Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.39 MB, 32 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>Ngành Kỹ thuật môi trườngChuyên ngành Công nghệ môi trường</b>
<b>Giảng viên hướng dẫn:</b> PGS. TS. Đặng Xuân Hiển
Khoa học và Công nghệ môi trườngĐinh Ngọc Anh
<b>HÀ NỘI, 6/2023</b>
Giáo viên hướng dẫn
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2"><b>MỤC LỤC</b>
<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG...1</b>
<b>CHƯƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG TRONG CƠNG NGHIỆP...3</b>
2.4. Cơng nghệ tách khí...20
<b>KẾT LUẬN...26</b>
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO...28</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>DANH MỤC HÌNH ẢNH</b>
Hình 2-1. Các lựa chọn thay thế cho việc tận dụng dịng thấm...12Hình 2-2. Sơ đồ mạch chạy thận kết nối với máy chạy thận (máy lọc máu)...13Hình 2-3. Sơ đồ dịng đơn giản hóa của hệ thống màng PRISM® để thu hồi hydro từ dịng thanh lọc lò phản ứng amoniac. Một hệ thống màng hai bước đượcsử dụng để giảm chi phí nén thấm...21
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><b>DANH MỤC BẢNG BIỂU</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG </b>
Ứng dụng của màng trong các ngành công nghiệp chiếm tỷ trọng như sau: xử lý nước thải 50% , thực phẩm và đồ uống 21%, các ứng dụng thực phẩm và y tế 9%. Đặc birtj trong ứng dụng công nghiệp cá q trình tách khí và khử muối là chiếm chủ yếu. Hiện tại màng MF chiếm phần lớn nhu cầu trong nghành 44%, RO/FO chiếm 28% và UF chiếm 25% nắm giữu thị phần tương tự nhau trên thị trường, khiến màng NF chỉ chiếm phần nhỏ trong đó.
Lọc bằng màng có thể được áp dụng cho vơ số ngành cơng nghiệp có liên quan đến các q trình hóa học. Ngành công nghiệp thực phẩm, với các thông số kỹ thuật quan trọng trong ngành sữa và đường, dược phẩm, cơng nghệ sinh học và hóa học, là những lĩnh vực mà q trình lọc bằng màng có thể rất hữu ích. Ứng dụng đa dạng của lọc bằng kỹ thuật màng trong công nghiệp thực phẩm bao gồm vô số lĩnh vực. Phổ biến nhất bao gồm cô đặc lịng trắng trứng, làm trong vàcơ đặc trước nước ép trái cây, cô đặc và chiết xuất tro của lợn, bò hoặc gelatin xương, làm trong nước muối thịt để loại bỏ vi khuẩn và tái sử dụng nước muối, nồng độ của rau và thực vật như đậu nành, cải dầu và yến mạch và loại bỏ cồn khỏi rượu và bia.
Ngành công nghiệp sữa: lọc bằng màng là một phần có giá trị trong q trình sản xuất, đặc biệt là trong sản xuất nguyên liệu sữa. Các ứng dụng của nó có thể được chia thành ba loại: ứng dụng cho sữa, ứng dụng cho váng sữa và các ứng dụng khác như nước muối làm sạch pho mát.
Ngành công nghiệp tinh bột và chất làm ngọt: lợi ích chính là tăng hiệu suất của sản phẩm, bao gồm làm trong xi-rô ngô như dextrose và fructose, nồng độ nước rửa từ tinh bột, làm giàu dextrose, khử dextrose của xi-rô dextrose và phân chia/cô đặc nước ngâm.
Ngành sản xuất đường: lọc bằng màng lọc có thể được sử dụng để làm trong nước trái cây chưa qua chế biến mà không cần sử dụng chất làm trong sơ cấp, do đó loại bỏ nhiều vấn đề xung quanh và cải thiện chất lượng cũng như hiệu suất của các phương pháp truyền thống khác. Các màng cũng có thể làm trong, phân tách và cơ đặc các dung dịch đường khác nhau trong quá trình sản xuất. Nguyên nhân gây tắc nghẽn mang do xuất hiện các ion Ca2+ làm tăng khả năng hình thành gel do polysacarit Dịch đường thu được sau khi tinh chế có chứa các cation kiềm (Na+, K+, Ca2+), công nghệ được lựa chọn nhằm laoij bỏ các ion trên là ED.
Cơng nghiệp hóa chất: nhiều quy trình hóa học sử dụng lọc bằng màng để khử muối, lọc và tinh chế thuốc nhuộm, bột màu và chất làm sáng quang học, để làm sạch nước thải và dịng nước rửa, để cơ đặc và khử nước các khoáng chất như đấtsét cao lanh, titan dioxide và canxi cacbonat, sản xuất polyme hoặc thu hồi kim loại.
