1
1
Podczas procesu membranowego następuje
rozdział składników cieczy na dwie frakcje:
retentat (koncentrat) – rozpuszczalnik z
substancjami zatrzymanymi oraz permeat (filtrat)
– rozpuszczalnik z substancjami przechodzącymi
przez membranę. O rodzaju cząsteczek
przenikających przez membranę decyduje
rozmiar jej porów. Siłą napędową procesów może
być różnica ciśnień wzdłuż membrany lub różnica
potencjałów elektrycznych.
2
Pod pojęciem membran, według Europejskiego
Towarzystwa Membranowego, rozumiemy fazę
rozdzielającą dwie inne fazy, która działa jako pasywna
lub aktywna bariera dla transportu masy między nimi.
Według innej, bardziej ogólnej definicji membrana jest
granicą pozwalającą na kontrolowany transport jednego
lub wielu składników z mieszanin ciał stałych, ciekłych lub
gazowych.
3
Membrany wytwarza się z materiałów
organicznych (octan celulozy, poliamid, polisulfon)
i nieorganicznych (membrana ceramiczna).
Doboru membrany dokonuje się na podstawie
warunków pracy:
•
temperatura,
•
Kwasowość,
•
oddziaływanie czynników chemicznych,
oraz na podstawie właściwości membran:
•
średnica porów,
•
porowatość powierzchni,
•
rozkład średnicy porów.
4
5
Do głównych procesów
membranowych stosowanych w
przemyśle mleczarskim należą:
Mikrofiltracja (MF)
Ultrafiltracja (UF)
Nanofiltracja (NF)
Odwrócona osmoza (RO)
Elektrodializa (ED)
6
MIKROFILTRACJA - jest procesem, w którym
cząstki o średnicach 0,1–10μm są oddzielane od
rozpuszczalnika i małocząsteczkowych składników
roztworu. Mechanizmem rozdziału cząsteczek jest
mechanizm sitowy, co oznacza że przez membranę
mikroporowatą, która stanowi przegrodę filtracyjną
przechodzą cząstki o średnicy mniejszej niż
średnice porów membrany. Membrany stosowane
do mikrofiltracji charakteryzują się porami o
średnicy z przedziału od 0,1μm do 10μm. Na
membranie zatrzymują się: tłuszcz, agregaty
cząsteczek, bakterie i przetrwalniki oraz komórki
somatyczne.
7
ULTRAFILTRACJA
- podobnie jak w
przypadku mikrofiltracji mechanizm ultrafiltracji
ma charakter sitowy a stosowane membrany
charakteryzują się średnicą porów o od 1μm do
10μm. Membrany dla ultrafiltracji mogą być
symetryczne lub asymetryczne i pozwalają na
przepływ przez pory cząsteczek laktozy,
rozpuszczonych soli, niskocząsteczkowych
peptydów, wody, oddzielając białka i większe
cząstki. Jest ona stosunkowo niskociśnieniowym
procesem, stosowane ciśnienia nie przekraczają
na ogół 1 MPa, w trakcie którego nie występuje
przeciwciśnienie osmotyczne.
8
NANOFILTRACJA- należy do
najmłodszych technik membranowych. W
nanofiltracji stosuje się membrany o średnicy
porów 10
-3
- 10
-2
μm pozwalające na przepływ
jonów soli mineralnych i
niskocząsteczkowych związków
organicznych. Proces filtracji odbywa się pod
niskim ciśnieniem, niektóre źródła podają że
pod ciśnieniem ok. 0,3-0,8MPa inne że od 2-
4MPa.
9
ODWRÓCONA OSMOZA – technikę tą
stosuje
się
do
separacji
związków
małocząsteczkowych (sole nieorganiczne,
małocząsteczkowe związki organiczne) od
rozpuszczalnika. Konieczne jest stosowanie
wyższych ciśnień transmembranowych (3-6
MPa) niż w przypadku ultra i mikrofiltracji,
ponieważ
związki
małocząsteczkowe
charakteryzują się wyższymi ciśnieniami
osmotycznymi. Ciśnienia te zależą od
stężenia znaczniej, niż w przypadku
roztworów związków wielkocząsteczkowych.
10
ELEKTRODIALIZA - jest to
elektrochemiczny proces membranowy,
którego siła napędową jest różnica potencjału
elektrycznego wymuszającego przepływ
jonów. Membrany stosowane w tym procesie
są przepuszczalne wyłącznie dla substancji w
formie jonowej, zatrzymując makrocząsteczki
oraz związki niejonowe
11
odwrócona osmoza (RO)
30-60
nanofiltracja (N
F
) 20
-
40
ultrafiltracja (UF)
1
-
10
mikrofiltracja (MF)
<1
rozmiar porów
membrany
(um)
ciśnienie (bar)
12
Mikrofiltracja
Mikrofiltracja:
- usuwania tłuszczu z serwatki pozostałego po jej
odwirowaniu.
- do usuwania bakterii i przetrwalników z mleka
odtłuszczonego w wyniku czego zwiększa się
przydatność do spożycia mleka spożywczego
(Bactocatch).
