Effekt av vasketid på kjemisk-, fysisk- og mikrobiell renhet av keramiske MF-membraner og sensitiviteten til Lactococcus lactis spesifikke bakteriofager ovenfor alkaliske vaskemidler

Abstract

En god rengjøring av MF-membraner er viktig for å sikre trygg produksjon av fraksjoner av melk og kjernemelk. Hensikten med denne oppgaven var å undersøke effekten ulike råstoffer og vaskeprosedyrer hadde på den kjemiske-, fysiske- og mikrobielle renheten til keramiske MF-membraner. I tillegg ble toleransen til Lactococcus lactis spesifikke bakteriofager ovenfor alkaliske vaskemidler undersøkt på grunn av hypotesen som påsto at lut kan eliminere bakteriofag.

Skummet melk og kjernemelk ble mikrofiltrert ved å bruke en keramisk MF-membran med porestørrelse på 0,14 mikrometer til konsentrering av protein. Målet med filtreringsforsøkene var å konsentrere skummet melk til 8 % protein, og skummet kjernemelk til 6 % protein. Det ble totalt gjennomført åtte filtreringsforsøk, fordelt på fire blokker. Både skummet melk og kjernemelk ble mikrofiltrert ved fire av forsøkene. Mikrofiltreringsforløpet ble vurdert gjennom registrering av parametere som temperatur, trykk og flow. Basert på disse registreringene ble parameterne transmembrantrykk (TMP) og permeat flux beregnet. Hvert filtreringsforsøk ble etterfulgt av en vaskeprosedyre. Membranen ble vasket ved å alternere mellom to ulike vaskeprosedyrer, hvor forskjellen mellom disse to vaskeprosedyrene var sirkuleringstiden for kjemikaliene. Den ene vaskeprosedyren var den originale vaskeprosedyren, som mikrofiltreringsanlegget ved pilotanlegget ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) ble vasket med til vanlig. På bakgrunn av industriell vask av MF-membraner, ble den alternative vaskeprosedyren utviklet. Sirkuleringstiden for kjemikaliene ved denne prosedyren var halvert sammenlignet med den originale prosedyren. Begge vaskeprosedyrene ble benyttet etter fire filtreringsforsøk. Hvor de ble benyttet etter to runder med filtrering av både skummet melk og kjernemelk.

Det ble tatt ut prøver av skummet melk og kjernemelk, retentat, permeat og av skyllevann (før og etter rengjøring av mikrofiltreringsanlegget). For å undersøke den mikrobielle sammensetningen til prøvene ble det gjennomført flere analyser. Den mikrobielle kvaliteten ble undersøkt gjennom innholdet av mesofile mikroorganismer, psykrotrofe mikroorganismer, bakteriofager og sporedannende mikroorganismer (aerobe og anaerobe). Vurderingen av den kjemiske sammensetningen til prøvene ble gjennomført ved å analysere innholdet av brix (løselig tørrstoff), tørrstoff, protein og mineraler. I tillegg ble pH målt. Prøvene av skyllevannet etter vask ble analysert for å få en indikasjon på den mikrobielle og kjemiske renheten til membranen. På grunn av påstanden om at bakteriofag kunne elimineres av lut, ble toleransen Lactococcus lactis spesifikke fager hadde til alkaliske vaskemidler undersøkt gjennom en stresstest. En utvalgt bakteriofagprøve (-Voss 15.00) som var spesifikk mot melkesyrebakterier ble dyrket opp, og toleransen for lut ble undersøkt gjennom å utsette fag for ulike konsentrasjoner av et alkalisk vaskemiddel brukt til vasking av MF-membraner. Konsentrasjonen til vaskemiddelet ble undersøkt i kombinasjon med ulike sirkuleringstider.

Resultatene viste at de fleste mikrobielle indikatorene med unntak av bakteriofager og psykrotrofe mikroorganismer var tilstede i prøvene av skummet melk og kjernemelk. Samtidig viste de fleste resultatene at separeringsprosessen var god med tanke på at bakterier i henhold til teori skal holdes igjen av MF-membraner. I tillegg til at permeatet i høy grad skal være fri for mikroorganismer. Skyllevannet etter endt vask viste til lave kimtall og ble antatt å ha en god mikrobiell renhet. Resultatene viste til en forventet endring av den kjemiske sammensetningen til skummet melk og kjernemelk i retentatet og permeatet, hvor innholdet av tørrstoff, brix og protein økte i retentatet og ble redusert i permeatet. Separeringsprosessen viste ikke til samme effekt på endringen i mineralinnhold, men denne endringen var ikke forventet for alle mineralene. Økningen av blant annet protein- og kalsium i retentatet, ga økt bufferkapasitet i retentatet. På grunn av denne økningen var det mulig å forvente pH-økning i retentatet, men dette var ikke alltid tilfellet. Som forventet var det ikke bakteriofager tilstede i prøvene som ble tatt ut i forbindelse med filtreringsforsøkene. Analysen for bakteriofagenes toleranse til alkaliske vaskemidler viste ingen plakkdannelse, og det kunne dermed tyde på at fag ble eliminert av alkaliske vaskemidler.

Det ble konkludert med at effekten av å alternere mellom vaskeprosedyrer ikke ga signifikante forskjeller med tanke på renhet. Den alternative vaskeprosedyren viste i likhet med den originale vaskeprosedyren å gi god kjemisk-, fysisk og mikrobiell renhet. På bakgrunn av disse resultatene ble det med forbehold konkludert med at det kan være mulig å redusere sirkulasjonstiden til kjemikaliene, og fortsatt gi tilstrekkelig og god renhet. Det ble også konkludert med at Lactococcus lactis spesifikke bakteriofager ble eliminert av alkaliske vaskemidler. På bakgrunn av få publikasjoner og usikkerheter ved metoden, ble det anbefalt videre forskning. Slik at toleransen slike bakteriofager har til alkaliske vaskemidler i større grad ble kartlagt.

A good cleaning of MF-membranes is important to ensure safe production of fractions of milk and buttermilk. The aim of this thesis was to investigate the effect of various raw materials and cleaning procedures on the chemical-, physical- and microbial cleanliness of ceramic MFmembranes. In addition, the tolerance of Lactococcus lactis specific bacteriophages to alkaline detergents was investigated due to the hypothesis that lye may eliminate bacteriophages.