde ein Filterelement, wie im Abschnitt
über die Filteranordnungen beschrieben, in dem zylindrischen
dynamischen Mikrofilter (DMF) angeordnet. Desinfizieren und
Sterilisieren wurden unter Anwendung der als Methode E be
schriebenen Verfahren durchgeführt. Nach Beobachtung der bei
Methode G2 beschriebenen Startverfahren wurde die zu filtrie
rende Milch aus dem Puffertank über eine Verdrängungspumpe in
den zylindrischen DMF gepumpt. Die Menge an Konzentrat wurde
durch eine zweite Pumpe oder durch ein Druckbegrenzungsven
til, die mit dem Konzentratausgang verbunden waren, gesteu
ert. Temperaturen und Durchflußgeschwindigkeiten des Einsatz
materials, des Filtrats und des Konzentrats und der Druck des
Einsatzmaterials wurden zu verschiedenen Zeitpunkten im Ver
lauf des Versuchs, typischerweise in Abständen von 10 Minu
ten, gemessen. Die Standardbetriebsbedingungen des zylindri
schen DMF bestanden in einer Rotationsgeschwindigkeit von
5000 U/min, einem Verhältnis von Filtrat zu Einsatzmaterial
von mehr als 95% und einem Einsatzmaterialdruck von etwa
0,13 bis 0,20 MPa (1,3 bis 2,0 bar). Alle Beispiele mit die
ser Vorrichtung wurden bei konstanten Durchflußgeschwindig
keiten des Einsatzmaterials durchgeführt.
Vor der Einführung von Milch in den dynamischen Filter wurde
warmes, entionisiertes, durch einen Filter mit einer Poren
größe von 0,2 µm filtriertes Wasser durch das System gelei
tet, um die Anlage in Betrieb zu nehmen. Die Rotationsge
schwindigkeit der dynamischen Filter wurde auf die Betriebs
geschwindigkeit gebracht, während Wasser durch das System
strömte. Wenn das System ein Gleichgewicht erreichte, wurde
der Milchstrom eingeschaltet. Die Milch ersetzte das Wasser
im System, und die Filtration begann.
Das im Abschnitt über die Filteranordnungen beschriebene
Scheiben-DMF-Filterelement wurde in den Scheiben-DMF einge
setzt. Desinfizierung und Sterilisierung wurden gemäß dem bei
Methode E beschriebenen Verfahren durchgeführt. Nach Beobach
tung des bei Methode G2 beschriebenen Startverfahrens wurde
die zu filtrierende Milch aus dem Puffertank in den Scheiben-
DMF gepumpt. Die Menge an Konzentrat und der Einsatzmaterial
druck wurden durch ein in der Konzentratöffnung angeordnetes
Ventil gesteuert. Temperaturen und Durchflußgeschwindigkeiten
von Einsatzmaterial, Filtrat und Konzentrat sowie der Druck
des Einsatzmaterials wurden zu verschiedenen Zeiten im Ver
lauf des Versuchs, typischerweise in Abständen von 10 Minu
ten, gemessen. Eine Aufgabegeschwindigkeit von etwa 960
ml/min wurde für alle Beispiele aufrechterhalten. Bei den an
gegebenen Filtratdurchflußgeschwindigkeiten handelt es sich
um die Werte, die erzielt wurden, wenn der Strom in der Fil
trationseinheit sich stabilisiert hatte.
Magermilch wurde bei Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit
von etwa 600 Wl/min in einen zylindrischen DMF geleitet, der
mit einer Ultipor N₆₆®-Membran mit einer Porengröße von 0,45
µm ausgestattet war. Die Betriebsbedingungen in dem DMF wur
den aufrechterhalten, wie es bei Methode G1 angegeben ist,
und sie sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Der Druck des
Einsatzmaterials begann wenige Minuten nach dem Beginn des
Tests rasch zu steigen, was eine Verstopfung der mikroporösen
Membran anzeigte.
Magermilch wurde gemäß Methode A auf 50°C erwärmt und gemäß
Methode B homogenisiert. Die homogenisierte Milch wurde an
schließend in einem Puffertank für etwa 4 Stunden gelagert,
während die Temperatur der Milch für diese Zeitspanne bei
etwa 50°C gehalten wurde. Nach dieser 4 Stunden dauernden
Verzögerung wurde die Milch in einen zylindrischen DMF, der
mit einer Ultipor N₆₆®-Membran mit einer Porengröße von 0,45
µm ausgestattet war, mit einer Aufgabegeschwindigkeit von
etwa 600 ml/min gepumpt. Die bevorzugten Bedingungen des
DMF-Betriebs, wie sie bei Methode G1 angegeben sind, wurden auf
rechterhalten. Der Druck des Einsatzmaterials begann nach nur
wenigen Minuten des Betriebs rasch zu steigen, was eine Ver
stopfung der mikroporösen Membran anzeigte, und der Test
mußte beendet werden.
