PROCESY MEMBRANOWE

W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

opracowanie: P.Króliczak, T.Jankowski

POZNAŃ 2008

2

Współczesna technologia zna wiele metod oczyszczania

produktów, jak np. chromatografię wielkoskalową, 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, a 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 działającego na membranę ciśnienia, zatrzymane na niej
cząstki akumulują się tworząc warstwę żelową lub tzw. wtórną
membranę. Powoduje to spadek szybkości filtrowania.

3

Strumień objętości (flux rate)
Wyraża objętość otrzymanego permeatu na jednostkę powierzchni
filtra. W początkowym etapie filtracji, gdy filtr nie jest jeszcze
zapchany, przyjmuje wartość:

m

g

R

R

P

J











gdzie:



P - transmembranowa różnica ciśnień



- różnica ciśnień osmotycznych filtrowanego roztworu

i permeatu
R

g

- opór hydrauliczny warstwy żelu

R

m

- opór hydrauliczny membrany.

Ponieważ ciśnienie osmotyczne dla makromolekuł w

roztworze jest bardzo niskie i rośnie dopiero w przypadku
wysokiej koncentracji warstwy żelowej na membranie, to wzór ten
ma postać:

m

g

R

R

P

J







Gdy membrana ulega polaryzacji, tworzy się na niej warstwa

żelu, wówczas strumień objętości wyrażamy jako:

s

g

C

ln

C

ln

K

J



gdzie: K - współczynnik przenikania masy

C

g

- koncentracja warstwy żelu

C

s

- koncentracja filtrowanego roztworu.

Współczynnik odrzucenia (R) - wyraża ilość materiału, który
przechodzi przez membranę lub jest przez nią odrzucany. Gdy R
ma wartość równą l, to 100% materiału jest odrzucane, gdy
wartość ta wynosi 0, to membrana jest całkowicie przepuszczalna.
Wyraża to wzór:

4

)

V

/

V

ln(

)

C

/

C

ln(

R

f

o

o

f



gdzie: C

f

- końcowa koncentracja roztworu w retentacie,

C

o

- początkowa koncentracja roztworu,

V

o

- początkowa objętość roztworu,

V

f

- końcowa objętość retentatu.

Równanie to jest prawidłowe przy założeniu, że retentat jest

całkowicie homogenny, co jest jednak warunkiem trudnym do
osiągnięcia z powodu tworzącej się na membranie warstwy
żelowej.

Wartość współczynnika R jest funkcją tych wszystkich

czynników, które wpływają na polaryzację, jest też funkcją
molekularnej wielkości i kształtu rozdzielanych cząstek.

Punkt odcięcia (cut-off) - masa molekularna, przy której co

najmniej 90% cząstek globularnych o tej właśnie masie jest na
danym filtrze zatrzymywane.

W wielu przypadkach punkt odcięcia jest właśnie tą

wielkością, którą producent podaje na opakowaniu jako
różnicującą poszczególne filtry.

MODYFIKACJE PROCESÓW MEMBRANOWYCH

Przeciwdziałanie, zjawiskom powodującym zanieczyszczenia

membran spowodowało duży postęp w dziedzinie konfiguracji
modułów membranowych, materiałów membran i optymalizacji
dynamiki cieczy w sąsiedztwie membrany. Wydajność procesów
membranowych znacznie się zwiększyła po opracowaniu systemu:
wykorzystującego zasadę równoległego przepływu zawiesiny do
powierzchni przegrody (cross-flow). Zasadę filtracji stycznej
opisuje rysunek:

5

Jednym z parametrów charakterystycznych dla filtracji

stycznej jest ciśnienie transmembranowe, które przyjmuje tu
wartość:

f

o

i

P

2

P

P

PTM









gdzie: P

i

- ciśnienie na wejściu,

P

o

- ciśnienie na wyjściu,

P

f

- ciśnienie filtratu.

