УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННАЯ МЕМБРАНА НА ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВТОРИЧНОГО МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ
ULTRAFILTER MEMBRANE ON POLYMERIC BASE FOR SEPARATION OF SECONDARY MILK RAW MATERIAL

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к молочной промышленности для получения новых продуктов питания с обогащенным пищевым составом из вторичного молочного сырья - творожной сыворотки и пахты.
Известна ацетатцеллюлозная ультрафильтрационная мембрана, полученная из формовочной смеси, представляющей собой 7% раствор диацетата целлюлозы в ацетоне. Мембрану формуют из указанного раствора на подложке из двух слоев полиамидной технической ткани, прикрепленной к массивному стеклянному основанию. Проницаемость по творожной сыворотке достигает 0,085 л/мин, селективность по белку - 80%.
Существенным недостатком данной мембраны является недостаточная однородность структуры мелкопористой пленки / Патент РФ 2166856, МПК7 А23С 9/142, A01J 11/00. Ацетатцеллюлозная ультрафильтрационная мембрана. /В.М.Седелкин, Л.Ф.Рамазаева и др. // Изобретения. ПМ. - 2001. - №14. - с.289/.
Известна ацетатцеллюлозная мембрана УАМ - 500 (ЗАО НТЦ «Владипор», г.Владимир), содержащая в своем составе такие пластификаторы, как формамид и перхлорат магния, контакт которых с пищевыми продуктами нежелателен /ТУ 6-55-221-399-88/.
2
е
3
Известна ацетатцеллюлозная ультрафильтрационная мембрана на полимерной основе УЦАМ - СФ, полученная из формовочного раствора, представляющего собой 5%, 10% или 15% раствор полимера - ацетата целлюлозы в ацетоне. Мембрану получают в виде однородной ацетатцеллюлозной мелкопористой пленки толщиной 0,16-0,17 мм, пористостью 0,6-1,35%, проницаемостью при 20°С и давлении 0,2 МПа - 0,48-0,72 л/ммин. Селективность по белку 61-72%. Избыточная адсорбция 2,127-10 мг/г /Патент РФ №2093255. Способ получения ультрафильтрационных ацетатцеллюлозных мембран. Седелкин В.М. и др. // Изобретения. - 1998. - №31 - прототип/.
При использовании такой мембраны для ультрафильтрации творожной сыворотки наблюдаются невысокие адсорбционные свойства вследствие недостаточной однородности структуры мембраны и недостаточно высокие проницаемость и селективность. Причем на данной мембране невозможно ультрафильтрационное разделение такого вторичного молочного сырья, как пахта, вследствие недостаточного размера пор.
Поэтому была поставлена задача создания ультрафильтрационных мембран однородной структуры с достаточно высокой проницаемостью и селективностью, а также поиска принципиально новых полимерных композиций и полученных на их основе мембран для ультрафильтрации вторичного молочного сырья, не уступающих по основным эксплуатационным характеристикам существующим ультрафильтрационным мембранам.
Для решения поставленной задачи ультрафильтрационная мембрана на полимерной основе для разделения вторичного молочного сырья дополнительно содержит воду, а в качестве полимера содержит полиамидное полое волокно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полиамидное полое волокно
92-94%
вода
6-8%
Технический результат заявляемого способа получения мембраны заключается в том, что при проникновении воды между макромолекулами волокна, размеры пор уменьшаются, они становятся на порядок меньше размеров молекул белка, содержащихся во вторичном молочном сырье. Мембрана работает как ультрафильтрационная.
Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом.
Полиамидное полое волокно подвергается набуханию в водной среде. Температура водной среды 20°С, полное набухание достигается через 3,5 ч и полиамидное волокно начинает работать как ультрафильтрационная мембрана. Ультрафильтрационная мембрана (полиамидная мембрана) представляет собой полимер (полиамидное полое волокно ВПУ - 15 - ПА), содержащий воду.
