Поднятие сахара в виноградовом соке с помощью фильтра
Поднятие сахара в виноградовом соке с помощью фильтра
Почетаемый Олег! В неблоприятные годы сахаристость виноградового сока бывает ниже стандартного. Можно ли поднять процентное содержание сахара в виноградовом соке при помощи мембранного фильтра. С почтением
Ген.директор ООО «Современные технологии»
Рабадан Сурхаевич
Здрасти, почетаемый Рабадан! Это, конечное, может быть, хотя конструктивно таковой фильтр будет отличаться от бытового. Сейчас обратноосмотические мембраны употребляются в почти всех отраслях индустрии, где есть необходимость в получении воды высочайшего свойства (разлив воды, создание спиртных и безалкогольных напитков, пищевая индустрия, фармацевтика, концентрирование соков, молока и др.). Для этих целей служат особые промышленные обратно-осмотические установки.
Оборотный осмос (ОО) – баромембранный процесс разделения, основанный на явлении обратном осмосу. Процесс обратноосмотического разделения заключается в фильтровании смесей под давлением, превосходящим осмотическое, через мембраны, пропускающие растворитель и задерживающие молекулы и ионы растворённых веществ.
В процессе обратноосмотического разделения при рабочем давлении большем, чем осмотическое давление начального раствора, растворитель (вода) проходит через полупроницаемую мембрану, а растворенные вещества (к примеру, катионы томных металлов) задерживаются. В процессе обратноосмотической чистки достигаются высочайшие степени чистки, сравнимые с ионным обменом, но данный процесс более привлекателен из-за собственной непрерывности и малого употребления реагентов.
В процессе оборотного осмоса происходит разделение на два раствора, один из которых представляет собой очищенную воду, а другой — концентрат растворённых веществ. Очищенная вода ворачивается на повторную промывку, а концентрат – в рабочую ванну либо на утилизацию.
В процессе оборотного осмоса вода и растворенные в ней вещества делятся на молекулярном уровне, при всем этом с одной стороны мембраны скапливается фактически совершенно незапятнанная вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону. По этому принципу и работают мембраны оборотного осмоса.
Процесс оборотного осмоса осуществляется на осмотических фильтрах, содержащих особые полупроницаемые мембраны, задерживающих растворенные в воде органические и минеральные примеси, бактерии и вирусы. Чистка воды происходит на уровне молекул и ионов, приметно миниатюризируется общее солесодержание в воде. Обратноосмотические системы высочайшего давления очищают солоноватую и даже морскую воду (36000 мг/л) до свойства обычной питьевой воды.
Фильтры на базе оборотного осмоса убирают из воды ионы Na, Са, Cl, Fe, томных металлов, инсектициды, удобрения, мышьяк и многие другие примеси. «Молекулярное сито», которое представляют собой обратноосмотические мембраны, задерживает фактически все примесные элементы, находящиеся в воде, независимо от их природы, что бережет потребителя воды от противных сюрпризов, связанных с неточным либо неполным анализом начальной воды, в особенности из личных скважин.
База обратно-осмотического фильтра – мембрана. Обратноосмотическая полупроницаемая мембрана представляет собой композитный полимер неравномерной плотности на базе нитрата целлюлозы. Этот полимер образован из 2-ух слоев, неразрывно соединенных меж собой. Внешний очень плотный барьерный слой шириной около 10 миллионных см лежит на наименее плотном пористом слое, толщина которого составляет 5 тысячных см. Размер пор мембраны — 1 Ангстрем (10-10 м). Потому осмотическая мембрана действует как барьер для всех растворенных солей и неорганических молекул, также органических молекул с молекулярной массой более 100. Молекулы воды свободно проходят через мембрану, а примеси остаются на той стороне фильтра.
Обратноосмотическая мембрана способна задерживать от 95 до 99% всех растворённых веществ. При всем этом органические вещества с молекулярным весом более 100-200 удаляются стопроцентно; а с наименьшим — могут просачиваться через мембрану в малозначительных количествах.
Начальная вода снутри мембраны оборотного осмоса делится на два потока:
-
Пермеат (фильтрат) – обессоленная вода. Производительность по пермеату находится в зависимости от температуры воды, минерализации воды и рабочего давления;
-
Концентрат (рассол), который или сбрасывается в мелкие камешки, или претерпевает дополнительную обработку.
Эффективность процесса оборотного осмоса в отношении разных примесей и растворенных веществ находится в зависимости от ряда причин: давление, температура, уровень рН, материал, из которого сделана мембрана, и хим состав входной воды, оказывают влияние на эффективность работы системы оборотного осмоса. К примеру, рабочее давление для низконапорного осмоса составляет 6-12 атм, для высоконапорного осмоса – 12-16 атм, а морская вода чистится при рабочем осмотическом давлении 40-70 атм.
Преимуществами метода оборотного осмоса по сопоставлению с другими методами подготовки воды являются последующие: действенное удаление из воды органических веществ и микробов; обработка воды с разным солесодержанием; малое содержание солей в сточных водах; возможность полной автоматизации процесса.
К недочетам метода оборотного осмоса относят образование осадков на поверхности мембран, что просит кропотливой чистки воды от механических примесей; применение реактивов для предотвращения образования осадков; поддержание относительно высочайшей скорости потока в аппарате; ограничения степени кондиционирования и др. Не считая того, мембранные системы довольно дорогостоящи. Но если гласить об эксплуатационных издержек, то для мембранных систем они существенно меньше.