Zaletą tego układu jest stosunkowo wolniejsze niż w typowej

filtracji zapychanie się membrany, a to dzięki temu, iż styczny
ruch cieczy nieustannie zmywa tworzącą się na powierzchni filtra
warstwę zanieczyszczeń.

Wydajność i efektywność procesów membranowych jest

dodatkowo polepszana poprzez niewielkie wymiary przekrojów
przepływu zawiesin i roztworów. Zapewnia to burzliwy ruch
cieczy i duże siły ścinające na powierzchni membrany. Znane są
też rozwiązania konstrukcyjne mikrofiltrów z wirującymi
powierzchniami filtrującymi, a także układy, w których zachodzi
przepływ pulsacyjny lub też kierunek przepływu zawiesiny jest co
pewien czas odwracany tak, aby zakłócić ustalony profil
polaryzacji stężeniowej i usunąć cząstki z powierzchni membrany.

RODZAJE FILTRÓW STOSOWANYCH W PROCESACH
MEMBRANOWYCH.

Filtry stosowane w procesach membranowych są zwykle

wykonane z materiałów ceramicznych lub syntetycznych
polimerów, takich jak polisulfon, teflon czy octan celulozy.

6

Materiały te nie są cytotoksyczne, ani też w żaden inny sposób nie
wpływają na filtrowany roztwór.

Ściany membran filtrów charakteryzują się anizotropową

strukturą, tzn. kanały por rozszerzają się od powierzchni
membrany w głąb jej struktury. Dzięki temu cząsteczki, które są
zatrzymywane przez daną membranę, zatrzymują się na jej
powierzchni i nie zapychają światła kapilar w jej wnętrzu (rysunek
poniżej).

Stosowane są podstawowe typy filtrów:
-płaskie,
-spiralne,
-kapilarne.
-rurowe
Filtry płaskie (flat disk) stosuje się często w konfiguracji z

innymi rodzajami separatorów, np. wirowaniem komórek.

Filtry kapilarne zbudowane są z wiązki cienkich rurek

umieszczonych w cylindrycznym pojemniku. Ciecz zawierająca
oddzielane cząstki przepływa przez kapilary, gdzie ulega
rozdzieleniu: cząsteczki małe przenikają przez ściany membrany
na zewnątrz do przestrzeni międzykapilarnej, zaś cząsteczki duże
opuszczają kapilary.

Filtry spiralne zbudowane są z membran nawiniętych

spiralnie na cylindryczny przewód odbierający filtrat.

7

Wybór stosowanej membrany zależy od wielu czynników, np.

strumienia objętości przepływu, masy molekularnej odcinanych
cząstek, lepkości roztworu, stopnia adsorpcji białek, itp.

PODZIAŁ

I

CHARAKTERYSTYKA

PROCESÓW

MEMBRANOWYCH.

Podział procesów membranowych przedstawiony poniżej

opiera się na wielkości rozdzielanych w danej metodzie cząstek.
Za pomocą tradycyjnych metod separacji można rozdzielić cząstki
o wielkości nie mniejszej niż 2



m. Wszystkie mniejsze cząstki

mogą być wydzielane z roztworów za pomocą technik
membranowych. Wielkość rozdzielanych cząstek jest podstawą
przedstawionego poniżej podziału.

Mikrofiltracja (MF)

W mikrofiltracji używa się membran o porach rzędu 0,l-5



m.

Za pomocą mikrofiltracji usuwa się z roztworu drobne zawiesiny,
komórki bakteryjne, niektóre wirusy, drobiny surowców
roślinnych, cząstki tłuszczu w emulsjach (np. mleka). Wizualnym
efektem tego procesu może być zmiana barwy filtratu, obniżenie
się mętności, spadek intensywności rozpraszania światła.
Głównym zastosowaniem mikrofiltracji jest więc klaryfikacja
roztworów, wydzielanie biomas komórkowych, a także sterylizacja
pożywek (tzw. sterylizacja "na zimno").

