Испарение через мембрану
2.9.3. Выделение экстрактов, ароматизаторов и БАК
В настоящее время все производства, использующие ароматизаторы, экстракты и биологически активные соединения в качестве добавок, стремятся к получению натуральных компонентов, и к сокращению использования химически полученных веществ.
Первапорация оказалась одним из наиболее выгодных методов выделения ароматизаторов и биологически активных веществ, а также разделения экстрактов и различных смесей.
Компания TNO [80] выделяет три основных области применения первапорации:
- выделение биологически активных компонентов из луковой шелухи
- выделение ароматизаторов и биологически активных комплексов из кофе, какао, чая
- выделение ароматизаторов и биологически активных комплексов из фруктов.
Несмотря на перспективность переработки луковой шелухи, данное производство еще не нашло широкого применения. Выделение концентратов чая, какое и кофе достаточно развито в мире, и на данный момент существуют традиционные технологии извлечения подобных концентратов, в частности: дистилляция, экстракция органическими растворителями, СО2-экстракция. Однако, у этих технологий есть некоторые существенные недостатки. При проведении дистилляции большое количество биологически активных веществ подвергается деструкции или испаряется. При проведении различного вида экстракций одновременно экстрагируются другие классы соединений. Применение первапорации позволяет устранить данные недостатки, первопарационные установки обеспечивают высокую селективность извлекаемых компонентов и их химическую стабильность при извлечении [80, 82].
Третья область, применение первапорации при получении концентратов биологически активных веществ из соков, является самой распространенной из этих областей [80, 82, 94].
Существующие установки позволяет получать концентраты стоимостью 2,5-15 евро/л, при этом степень концентрирования составляет около 100-500 раз. Данная цена в несколько раз меньше, чем стоимость аналогичных концентратов, полученных другими методами [73].
При получении концентратов из соков используют половолоконные мембраны из таких полимерных материалов как полидеметилсилоксан, сополимер этилен винил ацетата, сополимер этилен пропилен диена. Как уже описывалось ранее, на параметры разделения большое значение оказывает выбор материала для мембраны. В таблице 2.9.9 представлены параметры половолоконных мембран, изготовленных их различных материалов.
Таблица 2.9.9. Параметры половолоконных мембран, изготовленных из
EVA (сополимер этилен винил ацетата) и EPDM (сополимер этилен пропилен диена).
На рисунке 2.9.16 показано соотношение мембранных материалов, которые используются для первапорации при выделении концентратов из соков [95].
В таблице 2.9.10 показаны результаты сравнения эффективности плосколистовых (Pervap 1060) и половолоконных мембран (EPDM) при получении концентрата из соков. Полученные результаты говорят о том, что при осветлении соков половолоконные мембраны показывают эффективность процесса, превышающую плосколистовые мембраны практически в семь раз.
Рис. 2.9.16. Материалы первапорационных мембран, используемых при концентрировании соков. EPDM – сополимер этилен пропилен диена, POMS - полиоктилметилсилоксан,
PEBA – полиэфир блок полиамид, PDMS - полидиметилсилоксан.
Таблица 2.9.10. Сравнение эффективности плосколистовых и половолоконных мембран при концентрировании соков.
Несмотря на эффективность применения половолоконных мембран следует отметить, что в пищевой промышленности половолоконные мембраны для первапорации используются гораздо реже, чем в других областях, где используются первапорационные установки.
Очевидно, это связано с тем, что при подаче смесей в первапорационный модуль, жидкость не должна содержать взвешенных частиц. При использовании половолоконных модулей разделяемая смесь обычно подается на внешнюю сторону, и попадание взвешенных частиц в зазор между пучком половолоконных мембран может привести к выходу модуля из строя.
В обзорной статье [95], посвященной выделению биологически активных веществ и летучих органических соединений из соков, приведена таблица, содержащая 70 вариантов эффективного разделения на первапорационных установках. Из этих 70 вариантов только 7 используют половолоконные мембраны, что составляет ровно 10%. Наибольшее предпочтение отдается плосколистовым (плоскорамным) мембранным модулям.
