پیشرفت های اخیر میکروفیلتراسیون در صنعت شیر و مقایسه با باکتوفوکاسیون

چکیده

در این مقاله ، پیشرفت های جدید در زمینه ریز پالایش با جریان عرضی cross flow mtro filtra tion   (CFMF) بوجود آمده ، مورد بررسی قرار می گیرد . اکثر این پیشرفت ها اختصاص به صنعت لبنی دارد .

استفاده از فرضیه فشار هیدرولیک ترانس ممبران uniform transmembrane hy drolic pressur  (UTP)  با روشهای مختلف ریسکوله کردن میکروفیلترت آن و درجه تخلخل طولی و غشاهای سرامیکی جدید اجازه داد که جداسازی دیفرانسیلی از هر گروه از ترکیبات شیر انجام بگیرد . وقتی که از MF برای تولید شیر مایع استفاده می شود بدلیل استفاده از حرارت کم . شیر مایع حاصل طعم مشابه شیر خام دارد و عمر مفید آن 5-3 ساعت نسبت به تولیدات قبلی طولانی تر است . نتایج نشان داد که کاربرد غشا  MF در حذف باکتری های پاتوژن باعث شد که سلامت بهداشتی پنیرهای درست شده از شیرخام MF اقلا برابر یا بیشتر از پنیرهای تولید شده از شیر خام باکتونرگاسیون و پاستوریزاسیون باشد. میروفیلتراسیون علاوه بر حذف چربی ، باکتری ها و تغلیظ میسلهای کازئینی کاربردهای دیگری چون حذف چربی رسوب کوره آب پنیر . شفاف سازی آب پنیر ، حذف باکتری ها از شوراب پنیر . استفاده از CFMF برای جداسازی انتخابی میسلهای کازئینی و گلبولهای کوچک شیر امکانپذیر شود . با تولیداتی که در 2 سوی غشا حاصل می شود تکنولوژی لبنیاتی این امکان را خواهد داشت که تنها بازده فراورده ای لبنی بهبود یابد بلکه محصولات گوناگون با بافت های متنوع تولید شود که با توجه به مزایای روش میکروفیلتراسیون استفاده از آن در آینده رو به گسترش خواهد بود.

مقدمه

میکروفیلتراسیون تکنیکی از فرایندهای غشایی است که طی آن مولکولهای سنگین مواد محلول در یک حلال سبک یا سوسپانسیون ذرات کلوییدی به 2 جریان با غلظت های متفاوت تفکیک می شود . جداسازی با غشا متخلخل با قابلیت نفوذ پذیری انتخابی با قطر منفذ  و اعمال فشار هیدرولیکی (1-2bar) بعنوان نیروی رانشی انجام می‌گیرد. هر غشا بسته به اندازه منافذ دارای حداقل جداسازی است که ذرات بزرگتر از این حداقل به وسیله غشا قابل جداسازی نیست . مایعی که در غشا مانده ، رتنتیت نامیده می شود که شامل ترکیباتی بزرگتر از میانگین قطر منافذ غشا است مایعی که از خلال غشا عبور می کند میکروفیلترت نام دارد که ترکیبات موجود در آن کوچکتر از میانگین قطر منافذ غشا است جدول (1) اندازه تعدادی از ترکیبات شیر را نشان می دهد که می تواند با فرایند MF جدا شود که این فرایند در شکل (1) هم نشان داده شده است . تکنیک MF می تواند برای جداسازی دیفرانسیلی مخصوص اجزاء معلق شیر به کار رود . چربیها . میسلهای درشت کازئین ، باکتریها بازداشته نی شوند و الباقی ترکیبات شیر از غشا رد می شوند .

تکنولوژی MF در دهه 1980 م . با توسعه غشاهای سرامیکی جدید وارد صنعت لبنی شد . این غشا شکل هندسی چند کاناله و یک محافظ شدید اتراوا هستند که امکان صنعتی شدن فرضیه فشار هیدرولیک پیشنهاد شده توسط سندبلوم (Sandblom) را میسر ساخت . با این کار قسمت اعظم مشکل گرفتگی غشا مرتفع گردید .