Siłą napędową procesu mikrofiltracji jest różnica ciśnień

hydrostatycznych po obu stronach przegrody, rzędu 0,05-0,5MPa.
Mikrofiltrację prowadzi się często w układzie stycznym (filtracja
styczna, ang. "cross-flow", "tangential flow"), co w większej
mierze zapobiega odkładaniu się osadu na powierzchni membrany.

Ultrafiltracja (UF)

Membrany stosowane w ultrafiltracji mają pory rzędu 0,005-

0,1



m (5-100nm), a różnica ciśnień na membranie w tym procesie

wynosi 0,2-1,0 MPa.

Proces ultrafiltracji umożliwia jednoczesne frakcjonowanie i

zagęszczanie wybranych składników cieczy. Permeat po UF nie
zawiera już białek, polisacharydów, wirusów, niektórych

8

barwników, enzymów i witamin, natomiast pozostają w nim proste
cukry, kwasy organiczne, zdysocjowane jony nieorganiczne i
większość produktów degradacji cieplnej. Mętność ultrafiltratu
całkowicie zanika i nie obserwuje się już zjawiska rozpraszania
światła.
Nanofiltracja (NF)

Nanofiltracja to proces, który obejmuje zakres separacji

substancji o wymiarach w granicach 0,001-0,005



m (l-5nm).

Zatrzymywane są tu aminokwasy, proste cukry, enzymy i niektóre
jony. Frakcja ta zawiera wiec większość substancji
pochłaniających promieniowanie ultrafioletowe (cukry i produkty
ich rozpadu), substancje odpowiedzialne za smak i zapach,
substancje zabarwiające. Permeat jest jasno zabarwiony, klarowny,
zawiera tylko niektóre sole i cząstki o małej masie cząsteczkowej
(np. alkohole).

Sposób separacji składników w procesie NF jest połączeniem

przepływu kapilarnego, typowego dla MF i UF, z mechanizmem
rozpuszczająco-dyfuzyjnym, charakterystycznym dla odwróconej
osmozy (RO). Membrany nanofiltracyjne posiadają różne zakresy
selektywności,

począwszy

od

przegród

o

wysokiej

nieprzepuszczalności dla NaCl, poprzez membrany wybiórczo
zatrzymujące niektóre jony, do takich, które zatrzymują cząsteczki
kwasów.

Odwrócona osmoza (RO)

Proces ten przebiega na membranach o średnicy por 0,0001-

0,001



m (0,1-1,0nm). Przez taką przegrodę przenika wyłącznie

rozpuszczalnik, tak więc RO może być uważana bardziej za proces
zagęszczania niż separacji. Przepływ rozpuszczalnika następuje
przeciwnie do ciśnienia osmotycznego, toteż aby proces RO mógł
zajść musi być wytworzona duża różnica ciśnień po obu stronach
membrany, rzędu 1-10MPa. Mechanizm selektywnego działania
membran RO tłumaczy się modelem rozpuszczająco-dyfuzyjnym,
gdzie znaczenie ma powinowactwo membrany i składników
roztworu oraz szybkość ich transportu w membranie. Składniki o
większym powinowactwie do materiału membrany, rozpuszczają
się w niej łatwiej od innych składników, a membrana spełnia

9

funkcję fazy ekstrakcyjnej. W dalszym etapie procesu zachodzi
transport składników w membranie na zasadzie dyfuzji
molekularnej, zaś różnice w dyfuzyjności danego składnika
decydują o przepuszczalności membrany. Selektywność membran
RO jest więc połączonym efektem rozpuszczalności i dyfuzyjności
składników zagęszczanego roztworu.

Membrany stosowane w RO mają strukturę niesymetryczną, z

warstewką selektywną o submikronowej grubości, wykonaną
najczęściej z octanu i innych estrów celulozy oraz z poliamidów,
naniesioną na drugą, grubszą warstwę podporową o większej
porowatości.

