Способ ультрафильтрации биологической жидкости Советский патент 1991 года по МПК A23C21/00 A23C7/00 

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к мембранным методам фильтрации молочной сыворотки.

Цель изобретения - повышение производительности способа путем снижения закупорки пор мембран белковыми молекулами.

Способ осуществляют следующим образом.

Молочную сыворотку пропускают через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее переменного электрического тока в диапазоне частот 10 - 1,5 105Гц.

С целью увеличения динамического диапазона дипофоретической силы в область максимальной напряженности поля (область селективных мембран) вводят перфорированный диэлектрический материал.

Использование электрического поля переменной полярности позволяет исключить электрофоретическую составляющую (Рэ) из результирующей силы (Fp), действующей на

белковую молекулу. Действительно, при периодическом изменении полярности поля суммарная электрофоретическая сила, зависящая от направления поля, равна нулю. В этом случае силовое воздействие на белковые молекулы определяется только диполофоретической силой (Рд), не зависит от направления поля и направлено только в области меньшей напряженности поля, т.е. от мембран к центру рабочих камер ультрафильтрационной установки. В этом случае электрическое поле выталкивает белковые молекулы из области селективных мембран и таким образом препятствует закупорке их пор белками.

В диапазоне частот 104 - 1,5 105 Гц скорость белковых молекул из области мембран и. следовательно, диполофоретиче- ская сила максимальны.

В указанном диапазоне частот полностью исключено явление электролиза воды и, следовательно, электрохимическое растворение электродов и соответствующие

(Л

о

vj СО О ND О

нежелательные изменения пищевых и био- логическкх свойств целевого продукта: белкового концентрата и фильтрата молочной сыворотки.

Установлено, что движение белковых молекул от селективной мембраны начинается при напряжении между электродами 15 В, что соответствует средней напряженности поля у электродов (в этой области напряженность поля минимальна) не менее 800 В/м. Таким образом, указанное значение напряжения для заданной геометрии электродной системы и средней напряженности внешнего электрического поля являются пороговыми.

Введение пористого диэлектрического материала в область селективных мембран позволяет существенно увеличить градиент напряженности электрического поля в области мембран (стянуть силовые линии поля в область перфорации) и тем самым расширить (увеличить) динамический диапазон диполофоретической силы выталкивания белковых молекул из области мембран в область меньшей напряженности поля.

Пример. Используют электрохимическую ячейку с плоско параллельной системой электродов, между которыми располагают селективную мембрану.

Электродную систему подключают к источнику питания с регулируемыми частотой и синусоидальным напряжением.

Движение дисперсных частиц в прохо- дящем свете под микроскопом наблюдают по наиболее крупной фракции сложных сывороточных белков (липопротеидов, гликоп- ротеидов). Скорость движения белков рассчитывают по времени прохождения ими определенного расстояния по шкале окулярной линейки. Напряжение на электродах изменяют в пределах 0-35 В, частоту поля - от 50 до 150 кГц.

В диапазоне частот до 10 кГц скорость движения белков от частоты поля не зависит, изменяется характер зависимости и имеет выраженный максимум при частоте 50 кГц. При последующем увеличении частоты скорость движения белков уменьшает- ся. Поскольку увеличение частоты поля связано с усложнением источника питания, то с учетом вышесказанного увеличение частоты поля более 150 кГц экономически нецелесообразно. В диапазоне частот 10 - 1,5- 105 Гц явление электролиза не наблюдается, что констатируется по отсутствию газовыделения.

Зависимость скорости диполофорети- ческого выталкивания белковых молекул из области селективной мембраны в зависимости от напряжения поля при фиксированной частоте представлена в табл. 1.

Заметное движение белковых молекул начинается при напряжении питания (U) более 15 В. Это напряжение соответствует средней напряженности поля у электродов

ЕСР. г --т 802,14X800 В/

L 18,7

где U - напряжение питания, В;

L- расстояние между электродами (в нашем случае L 18,7 мм 18,7-10 м).

В выбранной электродной системе напряженность поля у электродов соответствует минимальной напряженности поля в электродной системе (вследствие концентрации поля в области мембраны). Поэтому устанавливают минимальную напряженность внешнего электрического поля не менее 800 В/м. При увеличении напряжения до 22,5 В поле теряет синусоидальный характер вследствие малости электрического сопротивления сыворотки в межэлектродном пространстве, поэтому для изучения процесса при более высоких значениях напряжения питания было использовано дополнительное сопротивление в виде введенной в область селективной мембраны диэлектрической пластинки с перфорацией. Толщина пластинки (5 4 мм, диаметр перфорации рб 2,5 мм, что соответствует оптимальной геометрии с точки зрения максимальной скорости диполофореза.

Диапазон зон оптимальных диаметров отверстий в диэлектрической перегородке лежит в пределах 2,0-2,5 мм. Изменение скорости диполофоретического выталкивания белков из области селективной мембраны от напряжения питания при f 100 кГц и наличии диэлектрической перегородки с перфорацией представлено,в табл. 2.

При введении пористого диэлектрика увеличение максимального напряжения питания в 1,22 раза (с 22,5 до 27,5 В) позволяет увеличить диполофоретическую скорость белков (а следовательно, и силу воздействия на них) в 43,1:20,5 2,1 раза.

Мембрану накладывают на перфорированную диэлектрическую пластинку. При этом толщина пластинки ( 5) существенно меньше расстояния (I) между стенками (мембранами) камеры ультрафильтрационной

установки, в которой размещена пластинка (б «I).

Расход пермеата через селективную мембрану при наложении электрического поля и без него представлен в табл. 3.

Формула изобретения 1. Способ ультрафильтрации биологической жидкости, предусматривающий пропускание биологической жидкости через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее внешнего электрического поля, наложенного перпендикулярно направлению тангенциального потока жид

кости через мембраны, отличающий - с я тем, что, с целью повышения производительности способа путем предотвращения закупорки пор мембран белковыми молекулами, воздействие внешнего электрического поля осуществляют переменным электрическим током в диапазоне частот 10 -1,5-10 Гц, а в качестве биологической жидкости используют молочную сыворотку. 2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в область селективных мембран (область максимальной напряженности поля) вводят перфорированный диэлектрический материал.

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к мембранным методам фильтрации молочной сыворотки. Цель изобретения - повышение производительности способа путем снижения закупорки пор мембран белковыми молекулами. Молочную сыворотку пропускают через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее переменного электрического тока в диапазоне частот 10⁴ - 1,5^.10⁵ Гц. В область максимальной напряженности поля (область селективных мембран) можно вводить перфорированный диэлектрический материал для увеличения динамического диапазона диполофоретической силы. 1 з.п. ф-лы.

Поле теряет синусоидальный характер.

Таблица 1

Таблица 2

I 20

Таблица 3