ساختار مهندسی غشاء

در اوایل دهه هشتاد تلاش هایی انجام شد تا از MF برای سانترینوگاسیون جهت شفاف سازی و میکرب زدایی از آب پنیر استفاده شود اما غشاهای آلی چون پلی کربنات و پلی سلوفان از نظر فلاکس عبوری و جداسازی دقیق مورد قبول نبودند ولی استحکام گرمایی و ثبات شیمیایی آنها رضایتبخش بود . با اینحال نتوانست در صنعت لبنی مورد توجه قرار بگیرد . لذا فرصت جدیدی بوجود آمد یعنی غشاهای سرامیکی بودجود آمدند که با وجود استحکام گرمایی و شیمیایی ولی کاهش فلاکس عبوری و تغییرات سلکیتویتی در برابر زمان زیاد بود در نتیجه استفاده از فرضیه فشار هیدرولیک ترانس ممبران یکپارچه پیشنهاد شده توسط سندبلوم که از سرعت های جریان عرضی بالا استفاده می شود بر پدیده Fouling غلبه شد.

در بررسی ممبرانها از 2 قسمت تشکیل می شوند :1- ساپورت (Support) با منافذ بزرگ 2- لایه غشا با منافذ ریزتر که بر روی ساپورت قرار می گیرد . غشاهای بسیار پایداری تشکیل می شود . جنس ساپورت بیشتر از آلومین ، کربن ، استیل استنلس یا Sic ( پایداری کسی به PH بالا دارد در سنعت غذا توسعه نیافته است ) . لایه غشا از آلومین ، اکسیدتیتانیوم یا مخلوطی از هر دو تشکیل می شود به این روش که پودر یک سوسپانسیون کلوییدی روی ساپورت ریخته شده و با حرارت رسوب داده می شود . اندازه منافذ غشا با کنترل دقیق اجزاء کلوییدی بدست می آید که اغلب اوقات 2 یا 3 لایه بر روی هم جوش داده می شود.

غشاها به فرم های مونوتیوب ( تک لوله ) با قطر داخلی 8-3 میلی متر و ارتفاع 5/8 سانتی متر ساخته می شوند و یا چند کاناله هستند کانالهای استوانه ای یا کانالهایی با مقاطع عرضی به اشکال مختلف ساخته می شوند . اشکال تک لوله و چند لوله به صورت یکپارچه هستند و طول آنها بیشتر از یک متر است که در مجموعه های منسجم قرار گرفته که در خانه هایی از جنس استیل استنلس گذاشته می شوند که مدول نامیده می شود . در یک مدول مقدار سطح توسعه یافته حاوی منافذ 2 m 10-2/0 است . در طراحی مدولها باید توجه داشت که قابل تمیز کردن باشند تعویض مدولهای فرسوده مقرون به صرفه باشد و نسبت بین سطح تعبیه شده و حجم محفظه فشار متناسب باشد .

مقدار فشار مورد استفاده در فیلتراسیون غشایی بستگی به اندازه منافذ غشا دارد و هر قدر اندازه منافذ ریزتر باشد فشار لازم برای عبور مایع نیز بیشتر خواهد بود . از سوی دیگر با عبور مایع از غشار فشار افت کرده که این میزان افت فشار را اصطلاحات افت فشار هیدرولیکی می نامند بنابراین افت فشار هیدرولیکی برابر است با فشار ورودی ( فشار در ورودی محصول ) منهای فشار خروجی ( فشار در انتهای ممبران ) .PH=P1-P2  فشار هیدرولیکی باعث حرکت مداوم مایع بر روی سطح ممبران می شود . عبور مواد از داخل غشا تحت تاثیر اختلاف غشاء دیگری قرار می گیرد که به فشار ترانس ممبران معروف است . (PTM) فشاری است که در هر نقطه از ممبران از طرف محصول به طرف پرمیات در بیرون از غشا وارد می شود و باعث خروج پرمیات از صافی می گردد. 