Proces RO stosuje się od wielu lat na dużą skalę do

otrzymywania wody pitnej z wód morskich i wód zasolonych oraz
do uzdatniania wody w przemyśle farmaceutycznym i
elektronicznym.

Perwaporacja (PV)

Perwaporacja pozwala na rozdzielenie ciekłej mieszaniny

z częściowym jej odparowaniem - permeat występuje w postaci
pary.

Membrany stosowane w PV mają porowatość podobną jak w

RO, a transport masy zachodzi na zasadzie mechanizmu
sorpcyjno-dyfuzyjnego. Tak więc po jednej stronie membrany
następuje adsorpcja i rozpuszczanie się składników danego
roztworu, następnie rozpuszczone cząsteczki dyfundują w
membranie i z jej drugiej strony ulegają desorpcji
("odparowaniu").

Efekt rozdzielania składników roztworu wynika, podobnie jak

w RO, z różnic sorpcji i rozpuszczalności w membranie. Różnice
te są natomiast efektem specyficzności oddziaływań układu
membrana-ciecz lub też wynikiem uprzywilejowanej sorpcji
cząstek o mniejszym rozmiarze.

Praktyczne zastosowanie procesu perwaporacji zmierza do

zastąpienia tym procesem konwencjonalnej destylacji.

Elektrodializa (ED)

Elektrodializa to

proces

membranowego

rozdzielania

roztworów ciekłych, których składniki jonowe (sole, kwasy,

10

zasady) przenikają przez membrany pod wpływem różnicy
potencjałów zewnętrznego pola elektrycznego. W procesie tym
membrany są jonowymienne, mają albo ładunek 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 lub słabo
zasadowe grupy aminowe czy też fenolowe. W ostatnich latach
opracowano

już

membranę

dwupolarną,

umożliwiającą

elektrodializę w pojedynczej membranie.

Proces ED ma zastosowanie do odsalania wody morskiej oraz

uzdatniania wody technologicznej, a także do innych procesów
demineralizacji.

Omówione wyżej procesy membranowe przedstawiono na

schemacie, uwzględniając wymiarowe spektrum różnych
substancji występujących w ciekłych artykułach żywnościowych.

11

KONSERWACJA MEMBRAN

 Ocena skuteczności czyszczenia (mycia) membrany – odtworzenie

przepuszczalności membrany dla wody destylowanej w danej

temperaturze i dla danego ciśnienia transmembranowego

 Prędkość przepływu stycznego podczas czyszczenia powinna być

równa lub większa niż prędkość podczas filtracji

 Zalecane stężenie środka myjącego powinno usuwać dany rodzaj

zanieczyszczenia w ciągu 30 –60 minut

 Wpływ temperatury na mycie (wzrost temperatury obniża siłę

wiązań zanieczyszczeń do powierzchni membrany, zwiększa

rozpuszczalność

słabo

rozpuszczalnych

zanieczyszczeń,

zwiększa reaktywność środków myjących, których mechanizm

działania opiera się na hydrolizie czy utlenianiu); w zakresie

temperatur od 30 do 700C, wzrost temperatury o 200C w

przybliżeniu zwiększy tempo czyszczenia dwukrotnie



Woda używana do czyszczenia i płukania powinna być wysokiej

jakości (odkładanie się na membranie zanieczyszczeń zawartych w

wodzie; możliwość tworzenia się zanieczyszczeń, w wyniku

reakcji składników zawartych w wodzie ( np. związki Mn i Fe) ze

środkami myjącymi)

12

ZASTOSOWAJNIE

PROCESÓW

SEPARACJI

MEMBRANOWEJ W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM

Procesy membranowe są w technologii żywności bardzo

atrakcyjną alternatywą do tradycyjnie stosowanych metod
separacyjnych, a to ze względu na niedestrukcyjne oddziaływanie
na produkt i niskie zużycie energii.

W tabeli zestawiono przykłady zastosowania procesów

membranowych w różnych działaniach towarzyszących produkcji
żywności.

