Ngoài các phương pháp đồng hóa, ly tâm thì phân riêng bằng membrance cũng là một quá trình cơ bản trong công nghệ chế biến sữa. Trong bài viết sau đây, hãy cùng Foodnk tìm hiểu về quá trình phân riêng membrance ứng dụng trong công nghệ sản xuất sữa nhé!
Phương pháp phân riêng bằng membrance là gì?
Phương pháp phân riêng bằng membrance là quá trình tách các cấu tử ra khỏi 1 phần hỗn hợp ở mức độ phân tử hoặc ion bằng màn bán thấm. Công nghệ thực phẩm là một trong các lĩnh vực đầu tiên áp dụng thành công công nghệ membrance vào thực tế sản xuất. Cụ thể là người ta đã ứng dụng công nghệ này để thay thế quá trình phân riêng truyền thống.
Ngoài ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, quá trình này còn được ứng dụng trong công nghệ hóa học (quy trình tách màng trong công nghệ hóa học để tách, cô đặc và tinh chế các chất), xử lý môi trường (ứng dụng quy trình tách màng trong xử lý nước thải và các ứng dụng môi trường khác),…
So sánh của phân riêng membrance so với lọc
Khi lọc, ta sẽ thu được dịch lọc (filtrate) chủ yếu là pha lỏng và phần lớn pha rắn sẽ bị giữ lại trên mặt vật ngăn (màng lọc). Động lực của quá trình lọc là trọng lực hoặc áp suất.
Còn phương pháp phân riêng membrance đóng vai trò vật ngăn để phân riêng các cấu tử. Đông lực của quá trình này chỉ có áp suất. Đối tượng phân riêng là những dung dịch chứa các cấu tử hòa tancos phân tử lượng khác nhau. Sau quá trình phân riêng, ta sẽ có 2 dòng sản phẩm:
- Dòng sản phẩm qua membrance là permeate;
- Dòng sản phẩm không qua membrance là retentate.
Quá trình lọc được thực hiện ở điều kiện áp suất khí quyển còn quá trình phân riêng membrance bắt buộc thực hiện trong thiết bị kín dưới áp suất nhất định do động lực của quá trình này là áp suất.
Ngoài ra cấu tạo của màng lọc membrance có nhiều sự khác biệt so với màng lọc truyền thống.
Cấu tạo màng lọc membrance
Membrance thường có độ dày rất nhỏ so với màng lọc thông thường. Độ dày tối đa của membarnce cao nhất là vài trăm μm. Đường kính các lỗ mao dẫn từ 10-4μm đến 10μm. Vì lý do này mà màn lọc membrance có thể phân riêng được các cấu tử rắn và phân tử có kích thước lớn. Dưới áp suất của dòng vào, các cấu tử này sẽ bị cuốn đi và thoát ra khỏi hệ thống tạo nên retentate.
Membarance được chia thành 2 nhóm theo cấu trúc của chúng:
- Cấu trúc đẳng hướng: Bao gồm 1 lớp màng duy nhất với độ dày màng trung bình 0,05 – 0,2μm. Các ống mao dẫn trên membrance có đường kính không đổi và được bố trí song song với nhau, cùng vuông góc với bề mặt membrance.
- Cấu trúc bất đẳng hướng: Cấu tạo từ 2 lớp màng kết dính vào nhau. Lớp trên cùng còn được gọi là lớp bề mặt có độ dày từ 0,1 – 0,5μm. Đường kính các mao dẫn của lớp bề mặt thường rất nhỏ. Lớp bên dưới có độ dày dao động khoảng 100 – 200μm. Đường kính các lỗ mao dẫn của lớp này khá lớn. Lớp bên dưới có chứa năng tăng cường độ bền cơ học cho membrance.
Membrance được sản xuất từ các vật liệu khác nhau. Đặc biệt vật liệu membrance dùng trong công nghệ chế biến sữa được làm từ:
- Cellulose acetate;
- Các polyamide;
- Polysulfone;
- Ceramic;
- Các loại polymer khác.
Các yếu tố đánh giá chất lượng membrance
- Đường kính lỗ mao dẫn;
- Mật độ mao dẫn: Tỷ lệ phần trăm giữa tổng diện tích mặt cắt các ống mao dẫn trên toàn bộ diện tích bề mặt membrance;
- Độ xốp: Tỷ lệ phần trăm giữa tổng thể tích các ống mao dẫn và thể tích membrance;
- Khả năng chịu nhiệt;
- Khả năng chịu dung môi;
- Độ bền sinh học;
- Độ vô trùng;
- Độ dày;
- Độ tro: Hàm lượng tro tính theo phần trăm so với tổng số khối lượng chất khô trong membrance;
- Tính ưa nước/kỵ nước;
- Độ chiết: Tỷ lệ phần trăm giữa hàm lượng chất chiết được so sánh với tổng lượng chất khô trong membrance. Độ chiết thể hiện mức độ tinh sạch của membrance;
- Khả năng phân riêng;
- Tốc độ qua màng của dòng permeate.
Cơ sở khoa học của quá trình phân riêng bằng membrance
Trong công nghiệp sản xuất sữa, chỉ có 4 quá trình được sử dụng, đó là:
- Vi lọc (Micro – Filtration – MF);
- Siêu lọc (Ultra – Filtration – UF);
- Lọc nano ( Nano – Filtration – NF);
- Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis – RO).
Tùy thuộc vào nguyên liệu là sữa tươi hay huyết thanh sữa và mục đích phân riêng mà chúng ta sẽ chọn membrance và phương pháp phân riêng phù hợp.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình phân riêng bằng membrance
Hàm mục tiêu của quá trình này là dòng permeate được dịch chuyển qua membrance với tốc độ nhanh và độ phân riêng đạt giá trị cao.
Theo thời gia, tốc độ dòng permeate sẽ giảm dần. Đó là do 1 số cấu tử đã được hấp thụ trên bề mặt membrance hoặc tương tác với một số nhóm chức trong thành phần hóa học của membrance. Do đó dẫn đến hiện tương nghẹt các lỗ mao dẫn và làm giảm khả năng phân riêng của toàn bộ hệ thống.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình phân riêng bằng membrance là tính chất của membrance sử dụng, bản chất của nguyên liệu cần phân riêng và các thông số kỹ thuật của quá trình như nhiệt độ, áp suất,…
Tạm kết
Quá trình phân riêng bằng membrance ứng dụng trong công nghệ sản xuất sữa dùng để làm trong, loại bỏ vi khuẩn, cô đặc protein sữa và tách các thành phần sữa. Điều này giúp nâng cao tính an toàn, chất lượng và hiệu quả của sản xuất sữa. Hy vọng những thông tin trên đây sẽ giúp ích cho bạn.
Tài liệu tham khảo
Lê Văn Việt Mẫn (2010), Giáo trình Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống pha chế, Tập 1 Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa, NXB Đại học quốc gia TPHCM.
Vân Thanh