پیشرفت های اخیر میکروفیلتراسیون در صنعت شیر و مقایسه با باکتوفوکاسیون

چکیده

در این مقاله ، پیشرفت های جدید در زمینه ریز پالایش با جریان عرضی cross flow mtro filtra tion   (CFMF) بوجود آمده ، مورد بررسی قرار می گیرد . اکثر این پیشرفت ها اختصاص به صنعت لبنی دارد .

استفاده از فرضیه فشار هیدرولیک ترانس ممبران uniform transmembrane hy drolic pressur  (UTP)  با روشهای مختلف ریسکوله کردن میکروفیلترت آن و درجه تخلخل طولی و غشاهای سرامیکی جدید اجازه داد که جداسازی دیفرانسیلی از هر گروه از ترکیبات شیر انجام بگیرد . وقتی که از MF برای تولید شیر مایع استفاده می شود بدلیل استفاده از حرارت کم . شیر مایع حاصل طعم مشابه شیر خام دارد و عمر مفید آن 5-3 ساعت نسبت به تولیدات قبلی طولانی تر است . نتایج نشان داد که کاربرد غشا  MF در حذف باکتری های پاتوژن باعث شد که سلامت بهداشتی پنیرهای درست شده از شیرخام MF اقلا برابر یا بیشتر از پنیرهای تولید شده از شیر خام باکتونرگاسیون و پاستوریزاسیون باشد. میروفیلتراسیون علاوه بر حذف چربی ، باکتری ها و تغلیظ میسلهای کازئینی کاربردهای دیگری چون حذف چربی رسوب کوره آب پنیر . شفاف سازی آب پنیر ، حذف باکتری ها از شوراب پنیر . استفاده از CFMF برای جداسازی انتخابی میسلهای کازئینی و گلبولهای کوچک شیر امکانپذیر شود . با تولیداتی که در 2 سوی غشا حاصل می شود تکنولوژی لبنیاتی این امکان را خواهد داشت که تنها بازده فراورده ای لبنی بهبود یابد بلکه محصولات گوناگون با بافت های متنوع تولید شود که با توجه به مزایای روش میکروفیلتراسیون استفاده از آن در آینده رو به گسترش خواهد بود.

مقدمه

میکروفیلتراسیون تکنیکی از فرایندهای غشایی است که طی آن مولکولهای سنگین مواد محلول در یک حلال سبک یا سوسپانسیون ذرات کلوییدی به 2 جریان با غلظت های متفاوت تفکیک می شود . جداسازی با غشا متخلخل با قابلیت نفوذ پذیری انتخابی با قطر منفذ  و اعمال فشار هیدرولیکی (1-2bar) بعنوان نیروی رانشی انجام می‌گیرد. هر غشا بسته به اندازه منافذ دارای حداقل جداسازی است که ذرات بزرگتر از این حداقل به وسیله غشا قابل جداسازی نیست . مایعی که در غشا مانده ، رتنتیت نامیده می شود که شامل ترکیباتی بزرگتر از میانگین قطر منافذ غشا است مایعی که از خلال غشا عبور می کند میکروفیلترت نام دارد که ترکیبات موجود در آن کوچکتر از میانگین قطر منافذ غشا است جدول (1) اندازه تعدادی از ترکیبات شیر را نشان می دهد که می تواند با فرایند MF جدا شود که این فرایند در شکل (1) هم نشان داده شده است . تکنیک MF می تواند برای جداسازی دیفرانسیلی مخصوص اجزاء معلق شیر به کار رود . چربیها . میسلهای درشت کازئین ، باکتریها بازداشته نی شوند و الباقی ترکیبات شیر از غشا رد می شوند .

تکنولوژی MF در دهه 1980 م . با توسعه غشاهای سرامیکی جدید وارد صنعت لبنی شد . این غشا شکل هندسی چند کاناله و یک محافظ شدید اتراوا هستند که امکان صنعتی شدن فرضیه فشار هیدرولیک پیشنهاد شده توسط سندبلوم (Sandblom) را میسر ساخت . با این کار قسمت اعظم مشکل گرفتگی غشا مرتفع گردید .