Zastosowanie

Produkt

Proces membranowy

"Zimna" sterylizacja

Piwo, wino, mleko, moszcze,

pożywki fermentacyjne

MF

Klarowanie

Piwo, wino, soki owocowe

MF,UF

Zagęszczanie

Białka, soki owocowe, kawa,

barwniki, enzymy

UF,RO

Usuwanie alkoholu

Piwo, wino

RO,PV

Frakcjonowanie

Białka, węglowodany, produkty

biotechnologii

UF,RO

Odzysk produktu

Kwas mlekowy, kwas cytrynowy,

ocet, alkohol etylowy

UF, ED, PV

Poprawa jakości

produktu

Substancje smakowo-zapachowe

RO,PV

Odsalanie,

demineralizacja

Woda, serwatka

RO, NF, ED

Przemysł mleczarski

Pierwsze zastosowania procesów ultrafiltracji w mleczarstwie

dotyczyły utylizacji serwatki. Serwatkę najpierw poddawano
procesowi UF, w którym oddzielano frakcję białkową, a następnie
RO, otrzymując zagęszczony roztwór laktozy oraz permeat
o niskim BZT. Korzyści wynikające zatem ze stosowania
procesów membranowych w tym przypadku polegają na
możliwości otrzymywania 30-80% koncentratów białkowych
pozbawionych laktozy, zagęszczonego do około 25% roztworu
laktozy, a przy tym powstający ściek ma niskie BZT.

13

Stosując dalej odpowiednio dobrane membrany, białka można

jeszcze rozdzielić na



-laktoalbuminę i



-laktoglobulinę,

laktoferynę, laktoperoksydazę i glikomakropeptyd.

Frakcjonowanie białek serwatkowych w procesie ultrafiltracji

W serowarstwie powszechną praktyką jest wstępne

zagęszczanie mleka przy użyciu UF, poprzedzające koagulację.
Poprzez to wartość odżywcza sera jest wyższa dzięki wzbogaceniu
go w białka, witaminy i niektóre substancje mineralne, tracone w
serwatce w tradycyjnym procesie.

Ważną zaletą technik membranowych jest możliwość

"zimnej" sterylizacji. Mleko poddawane procesowi MF jest
mikrobiologicznie czyste i nie jest wówczas wymagana typowa
pasteryzacja. Pojawiają się jednak doniesienia mówiące o tym, że
przy stosowaniu membran, które pozwalają na zachowanie przez
mleko wszystkich jego białkowych składników, w permeacie
zostaje część drobnoustrojów.

Przemysł owocowo-warzywny

W przemyśle tym procesy membranowe stosuje się do

klarowania i zagęszczania soków, moszczów oraz wina, do
wydzielania substancji aromatycznych z ekstraktów owocowych,
do zagęszczania barwników roślinnych oraz do usuwania alkoholu
z wina.

14

Dzięki technologiom membranowym można wyeliminować

tak uciążliwe procesy jak filtracja przy użyciu ziemi okrzemkowej,
bentonitu, zolu krzemionkowego i żelatyny. Jednocześnie, stosując
instalacje membranowe, mniejsza jest powierzchnia produkcyjna,
mniejsze jest zużycie energii, materiałów filtracyjnych 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 stosuje się też do pozyskiwania i zagęszczania

naturalnych barwników roślinnych takich jak antocyjany i
betanina. Zawartość tych składników w roztworach wodnych jest
bardzo niska (ok. 0,1%), a w przewadze występują pektyny, białka
i cukry. W tradycyjnym procesie sok lub ekstrakt jest filtrowany,
zagęszczany na wyparkach i suszony rozpyłowo. Natomiast już
jednokrotna

ultrafiltracja

pozwala dwukrotnie zwiększyć

zawartość barwników w suchej masie.

