CC BY
49
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Исследование
процесса ультрафильтрационного концентрирования пектина
В.М. Жиров, Н.И.Белов
Московский государственный университет технологий и управления
Известно, что использование традиционного термического метода концентрирования пектина приводит к снижению его качества по цвету, вкусу и желирующей способности [1].
В последнее время широкое распространение находят мембранные методы концентрирования пектина, в частности ультрафильтрация. Это связано с рядом факторов, основные из которых- низкая энергоемкость, экологич-ность продукта и возможность создания замкнутого цикла [2].
Для концентрирования модельных растворов яблочного пектинового экстракта использовали лабораторный разделительный модуль. Схема лабораторной установки представлена на рис. 1.
Лабораторный модуль для ультрафильтрации включает разделительную
камеру и резервуар со сжатым газом, соединяемые линией подачи газа. Разделительная камера состоит из нижнего (1) и верхнего (2) фланцев, между которыми расположен стеклянный цилиндр. В нижнем фланце имеется углубление с канавками, в которые последовательно укладываются: пористая подложка (3), резиновая прокладка (4) и мембрана (5). Разделительная камера герметизируется уплотненными резиновыми кольцами (6). Внутри камеры помещена мешалка (7), вращаемая магнитным полем внешней магнитной мешалки. Камера снабжена штуцером для заливки фильтруемой жидкости (10) и подачи сжатого газа предохранительным клапаном (12) и штуцером для отвода фильтрата (11).
В качестве фильтрующих элементов применяли полимерные мембраны: МФА-А-2, УФМ-50, УФМ-100, Поли-арамин Б, УПМ-200, УАМ-50П. Для конечного эксперимента использовали полимерную, пористую мембрану УФМ-50, работающую под давлением 0,1 МПа с минимальной производительностью по дистиллированной воде 240 дм3/м2-ч (0,002 мл/см2-мин).
Фильтрацию осуществляли при давлении 0,1 МПа и скорости потока 1,2 дм3/м2-ч. Для подтверждения правильности выводов определяли селективность мембран:
я = (1 - Сф/ссх)100%,
где Сф - концентрация в фильтрате; Сисх - концентрация исходного раствора.
Исследования показали, что селективность мембран по пектину высока и в зависимости от концентрации его в
Таблица 1
Влияние концентрации раствора пектина на селективность мембраны УФМ-50
Концентрация пектина в исследуемом растворе, % Селективность, %
по пектину по сухим веществам
1,0 95 0
2,0 95 50
4,0 100 25
Рис. 2. Гидравлическая схема промышленной установки ФМБ-40: ВД - вентили дроссельные; З - вентили запорные; И - исходная смесь; К - концентрат; Ф - фильтрат, В - клапаны обратные; СВ - вентили электромагнитные; Н - насосы; М - манометры
растворе составляет 95-100 %, тогда как селективность по сухим веществам всего лишь 25-50 % (табл. 1).
В дальнейшей работе по отработке режимов концентрирования пектина использовали промышленную установку ФМБ-40, разработанную на кафедре «Технология бродильных производств и виноделия» Московского государственного университета технологий и управления. Преимущество данной установки - импульсная, периодическая очистка фильтрующих элементов с автоматической подачей ультрафильтрата или промывной жидкости в обратном направлении. Гидравлическая схема промышленной установки ФМБ-40 представлена на рис. 2.
Установка ФМБ-40 (типа фильтр-пресс) представляет собой пакет идентичных прямоугольных мембранных и разделительных элементов, сжимаемых гидравлическими устройствами между двумя плитами. Установка комплектуется любыми мембранами (НПО «Полимерсинтез», «ДДС», «Миллипор», «Владипор» и др.) и снабжена рабочим и промывочным насосами, а также электромагнитными вентилями, обеспечивающими работу установки в автоматическом режиме. Все детали изготовлены из мате-
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
риалов, разрешенных органами Рос-потребнадзора. Допускается стерилизация при 1200С и при рН 1-12 в зависимости от типа и свойств мембран.
В период фильтрации смесь с коллоидными частицами попадает вдоль гибкого турбулизатора и мембраны. Фильтрат отводится через мембрану и гибкий дренаж, а непроходящая фракция - концентрат циркулирует вдоль мембран. По мере накопления осадка подача смеси прекращается и включается промывка. При этом фильтрат подается в обратном направлении через дренаж и мембрану. При этом мембрана прижимается к турбулизатору с одновременным сбросом осадка.