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">Và một số các ứng dụng trong các ngành khác: ứng dụng tách khí H /CO; N<small>22</small>/O<small>2</small>;
khiết trong công nhiệp điện tử.
Ngành dược phẩm: việc thu hoạch tế bào hoặc thu hồi sinh khối là một bước quan trọng trong quá trình lên men, đặc biệt là khi sản xuất các sản phẩm như thuốc kháng sinh. Lọc cải thiện sản xuất cũng như giảm khối lượng cơng việc của người vận hành và chi phí bảo trì. Các màng cũng là một phần tiêu chuẩn củadây chuyền sản xuất enzym công nghiệp, khi cô đặc enzym trước các quy trình khác.
Nghành y học: các ứng dụng trong sản phẩm vòng tránh thai, phổi nhân tạo, thận nhân tạo, ...
Bảng 1-0-1. Một số các ứng dụng của màng trong các ngành công nghiệp
Cô đặc sữa, nước trái cây.
Khử khoáng và làm mềmnướcKhử màu và các chất hữu
cơ hịa tan
Cơ đặc/ phân tách tế bàoprotein
Tách muốiKim loại nặngThu hồi chất xúc tác
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">xứng xứng tổ hợp composit
xứng, tổ hợpcompositĐộ dày của
μm, lớp da màng 1 μ mKích thước
lỗ xốp
Áp suất động lực
<0,1-0,2 bar (1 bar =0,9869 at)
m /m<small>32</small>* ngày*bar
> 0,1 - 0,5 m /m *ngày<small>32</small>
>0,05m /m *<small>32</small>
< 0.05 m /m *ngày<small>32</small>
*barCơ chế hoạt
khuếch tán.
Hòa tan, khuếch tán.Vật liệu chế
tạo màng
Polyme, sợi,gốm sứ
Polyme, sợi,gốm sứ
Vùng ứng dụng
Làm trong đồ uống, khử trùng, ...
Sữa, thực phẩm, luyện kim, dệt dược phẩm. Tách hệ keo.
Loại bỏ các chất hữu cơ, độ cứng cungcấp nước siêutinh khiết trong công nghệ thực phẩm, đồ uống, đường, sữa
Loại bỏ ion, khử trùng.
<b>CHƯƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG TRONG CƠNG NGHIỆP2.1. Cơng nghiệp thực phẩm</b>
Lọc bằng màng có thể được áp dụng cho vơ số ngành cơng nghiệp có liên quan đến các q trình hóa học. Ngành cơng nghiệp thực phẩm, với các sản phẩm quantrọng trong ngành sữa và đường, dược phẩm, cơng nghệ sinh học và hóa học, là những lĩnh vực mà q trình lọc bằng màng có thể rất hữu ích.
Ứng dụng của màng trong cơng nghiệp thực phẩm rất đa dạng phụ thuộc vào đặc điểm của từng loại màng (kích thước mao quản) và vào động lực quá trình. Quá trình tiền xử lý tùy thuộc vào loại thực phẩm.
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">Sơ đồ khử trùng lạnh hoặc thanh trùng một số nước giải khát hoặc nước giải khátbằng vi lọc hoặc siêu lọc.
a. Tiền xử lý có thể là đơng tụ, hoặc lọc cát, hoặc lọc carbon, hoặc ly tâm, hoặc sự kết hợp của chúng trong khi các loại khử trùng hoặc thanh trùng lạnh khác có thể là chiếu tia UV, hoặc pascalization (áp suất cao), hoặc điện trường xung cường độ cao, hoặc siêu âm và đôi khi những tiền xử lý này có thể khơng cần thiết tùy thuộc vào độ tinh khiết của nguồn nước;
b. Có thể khơng cần tiền xử lý và có thể khơng áp dụng siêu lọc hoặc chiếu xạ tiacực tím;
c Tiền xử lý có thể là ly tâm hoặc có thể không cần thiết trong khi các loại khử trùng lạnh hoặc thanh trùng khác có thể khơng được sử dụng và trong hầu hết cáctrường hợp, vi lọc có thể là đủ;
d Tiền xử lý có thể khơng cần thiết và siêu lọc hoặc chiếu tia UV có thể khơng ápdụng được
Màng có thể được định nghĩa là một rào cản khơng hồn chỉnh giữa hai chất lỏng, điều này thể hiện rằng không phải tất cả các thành phần tiếp xúc với màng đều được vận chuyển qua nó với cùng tốc độ và có thể đạt được sự phân tách. Sự vận chuyển qua màng có thể xảy ra dưới tác dụng của nhiều lực khác nhau, trongtrường hợp lọc qua màng đó là chênh lệch áp suất xuyên màng (TMP). Tác dụng ngăn cách của màng dựa vào:
- hiệu ứng sàng,
Thanh trùng sữa tách béo
Thanh trùngnước épThanh trùng
biaThanh trùng
tiệt trùng nước
Loại khử trùng lạnh hoặc thanh trùng khác
Tiền xử lý
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">- tương tác vật lý hoặc hóa học của các thành phần tách biệt với màng. Dưới hiệu ứng sàng được coi là tách các loài bị loại bỏ (ion, phân tử, hạt keo hoặc vi hạt) theo kích thước của chúng. Đây là hiệu ứng phân tách chiếm ưu thế trong MF và UF. Trong số các tương tác vật lý có lực đẩy tĩnh điện giữa các lồi tích điện như ion hóa trị hai, axit amin hoặc chất keo tích điện đóng vai trị quan trọng trong việc phân tách bằng NF hoặc UF khi sử dụng màng có điện tích cố định. Sự khác biệt về độ hấp thụ hoặc độ hòa tan có ý nghĩa quyết định trong cơ chế vận chuyển khuếch tán dung dịch trong RO và MP khác. Các tương tác hóa học như sự hình thành các phức chất vận chuyển qua màng hay xúc tác phân cắt các chất tan là cơ sở để phân tách và vận chuyển trong các MP khác. Tổng quan về MP điều khiển áp suất và các loại loài bị màng loại bỏ trong quy trình nhất định được thể hiện trong Hình 6.1. Ranh giới giữa các quá trình này về kích thước hạt hoặc phân tử khơng sắc nét và được xác định nghiêm ngặt và chỉ phục vụ cho định hướng thô. Trong các hỗn hợp phức tạp điển hình cho các ứng dụng thực phẩm và cơng nghệ sinh học, tương tác giữa các chất hòa tan có thể ảnh hưởng đến hiệu quả phân tách.
Thực phẩm hoặc sản phẩm thực phẩm được cho là mang lại lợi ích về sức khỏe và y tế, bao gồm cả việc phòng ngừa và điều trị bệnh. Dược phẩm dinh dưỡng được phân lập từ thực phẩm hoặc được điều chế bằng quy trình cơng nghệ sinh học. Nhu cầu ngày càng tăng đối với các chất chống oxy hóa tự nhiên, protein và peptide cụ thể, v.v. trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Chúng hoặc tiền chất của chúng có mặt trong các sản phẩm nơng nghiệp và thường có trong chất thải lỏng và rắn từ ngành công nghiệp thực phẩm nông nghiệp. Để đápứng những nhu cầu này, các phương pháp tách và cô đặc mới đang được phát triển, thường sử dụng phương pháp tách màng bao gồm cả lọc màng. Tổng quan về ứng dụng của MP trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm dinh dưỡng có trong các bài báo (Pinelo 2009; Akin 2012).
Khơng có nhiều dữ liệu về việc thu hồi các thành phần có giá trị cao hơn từ phụ phẩm trái cây. Trong nhiều trường hợp, chiết xuất từ các sản phẩm phụ rắn sẽ được xử lý để tách và cô đặc các thành phần thu hồi các chất chống oxy hóa polyphenol trong (Shi 2005). Dữ liệu về nồng độ chiết xuất từ hạt nho của bã nhotrực tiếp từ ép phải có trong giấy (Nawaz 2006) hoặc từ bã nho chưng cất trong giấy (Diaz-Reinoso 2009; Diaz-Reinoso 2010). Chiết xuất ethanol tinh khiết của lá hương thảo được cô đặc bằng phương pháp lọc nano thông qua màng kháng dung mơi và người ta nhận thấy rằng q trình lọc đã cải thiện chất lượng của sảnphẩm (Peshev 2011). Thu hồi polyphenol từ nước thải của nhà máy ô liu bằng UF đã được nghiên cứu trên giấy (Cassano 2011). Sản xuất protein cô đặc từ hạt rau dền đã được kiểm tra trong các thí nghiệm thực vật thí điểm bằng hai phươngpháp (Castel 2012). Dịch chiết kiềm trong nước của bột rau dền được kết tủa đẳng điện theo cơng nghệ cổ điển. Ngồi ra, bột đã xử lý trước bằng axit được chiết bằng kiềm và dịch chiết đã làm trong được cô bằng UF. Protein được tạo ra bởi nồng độ UF có chất lượng tốt hơn.