W produkcji winiarskiej zastosowanie mikrofiltracji i

ultrafiltracji moszczów lub gotowego wina zapewnia z jednej
strony usunięcie niepożądanej mikroflory, zaś z drugiej
pozbawienie wina związków powodujących jego mętność. W ten
sposób eliminuje się z procesu produkcyjnego uciążliwe etapy
filtracji z użyciem środków klarujących oraz siarkowanie jako
czynnik niszczący mikroflorę. Z kolei użycie membran RO
umożliwia częściowe lub całkowite usunięcie alkoholu z wina lub
też jego zagęszczenie. Otrzymuje się produkt o bardziej
intensywnej barwie i zwiększonej zawartości alkoholu.

Biotechnologia

Biotechnologia, jako bardzo szeroka dziedzina, stwarza też

bardzo szerokie możliwości stosowania technik membranowych.
Począwszy od "zimnej" sterylizacji pożywek przy użyciu
mikrofiltracji, moduły membranowe są zastosowane w reaktorach
z recyrkulacją komórek i ciągłym odbieraniem produktów oraz do
separacji i zagęszczania produktów fermentacji.

15

Na rysunku przedstawiono schemat tradycyjnego bioreaktora

z dołączonym modułem membranowym i możliwością recyrkulacji
komórek.

Fermentor z recyrkulacją komórek

Taki układ umożliwia ciągłość pracy fermentora, gdyż

produkty procesu są w kontrolowany sposób odprowadzane i ich
wzrastająca koncentracja nie inhibuje przebiegu prowadzonej
reakcji. Dodatkowo też następuje ciągłe zawracanie komórek do
reaktora, co zwiększa ich stężenie i powoduje tym samym wzrost
wydajności procesu.

Według podanego wyżej schematu przeprowadza się

produkcję etanolu z surowców skrobiowych i serwatki, a także
kwasu mlekowego, octowego i propionowego.

Selektywne przegrody o różnych konfiguracjach, z

unieruchomionymi komórkami lub enzymami, służą do budowy
fermentorów nazywanych reaktorami membranowymi. Reaktory
takie mogą być stosowane do prowadzenia fermentacji
alkoholowej, mlekowej, octowej oraz do enzymatycznej hydrolizy
sacharozy.

W fermentacji alkoholowej aplikację zyskuje proces

perwaporacji. Etanol odprowadzany w ten sposób z cieczy
fermentacyjnej ma stężenie ok. 40%, a koszt jego produkcji jest o
29% niższy od produkowanego tradycyjnie.

16

Fermentacja alkoholowa z recyrkulacją komórek i ciągłym

usuwaniem etanolu za pomocą perwaporacji.

Przy użyciu PV można też odprowadzać z cieczy

fermentacyjnej substancje zapachowe.

Opracowana w ostatnich latach membrana dwupolarna,

stosowana w elektrodializie, pozwala na otrzymywanie kwasu
mlekowego bez konieczności jego oczyszczania, co jest wymagane
w tradycyjnych metodach.

Inne zastosowania procesów membranowych

Techniki membranowe, przede wszystkim ultrafiltrację,

stosuje się do zagęszczania białka jaja kurzego. Proces ten stosuje
się też do odsalania białka jaja. Pozyskane w ten sposób czyste
białko nie różni się wskaźnikami jakościowymi od białka
natywnego.

Ultrafiltrację stosuje się też w produkcji koncentratów

białkowych z roślin oleistych. Dzięki technice membranowej,
można

usunąć

z

ekstraktu

białkowego

niepożądane

niskocząsteczkowe składniki (przede wszystkim fenole),
odpowiedzialne za nieprzyjemny zapach.

Przemysł spożywczy stosuje też w niektórych przypadkach

techniki membranowe na rzecz ochrony środowiska. Znane są
przykłady poddawania procesowi MF solanek peklujących, w celu
ich wielokrotnego użycia, a także przykłady membranowego
oczyszczania wód odpadowych.

17

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest:

1. Zapoznanie się z możliwościami separacyjnymi różnych technik
membranowych, fizycznymi zasadami rozdziału w aparatach
membranowych oraz podstawowymi, negatywnymi zjawiskami
towarzyszącymi filtracji z użyciem membran.