Таким образом, удалению осадка способствует четыре фактора: поток фильтрата в обратном направлении; «полоскание» мембраны в пространстве между турбулизатором и дренажом; смена местных перегибов мембраны; скольжение загрязненной поверхности мембраны по неровной поверхности турбулизатора.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что по мере эксплуатации мембран их производительность снижается независимо от вида пектинсодержащего сырья. Очевидно, это связано прежде всего с механическим забиванием пор полупроницаемых мембранных фильтров низкомолекулярными фракциями пектиновых веществ, а также с усилением влияния концентрационной поляризации на границе раздела фаз, приводящих к снижению массообменных характеристик фильтра.
Повышение величины рабочего давления ультрафильтрата до 0,2 МПа так же, как и увеличение скорости потока пектинсодержащего экстракта, приводит к росту производительности разделительного аппарата. Однако из-за невысоких прочностных характеристик полимерных мембран стабилизация
Таблица 2
Свойства концентратов пектина
Показатель Свежие яблочные выжимки Сушеные яблочные выжимки Замороженные яблочные выжимки
экстракт пектина концентрат фильтрат экстракт пектина концентрат фильтрат экстракт пектина концентрат фильтрат
Сухие вещества, % 1,25 3,8 0,80 1,30 1,70 1,05 1,45 3,9 1,13
Зольность, % 0,13 0,04 0,08 0,20 0,07 0,012 0,17 0,06 0,10
Пектиновые вещества, % 0,81 3,9 0,2 0,78 3,1 0,15 0,78 2,8 0,26
Желирующая способность, мм рт.ст. 534 610 650
работы мембранного аппарата за счет этих факторов ограничена указанными пределами (давление - 0,1 МПа, скорость потока - 1,2 м/с).
Установлено, что на производительность мембранной установки значительное влияние оказывают структура яблочной выжимки и температура фильтрации. Производительность мембраны при концентрировании экстракта, получаемого из замороженных яблочных выжимок, значительно ниже, чем из свежих. Это объясняется тем, что пектиновый экстракт из замороженных выжимок содержит большее количество низкомолекулярных фракций, что повышает давление и способствует забиванию пор и как результат приводит к снижению производительности установки.
С повышением температуры фильтрата происходит равномерное увеличение производительности установки. Очевидно, это связано с повышением температуры и снижением вязкости яблочных пектиновых экстрактов, что способствует повышению скорости фильтрации.
Таким образом, мембранный метод концентрирования пектиновых экстрактов из яблочных выжимок увеличи-
вает выход коммерческого препарата жидкого пектина до 3,9 % (табл. 2).
При этом происходит не только концентрирование пектинового препарата, но и его очистка, что, естественно, сказывается на технологических свойствах препарата, в частности увеличивается степень его чистоты.
Жидкий пектин, получаемый после ультрафильтрационного концентрирования, представляет собой полупрозрачную, опалесцирующую жидкость.
На основании проделанной работы и выполненных научных исследований разработаны технологическая инструкция на получение пектина и технологическая схема его производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Голубев В.Н., Шелухина Н.П. Пектин: химия, технология, применение. -М.: Изд-во Академии технологических наук РФ, 1995.
2. Горячий Н.В., Свитцов А.А., Мар-данян М.М., Румянцева Г.Н., Варфоло-меева О.А. О природе загрязнений мембран в процессе концентрирования пектиновых экстрактов//Мембра-ны. Сер. Критические технологии. 2003. № 2. С.40-44.
Продается Нижегородский мукомольный завод,
оснащенный новейшим швейцарским мельничным оборудованием фирмы ВиЫегАС, производственной
мощностью по переработке зерна свыше 1 тыс. тонн в сутки. Для хранения запасов зерна имеется
элеватор большой емкости, подъездные железнодорожные и водные пути. Исключительно выгодное географическое расположение - в центре Нижнего Новгорода на берегу реки Оки, при слиянии с Волгой. Тел. (8312) 33-24-10, 43-18-76.
ПРОИЗВОДИМ
ВСЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫДУВА И РОЗЛИВА
ООО "Продвижение"
Тел.: {095)785-07-89, факс.: (095)785-07-88
www.prodvizhenie.com
