Heran nanosuodatus: raaka-ainekoostumuksen ja prosessiolosuhteiden vaikutus kalvon likaantumiseen
Tuhkanen, Joanna (2006)
Tiivistelmä
Työssä tutkittiin kalvon likaantumiseen vaikuttavia tekijöitä juoksuteheran nanosuodatuksessa. Tutkimuksessa käytettiin Desal-5 DK kalvoa. Heran nanosuodatukset suoritettiin yhden spiraalimoduulin käsittävää pilot -mittakaavaista suodatuslaitteistoa käyttäen. Työssä selvitettiin suodatettavan heran iän, pastörointilämpötilan, pH:n, suodatuslämpötilan sekäheran sisältämän juustopölyn, lisätyn kalsiumkloridin määrän ja rasvan laadun vaikutusta permeaattivuohon. Jokaista tekijää testattiin kahta eri muuttujaa käyttäen. Työssä tutkittiin myös kahden samanlaisen kalvon välisiä läpäisevyyseroja.
Heran pastörointilämpötila, pH ja suodatuslämpötila osoittautuivat kalvon likaantumisen kannalta tärkeimmiksi tekijöiksi heran nanosuodatuksessa. Permeaattivuo oli korkeampi suodatettaessa 74 ºC lämpötilassa pastöroitua heraa, kuin 78 ºC lämpötilassa pastöroitua. Hera suodattui paremmin silloin, kunsen pH oli säädetty 5,8:aan, kuin heran pH:n ollessa säädettynä 5,2:een. Suodatettaessa 18 ºC suodatuslämpötilaan temperoitua heraa havaittiin korkeampi permeaattivuo kuin 12 ºC lämpötilaan termostoitua heraa suodatettaessa.
Heran sisältämä pölyn määrä, rasvan laatu ja heran ikä havaittiin tilastollisesti merkityksettömiksi tekijöiksi sekä heran suodattuvuuden, että kalvon puhdistuvuuden kannalta. Kalsiumkloridin lisääminen heraan ennen suodatusta vaikuttivain kalvon suodatuksen jälkeiseen peseytyvyyteen. Kalvo puhdistui paremmin, kun kalsiumkloridia ei oltu lisätty heraan ennen suodatusta.
Desal-5 DK kalvojen läpäisevyyseroja tutkittiin suodattamalla glukoosia ja natriumkloridia sisältävää malliaineliuosta kummankin vertailtavan kalvon läpi. Kokeissa havaittiin, että toista nanosuodatuskalvoa käytettäessä mitatut vesivuot olivat jopa 100 % korkeampia kuin vertailukalvoa käytettäessä mitatut. Myös glukoosin kalvolle pidättymisessä havaittiin eroja kalvojen välillä. Syyksi suuriin läpäisevyyseroihin arveltiin riittämätöntä kalvojen esikäsittelyä ennen malliainekokeen suorittamista, joten ei pystytty arvioimaan, oliko kalvojen läpäisevyyksissävalmistusprosessista johtuvia eroja. In this thesis the factors effecting membrane fouling were studied during nanofiltration of sweet whey. Desal-5 DK membrane was used in this study. The experiments were carried out by using a pilot scale equipment of one spiral module. The factors studied were age, temperature of pasteurization, pH, and filtration temperature of whey and the content of suspended solids of whey, additional CaCl2 and the type oflipids in the whey. Every factor was tested by using two variables. The differences in permeability of two membranes of the same kind were also investigated.
The temperature of pasteurization, the pH and the filtration temperature of the whey were the most important factors affecting membrane fouling during nanofiltration. The membrane fouled less during the filtration of whey pasteurized using a temperature of 74 ºC than when using a temperature of 78 ºC.The nanofiltration of whey at pH 5.8 gave a better flux than the nanofiltrationof whey at pH 5.2. The flux was also higher during the nanofiltration at a temperature of 18 ºC than at 12 ºC.
The concentration of suspended solids in whey, the type of lipids or the age of whey were concluded as non-important factors for permeation and cleaning of the membrane. The addition of CaCl2 affected only the cleaning of the membrane after filtration. The membrane was better cleaned when no CaCl2 had been added.
The difference in permeability of two Desal-5 DK membranes was investigated by filtration of a model solution of glucose and NaCl through both membranes. During the experiments the fluxes observed using one of the membrane was even 100 % higher than thefluxes observed using the other membrane. Also the glucose retentions were at different levels. The differences between the membrane permeabilities were concluded to be caused by insufficient pressuration before investigation. Thus it could not be concluded if there were differences caused by the manufacturing of these membranes.
Heran pastörointilämpötila, pH ja suodatuslämpötila osoittautuivat kalvon likaantumisen kannalta tärkeimmiksi tekijöiksi heran nanosuodatuksessa. Permeaattivuo oli korkeampi suodatettaessa 74 ºC lämpötilassa pastöroitua heraa, kuin 78 ºC lämpötilassa pastöroitua. Hera suodattui paremmin silloin, kunsen pH oli säädetty 5,8:aan, kuin heran pH:n ollessa säädettynä 5,2:een. Suodatettaessa 18 ºC suodatuslämpötilaan temperoitua heraa havaittiin korkeampi permeaattivuo kuin 12 ºC lämpötilaan termostoitua heraa suodatettaessa.
Heran sisältämä pölyn määrä, rasvan laatu ja heran ikä havaittiin tilastollisesti merkityksettömiksi tekijöiksi sekä heran suodattuvuuden, että kalvon puhdistuvuuden kannalta. Kalsiumkloridin lisääminen heraan ennen suodatusta vaikuttivain kalvon suodatuksen jälkeiseen peseytyvyyteen. Kalvo puhdistui paremmin, kun kalsiumkloridia ei oltu lisätty heraan ennen suodatusta.
Desal-5 DK kalvojen läpäisevyyseroja tutkittiin suodattamalla glukoosia ja natriumkloridia sisältävää malliaineliuosta kummankin vertailtavan kalvon läpi. Kokeissa havaittiin, että toista nanosuodatuskalvoa käytettäessä mitatut vesivuot olivat jopa 100 % korkeampia kuin vertailukalvoa käytettäessä mitatut. Myös glukoosin kalvolle pidättymisessä havaittiin eroja kalvojen välillä. Syyksi suuriin läpäisevyyseroihin arveltiin riittämätöntä kalvojen esikäsittelyä ennen malliainekokeen suorittamista, joten ei pystytty arvioimaan, oliko kalvojen läpäisevyyksissävalmistusprosessista johtuvia eroja.
The temperature of pasteurization, the pH and the filtration temperature of the whey were the most important factors affecting membrane fouling during nanofiltration. The membrane fouled less during the filtration of whey pasteurized using a temperature of 74 ºC than when using a temperature of 78 ºC.The nanofiltration of whey at pH 5.8 gave a better flux than the nanofiltrationof whey at pH 5.2. The flux was also higher during the nanofiltration at a temperature of 18 ºC than at 12 ºC.
The concentration of suspended solids in whey, the type of lipids or the age of whey were concluded as non-important factors for permeation and cleaning of the membrane. The addition of CaCl2 affected only the cleaning of the membrane after filtration. The membrane was better cleaned when no CaCl2 had been added.
The difference in permeability of two Desal-5 DK membranes was investigated by filtration of a model solution of glucose and NaCl through both membranes. During the experiments the fluxes observed using one of the membrane was even 100 % higher than thefluxes observed using the other membrane. Also the glucose retentions were at different levels. The differences between the membrane permeabilities were concluded to be caused by insufficient pressuration before investigation. Thus it could not be concluded if there were differences caused by the manufacturing of these membranes.