Gemäß Methode A auf 50°C erwärmte und gemäß Methode B homoge
nisierte Magermilch wurde in einen zylindrischen DMF, der mit
einer Ultipor N₆₆®-Membran mit einer Porengröße von 0,45 µm
ausgestattet war, innerhalb von nicht mehr als 5 Minuten nach
der Homogenisierung gepumpt. Die bevorzugten Bedingungen des
DMF-Betriebs, wie sie bei Methode G1 angegeben sind, wurden
aufrechterhalten. Eine stabile Filtratdurchflußgeschwindig
keit von 1080 l/h/m² wurde erzielt, bis der Milchvorrat er
schöpft war. Im Verlauf des Versuchs wurde kein Anstieg des
Drucks des Einsatzmaterials beobachtet.
Nach Verarbeitung der gesamten Milch wurde die Zufuhr auf
nicht-homogenisierte Magermilch von 50°C ohne Störung des
Systembetriebs umgestellt. Innerhalb weniger Minuten fiel die
Milchfiltratdurchflußgeschwindigkeit rasch ab, und der Sy
stemdruck stieg, was anzeigte, daß eine Verstopfung der Mem
bran aufgetreten war. Dieses Beispiel zeigt deutlich die Not
wendigkeit, Milch zu homogenisieren, um einen signifikanten
Durchfluß durch die Mikrofiltrationsmembran zu erzielen.
Die Beispiele 1-3 zeigen, daß es erforderlich ist, auf die
Milch eine ausreichende Scherung auszuüben (in diesem Fall
durch die Homogenisierung), und zwar vor der Filtration, um
die Emulsionsteilchengröße der Milch ausreichend zu verrin
gern, damit ein Durchtritt durch die mikroporöse Membran mög
lich ist und auf diese Weise eine einwandfreie Filtration er
zielt wird. Insbesondere zeigt Beispiel 2, daß die Teilchen
größenverteilung zu größeren Teilchengrößen innerhalb einer
kurzen Zeitspanne nach der Homogenisierung zurückkehrt. Für
eine einwandfreie Filtration muß daher die Homogenisierung
innerhalb einer kurzen Zeitspanne vor der Filtration, also
etwa innerhalb von weniger als 5 Minuten und vorzugsweise in
kürzerer Zeit, erfolgen.
Magermilch wurde nach Verfahren A vorgewärmt und in einen
Scheiben-DMF, der mit einer Ultipor F₆₆®-Membran mit einer
Porengröße von 0,45 µm ausgestattet war, gepumpt. Das bei Me
thode H beschriebene Verfahren wurde angewandt. Es stellte
sich rasch ein stationärer Durchfluß von Filtrat ein, und er
wurde für etwa 100 Minuten aufrechterhalten, bis der Milch
vorrat erschöpft war.
Die Betriebsbedingungen des Scheiben-DMF erzeugen eine be
rechnete Scherrate von etwa 200 000 sec-1 im Zwischenraum
zwischen der rotierenden Scheibe und der Membran. Diese Sche
rung liegt im Bereich der Scherraten, die von Homogenisatoren
unter den Bedingungen von Methode B erzeugt werden.
Dieses Beispiel zeigt, daß die erforderliche Scherung vor der
Filtration in einer Stufe, d. h. ohne die Notwendigkeit einer
getrennten Homogenisierungseinrichtung, erzielt werden kann.
Dieses Beispiel zeigt deutlich, daß die Membran nicht durch
Feststoffe aus der Milch verstopft wurde und daß die durch
die Rotation der Scheibe erzeugte Scherung von etwa 200 000
sec-1 ausreichend war, um die Teilchengröße in der Magermilch
zu verringern, so daß ein Durchtritt durch die Mikrofilter
membran ermöglicht wurde, wobei auf diese Weise eine einwand
freie Filtration erzielt wurde.
Tabelle 1 faßt die Ergebnisse der Beispiele 1-4 zusammen;
die Daten zeigen, daß ein stationärer Durchfluß von Filtrat
durch die Membran erzielt wird, wenn eine ausreichende Sche
rung auf die Milch innerhalb einer kurzen Zeit vor der Fil
tration ausgeübt wird.
Um die Beziehung zwischen der Teilchengröße und der Zeit nach
der Homogenisierung zu bestimmen, wurde Magermilch nach Me
thode A erwärmt und gemäß dem bei Methode B beschriebenen
Verfahren homogenisiert. Die Teilchengrößenverteilung in be
zug auf die Zeit nach der Homogenisierung wurde bestimmt. Die
Teilchengrößenverteilung wurde mit einer Vorrichtung der Be
zeichnung "Integrated Micro-Optical Liquid Volumetric Sensor"
(IMOLV-.2), die von der Firma Particle Measurement Systems,
Colorado, erhältlich ist, gemessen. Dieser Laserteilchenzäh
ler ist so konstruiert, daß er die Teilchengrößenverteilung
im Bereich von etwa 0,1 bis 5,0 µm mißt.
Die Milchproben wurden im Verhältnis 1 : 300 000 verdünnt und
anschließend der Analyse unterworfen, wie es im Betriebshand
buch für die IMOLV-Vorrichtung angegeben ist. Über eine Mem
bran mit einer Porengröße von 0,04 µm filtriertes, entioni
siertes Wasser mit einem elektrischen Widerstand von 18
Megaohm und einer Teilchenzahl von weniger als 50 pro Milli
liter wurde zum Verdünnen der Milchproben verwendet.
Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Teilchenanalyse. Eine graphi
sche Darstellung der Zahl der Teilchen, bezogen auf die Zahl
der Teilchen nach 5 Sekunden, gegen die Teilchengröße ist in
der Figur gezeigt. Die Figur zeigt deutlich, daß die Zahl
größerer Teilchen mit der Zeitspanne nach der Homogenisierung
zunimmt. Da die Zahl kleiner Teilchen gleichzeitig in dieser
Zeitspanne abnimmt, ist es offensichtlich, das kleine Teil
chen im Verlauf der Zeit unter Bildung größerer Teilchen ag
glomerieren.
Membranen verschiedener Porengrößen und Bakterienrückhalte-.
Eigenschaften wurden in einem zylindrischen DMF getestet, um
zu bestimmen, welche Größe des stationären Filtratdurchflus
ses an Milch erzielt werden kann. Die allgemeine Methode, die
für die Beispiele 6 bis 9 angewandt wurde, ist nachstehend
angegeben.
- 1. Das gewünschte Membranfilterelement wurde in dem zylindri schen DMF angeordnet.
- 2. Ein Unversehrtheitstest, wie er bei Methode F beschrieben ist, wurde durchgeführt. Das Membranfilterelement wurde nicht verwendet, wenn es die Anforderungen des Tests nicht erfüllte.
- 3. Die Ausrüstung wurde gemäß Methode E desinfiziert.
- 4. Die zu filtrierende Milch wurde gemäß dem bei Methode A beschriebenen Verfahren vorgewärmt.
- 5. Die Milch wurde gemäß Methode B homogenisiert.
- 6. Das bei Methode G2 beschriebene Startverfahren wurde durchgeführt.
- 7. Die Milch wurde aus dem Puffertank in den zylindrischen DMF mit der gewünschten Durchflußgeschwindigkeit überge führt.
- 8. Die Betriebsparameter wurden unter Verwendung der bei Me thode G1 angegebenen Richtlinien eingestellt.
- 9. Geeignete Messungen wurden durchgeführt.
Typischerweise wurde der zylindrische DMF bei 5000 U/min, was
einer Scherrate von etwa 10 000 sec-1 im Filter entsprach,
betrieben. Die Temperatur des Einsatzmaterials betrug 50°C,
und der Druck des Einsatzmaterials variierte von 0,13 bis
0,20 MPa (1,3 bis 2,0 bar). Das Verhältnis von Filtrat zu
Einsatzmaterial wurde in jedem dieser Beispiele bei über 95%
gehalten. Beim in Tabelle 2 angegebenen Durchfluß handelt es
sich um den stationären Filtratdurchfluß, der typischerweise
15 Minuten nach dem Start der Filtration erzielt wurde. Die
Gesamtzeit des Versuchs variierte von Fall zu Fall, da das
Volumen an filtrierter Milch konstant 30 l betrug.
In diesem Beispiel wurde eine Ultipor N₆₆®-Membran mit einer
Porengröße von 0,2 µm verwendet. Eine Aufgabegeschwindigkeit
von 250 ml/min wurde gewählt, um einen stationären Filtrat
durchfluß von 300 l/h/m² zu erhalten. Die Filtration dauerte
etwa 130 Minuten ohne erkennbaren Abfall der Filtratdurch
flußgeschwindigkeit, wobei zu diesem Zeitpunkt keine Milch
mehr im Arbeitsbehälter war.
In diesem Beispiel wurde eine Ultipor N₆₆®-Membran mit einer
Porengröße von 0,30 µm verwendet. Eine Aufgabegeschwindigkeit
von etwa 550 ml/min wurde gewählt, um einen stationären
Durchfluß von 775 l/h/m² für etwa 60 Minuten zu erzielen, wo
nach der Versuch beendet wurde.
In diesem Beispiel wurde eine Ultipor N₆₆®-Membran mit einer
Porengröße von 0,45 µm verwendet. Eine Aufgabegeschwindigkeit
von 740 ml/min wurde gewählt, um einen stationären Durchfluß
von 1080 l/h/m² zu erzielen. Die Filtration dauerte etwa 40
Minuten ohne erkennbaren Abfall der Durchflußgeschwindigkeit,
wonach der Milchvorrat erschöpft war und der Versuch beendet
wurde.
In diesem Beispiel wurde eine Ultipor N₆₆®-Membran mit einer
Porengröße von 0,65 µm verwendet. Es wurde eine Aufgabege
schwindigkeit von 1100 ml/min gewählt, um einen stationären
Durchfluß von 1680 l/h/m² zu erzielen. Die Filtration dauerte
etwa 30 Minuten, wonach der Milchvorrat erschöpft war und der
Versuch beendet wurde.
Die Beispiele 6-9 sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Die
Daten zeigen, daß durch Anwendung des erfindungsgemäßen Fil
trationsverfahrens stabile Filtratdurchflußgeschwindigkeiten
erzielt werden können, und zwar unter Verwendung von ver
schiedenen Qualitäten Bakterien zurückhaltender Membranen.
Die Tabelle zeigt, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren Mem
branen mit kleineren Poren und somit mit vergrößerter Rück
haltefähigkeit für Bakterien eingesetzt werden können, und
zwar auf Kosten der Filtratdurchflußgeschwindigkeiten.
