Industrielle Anwendungen von Ultrafiltrations(UF)-Membranen
Anders als ETPs und STPs werden Ultrafiltrationsmembranen in verschiedenen Verarbeitungsindustrien wie Lebensmittelindustrie, Milchindustrie, Entsalzung von Farbstoffen, Reinigung von „optischen Aufhellern“ und Pigmenten (wie TiO2), Metallrückgewinnung, pharmazeutische Produkte Industrie.
Abb. 1.1 Ultrafiltrationsprozess in Molkekonzentration
1.1 Milchindustrie
A. Whey-Konzentration
Die Ultrafiltration ist die nächste Stufe des Membranfiltrationsspektrums in der Lebensmittelindustrie. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Molekulargewichtsgrenzbereich (MWCO) von etwa 3000 bis 100.000 aufweist. Die häufigste Grenze ist der Molkereistandard von 10.000 MW. Dies ist die herkömmliche Größe für die Fraktionierung von Molkeproteinen aus Laktose, die üblicherweise zur Herstellung von Molkeproteinkonzentraten (WPC) mit 35 % bis 85 % WPC verwendet wird.
B. Käseherstellung
Im Käsefertiger ist die Ultrafiltration von Milch eine weitere Möglichkeit, die Feststoffe zu erhöhen. Der Hauptunterschied zwischen Umkehrosmose und Ultrafiltration besteht darin, dass Umkehrosmose alle Milchfeststoffe zurückhält, während Ultrafiltration Laktose und viele Milchmineralien durch die Membran passieren lässt. Dies hat oft einen Vorteil für den Käsehersteller, da dieser Käse weniger zu handhabende Molke produziert und den Durchsatz bestehender Käsefässer erhöht.
Abb. 1.2 Vergleich der traditionellen und der Ultrafiltrationsmethode zur Herstellung von Weichkäse
C. Milchkonzentration
Die Ultrafiltration wird zur Erhöhung des Proteinanteils in flüssiger Milch als Verfahren zur Anreicherung von Proteinen in flüssiger Milch verwendet. Dadurch können die geschmacks- und mundgefühlverbessernden Eigenschaften von Milchproteinen auf natürliche Weise erreicht werden, im Gegensatz zur Zugabe von fettfreier Trockenmilch, die häufig einen gekochten Geschmack in der flüssigen Milch sowie eine erhöhte Süße durch die überschüssige Laktose in NFDM hinterlässt. Die resultierenden fettfreien oder fettarmen Sorten haben den Geschmack und das Mundgefühl von Vollmilchprodukten ohne den höheren Fettgehalt.
Abb. 1.3 Ultrafiltrationsprozess der Milchkonzentration
D. Eisverarbeitung
In der Speiseeisindustrie wird die Ultrafiltration von Milch vor der Mischung hauptsächlich verwendet, um den Laktosegehalt zu verändern. Die Erhöhung des Proteingehalts von Eiscreme ermöglicht eine größere Wassermobilisierung, jedoch erhöht die Zugabe von fettfreien Trockenmilchfeststoffen den Gesamtlaktosegehalt, der zur Sandigkeit durch Kristallbildung während des Gefrierens beiträgt. Ultrafiltration entfernt Laktose im Permeat zusammen mit einigen Milchmineralien. Durch die Verwendung von Ultrafiltration können Sie das Protein ohne den Nebeneffekt einer erhöhten Laktosekonzentration erhöhen und eine längere Haltbarkeit aufgrund eines geringeren Hitzeschocks im Gefrier-Tau-Zyklus erreichen.
