PROCESY MEMBRANOWE
W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM
Współczesna technologia zna wiele metod oczyszczania produktów, jak np. chromatografię wielkoskładnikową, wytrącanie, krystalizację, wirowanie, destylację, sedymentację i inne. Membranowe techniki rozdzielania mieszanin przez długi okres czasu traktowane były jako pomocnicze metody separacyjne w skali laboratoryjnej. Ostatnie lata sprawiły, że możliwym stało się stosowanie technik membranowych na dużą skalę. Związane to jest z rozwojem chemii tworzyw sztucznych, szczególnie polimerów syntetycznych, z których zbudowana jest większość wysoce przepuszczalnych i selektywnych membran.
W technologii żywności stosuje się z powodzeniem takie odmiany technik membranowych, jak: mikrofiltracja, ultrafiltracja, odwrócona osmoza, elektrodializa, nanofiltracja. Korzyści wynikające ze stosowania wyżej wymienionych metod to przede wszystkim:
- możliwość jednoczesnego zagęszczania, frakcjonowania i oczyszczania roztworów
- redukcja do minimum termicznej degradacji składników żywności i mikroorganizmów
- niskie zużycie energii
- eliminacja przemian fazowych rozdzielanych składników (jak np. przy destylacji)
- prosta, modułowa budowa urządzeń.
PODSTAWOWE POJĘCIA I PARAMETRY OPISUJĄCE TECHNIKI MEMBRANOWE
Permeat - filtrat; roztwór przenikający przez membranę filtracyjną, zawierający rozpuszczalnik wraz z cząstkami, które nie zostały zatrzymane na filtrze.
Retentat - roztwór zawierający zatrzymane na filtrze cząstki.
Polaryzacja stężeniowa membrany - zjawisko adsorpcji drobin na powierzchni membrany, powodujące zalepianie się por. pod wpływem adsorpcji na powierzchni membrany, powodujące zlepianie się por. pod wpływem działającego na membranę ciśnienia, zatrzymane na niej cząstki akumulują się tworząc warstwę żelową lub tzw. Wtórną membranę. Powoduje to spadek szybkości filtrowania.
Strumień objętości (flux rate)
Wyraża objętość otrzymanego permeatu na jednostkę powierzchni filtra. W początkowym etapie filtracji, gdy filtr nie jest jeszcze zapchany, przyjmuje wartość:
gdzie:
DP - transmembranowa różnica ciśnień
DP - różnica ciśnień osmotycznych filtrowanego roztworu i permeatu
Rg - opór hydraulityczny warstwy żelu
Rm - opór hydraulityczny membrany.
Ponieważ ciśnienie osmotyczne dla makromolekuł w roztworze jest bardzo niskie i rośnie dopiero w przypadku wysokiej koncentracji warstwy żelowej na membranie, to wzór ma postać:
Gdy membrana ulega polaryzacji, tworzy się na niej warstwa żelu, wówczas strumień objętości wyrażamy jako:
(…)
… i hamowaniu mogą podlegać u różnych drobnoustrojów m.in. dehydrogenaza NADH i elementy pierwszej fosforylacji w łańcuchu oddechowym oraz dehydrogenazy funkcjonujące w cyklu Krebsa, np. izocytrynianowa, bursztynianowa i inne. Indukowana jest natomiast synteza enzymów szlaku EMP (fermentacja alkoholowa).
Wykazano, że nie tylko wysokie stężenie glukozy, ale duża szybkość wzrostu drożdży sprzyja procesowi fermentacji alkoholowej. Przykładowo - przy właściwej szybkości wzrostu m = 0,1 h-1 fermentacja tlenowa zachodzi powyżej 2 g glukozy w litrze, przy m = 0,2 h-1 ten sam efekt fizjologiczny uzyskuje się przy stężeniu glukozy 1g w litrze. Uważa się, że nie sama glukoza, jako związek chemiczny, lecz szybkość przemian katabolicznych decyduje o kierunku jej metabolizmu. Wynika z tego, że warunki natlenienia…
… dodatni (przepuszczalne dla anionów - anionity), albo ładunek ujemny (przepuszczalne dla kationów - kationity). Kationity wytwarzane są poprzez fizyczne lub chemiczne unieruchomienie w cienkich foliach wykonanych z polimerów, grup sulfonowych o właściwościach silnie kwaśnych lub grup karboksylowych o właściwościach słabo kwaśnych. Anionity natomiast mają unieruchomione grupy amoniowe, silnie zasadowe…
… do prowadzenia fermentacji alkoholowej, mlekowej, octowej oraz do enzymatycznej hydrolizy sacharozy. W fermentacji alkoholowej aplikacją zyskuje proces perwaporacji. Etanol odprowadzany w ten sposób z cieczy fermentacyjnej ma stężenie ok. 40 %, a koszt
produkcji jest o 29 % niższy od produkowanego tradycyjnie.
Fermentacja alkoholowa z ciągłym usuwaniem etanolu za pomocą perwaporacji i recyrkulacją komórek…
… przez mikroorganizmy do podłoża enzymów.
TLENOWA HODOWLA DROŻDŻY
Bardzo ważny jest odpowiedni poziom natleniania i stężenia cukru w pożywce. Ludwik Pasteur wykazał, że w obecności tlenu wydajność biomasy ze zużytej glukozy jest znacznie wyższa oraz, że tlen silnie hamuje fermentację alkoholową. Dotyczy to mikroorganizmów, które mogą rozwijać się zarówno w warunkach tlenowych jak i beztlenowych (np. E. coli, S…
… okrzemkowej, bentonitu, zolu krzemionkowego i żelatyny. Jednocześnie, stosując instalacje membranowe, mniejsza jest powierzchnia produkcyjna, mniejsze jest zużycie energii czy też preparatów enzymatycznych.
Połączone systemy UF i RO stosowane do odzyskiwania substancji aromatycznych zawartych w skórkach owoców cytrusowych, w dużej mierze wpływają na lepszą jakość produktu i wydajność procesu. Ultrafiltrację…
… mają zdolność wykorzystywania laktozy, rafinozy, L-sorbozy, D-ksylozy, L-arabinozy czy celobiozy. Źródłem węgla mogą być także: skrobia rozpuszczalna, pektyna, etanol, metanol, etanodiol, glicerol, niektóre kwasy organiczne i in. Do prawidłowego wzrostu wymagają obecności substancji stymulujących m.in.: biotyny, kwasu pantenowego, mezoinozytu. Bazę podłoża
do hodowli drożdży stanowi melasa buraczana…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)