In diesem Beispiel wurde eine Posidyne®-Membran mit einer po
sitiven Oberflächenladung und einer Porengröße von 0,2 µm
verwendet. Bei der verwendeten Membran ist die Porenoberflä
che durch quarternäre Ammoniumgruppen besetzt. Sie weist eine
hohe Absorptionskapazität für biologisches Material auf.
Eine Aufgabegeschwindigkeit von 260 ml/min wurde gewählt, um
einen stationären Durchfluß von 360 l/h/m² zu erzielen. Der
Filtratdurchfluß lag in der gleichen Größenordnung wie der,
der bei der ungeladenen, in Beispiel 6 beschriebenen Membran
erzielt wurde. Die Filtration dauerte etwa 120 Minuten ohne
erkennbaren Abfall der Filtratdurchflußgeschwindigkeit, wobei
sich zu diesem Zeitpunkt keine Milch mehr im Arbeitsbehälter
befand. Ein Verhältnis von Filtrat zu Einsatzmaterial ober
halb von 97% wurde während des gesamten Versuchs aufrechter
halten. Weitere experimentelle Bedingungen sind in Tabelle 3
angegeben.
Es wurde erwartet, daß eine große Menge an Proteinen aus der
Milch eine Bindung mit der Membranoberfläche eingehen und sie
schließlich verstopfen würde. Dieses Beispiel zeigt, daß bei
einem dynamischen Modus eine Membran, die normalerweise eine
Affinität für Proteine zeigt, gut geeignet ist.
Eine Aufgabegeschwindigkeit von 740 ml/min an Vollmilch wurde
gewählt, und ein stabiler Filtratdurchfluß von 1130 l/h/m²
wurde erzielt. Weitere experimentelle Bedingungen sind in Ta
belle 3 angegeben. Die Filtration dauerte etwa 40 Minuten,
wonach der Milchvorrat erschöpft war und der Versuch beendet
wurde.
Dieses Beispiel zeigt, daß Vollmilch unter Anwendung des er
findungsgemäßen Verfahrens filtriert werden kann. Die beob
achtete Differenz der Filtratdurchflußgeschwindigkeiten zwi
schen Vollmilch und Magermilch (wie in Beispiel 9) scheint
hauptsächlich auf die Unterschiede in ihren Viskositäten zu
rückzuführen zu sein. Das Verhältnis der Filtratdurchflußge
schwindigkeiten für Vollmilch zu Magermilch ist ungefähr
gleich dem Verhältnis der Viskositäten von Vollmilch und Ma
germilch.
Beispiele zur Bestimmung der Filtratdurchflüsse durch ver
schiedene Membranen mit Bakterienrückhaltefähigkeit wurden
unter Verwendung des dynamischen Scheibenmikrofilters wieder
holt. Das allgemeine Verfahren für die Beispiele 12 bis 16
ist nachstehend beschrieben. Die beschriebenen Bedingungen
gelten im allgemeinen für jedes Beispiel, sofern nicht aus
drücklich etwas anderes angegeben ist.
- 1. Das gewünschte Membranfilterelement wurde in dem Scheiben- DMF angeordnet.
- 2. Ein Unversehrtheitstest, wie er bei Methode F beschrieben ist, wurde durchgeführt. Das Membranfilterelement wurde nicht verwendet, wenn es die Anforderungen des Tests nicht erfüllte.
- 3. Die Ausrüstung wurde gemäß Methode E desinfiziert.
- 4. Die zu filtrierende Milch wurde gemäß dem in Methode A be schriebenen Verfahren vorgewärmt.
- 5. Die Milch wurde gemäß Methode B homogenisiert.
- 6. Das bei Methode G2 beschriebene allgemeine Startverfahren wurde durchgeführt.
- 7. Die Milch wurde aus dem Puffertank in den Scheiben-DMF mit der gewünschten Durchflußgeschwindigkeit übergeführt.
- 8. Geeignete Messungen wurden durchgeführt.
Typischerweise wurde der Scheiben-DMF bei 3500 U/min, was
einer berechneten Scherrate von etwa 200 000 sec-1 ent
spricht, gehalten. Die Temperatur des Einsatzmaterials betrug
50°C, und der Druck des Einsatzmaterials wurde bei etwa 0,02
MPa (0,2 bar) gehalten. Milch wurde in den Filter mit einer
Geschwindigkeit von 960 ml/min gepumpt, um eine hohe Quer
stromgeschwindigkeit über die Membran aufrechtzuerhalten. Das
Verhältnis von Filtrat zu Einsatzmaterial wurde speziell für
die Membranporengröße, die Einsatztemperatur und die Rotorum
drehungszahl eingestellt. Der nicht filtrierte Anteil des
Einsatzmaterials wurde in den Arbeitsbehälter zurückgeführt.
Beim nachstehend angegebenen Durchfluß handelt es sich um
einen stationären Filtratdurchfluß, der durch die Membran,
typischerweise eine halbe Stunde nach dem Start der Filtra
tion, erzielt wurde.
Eine Ultipor N₆₆®-Membran mit einem Porendurchmesser von 0,2
µm wurde für dieses Beispiel verwendet. Ein stationärer Fil
tratdurchfluß von 850 l/h/m² wurde erzielt.