Die Herstellung von laktosefreiem, zuckerfreiem oder kohlenhydratarmem Eis kann durch Ultrafiltration in Verbindung mit Diafiltration (Zugabe von Wasser) erreicht werden, um bis zu 96 % der in der Milch enthaltenen Laktose zu entfernen. Das fertige Eiscremeprodukt kann im Endprodukt im Bereich von weniger als einem Gramm Kohlenhydrat pro Portion liegen. Die Zugabe eines Zuckerersatzstoffs wird Naschkatzen zufrieden stellen und den Bedarf an Eiscreme auf dem wachsenden Markt für „kohlenhydratfreie“ Diäten decken, der durch die erfolgreichen Diäten von Atkins und Sugar Buster vorangetrieben wird.
1.2 Lebensmittelindustrie
A. Konzentration von rohem Palmöl (CPO).
Ultrafiltration (UF) ist eine Membrantechnologie, die zur Entschleimung von Rohpalmöl (CPO) eingesetzt wird. Aufgrund des geringeren Energieverbrauchs, des Verzichts auf die Zugabe von Chemikalien und nahezu des Verlusts an natürlichem Öl wird es als Alternative zur herkömmlichen CPO-Entschleimungstechnologie angesehen. Unter Verwendung von UF des CPO-Isopropanol-Gemisches bei Rohölkonzentrationen von 30 % und 40 % können wir bei einer Zulauftemperatur von 30 °C bis 45 °C mehr als 99 % Phospholipide und bei einer Zulauftemperatur von 40 °C bis 45 °C fast 93 % Phospholipide zurückweisen. Industrielle Vorschriften verlangen, dass hochwertiges Öl mehr als 95 % neutrale TAGs und 0,5 % oder weniger FFA enthalten muss
Das aus Palmölfrüchten gewonnene Rohöl ist außerdem reich an Palmitinsäure, β-Carotin und Vitamin E sowie einigen unerwünschten Verbindungen wie Phospholipiden, freien Fettsäuren (FFA), Pigmenten und Proteinen5–6. CPO besteht aus einer großen Anzahl von Triglyceriden (TAGs) und 6 % Diglyceriden (DAGs), die natürlicherweise aus FFA7 bestehen. Industrielle Vorschriften verlangen, dass hochwertiges Öl mehr als 95 % neutrale TAGs und 0,5 % oder weniger FFA enthalten muss. Industrielle Vorschriften verlangen, dass hochwertiges Öl mehr als 95 % neutrale Triglyceride (TAGs) und 0,5 % oder weniger freie Fettsäuren (FFA) enthalten muss. Bei hoher CPO-Konzentration Die großen Partikel, die sich auf der Membranoberfläche ansammelten und die Membranporen blockierten, waren TAGs.
Bei Bei niedrigen CPO-Konzentrationen war der vorherrschende Fouling-Mechanismus eine Standardblockierung, die kleine Partikel darstellt, die innerhalb der Membranporen anhaften, und eine Porenverengung (Verringerung der Porengröße) verursacht. Die Verbindung, die möglicherweise die Membranporen blockierte, war Fettsäure, da Fettsäuren kleiner sind als Phospholipid-Isopropanol-Micellen. Bei niedrigen CPO-Konzentrationen wurde eine ausreichende Menge an Phospholipid-Isopropanol-Micellen gebildet, wobei die Porenverengung für eine hohe Zurückweisung von Phospholipiden sorgte. Andererseits können kleine Moleküle wie Fettsäuren in die Membranporen eindringen.
Ultrafiltrationsmembran
Abb. 1.4 UF Membranen verwendet in der Konzentration von CPO
B. Verarbeitung von Pflanzenöl
Die konventionelle Pflanzenölraffination kann durch Membrantrenntechnologie ersetzt werden, um diese Herausforderungen zu bewältigen. SRNF M-Membranen können für die Lösungsmittelrückgewinnung als Alternative zur Lösungsmittelverdampfung sowie als Entsäuerungsstufe verwendet werden. Außerdem sind lösungsmittelbeständige Ultrafiltrationsmembranen mit geeignet Molecular Weight Cut-Off (MWCO) kann zur effizienten Trennung von Phospholipiden und zur Gewinnung von kommerziellem Lecithin aus Rohölen verwendet werden.
