EFFECTIVENESS OF THE MEMBRANE USE TECHNOLOGIES FOR PURIFICATION AND CONCENTRATION OF PECTIN EXTRACTS
Authors: ИЛЬИНА И.А. , МАЧНЕВА И.А. , ЧЕРНУЦКИЙ А.П. 
Published: November 2021

Для оценки эффективности применения мембранных технологий очистки и концентрирования пектиновых экстрактов исследован процесс микро-, ультра- и нанофильтрации пектиновых экстрактов различной природы. Исследования проводили на стендовой установке для одинарных фильтрующих элементов с использованием керамических мембранных элементов ПС-100М для микрофильтрации, полисульфонамидной мембраны УПМ-20 для ультрафильтрации и полиамидной мембраны ОПМН-П для нанофильтрации. Объектами исследований были пектиновые экстракты, полученные из яблочного и свекловичного сырья методом гидролиза-экстрагирования в кислой среде. Установлено, что одноэтапное концентрирование на керамических трубчатых или половолоконных мембранах не позволяет достичь желаемой степени концентрирования. Поскольку пектиновые вещества представляют собой высокомолекулярные кислые полисахариды с молекулярной массой более 20 кДа и при концентрировании кинематическая вязкость их растворов резко возрастает, экранируя поры мембран, исследована возможность двухэтапной очистки и концентрирования пектиновых экстрактов методом микро- и ультрафильтрации. Установлена высокая производительность процесса микрофильтрации для яблочного и свекловичного пектиновых экстрактов в первые 30 мин. Отмечено, что производительность керамических мембран при микрофильтрации яблочного экстракта в 2,5 раза выше, чем свекловичного, при ультрафильтрационном концентрировании с отсечкой по молекулярной массе 50 кДа – в 2,9 раз. Установлено, что для яблочных пектиновых экстрактов применение на стадии ультрафильтрации полисульфонамидной мембраны УПМ-20 неэффективно вследствие более высокой молекулярной массы яблочного пектина по сравнению со свекловичным. Требуется дополнительная третья стадия – нанофильтрация, обеспечивающая концентрирование пектинового экстракта из яблочных выжимок до содержания сухих веществ 4%.

For evaluate the efficiency of membrane technologies for purification and concentration of pectin extracts, the process of micro-, ultra- and nanofiltration of pectin extracts of various nature has been studied. The research were carried out on a stand instrument for single filter elements with use of ceramic membrane elements PS-100M for microfiltration, polysulfonamide membrane UPM-20 for ultrafiltration and polyamide membrane OPMN-P for nanofiltration. The objects of research were pectin extracts obtained from apple and sugar beet raw materials by hydrolysis-extraction in an acid medium. It has been found that one-step concentration on ceramic tubular or hollow fiber membranes does not allow to achieve of the desired degree of concentration. Due to the fact that pectin substances are the high molecular acidic polysaccharides with a molecular mass of more than 20 kDa, and when concentrating, the kinematic viscosity of their solutions increases sharply, screening the membrane pores, the possibility of two-stage purification and concentration of pectin extracts by the micro and ultrafiltration method is studied. The high productivity of the microfiltration process for apple and sugar beet pectin extracts was established in the first 30 min. It was noted that the productivity of ceramic membranes in the process of microfiltration of apple extract is 2,5 times higher than that of sugar beet, and with ultrafiltration concentrating mass molecular weight cutoff of 50 kDa – by 2,9 times. It has been found that for apple pectin extracts the use of the UPM-20 polysulfonamide membrane in the ultrafiltration stage is not effective due to higher molecular mass of apple pectin compared to beet pectin. An additional third stage – nanofiltration is required, which provides the concentration of the pectin extract from the apple material to a solids content of 4%.