Eine Ultipor N₆₆®-Membran mit einem Porendurchmesser von 0,45
µm wurde für dieses Beispiel verwendet. Ein stationärer Fil
tratdurchfluß von 1600 l/h/m² wurde erzielt.
Eine Posidyne®-Membran mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm
wurde für dieses Beispiel verwendet. Ein stationärer Filtrat
durchfluß von 1600 l/h/m² wurde erzielt.
Die in Tabelle 4 gezeigten Daten fassen die Beispiele 11 bis
13 zusammen. Die Daten zeigen, daß durch Anwendung des erfin
dungsgemäßen Filtrationsverfahrens stabile Filtratdurchfluß
geschwindigkeiten unter Verwendung von Bakterien zurückhal
tenden Membranen mit verschiedener Qualität erzielt werden
können, während ein Scheiben-DMF verwendet wird. Die Tabelle
zeigt, daß Membranen mit kleineren Poren und infolgedessen
erhöhtem Bakterienrückhaltevermögen (Titerverminderung) er
findungsgemäß auf Kosten der Filtratdurchflußgeschwindigkei
ten verwendet werden können.
Nach Methode B homogenisierte Magermilch bei 18°C wurde in
einen Scheiben-DMF gepumpt, der mit einer Ultipor N₆₆®-Mem
bran mit einer Porengröße von 0,45 µm ausgestattet war. Die
Filtration wurde mit einer Aufgabegeschwindigkeit von 860
ml/min durchgeführt, wobei ein stationärer Filtratdurchfluß
von etwa 860 l/h/m² durch die Membran erzielt wurde. Die fil
trierte Milch wurde bei 25°C vermessen. Weitere Bedingungen
für dieses Beispiel sind in Tabelle 5 angegeben.
Dieses Beispiel zeigt, daß gekühlte Magermilch bei etwa 18°C
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Membran mit
Bakterienrückhaltevermögen verarbeitet werden kann. Man nimmt
an, daß der verringerte Filtratdurchfluß bei dieser Tempera
tur die höhere Viskosität der Milch bei dieser Temperatur,
verglichen mit höheren Temperaturen, widerspiegelt.
Ein Scheiben-DMF wurde mit einer Ultipor N₆₆®-Membran mit
einer Porengröße von 0,45 µm ausgestattet. Vollmilch wurde
den Scheiben DMF mit einer Geschwindigkeit von 900 ml/min zu
geführt, und es wurde ein stationärer Filtratdurchfluß von
etwa 850 l/h/m² durch die Membran erzielt. Dieser Versuch
wurde ohne Zurückführung des nicht-filtrierten Anteils des
Einsatzmaterialstroms durchgeführt.
Dieses Beispiel zeigt, daß Vollmilch nach dem erfindungsgemä
ßen Verfahren unter Verwendung eines Scheiben-DMF filtriert
werden kann. Magermilch führte unter im wesentlichen identi
schen Bedingungen zu einem nahezu stationären Filtratdurch
fluß von etwa 1600 l/h/m². Die beobachtete Differenz der
Filtratdurchflußgeschwindigkeiten zwischen Magermilch und
Vollmilch läßt sich in etwa auf die Unterschiede der Viskosi
täten der Flüssigkeiten zurückführen.
Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Methoden wurde
ein Filtrationsexperiment mit einem Scheiben-DMF durchge
führt, während ein hohes Verhältnis von Filtrat zu Einsatzma
terial aufrechterhalten wurde. Eine Ultipor N₆₆®-Membran mit
einem Porendurchmesser von 0,45 µm wurde bei diesem Versuch
verwendet. Die Aufgabegeschwindigkeit von Magermilch wurde
bei 115 ml/min gehalten, und es wurde eine Rotationsgeschwin
digkeit von 2100 U/min angewandt. Es wurde ein Filtratdurch
fluß von 460 l/h/m² erzielt.
Um einen länger andauernden Betrieb zu zeigen, wurde ein Ver
such mit einer großen Menge (500 l) roher, nicht-pasteuri
sierter Magermilch durchgeführt. Die Milch wurde auf 50°C
vorgewärmt, indem sie durch einen Plattenwärmeaustauscher ge
leitet wurde. Sie wurde anschließend gemäß Methode B homo
genisiert und dann in einen zylindrischen DMF gepumpt, der
mit einer Membran mit einem Porendurchmesser von 0,65 µm aus
gestattet war. Typischerweise wurde der dynamische Mikrofil
ter für dieses Beispiel bei 5000 U/min gehalten. Der Druck
des Einsatzmaterials variierte von 0,13 bis 0,15 MPa (1,3 bis
1,5 bar) bei einer Aufgabegeschwindigkeit von etwa 1300
ml/min. Das Verhältnis von Filtrat zu Einsatzmaterial wurde
bei über 95% gehalten. Ein stationärer Filtratdurchfluß von
etwa 1680 l/h/m² wurde erzielt. Es gab keinen Abfall der
Durchflußgeschwindigkeit filtrierter Milch, und es trat auch
kein Anstieg beim Druck des Einsatzmaterials während des 6
Stunden dauernden kontinuierlichen Betriebs, der zur Verar
beitung der 500 l erforderlich war, auf.
Dieses Beispiel zeigt, daß es möglich ist, das erfindungsge
mäße Filtrationsverfahren für längere Zeitspannen anzuwenden.