Сейчас на русском рынке представлены многие разновидности фильтров мембранно-сорбционного класса. Они состоят из мембранного блока и одного-двух блоков (зависимо от производительности и ресурса) дополнительной чистки. Не считая того, уже очищенная и стабилизированная по солевому составу питьевая вода проходит финальное 6-12-кратное осветление на особых волокнах и сорбентах. Схожее сочетание бессчетных способов чистки и осветления водянистой среды позволило довести ресурс данных водоочистителей до 50000-75000 л.
Рис. Установка промышленного оборотного осмоса.
В 1988 году НПО напитков и минеральных вод проведены тесты первого опытно-промышленного эталона установки МРР-120-21К-01 для деминерализации воды способом оборотного осмоса. Результаты получены положительные. Но для обеспечения широкого внедрения российских мембранных установок водоподготовки нужно прирастить срок работы мембран, комплектовать установки для подготовительной подготовки воды, понизить цена мембран и установок.
Разработка оборотного осмоса также применяется и при концентрировании соков (яблокового, виноградового и др.). К преимуществам оборотного осмоса относятся низкие энергитические издержки, улучщение свойства концентрата вследствии низкой температуры процесса, простота установки и легкое повышение ее производительности, отличные санитарные условия производства. Концентрирование оборотным осмосом используют в этом случае, если необходимо удвоить содержание сухих веществ. Очень оборотным осмосом можно концентрировать соки до 30 — 40 % сухих веществ.
Сотрудники Кемеровского института пищевой индустрии исследовали количественные характеристики хим, витаминного и минерального состава концентрированных плодово-ягодных соков. Проанализирована динамика конфигурации высококачественных черт концентрированных соков в процессе хранения. Установленно, что при хранении плодово — ягодных соков происходят малозначительные утраты воды, в следствии чего некординально растет содержание сухих веществ (в среднем на 1,4%). Процесс хранения плодово-ягодных соков сопровождается малозначительным понижением общего содержания сахаров. Содержание органических кислот за весь период хранения некординально возрасло, повышение кислот к концу хранения плодово — ягодных соков составила в среднем 0,3% по отношению к начальному содержанию. Утраты ? — каротина в плодово — ягодных соках по сопоставлению с витамином С ничтожны и через 9 месяцев и составляют в среднем 1,1%.
Институт Shaanxi, Китай проявили, что при помощи ионнообменных волокон полифенолы из концентрата яблокового сока можно удалить полифенолы, также пигменты. Очень абсорбирующая способность для полифенолов 67, 263 мг/г ионнообменного волокна. Равновесие достигается через 30 мин. Полифенолы с ионнообменного волокна можно десорбироваться при помощи 0,1 моль/л НCl. После 3-х десорбционных процессов абсорбционная способность фактически близка к начальной абсорбционной возможности ионнообменного волокна. Таким макаром, ионнообменное волокно в дальнейшем можно с фуррором использовать при переработке яблокового сока.
Аргентинские ученные провели опыт по определению скорости образования 5 — гидроксиметилфурфурола в яблоковом соке при концентрировании от 15% до 70% Brix в выпарном аппарате при температурах 100, 104, 108, 1120С. Предложены разные механизмы реакции образования 5 — гидроксиметилфурфурола и разработанны соответственно кинетические модели. Лучшей сходимостью с экспериментальными данными обладает модель, описывающая образование 5 — гидроксиметилфурфурола как итог исходной реакции первого порядка с следующим автокаталитическим периодом, ограниченным концентрацией реагентов.
Потому что осмотическое давление достаточно высоко, оборотный осмос нужно проводить при высочайшем давлении. Осмотическое давление плодовых соков с содержанием 10—12% сухих веществ равно 1,4—1,6 МПа, яблокового концентрата с содержанием 40% сухих веществ — 9 МПа. Принципная схема концентрирования сока оборотным осмосом показана на рисунке ниже.
Коллоидные вещества соков, к примеру пектин, протеины и т. д., при концентрировании вместе с увеличением осмотического давления при увеличении концентрации сухих веществ вызывают ограничение разделительной возможности мембраны. В связи с этим соки перед концентрированием должны быть отлично осветлены. Свежие исследования проявили, что для получения большего экономического эффекта при осмотическом концентрирований-растворов, содержащих углеводы, наивысшее содержание сухих: веществ в готовом продукте должно составлять менее 25%, потому что при увеличении их содержания существенно понижается пропускная способность мембраны из-за увеличения вязкости раствора.
На данный момент мембранные способы употребляются для разделения азеотропных консистенций, чистки и концентрирования смесей, чистки и выделения высокомолекулярных соединений из смесей, содержащих низкомолекулярные составляющие и т.п.; в биотехнологии и мед индустрии — для выделения и чистки на биологическом уровне активных веществ, вакцин, ферментов и т.п.; в пищевой индустрии — для концентрирования фруктовых и овощных соков, молока, получения качественного сахара, чистки винно-водочных изделий и т.п.
Более тщательно о обратноосмотических системах и их применении читайте на этих веб-сайтах:
vladbmt.com/content/category/5/32/190/
www.colibry.com.ua/web_pages/osmonics_rus.htm
С почтением,
к.х.н. О.В. Мосин