Применение мембранной технологии для очистки и концентрирования разбавленного картофельного сока

6. Шибата Д.К. Полимеразная цепная реакция и молекулярно-генетический анализ биоптатов. //Молекулярно-клиническая диагностика. Методы. - М. «Мир», 1999, с.395-425.

7. Montowska M., Pospiech E. Species identification of meat by electrophoretic methods ///Acta Sci. Pol., Technol. Aliment. - 2008.

- №6(1). - Р. 5-16.

8. Electrophoretic isofocusing in studies on meat protein from various animal species and pork stored under different conditions/E. Pospiech, G. Peltre, M.L. Greaser, B. Mikoiajczak//Polishjournal of food and nutrition sciences. - 2005. - Vol. 14/55. - № 3. - Р. 299-302.

10. WHO Guidelines on Transmissible Spongiform Encephalopathies in relation to Biological and Pharmaceutical Products, 2003 (www.who.int/bloodproducts/publications/en/WH0_TSE_2003.pdf).

THE INVESTIGATION OF QUANTITY OF NORMAL PRION PROTEIN OF BOVINE IN SAMPLE OF BIOLOGICAL ORIGIN O.V. Mudrikova, A.Yu. Prosekov, O.V. Kriger, A.R. Hananova, S.Yu. Garmashov

Summary. The authors have carried an investigation of various samples of cattle carcasses and other products of agricultural raw materials for the presence of normal prion protein to identify their potential infectivity.

Key words. Normal prion protein, sDs-electrophoresis.

УДК 664.22

ПРИМЕНЕНИЕ МЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ДЛЯ ОЧИСТКИ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАЗБАВЛЕННОГО

КАРТОФЕЛЬНОГО СОКА

Н.В. ВОЛКОВ, аспирант

Н.Д. ЛУКИН, доктор технических наук, зам. директора

Л.В. КРИВЦУН, кандидат технических наук, зав. лабораторией

ВНИИ крахмалопродуктов Россельхозакадемии E-mail:

Резюме. Сброс разбавленного сока, образующегося при переработке картофеля на крахмал, оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Вместе с тем он содержит белок, который можно использовать в производстве кормов для животных.

В статье приведены результаты исследований по применению мембранной технологии для очистки и концентрирования картофельного сока. Полученные данные свидетельствуют о высокой селективности нанофильтрационной мембраны ЭРН 500 Да по разбавленному картофельному соку. Определена возможность концентрирования картофельного сока для последующего его использования в смеси с картофельной мезгой с целью повышении ее кормовой ценности. Ключевые слова: мембрана, ультрафильтрация, нанофильтрация, картофельный сок, сточные воды.

При переработке некондиционного картофеля и твердых отходов, образующихся в производстве кар-тофелепродуктов с использованием гидроциклонной установки, получают отход - смесь мезги с картофельным соком. При ее разделении выделяется мезга, которую можно использовать на корм скоту и разбавленный картофельный сок с содержанием 1,8...3,0 % сухих веществ, который направляют на очистные сооружения.

Традиционные методы очистки воды (биологические, адсорбционные, коагуляционные, флотационные) высокозатратны, зачастую недостаточно эффективны и могут быть успешно заменены на методы, предусматривающие применение полимерных и керамических мембран [1.5].

Цель наших исследований - определить возможность очистки и концентрирования разбавленного картофельного сока с использованием ультрафильтрационных (УФ) и нанофильтрационных (НФ) мембран, уточнить основные технологические параметры мембранного процесса для проектирования промышленной установки.

Достижения науки и техники АПК, №11-2011 __

Условия, материалы и методы. Эксперименты проводили на пилотной установке контурного типа с непрерывным отбором фильтрата. Процесс осуществляли в режиме максимального концентрирования раствора, контроль проводили по следующим параметрам: давление, температура, производительность по фильтрату с помощью манометра, контактного термометра и расходомера соответственно.

Для проведения экспериментов использовали мембраны следующих типов: керамические одноканальные УФ мембраны КУФЭ с селективным слоем на основе карбида кремния с номиналом пор 67 кДа; «INNOPOR» с селективным слоем на основе оксида титана и номиналом пор 70 кДа; полимерный рулонный нанофильтра-ционный элемент ЭРН с номиналом пор 500 Да.

Объект исследования - разбавленный картофельный сок с содержанием сухих веществ (СВ) 2,6 % в виде мутной жидкости темно-коричневого цвета с рН 4,3. Разделение сточной воды на мембране проводили за счет градиента давлений на ее поверхности. Трансмембранный перепад давления в аппарате составлял 0,3 МПа. Площадь мембраны - 0,015 м2, температуру жидкости в установке поддерживали на уровне 45.50 °С. В процессе эксперимента исходный модельный раствор разделяли мембраной на два потока: пермеат и концентрат. Пермеат выводили из установки, а концентрат направляли в исходный резервуар.

Эксперимент проводили следующим образом. Исходный раствор картофельного сока концентрировали вначале на мембранах КУФЭ или «INNOPOR» с получением ультрафильтрата (УФ-фильтрат) и концентрата; затем УФ-фильтрат разделяли на мембране ЭРН, получая нанофильтрат (НФ-фильтрат) и НФ-концентрат.

После каждого эксперимента мембранные элементы регенерировали путём промывки кислотно-щелочными растворами с проведением замеров их удельной производительности на дистиллированной воде для оценки степени регенерации.