Dieses Beispiel zeigt, daß es möglich ist, das erfindungsge
mäße Verfahren zur Filtration von Milch unter Verwendung
eines Scheiben-DMF zum Zweck der Gewinnung von Proteinen aus
der Milch anzuwenden. Proteine in Milch weisen im allgemeinen
einen Größenbereich von etwa 0,02 bis etwa 0,30 µm (D.G.
Schmidt, P. Walstra und W. Buchheim, Neth. Milk Dairy J., Bd.
27 (1973), S. 128) auf, was sie für eine Gewinnung nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren zugänglich macht. Dies ist insbe
sondere für die Gewinnung biologisch wichtiger Proteine aus
transgenen Tieren, wie transgenen Kühen, Schafen und dergl . . ,
die genetisch verändert worden sind, um gemäß dem Fachmann
bereits bekannten Techniken die Herstellung derartiger Pro
teine zu stimulieren, von Bedeutung.
Es wurde ein Scheiben-DMF verwendet, der mit einem Nylonfil
ter mit einer Porengröße von 0,2 µm ausgestattet war. Die
Filtration der Milch wurde bei einer Aufgabegeschwindigkeit
von 840 ml/min durchgeführt, wobei ein stationärer Permeat
durchfluß von etwa 850 l/h/m² durch die Membran erzielt
wurde, und zwar bei einer Rotorgeschwindigkeit von 3500
U/min, wobei das Retentat zurückgeführt wurde, während das
Permeat bei der vorliegenden Methode verworfen wurde. Von
Einsatzmaterial, Permeat und Retentat wurden periodisch Pro
ben genommen, die dann gemäß der Kjeldahl-Methode auf den Ge
samtproteingehalt analysiert wurden. Es wurde festgestellt,
daß der Proteingehalt im Retentat anfangs der gleiche wie im
Einsatzmaterial war, aber mit einer länger andauernden Zu
rückführung des Retentats anstieg (Retentat: 4,9%, Einsatz
material: 3,1%).
Die Verwendung einer Membran mit einer kleineren Porengröße
sollte eine noch bessere Aufkonzentrierung von Protein im
Konzentratstrom ermöglichen.
Diese Beispiele wurden durchgeführt, um zu zeigen, daß keine
Fraktionierung von Komponenten in der Milch während des er
findungsgemäßen Filtrationsverfahrens auftritt. In diesen
Beispielen wurden Proben aus dem Einsatzmaterial, dem Filtrat
und dem Konzentrat zu verschiedenen Zeitpunkten während der
Filtration analysiert, um die Proteinkonzentrationen nach der
Kjeldahl-Methode und den Gesamtgehalt an Feststoffen durch
Eindampfen festzustellen.
Proben von Einsatzmaterial, Filtrat und Konzentrat wurden zu
verschiedenen Zeitpunkten während des in Beispiel 18 be
schriebenen Versuchs entnommen und auf ihren Gesamtgehalt an
Feststoffen in jedem Strom analysiert. Die Daten in Tabelle 6
zeigen, daß keine wesentliche Abreicherung an gesamten Fest
stoffen aus dem Filtrat bei Verwendung einer Membran mit
einer Porengröße von 0,65 µm auftrat.
Proben von Einsatzmaterial, Filtrat und Konzentrat wurden zu
verschiedenen Zeitpunkten während der Durchführung von Bei
spiel 13 entnommen und auf den Gesamtgehalt an Feststoffen
und Proteinen in jedem Strom analysiert. Die Daten sind in
Tabelle 6 gezeigt. Wiederum wurde keine wesentliche Abreiche
rung an Feststoffen und/oder Proteinen aus der Filtratmilch
bei Verwendung einer Membran mit einer Porengröße von 0,45 µm
festgestellt.
Die Beispiele 22 bis 28 wurden durchgeführt, um zu zeigen,
daß es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, Bak
terien aus Milch zu entfernen. Das allgemeine Verfahren ent
sprach dem in den Versuchen der Beispiele 6 bis 18 angewand
ten Verfahren, mit der Ausnahme, daß Bakterien gemäß Methode
C in den Arbeitsstrom gegeben wurden. E. coli-Bakterien, die
gewöhnlich in Milch gefunden werden, wurden bei diesen Versu
chen als Impfkulturen verwendet, sofern nicht anderes angege
ben ist. Proben von Einsatzmaterial, Filtrat und
Bakterienkonzentrat wurden zu verschiedenen Zeitpunkten wäh
rend der Filtration unter Anwendung steriler Techniken ent
nommen. Diese Proben wurden auf Bakterien unter Anwendung der
vorstehend erläuterten Methode D untersucht. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 7 angegeben.