Việc tinh chế và cô đặc các protein trị liệu có giá trị cao được áp dụng trong cơngnghiệp (van Reis 2007; Zydney 2009). Cải thiện hơn nữa quy trình này có thể đạtđược nhờ các màng tích điện ít bị tắc nghẽn hơn (Rohani 2012). Gà đẻ trứng bị
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">loại bỏ do chất lượng trứng thấp. Để tăng thêm giá trị cho quy trình tinh chế và cô đặc chất thải này đối với các dipeptide chức năng đã được nghiên cứu (Nabetani, Hagiwara 2012). Chiết xuất nước nóng từ thịt gà nguyên con được tinh chế và cô đặc thêm bằng cách kết hợp sắc ký trao đổi ion và NF. Một tập hợpcác dipeptide chống oxy hóa Anserine và Carnosine đã được phục hồi. Dựa trên các thí nghiệm của nhà máy thí điểm, một quy trình có thể xử lý 3,6 tấn thịt gà trong một ngày và thu hồi 7,4 kg anserine và carnosine tinh khiết đã được thiết kế.
Bảng 1-3. Độ chọn lọc trong các ứng dụng dược phẩm, phụ gia thực phẩm và cácthành phần được triết tách
Chất chống oxi hóaPhế phẩm trái câyNước thải nhà máy oliveChiết xuất thực vật+ trong dung môi hữu cơ+ Trong dung môi nước
UF, NF, UF/DFUF
NF, UFNF
Đạm: Đạm thực vậtChiết xuất từ cây rumChiết xuất ngôChiết xuất đậu nànhProtein trứng, peptiteProtein thủy phânprotein trị liệuprotein huyết thanhhuyết thanh bò
NF(protein thủy phân)NF
UF/DF(serum pr)
peptide wheyDipeptide, thịt
MF/UFNFPolyme sinh học: xanthan
Bảng 1-4. Các quy trình tích hợp với hai MF trở lên
MF, UF, RO
Các loại nước ép trái câyTáo ép
Nho éplý chua đen
MF+RO, MF+RO+MDMD+RO+NF+MD, MF+RO+MDUF+MD
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">Trái thạch lựu
<b>Ứng dụng trong sản xuất rượu, bia: </b>
Rượu vang là một trong những thức uống có cồn phổ biến nhất trên thế giới; Pháp, Ý và Tây Ban Nha là một số nhà sản xuất quan trọng nhất. Rượu vang thu được từ quá trình lên men nho và thành phần của chúng phụ thuộc vào thành phần của nho, độ chín của nho khi thu hoạch, điều kiện trồng nho và phuwong pháp làm rượu vang. Thành phần của chúng cũng bị ảnh hưởng bởi các chủng nấm men và vi khuẩn và quá trình trao đổi chất của chúng. Thành phần trung bình của rượu vang (trắng và đỏ) được thể hiện trong Bảng dưới (El Rayess và cộng sự 2011).
Chất keo rượu vang bao gồm polyphenol, polysacarit và protein (El Rayess et al. 2011). Trong rượu vang đỏ, các hợp chất phenolic phong phú nhất là anthocyaninvà tanin; trong rượu vang trắng, axit hydroxycinnamic tạo thành một trong nhữngnhóm đại phân tử chính được tìm thấy trong rượu vang là polysacarit. Polysacaritcó thể được chia thành ba nhóm tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng: polysacarit nho (pectin, chất pectin), polysacarit nấm men và polysacarit Fungi như beta-glucane. Protein rượu vang là hỗn hợp của protein nho và protein ở mức độ nhỏ từ men tự phân. Rượu vang đỏ chứa rất ít protein, vì chúng bị tanin kết tủa. Hơn nữa, rượu vang trắng và vang hồng có thể có nồng độ protein thay đổi lên đến vàitrăm (10–500 mg/L), chủ yếu có nguồn gốc từ nho.
Trong tồn bộ quy trình sản xuất, quá trình lọc rượu vang được sử dụng để giảm độ đục và cải thiện khả năng ổn định vi sinh (El Rayess et al. 2011). Độ đục là dosự hiện diện được tạo ra bởi các đại phân tử và các hạt lơ lửng. Các kỹ thuật lọc truyền thống bao gồm lọc trên tấm và đất cát.
Crossflow MF là một giải pháp thay thế khả thi để tăng độ trong và độ ổn định của rượu. Nó đang được mở rộng rộng rãi trong ngành cơng nghiệp rượu vang, do những ưu điểm như loại bỏ việc sử dụng cát, và những hạn chế liên quan đến môi trường và sức khỏe, cũng như sự kết hợp của q trình làm trong, ổn định vàlọc vơ trùng trong một hoạt động duy nhất.