2. Zapoznanie się z podstawowymi typami aparatów do
prowadzenia filtracji membranowej, a w szczególności z
mikrofiltrami i modułami do ultrafiltracji o różnej budowie
(płytowy, rurowy, "hollow fiber") i zasadami ich obsługi.

3. Wykonanie doświadczenia - mikrofiltracja i ultrafiltracja
wybranej cieczy spożywczej.

Doświadczenie zostanie wykonane na modułach do

mikrofiltracji i ultrafiltracji firmy Millipore. Typy stosowanych
modułów: MF – ceramiczny moduł rurowy

UF - moduły płaskie Pellicon XL
Rozdzielczość stosowanych membran: MF - 0,45pm
UF -100 000 Da

30 000 Da
10 000 Da

Rodzaj cieczy: serwatka
Przebieg ćwiczenia:

-wykonanie mikro- i ultrafiltracji przy jednoczesnym

pomiarze strumienia objętości filtratu (sporządzić wykres
zależności strumienia filtratu od czasu filtracji),

-ocena

efektywności filtracji poprzez pomiar ilości

pozostałego w permeacie i retentacie białka (spektrofotometr



=280 nm),

-przygotowanie środków czyszczących i mycie modułów MF i UF;

moduł

MF- woda destylowana (płukanie) i NaOH (10g/litr)

moduły UF- woda destylowana, NaOH (4g/litr), H

3

PO

4

(0,1 N) –

nie przekraczać ciśnienia 30 psi podczas mycia membran Pellicon.

18

WYBRANE POZYCJE LITERATUROWE


Anonim (1988): Ultrafiltracja w technologii żywności. Przem. ferm. i owoc-

warzyw., 5-6: 16.

Belfort G. (1989): Membranes and bioreactors: A technical challenge in

biotechnology. Biotechnol. Bioeng, 33:1048.

Brown D.E., Kavanagh P.R. (1987): Cross-flow separation of cells. Process

Biochem., 22(4): 96.

Cheryan M. (1986): Ultrafiltration handbook. Lancaster, PA Technomics

Publ. Co.

Chmiel H., Gudernatsch W., Howaldt M. (1988): Integrated downstream

processing with membranes. Chem. Biochem. Eng., Q2, 4:184.

Cuperus F.P., Nijhuis H.H. (1993): Application of membranes technology

to food processing. TFST, 4(9):277.

Gallman P.U. (1990): Membrane technology, a challenge for the dairy

industry. Lebensm. Technologie, 23:71.

Hoffmann H., Scheper T., Schugerl K., Schmidt W. (1987): Use of
membranes to improve bioreactor performance. Chem. Engng. J., 34:313.
Honer C. (1990): Expanding membrane technology. Dairy Foods, 91:71.
Lefebvre M.S. (1986): Membrane technology and food industry. ASEAN

Food Journ.,2(2):51

Mehaia M.A., Cheryan M. (1984): Ethanol production in a hollow-fibre

bioreactor using Saccharomyces cerevisiae. Appl.
Microb.Biotechnol., 20:100.

Moulder M.H.V. (1991): Basic Principles of Membrane Technology.

Amsterdam. Kluwer Academic.

Oelsen N., Jensen F. (1989): Microfiltration. The influence of operation

parameters in the process. Milchwissenschaft, 44 (8): 476.

Paulson D. J., Wilson R. L., Spatz D.D. (1984): Crossflow membrane

technology and its applications. Food Technol. 38 (12): 77.

Philip T. (1984): Purification and concentration of natural colorants by

membranes. Food Techn., 38 (12): 107.

Rautenbach R., Albrecht R. (1989): Membrane Processes. Chichester. J.

Wiley.

Sourirajan S. (1970): Reverse Osmosis. New York Academic Press.

Wroński S., Rudniak L. (1990): Filtracja dynamiczna w
biotechnologii. Biotechnologia 4 (10): 12.