Wie in dieser Tabelle gezeigt wird, ist es erfindungsgemäß
möglich, eine dramatische Verringerung des Bakteriengehalts
von Milch zu erzielen. Der hohe Anteil entfernter E. coli-
Bakterien ist direkt auf einen hohen Anteil entfernter
Bacillus cereus-Bakterien übertragbar, die unter Anwendung
der herkömmlichen Pasteurisierung nicht vollständig entfernt
werden können. Es ist bekannt, daß E. coli eine Stäbchen
struktur mit Abmessungen von etwa 1,1 bis 1,5 µm mal 2 bis 6
µm aufweist, während Bacillus-Bakterien, wie Bacillus cereus,
ähnliche Abmessungen aufweisen, und zwar weisen sie ebenfalls
Stäbchenstrukturen mit Abmessungen von etwa 1,0 bis 1,2 µm
mal 3 bis 5 µm auf. Die Möglichkeit, E. coli zu entfernen,
wie in Tabelle 7 angegeben, bedeutet also auch, daß das Ver
fahren in der Lage ist, die sehr unerwünschten Bacillus
cereus-Bakterien zu entfernen, was zu einer Milch mit einer
sehr langen Haltbarkeit selbst bei Raumtemperatur führt.
Die Beispiele 6, 8 und 9 wurden wiederholt, mit der Ausnahme,
daß E. coli gemäß Methode C in den Arbeitsstrom eingeführt
wurde. Proben von Einsatzmaterial, Filtrat und Konzentrat
wurden für die Bakterienanalyse entnommen. Die Daten zur Ver
ringerung des Titers sind in Tabelle 7 gezeigt.
Beispiel 13 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß Bakterien
in den Einsatzmaterialstrom gemäß Methode C eingeführt wurden
und daß das Bakterienkonzentrat nicht in den Arbeitsbehälter
zurückgeführt wurde. Es wurde ein stationärer Milchdurchfluß
von etwa 1600 l/h/m² erzielt. Die mikrobiologischen Daten
sind in Tabelle 7 gezeigt.
Die filtrierte Milch enthielt nur sehr geringe Konzentratio
nen von 7 bis 10 Bakterien pro Milliliter Milch, was drama
tisch unter der Konzentration des Einsatzmaterials von 106
pro Milliliter lag. Die Verringerung des Titers betrug in
diesem Fall mehr als 10⁵. Zum Vergleich werden bei der her
kömmlichen Pasteurisierung von Milch nur Verringerungen des
Titers von etwa 10² bis 10³ erzielt.
Die experimentellen Bedingungen und Verfahren von Beispiel 12
wurden in diesem Versuch wiederholt, mit der Ausnahme, daß E.
coli in den Einsatzmaterialstrom gemäß Methode C gegeben
wurde und daß das Konzentrat nicht in den Arbeitsbehälter zu
rückgeführt wurde. Ein stationärer Milchfluß von etwa 850
l/h/m² wurde erzielt. Proben von Einsatzmaterial, Filtrat und
Konzentrat wurden zur Bakterienanalyse entnommen. Die in Ta
belle 7 aufgeführten Daten zeigen eine Verringerung des Ti
ters von mehr als 10⁶. Die Tatsache, daß keine Bakterien in
der filtrierten Milch nachgewiesen wurden, zeigt, daß es ge
lang sterile Milch herzustellen.
Dieses Beispiel zeigt, daß es mit dem erfindungsgemäßen Ver
fahren möglich ist, Bakterien im wesentlichen vollständig aus
Milch zu entfernen, und zwar unter Verwendung eines Scheiben-
DMF und einer geeignet gewählten Membran. Auf diese Weise
kann sterile Milch hergestellt werden.
Nicht pasteurisierte Rohmilch enthält eine Vielzahl von Orga
nismen, unter Einschluß von coliformen Bakterien, wie E.
coli, und von Pathogenen, wie Listeria und Campylo-Bakterien,
sowie von Bacillus cereus. In diesem Beispiel wurde die
Rohmilch nicht von außen mit Bakterien angeimpft, sondern die
Milch wurde vielmehr auf die inhärenten oder "nativen" Bakte
rien untersucht.
Proben von Einsatzmaterial, Filtrat und Konzentrat wurden zur
Bakterienanalyse während der Durchführung von Versuch 18 ent
nommen und gemäß Methode D auf native Bakterien analysiert.
Nur 14 Bakterien pro Milliliter wurden im Filtrat festge
stellt. Das Einsatzmaterial wies 2500 Bakterien pro Millili
ter und das Konzentrat 2×10⁴ Bakterien pro Milliliter auf.
Ferner wurden keine psychrophilen Bakterien im Filtrat fest
gestellt. Bei psychrophilen Bakterien handelt es sich um Bak
terien, die bei niedrigen Temperaturen wachsen und einen Ver
derb gekühlter Milch bewirken.
Tabelle 7 faßt die Versuche 22 bis 27 zusammen. Die Daten
zeigen, daß sowohl bei Verwendung von Zylindern als auch von
Scheiben eine verbesserte Verringerung des Titers auf Kosten
des Filtratdurchflusses erzielt werden kann. Die Tabelle
zeigt auch, daß es möglich ist, durch Auswahl der richtigen
Membran ein steriles Milchfiltrat zu erhalten.
Neben Bakterien (E. coli), für die die Verringerung des Ti
ters untersucht wurde, gibt es in Milch pathogene Organis
men, wie Listeria, die von praktischer Bedeutung für Molke
reien sind. Diese Pathogene stellen eine größere Herausforde
rung dar als die coliformen Bakterien (E. coli), die auch im
dynamischen Filter untersucht wurden. Die Untersuchungen wur
den gemäß Methode D durchgeführt, um festzustellen, ob die
verwendeten Membranfilterelemente diese Pathogene wirksam
entfernen. Diese Untersuchung wurde in einer Off-line-
Testvorrichtung und nicht in einem dynamischen Filter durch
geführt.