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">Hậu quả của việc tắc nghẽn trong quá trình MF chảy trượt của rượu vang là giảmthông lượng thấm, ảnh hưởng đến tính khả thi về mặt kinh tế của quy trình và tăng khả năng lưu giữ một số thành phần, có thể ảnh hưởng đến đặc tính cảm quan của rượu (El Rayess và cộng sự. 2011). Việc tắc màng phức tạp do sự phức tạp của thành phần rượu vang, ảnh hưởng của màng với chất keo và hạt rượu vang và điều kiện vận hành. Một số nghiên cứu đã báo cáo tác động tiêu cực của polysacarit rượu vang đối với thông lượng thẩm thấu. Sự tắc nghẽn màng không liên quan trực tiếp đến tổng hàm lượng polysacarit của nó mà liên quan đến thànhphần, cấu trúc của các polysacarit này và sự cân bằng giữa các nhóm polysacarit khác nhau (Vernhet và Moutounet 2002). Protein cũng có thể dẫn đến rất cao và gần như ô nhiễm không thể đảo ngược. Các cơ chế liên quan có liên quan đến tương tác kỵ nước giữa protein và vật liệu màng cũng như tương tác protein protein (Ulbricht et al. 2009). Ngoài ra, hạt và nấm men có thể đóng một vai trị quan trọng, tác động của chúng phụ thuộc vào kích thước hạt. Ngồi ra, sự hình thành bánh thậm chí có thể bảo vệ một phần màng khỏi sự bít lỗ bên trong (Ulbricht et al. 2009).
Ví dụ, Boissier et al. (2008) đã chỉ ra tác động của nấm men Saccharomyces cerevisiae và các chủng liên quan (vi khuẩn lactic và tập hợp keo), đối với hiệu suất của MF dòng trượt. Người ta phát hiện ra rằng chỉ riêng nấm men đã hình thành các chất lắng đọng có thể đảo ngược, liên quan đến đặc tính ưa nước và khơng tích điện của chúng.
Sự tương tác của các thành phần rượu vang với bề mặt màng là vấn đề cần chú ý trong việc làm tắc màng. Ví dụ, Ulbricht et al. (2009) từ quá trình làm trong MF của rượu vang trắng cho thấy màng polypropylene tạo ra dòng chảy cao hơn đángkể so với màng polyarylsulfone, cả hai đều có cùng kích thước lỗ (0,2m). Sử dụng một giải pháp mơ hình cho rượu vang, họ đã chỉ ra rằng polyphenol và polysacarit bị hấp phụ rất ít bởi polypropylene nhưng được hấp phụ mạnh bởi màng polyethersulfone. Ngồi ra, có ý kiến cho rằng tổng hợp của polyphenol và polysacarit có trong rượu vang đỏ có đóng góp mạnh mẽ vào sự tắc nghẽn hấp phụ và sự tương tác giữa polyphenol và bề mặt màng là hiện tượng chính.Để khắc giải quyết sự tắc nghẽn của màng, có thể giải quyết thơng qua việc rửa ngược màng hoặc sử dụng những loại màng có sự điều chỉnh về đặc tính của màng. MF khơng cho thấy bất kỳ tác động đáng kể nào đến các đặc tính cảm quan của rượu. Hệ thống sử dụng màng sợi rỗng poly(vinylidene fluoride) cho phép tiếp xúc với dung dịch tẩy rửa. Ngoài ra, hệ thống Oenoflow XL-A hồn tồn tự động và tích hợp xả ngược. Hệ thống Flavy FX (Bücher Vaslin) sử dụng màng polyethersulfone ưa nước được điều chỉnh đặc biệt để lọc rượu. Cấu trúc bất đối xứng của màng góp phần làm giảm sự tắc nghẽn và đặc tính ưa nước của nó có vai trị hiệu quả trong việc kiểm sốt sự hấp phụ của polyphenol và polysacarit. Ngoài ra, hệ thống kết hợp xả ngược để thông tắc màng thường xuyên. Các hệ thống khác đã được thử nghiệm ở quy mơ phịng thí nghiệm để giảm tắc nghẽn màng trong q trình lọc rượu. Ví dụ, El Rayess et al. (2016) đã nghiên cứu một mô-đun lọc quay và rung với thủy động lực học phức tạp được tạo ra bởi một bánh công tác 3 cánh phẳng. Với màng polyethersulfone ưa nước, độ thẩm thấu tăng 300% là thu được.
Trong ngành công nghiệp rượu vang, một số xu hướng gần đây, ngày càng yêu cầu các loại rượu có nồng độ cồn giảm. Để thu được rượu vang có hàm lượng
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">cồn giảm, các quy trình màng bao gồm NF, RO và màng contactor có thể được sửdụng thay thế cho các kỹ thuật truyền thống như bay hơi (El Rayess và Mietton-Peuchot 2016). Để giảm nồng độ cồn trong rượu vang, có thể thực hiện hai phương pháp: giảm nồng độ đường của rượu hoặc khử cồn trong rượu (El Rayessvà Mietton-Peuchot 2016). Việc kiểm soát lượng đường trong đồ uống như nho phải được thực hiện bằng các quy trình màng như NF. Việc giảm sự mất mát của mùi thơm dễ bay hơi, trong q trình NF có tính khả thi.