результаты и обсуждение. На стадии ультрафильтрации происходит концентрирование в резервуаре всех взвешенных частиц и белковой составляющей

--------------------------------------------- 79

разбавленного картофельного сока. Фильтрат мембран обоих типов получается прозрачным и имеет светло-коричневый цвет.

В то же время производительность мембраны КУФЭ постепенно снижается, а у мембраны «INNOPOR» остаётся постоянной (рис. 1). Такую ситуацию можно объяснить отличием состава селективного слоя. Вероятно, что при прочих равных условиях разница в технологии их изготовления влияет на динамичность мембраны на селективном слое из карбида кремния гораздо активнее, чем на слое из оксида титана.

Таблица. Физико-химические_ показатели исследуемых растворов

Наименование с\ S pH 1 Белок. % от СВ IЗола, % от CB\D. (А=400нм]

Разбавленный

картофельный сок 2,6 4,3 55,05 0,65 2,466

УФ-фильтрат 1,8 4,3 49,54 не определяли 0,097

УФ-концентрат 10,4 4,3 40,10 0,56 2,198

НФ-фильтрат 0,66 4,2 25,93 не определяли 0,010

НФ-концентрат 4,4 4,4 41,54 0,88 2,427-

гелевого слоя из сжимаемого осадка.

При нанофильтрации ультрафильтрата разбавленного картофельного сока фактор концентрирования составил 2,6 (рис. 3). Результаты физикохимических исследований проб, отобранных на разных этапах фильтрации свидетельствует о понижении концентрации СВ и оптической плотности жидкостей в технологической цепочке «разбавленный картофельный сок — УФ-фильтрат — НФ-фильтрат» (см. табл.).

рис. 1. Зависимость производительности УФ мембран от времени при Т=46 °С: —- КУФЭ 67 кДа; -— INNOPOR 70 кДа.

На стадии нанофильтрации в резервуаре концентрируется низкомолекулярная составляющая разбавленного картофельного сока. После мембраны ЭРН 500 Да нанофильтрат представлял собой прозрачную Рис.З. Зависимость удельной производительности мем-

жидкость без цвета, запаха и пенообразования. браны ЭРН от фактора концентрирования разбавленного

картофельного сока с СВ=1,8 % при Т = 46 °С.

выводы. Двухступенчатая очистка разбавленного картофельного сока обеспечивает снижение содержания СВ на первой ступени до 31 %, полученного УФ-фильтрата на мембране ЭРН 500 Да (вторая ступень) - на 63,3 %. Общее содержание СВ разбавленного картофельного сока уменьшается на 74,6 %. После двухступенчатой очистки разбавленного картофельного сока достигнуто концентрирование 86,2 % по СВ. Оптимальные технологические параметры процесса мембранной очистки разбавленного картофельного сока для стадии ультрафильтрации Рвх/Рвых=0,35/0,25 МПа, Т=46 °С; для стадии нанофильтрации Рвх/Рвых=0,6/0,55 МПа, Т=46 °С. Концентрат картофельного сока в дальнейшем можно использовать для повышения кормовой ценности мезги, ультрафильтрат - на производственные нужды при переработке картофелепродуктов.

- М.: Химия, 1978.

2. Лазарев С.И. Ультрафильтрационное разделение водных растворов крахмалопаточных производств// Известия вузов. Пищевая технология. - 2000. - №1. - С. 91-93

3. Волков Н.В., Лукин Н.Д. Исследование процесса ультрафильтрации кукурузного экстракта с использованием керамических мембран // Сборник докладов конференции-конкурса научно-инновационных работ молодых учёных и специалистов за 2008 г. ( 4 декабря 2008 г.). - ВНИИМП РАСХН. - С. 151-155

4. Волков Н.В., Лукин Н.Д., Кудряшов В.И. Application of membrane technology for separation and purification of starch and starch containing hydrolysates // Сборник Международной научно-практической конференции «XVIII International Starch Convention» 21-25 июня 2010. - Краков, 2010

5. Волков Н.В., Лукин Н.Д. Изучение процесса мембранной очистки сточных вод, образующихся при переработке твердых и жидких отходов картофеля на крахмал в производстве картофелепродуктов // Материалы 4-ой конференции молодых ученых и специалистов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции РАСХН «Научно-инновационные технологии как основа продовольственной безопасности Российской Федерации». - М., 2011. - С. 18-22

APPLICATION OF MEMBRANE TECHNOLOGY FOR CLARIFICATION AND CONCENTRATION OF DILUTED POTATO JUICE N.V.Volkov, N.D.Lukin, L.V.Krivtsun

Summary. The discharge of diluted potato juice, which is formed after potato processing into starch, has a bad impact on environment. Along to this it contains up to 1,3 % of protein, which could be used for production of feed for animals.

The results of researches on application of membrane technology for clarification and concentration of diluted potato juice are stated in the article. The obtained data testifies about high selectivity of nanofiltration membrane ERN 500 Da for diluted potato juice. The possibility to concentrate potato juice for further application in mixture with potato fiber in order to increase its feeding value was revealed.

Key words: membrane, ultrafiltration, nanofiltration, potato juice, sewage.

рис.2. Зависимость удельной производительности мембраны ЭРН 500 Да при разделении фильтрата разбавленного картофельного сока от времени при Т=46 °С.

С течением времени производительность мембраны снижается в 4,5 раза и в конце эксперимента достигает 9 л/м2ч (рис. 2). Очевидно, это обусловлено образованием на поверхности НФ мембраны Литература.

1. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация.

ВО

Достижения науки и техники АПК, №11-2011