Die in Tabelle 8 gezeigten Daten zeigen klar, daß eine Ulti
por N₆₆®-Membran mit einer Porengröße von 0,45 µm und einem
spezifischen Blasenpunkt (ASTM F316-86) eine vollständige
Entfernung von Listeria ermöglicht.
Gemäß der Methode von Beispiel 16 hergestellte filtrierte Ma
germilch wird in einem desinfizierten Behälter gesammelt.
Handelsüblicher Rahm wird auf 65°C erwärmt und durch eine
Ultipor N₆₆®-Filterpatrone mit einer Porengröße von 0,2 µm,
die von der Firma Pall Corporation, East Hills, NY, erhält
lich ist, filtriert, und zwar mit einer minimalen Verringe
rung des Titers an E. coli-Bakterien von 10⁶. Der filtrierte
Rahm ist an Bakterien weitgehend abgereichert und wird in
einem desinfizierten Behälter gesammelt.
Die filtrierte Magermilch und der filtrierte Rahm werden ver
einigt und homogenisiert, um eine Milch mit einem Fettgehalt
von 2% und einem verringerten Bakteriengehalt zu erhalten.
Claims (13)
1. Verfahren zur Behandlung von Rohmilch, wobei die Rohmilch homoge
nisiert und einer Mikrofiltration unterworfen wird, indem die Milch
durch einen Mikrofilter mit einer mittleren Porengröße, die ausreicht,
den Bakteriengehalt der durchströmenden Milch zu verringern, geleitet
wird, um ein Filtrat mit einem im Vergleich zur eingesetzten Rohmilch
geringeren Bakteriengehalt und ein Konzentrat mit einem im Vergleich
zur eingesetzten Rohmilch höheren Bakteriengehalt zu erhalten, dadurch
gekennzeichnet, daß die Milch innerhalb von 5 Minuten oder weniger
nach der Homogenisierung einer dynamischen Mikrofiltration unterwor
fen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtration
unter Verwendung eines zylindrischen dynamischen Mikrofilters durch
geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dynami
sche Mikrofiltration bei einer effektiven Oberflächengeschwindigkeit von
etwa 3 m/sec bis etwa 50 in/sec durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Filtration in weniger als etwa 30 Sekunden nach der
Homogenisierung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Homoge
nisierung der Milch gleichzeitig mit der Filtration erfolgt, wobei die
Filtration unter Verwendung eines rotierenden Scheibenmikrofilters
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mikrofiltration bei einer Milchtemperatur von etwa 15
°C bis 60 °C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dynamische Mikrofiltration bei einer Scherrate von
10.000 sec-1 bis etwa 400.000 sec-1 durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Mikrofilter eine Porengröße von etwa 0,01 bis etwa
5,0 µm, bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 1 µm, besonders bevorzugt etwa
0,2 bis etwa 0,5 µm, besitzt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil des Konzentrats zurückgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
- 1) die Milch wird in eine Fettfraktion mit einem Mindestfettgehalt von etwa 10% und eine Magermilchfraktion getrennt;
- 2) die Magermilchfraktion wird homogenisiert und innerhalb von etwa 5 Minuten nach der Homogenisierung der dynamischen Mikrofil tration unterworfen, indem die Magermilchfraktion durch den Mi krofilter mit einer mittleren Porengröße, die ausreicht, den Bakte riengehalt der durchströmenden Milch zu verringern, geleitet wird, um ein Filtrat mit einem im Vergleich zur eingesetzten Mager milchfraktion geringeren Bakteriengehalt und ein Konzentrat mit einem im Vergleich zur eingesetzten Magermilchfraktion höheren Bakteriengehalt zu erhalten;
- 3) der Bakteriengehalt der Fettfraktion wird in einer getrennten Stufe verringert; und
- 4) die Magermilchfraktion nach der Mikrofiltration und die Fettfrak tion mit dem verringerten Bakteriengehalt werden vereinigt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bakte
riengehalt der Fettfraktion durch dynamische Mikrofiltration verringert
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bakte
riengehalt der Fettfraktion durch Pasteurisieren verringert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 zur Herstellung von Milch mit einem
Fettgehalt von etwa 2%, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
- 1) eine Magermilchfraktion wird homogenisiert;
- 2) innerhalb von etwa 5 Minuten nach der Homogenisierung wird die Magermilchfraktion der dynamischen Mikrofiltration unterworfen, indem die Magermilchfraktion durch den Mikrofilter mit einer mittleren Porengröße, die ausreicht, den Bakteriengehalt der durch strömenden Milch zu verringern, geleitet wird, um ein Filtrat mit einem im Vergleich zur eingesetzten Magermilchfraktion geringeren Bakteriengehalt und ein Konzentrat mit einem im Vergleich zur eingesetzten Magermilchfraktion höheren Bakteriengehalt zu erhalten;
- 3) der Bakteriengehalt der Rahmfraktion mit einem Mindestfettgehalt von etwa 10% wird verringert; und
- 4) die Magermilchfraktion nach der Mikrofiltration und die Rahm fraktion mit dem verringerten Bakteriengehalt werden vereinigt.
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