Ví dụ, Xiong et al. (2020) đã mô tả việc điều chế rượu dâu tằm có một số tác dụng dược lý. MF đã được chứng minh là một kỹ thuật hiệu quả để khử trùng và làm trong để tạo ra một loại rượu có chất lượng cao và ổn định. Một số màngcác quy trình cũng đang nổi lên như ED được sử dụng trong điều chỉnh độ pH không cần thuốc thử và ổn định rượu vang, vốn là nguyên nhân chính gây ra sự mất ổn định của rượu do kết tủa của muối tartaric (El Rayess và Mietton-Peuchot2016). So với các phương pháp khác như ổn định lạnh và UF, ED hạn chế sự thấtthoát của rượu và các thành phần hương vị.
Tuy nhiên, sự tắc nghẽn màng bởi polyphenol và polysacarit là một hạn chế lớn vì nó làm giảm sự đối lưu điện (Sarapulova et al. 2018).
<b>Sản xuất bía:</b>
Trong ngành cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp sản xuất bia giữ một vị trí quan trọng (Fillaudeau et al. 2006). Bia là thức uống được tiêu thụ nhiều thứ nămtrên thế giới sau trà, sữa và cà phê. Làm trong bia là một trong những hoạt động quan trọng nhất trong sản xuất bia công nghiệp (van der Sman et al. 2012). Nó bao gồm q trình lọc bia thơ để loại bỏ nấm men và các hạt keo gây ra độ đục, với mục đích đảm bảo tính ổn định sinh học của bia. Quá trình lên men bia được thực hiện bởi các tế bào nấm men, chuyển hóa maltose có nguồn gốc từ tinh bột thành rượu và CO2. Do đó, bia lên men là một phức hợp
hỗn hợp của chất lỏng, tế bào, cốt liệu và đại phân tử. Độ đục là do sự hiện diện của các tế bào nấm men và các hạt cặn, là tập hợp của protein và polyphenol. .Trong quá trình làm trong bia bằng MF, người ta quan sát thấy hiện tượng tắc nghẽn màng nghiêm trọng dẫn đến dòng thấm qua thấp (thường dưới 100 L/h m2), giữ lại hợp chất protein và hương liệu cũng như quy trình làm sạch rộng rãi (Czekaj et al. 2000). Sự tắc nghẽn của màng có thể được gây ra bởi sự co lại kíchthước lỗ, chặn lỗ hoặc sự lắng đọng của các tế bào, mảnh vụn tế bào và/hoặc các hạt khác, chẳng hạn như các đại phân tử hoặc tập hợp đại phân tử, trên bề mặt trên cùng của màng. Ngoài ra, các đại phân tử có trong bia (protein, polyphenol, polysacarit, v.v.) có thể gây tắc nghẽn đáng kể, mặc dù chúng nhỏ hơn nhiều so với kích thước lỗ của màng MF.
Kích thước lỗ màng là một thơng số quan trọng để kiểm sốt chất lượng dịng chảy và dịch lọc trong q trình làm trong bia. Đường kính lỗ được tối ưu hóa là 0,45 m để đạt được sự cân bằng giữa thông lượng và độ chọn lọc so với kích thước lỗ 0,2 và 1,3 m (Gan et al. 2001). Màng gốm được ưa chuộng hơn màng polyme vì chúng có thể chịu được các điều kiện làm sạch khắc nghiệt. Tuy nhiên,
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">thông lượng thu được thường thấp hơn nhiều. Thủy động lực học bề mặt tăng cường có tác dụng hạn chế đối với cải thiện thông lượng và khả năng lưu giữ vì các điều kiện dịng chảy bề mặt ít ảnh hưởng đến sự tắc nghẽn trong lỗ chân lôngchiếm ưu thế và đến việc truyền các chất hòa tan cao phân tử.
Tuy nhiên, hình thái màng đảo ngược và xả ngược tần số cao đã được chứng minh là dẫn đến tăng cường thông lượng cao (Gan et al. 2001). Hình thái lỗ màngbị đảo ngược thu được bằng cách thay đổi cấu hình và đưa chất lỏng vào phía cấutrúc bên dưới của màng và loại bỏ chất thấm ra khỏi phía có lỗ thơng thường. TMP sau đó được áp dụng ở chế độ đảo ngược.
Vi lọc đã được áp dụng để sản xuất bia tahnh trùng ở quy mô thương mại (Cimini, 2014). Để giải quyết vấn đề tắc nghẽn do một lượng lớn tế bào nấm mengây ra, tiền xử lý bằng cách sử dụng chất hấp thụ hoặc ly tâm là hữu ích. Số lượng lớn các đại phân tử e.g. protein không thể tồn tại trong bia. Vì lượng vết của chúng có thể gây ra kết tủa trong quá trình bảo quản, nên việc sử dụng màng siêu lọc để loại bỏ chúng sẽ giúp cải thiện chất lượng bia.