ساختار مهندسی غشاء

در اوایل دهه هشتاد تلاش هایی انجام شد تا از MF برای سانترینوگاسیون جهت شفاف سازی و میکرب زدایی از آب پنیر استفاده شود اما غشاهای آلی چون پلی کربنات و پلی سلوفان از نظر فلاکس عبوری و جداسازی دقیق مورد قبول نبودند ولی استحکام گرمایی و ثبات شیمیایی آنها رضایتبخش بود . با اینحال نتوانست در صنعت لبنی مورد توجه قرار بگیرد . لذا فرصت جدیدی بوجود آمد یعنی غشاهای سرامیکی بودجود آمدند که با وجود استحکام گرمایی و شیمیایی ولی کاهش فلاکس عبوری و تغییرات سلکیتویتی در برابر زمان زیاد بود در نتیجه استفاده از فرضیه فشار هیدرولیک ترانس ممبران یکپارچه پیشنهاد شده توسط سندبلوم که از سرعت های جریان عرضی بالا استفاده می شود بر پدیده Fouling غلبه شد.

در بررسی ممبرانها از 2 قسمت تشکیل می شوند :1- ساپورت (Support) با منافذ بزرگ 2- لایه غشا با منافذ ریزتر که بر روی ساپورت قرار می گیرد . غشاهای بسیار پایداری تشکیل می شود . جنس ساپورت بیشتر از آلومین ، کربن ، استیل استنلس یا Sic ( پایداری کسی به PH بالا دارد در سنعت غذا توسعه نیافته است ) . لایه غشا از آلومین ، اکسیدتیتانیوم یا مخلوطی از هر دو تشکیل می شود به این روش که پودر یک سوسپانسیون کلوییدی روی ساپورت ریخته شده و با حرارت رسوب داده می شود . اندازه منافذ غشا با کنترل دقیق اجزاء کلوییدی بدست می آید که اغلب اوقات 2 یا 3 لایه بر روی هم جوش داده می شود.

غشاها به فرم های مونوتیوب ( تک لوله ) با قطر داخلی 8-3 میلی متر و ارتفاع 5/8 سانتی متر ساخته می شوند و یا چند کاناله هستند کانالهای استوانه ای یا کانالهایی با مقاطع عرضی به اشکال مختلف ساخته می شوند . اشکال تک لوله و چند لوله به صورت یکپارچه هستند و طول آنها بیشتر از یک متر است که در مجموعه های منسجم قرار گرفته که در خانه هایی از جنس استیل استنلس گذاشته می شوند که مدول نامیده می شود . در یک مدول مقدار سطح توسعه یافته حاوی منافذ 2 m 10-2/0 است . در طراحی مدولها باید توجه داشت که قابل تمیز کردن باشند تعویض مدولهای فرسوده مقرون به صرفه باشد و نسبت بین سطح تعبیه شده و حجم محفظه فشار متناسب باشد .

مقدار فشار مورد استفاده در فیلتراسیون غشایی بستگی به اندازه منافذ غشا دارد و هر قدر اندازه منافذ ریزتر باشد فشار لازم برای عبور مایع نیز بیشتر خواهد بود . از سوی دیگر با عبور مایع از غشار فشار افت کرده که این میزان افت فشار را اصطلاحات افت فشار هیدرولیکی می نامند بنابراین افت فشار هیدرولیکی برابر است با فشار ورودی ( فشار در ورودی محصول ) منهای فشار خروجی ( فشار در انتهای ممبران ) .PH=P1-P2  فشار هیدرولیکی باعث حرکت مداوم مایع بر روی سطح ممبران می شود . عبور مواد از داخل غشا تحت تاثیر اختلاف غشاء دیگری قرار می گیرد که به فشار ترانس ممبران معروف است . (PTM) فشاری است که در هر نقطه از ممبران از طرف محصول به طرف پرمیات در بیرون از غشا وارد می شود و باعث خروج پرمیات از صافی می گردد.