- w serowarstwie do normalizacji kazeiny w mleku
kotłowym oraz oczyszczania solanki z bakterii,
przetrwalników oraz drożdży i pleśni.
- frakcjonowania kazeiny i białek serwatkowych.
13
Ultrafiltracja
Ultrafiltracja
:
- w przetwórstwie mleka ultrafiltracje stosuje się
najczęściej w produkcji serów (głównie miękkich oraz serów
twarogowych), dzięki czemu następuje wzrost wydatku sera,
mniejsze zużycie podpuszczki, mniejsza ilość wytwarzanej
serwatki oraz powstawanie produktu o jednolitych cechach.
- z mleka i serwatki za pomocą ultrafiltracji (oddzielenie
białek serwatkowych od laktozy i soli) można otrzymać
preparaty białkowe o korzystnych właściwościach
fizykochemicznych i wysokiej wartości odżywczej.
- w produkcji mlecznych napojów fermentowanych w
celu zwiększenia suchej masy mleko zagęszcza się metodą
UF, wpływa to na lepszą konsystencję oraz stabilność
produktu
- do oczyszczania ścieków w celu odzysku białka i
tłuszczu, które mogą być przeznaczone na produkcję pasz.
14
Nanofiltracja
Nanofiltracja
:
-
W przemyśle mleczarskim nanofiltracja
służy głównie do odzysku wartościowych
składników z serwatki:
- odsalania solanki słonej
- częściowej demineralizacji, odkwaszania i
zagęszczania serwatki kwasowej
- demineralizacji koncentratów białek
serwatkowych
- demineralizacji serwatki podpuszczkowej w
produkcji demineralizowanego proszku
serwatkowego.
15
Odwróconą
Odwróconą
osmozę
osmozę
stosuje się do:
- zagęszczania serwatki w celu zmniejszenia
kosztów
przetwarzania,
chłodzenia
i
magazynowania
- zagęszczania permeatu UF dzięki czemu można
uzyskać laktozę techniczną o zawartości 90-93%
laktozy w s.s
- oczyszczania kondensatu wyparnego i wody
płuczącej
- produkcji lodów w celu zwiększenia s.s.b, w ten
sposób lody maja lepszy smak i zapach
.
16
Elektrodializa
Elektrodializa
znalazła zastosowanie głównie do:
- obróbki wstępnej serwatki przed wymianą
jonową w produkcji wysoko demineralizowanych
preparatów białkowych - ED umożliwia redukcję
zawartości popiołu w serwatce o nawet 80%;
- odsalania serwatki stosowanej w produkcji
odżywek i lodów;
- produkcji mleka o małej zawartości jonów Na
+;
-uzdatniania wody do kotłów.
17
Wysoka wydajność i stabilność pracy,
Mniejsze straty składników w wyniku czego powstaje
produkt o wysokiej jakości,
Perspektywa wytwarzania zupełnie nowych
produktów o lepszych właściwościach odżywczych i
funkcjonalnych,
Redukcja i oczyszczanie ścieków procesowych,
Łatwość automatyzacji,
Ograniczona wytrzymałość chemiczna, termiczna i
mechaniczna membran,
Wysoka wrażliwość membran na zanieczyszczenia,
związana jest z tym częsta ich wymiana.
18
Bednarski W., Płodzień T., Tomasik J., Krzemieniewski M., „Zastosowanie technik
membranowych w uzdatnianiu wody odzyskowej w przetwórstwie mleka”,
Przegląd mleczarski 2005 nr 9, s. 36-39.
Budzyński J., Kroll J., „Mikrofiltracja solanki- wynik z zastosowania w Monieckiej
Spółdzielni Mleczarskiej w Mońkach”, Przegląd mleczarski 2002 nr 6, s. 266-
268.
Budzyński J., Kroll J., „Zastosowanie procesów membranowych w produkcji
serów”, Przegląd mleczarski 2001 nr 5, s. 211-212.
Dec B., Chojnowski W., „Zastosowanie procesu nanofiltracji w przetwórstwie
serwatki”, Przegląd mleczarski 2003 nr 4, s. 134-136.
Limanowski J. „Seminarium-Postęp techniczny w przetwórstwie mleka-procesy
membranowe”, Przegląd mleczarski 2002 nr. 5, s.234-235.
Marianowski J., Książek K., „Techniki membranowe w uzdatnianiu wód pitnych i
technicznych w przemyśle mleczarskim”, Magazyn Przemysłu Spożywczego
2000 nr 3(7), s. 40-43.
Zander L., Zander Z., „Konfiguracja systemów membranowych (w przemyśle
mleczarskim)”, Przeglad mleczarski 2006 nr 10, s.18-20.
Zander L., Zander Z., „Podstawy separacji membranowej ( w przetwórstwie
mleka)”, Przegląd mleczarski 2006 nr 9, s. 38-41.
Ziajka S. „Mleczarstwo cz. 1” Wydawnictwo UWM w Olsztynie 2008.
19
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
20