Màng hydrophilic thường có khả năng thấm nước tốt. Chúng có tiềm năng khử trùng lạnh đồ uống. Màng làm bằng polyethersulfone (PES), polysulfone (PSF), polyacrylonitrile (PAN), rượu silica/polyvinyl và cellulose axetat (CA) là những mẫu tốt của loại màng này (Carneiro et al., 2002; Ghosh et al., 2019 ; Karmakar & De, 2017; Mahnot và cộng sự, 2014).
<b>Nước ép trái cây:</b>
Với mục đích làm trong, cô đặc, loại acid, thanh trùng nước ép trái cây các công nghệ màng như MF, UF, RO, màng chưng cất (MD), chưng cất thẩm thấu (OD), ED hoặc các cơng nghệ tích hợp đồng thời các loại màng đang được áp dụng Các quy trinh sản xuất nước trái cây thường được thực hiện trong quy trình tích hợp với nhiều màng phổ biến hơn cả. Q trình cơ đặc và tách nước ép ủ chua tinh khiết được sản xuất của nhà máy lọc dầu sinh học bằng quá trình lọc nano để thu hồi các phân đoạn axit lactic và axit amin đã được nghiên cứu (Ecker 2012).
Tất cả các loại nước ép trái cây trong không được chứa bất kỳ chất keo nào có kích thước hạt lớn, chẳng hạn như protein và polysacarit. Nếu khơng, chúng rất có thể bị đục. Hơn nữa, sự hiện diện của protein và polysacarit như pectin có thể dẫn đến sự hình thành kết tủa trong q trình bảo quản. Do đó, các đại phân tử này nên được loại bỏ để nước ép trái cây trong chỉ chứa các chất dinh dưỡng có trọng lượng phân tử nhỏ. Siêu lọc đã được chứng minh là có thể loại bỏ hiệu quả các đại phân tử như protein và polysacarit khỏi nước ép trái cây (Hounhouigan vàcộng sự, 2014; Perreault và cộng sự, 2021; Toker và cộng sự, 2014). Do kích thước hạt của một số protein và pectin nhỏ hơn nhiều so với 0,01 μm nên màng có khả năng loại bỏ hồn tồn chúng nên có khả năng loại bỏ tất cả các loại vi sinh vật. Điều này có nghĩa là có thể đồng thời làm trong và khử trùng lạnh nước trái cây bằng siêu lọc.
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">Bảng 1-5. Ứng dụng của UF trong sản xuất và thanh trùng nước ép
Thơng tinUF
Ví d vềề m t sôố lo i n<b>ụộạ ướ</b>c ép trái câyN<b>ướ</b>c ép lý
chua đen
N<b>ướ ừ</b>c d a N<b>ướ</b>c éplề
N<b>ướ</b>c éptáo
V t li u ậ ệchếế t oạ
Polysulfone Polyethersulfone Gôếm Gôếm Polyethersunfone
D ng ạmodule
S i rôỗngợ Tấếm ph ngẳ Rôếi Rôếi S i rôỗngợ
Hiệu quả tách loại
Tổng số đĩavà số lượngnấm men/nấm mốc (log CFU/mL): 0, tương ứng
Giảm từ 4,16 xuống 0,0 log CFU/mL
Tổng số đĩa giảm từ 1,26 0,36*10<small>5</small>
xuống 1,12 0,54x 10<small>2 </small>
CFU/mLGiá trị logarit của tỷ lệ giảm vi khuẩn > 9
Loại bỏ hồn tồn.
Bảng 1-3 chỉ ra các ví dụ về nghiên cứu ứng dụng siêu lọc để khử trùng lạnh nước ép trái cây trong. Rõ ràng là siêu lọc rất hiệu quả trong việc loại bỏ vi sinh vật. Nếu kích thước lỗ của màng siêu lọc đủ nhỏ thì có thể loại bỏ hồn tồn vi sinh vật trong nước quả trong. Hơn nữa, siêu lọc để loại bỏ vi sinh vật khỏi nước táo ở quy mơ thí điểm đã được nghiên cứu (Li và cộng sự, 2006). Nghiên cứu này so sánh màng siêu lọc làm bằng gốm và polyme hữu cơ. Giá trị logarit của tốc độ khử vi khuẩn của màng gốm được tìm thấy là 9 trong khi của màng polymer hữu cơ chỉ khoảng 5.