В таблице 1 представлена зависимость селективности от состава мембраны.
Как видно из таблицы, нецелесообразно вводить в состав мембраны менее 6% воды, т.к. значительно снижается селективность; больше 8% воды полимер содержать не может из-за ограниченности набухания. Наилучшими свойствами обладает мембрана, которая состоит из 92% полиамидного полого волокна и 8% воды.
Пористость определяли по формуле:
1
где m - масса образца, пропитанного жидкостью, кг;
m - масса сухого образца, кг;
n
3
V - объем образца, пропитанного жидкостью, см;
ж
3
ρ - плотность жидкости, г/см.
В таблице 2 представлены данные по механической прочности при разрыве для мембран со следующим составом, мас.%: полиамидное полое волокно - 92%, вода - 8%.
В таблице 3 представлены данные о проницаемости мембран по вторичному молочному сырью для мембран со следующим составом, мас.%: полиамидное полое волокно - 92%, вода - 8%.
Проницаемость определяли по формуле:
где V - объем фильтрата, л;
2
S - рабочая поверхность мембраны, м;
t - продолжительность фильтрации, мин.
В таблице 4 представлены данные по селективности мембран в зависимости от числа циклов фильтрации для мембран со следующим составом, мас.%: полиамидное полое волокно - 92%, вода - 8%.
Селективность определяли по формуле:
1
где C - концентрация растворенного вещества в исходном сырье, %;
2
С - концентрация растворенного вещества в фильтрате, %.
е
3
Адсорбционные характеристики полиамидных мембран, предназначенных для ультрафильтрации вторичного молочного сырья, определяли интерферометрическим методом. Время установления адсорбционного равновесия составляет 66 ч. Величина избыточной адсорбции 2,8-10 мг/г.
2
2
Таким образом, задача изобретения решена за счет увеличения проницаемости и селективности. Селективность разработанных мембран изменяется в диапазоне от 59,3% до 82,5% при проницаемости по сыворотке 9,2-15,8 л/ммин, в то время как у мембран, взятых за прототип, селективность 61-72%, а проницаемость 0,48-0,72 л/ммин. Кроме того, данные мембраны позволяют выделять ценные белковые компоненты не только из молочной сыворотки, но и из пахты.
Таблица 1
Состав мембраны
Селективность, %
Полиамидное полое волокно, %
Вода, %
92
8
82,5
93
7
70
94
6
59,3
95
5
42,8
96
4
31
прототип
61
Таблица 2
№
Тип мембраны
Диаметр волокна, мкм
Р, Н
Δl, мм
σ, МПа
ε, %
Усредненные значения
P<sub>ср</sub>, Н
σ<sub>ср</sub>, МПа
Δl<sub>ср</sub>, мм
ε<sub>ср</sub>, %
1
8,0
73,0
30,8
73,0
2
9,5
66,9
36,5
66,9
3
9,4
57,1
36,1
57,1
4
Полое
1200±
10,6
45,3
40,8
45,3
9,9
38,3
63,4
63,4
5
волокно
0,05
9,9
73,3
38,1
73,3
6
9,8
64,4
37,7
64,4
7
9,5
65,4
36,5
65,4
8
10,1
59,7
38,8
59,7
9
10,0
61,6
38,5
61,6
10
12,8
66,9
49,2
66,9
Таблица 3
Число циклов пропускания (при ультрафильтрации)
Давление фильтрации, МПа
Проницаемость, Q, л/(м<sup>2</sup>мин)
По сыворотке
По пахте
1
15,8
10,3
2
15,2
7,6
3
14,1
7,4
4
0,2
12,2
3,8
5
10,7
-
6
10,3
-
7
9,2
-
прототип
0,50
-
Таблица 4
Число циклов
1
2
3
4
5
6
7
Прототип
пропускания
(при
ультрафильтрации)
Селективность по
60
75
80
82,5
82,5
82,5
82,5
61
сыворотке,
%