Ngoài ra, một số nghiên cứu đã chứng minh rằng việc khử trùng nước ép trái cây trong bằng siêu lọc hiệu quả hơn bằng bức xạ cực tím trong khi sự kết hợp của cảhai phương pháp có thể cải thiện hiệu quả khử trùng. Ví dụ, nghiên cứu về nhựa cây bạch dương trắng chỉ ra rằng tổng số vi khuẩn đã giảm từ 1,6 × 104 CFU/mL xuống 2,0 × 102 CFU/mL bằng cách siêu lọc sử dụng màng có kích thước l 0,03àm, xung cũn 2,1 ì 103 CFU/mL bng cỏch chiếu tia cực tím và đến mức khơngđược phát hiện trong 40 ngày bảo quản ở 4 hoặc 25°C bằng sự kết hợp giữa siêu lọc và tia cực tím (Jeong et al., 2013)
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">Các nghiên cứu bảo quản cũng chứng minh rằng siêu lọc có hiệu quả trong việc khử trùng lạnh nước ép trái cây trong. Ví dụ, nước chuối được lọc bằng màng siêu lọc có thể bảo quản đến 1 tháng mà khơng bị hư hỏng (Sagu et al., 2014). Khử trùng lạnh nước ép bầu (Lagenaria siceraria) bằng siêu lọc sợi rỗng là khả thi vì chất lượng của nước ép tiệt trùng không thay đổi bất lợi sau 8 tuần bảo quản (Mondal et al., 2016).
- Ứng dụng vi lọc khử trùng nước (NF):
Vi lọc cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc khử trùng đồ uống. Việc sử dụng riêng phương pháp này để khử trùng đồ uống có thể khả thi tùy thuộc vào tình trạng nhiễm vi sinh vật ban đầu và kích thước lỗ màng. Phương pháp này có thể được sử dụng trước khi siêu lọc đồ uống để làm giảm vấn đề tắc nghẽn của màng. Theo một cách khác, phương pháp này có thể được sử dụng để loại bỏ bào tử vi khuẩn hoặc vi khuẩn có kích thước tế bào lớn trước hoặc sau cácphương pháp khử trùng lạnh khác, chẳng hạn như đồng nhất áp suất cao của đồ uống nhiều mây (hoặc gọi là đục).
Ví dụ về một hệ thống áp dụng màng NF cho quá trình khử trùng nước hoa quả: một hệ thống vi lọc được chế tạo bằng cách sử dụng mô đun màng sợi rỗng PSF (polysulfone) với kích thước lỗ 0,2 µm đã giảm tổng vi sinh vật từ 1,53 × 104–3,34 × 106 CFU/mL xuống còn < 25 CFU/mL trong nước ép dứa, có độ thẩm
0,375 (Laorko et al., 2010). Khi nước dừa với 140 CFU/mL tổng vi sinh vật đượclọc bằng cách đầu tiên sử dụng màng 0,8 µm, sau đó là màng nitrat cellulose 0,45µm, sự phát triển của vi khuẩn không được quan sát thấy trong dịch thấm được bảo quản trong chai thủy tinh sau 180 ngày bảo quản trong khi quá trình lọc làm tăng tổng chất rắn hòa tan (Mahnot et al., 2014). Kết quả tích cực của lọc màng để khử trùng lạnh nước ép từ các loại trái cây khác, ví dụ: mosambi (Nandi et al.,2009; Rai et al., 2006) và chanh leo (de Oliveira et al., 2012) cũng đã được nêu. Vi lọc để khử trùng lạnh nước ép dứa ở quy mơ thí điểm đã được chứng minh là có hiệu quả (Carneiro et al., 2002). Màng có kích thước lỗ 0,3 µm có thể giảm tổng số vi sinh vật của nước dứa xuống mức an toàn cho người tiêu dùng trong khi hàm lượng chất dinh dưỡng dạng rắn hịa tan khơng giảm.
Kích thước hạt rắn của nước ép trái cây lớn hơn nhiều so với kích thước lỗ của màng siêu lọc và kích thước của các vi sinh vật nhỏ nhất trong nước hoặc trong không khí. Ví dụ, nước táo có kích thước của các hạt huyền phù là 0,25–5 µm (Tetik et al., 2013). Siêu lọc có thể loại bỏ các hạt khỏi nước ép trái cây đục, do đó khơng phải là phương pháp thích hợp để khử trùng lạnh chúng. Tuy nhiên, cáchạt rắn của nước ép trái cây bị đục có thể xâm nhập qua màng vi lọc với kích thước lỗ thích hợp. Do đó, vi lọc có thể được áp dụng để khử trùng lạnh nước ép trái cây đục.
Mặc dù kích thước lỗ nhỏ nhất của màng vi lọc lớn hơn nhiều so với kích thước của vi sinh vật nhỏ nhất trong nước hoặc khơng khí, do đó việc loại bỏ hồn tồn vi sinh vật bằng màng vi lọc có thể khơng được đảm bảo, nhưng màng có kích
</div>