Способ ультрафильтрации биологической жидкости

 

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к мембранным методам фильтрации молочной сыворотки. Цель изобретения - повышение производительности способа путем снижения закупорки пор мембран белковыми молекулами. Молочную сыворотку пропускают через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее переменного электрического тока в диапазоне частот 10<SP POS="POST">4</SP> - 1,5<SP POS="POST">.</SP>10<SP POS="POST">5</SP> Гц. В область максимальной напряженности поля (область селективных мембран) можно вводить перфорированный диэлектрический материал для увеличения динамического диапазона диполофоретической силы. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 А 23 С 21/00, 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

О

Ь,)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4410520/13 (22) 15.04.88 (46) 30,08.91. Бюл. hk 32 (71) Институт прикладной физики АН МССР (72) Г. А. Литинский, M. К, Болога, Т. А. Пономарь и Е, И, Лупу (53) 637.352(088 8) (56) Separation Science and Technology.

1983,18. М 3, р, 215-222. (54) СПОСОБ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к молочной промышлеHности, а именно к мембранным меИзобретение относится к молочной промышленности, а именно к мембранным методам фильтрации молочной сыворотки.

Цель изобретения — повышение производительности способа путем снижения закупорки пор мембран белковыми молекулами, Способ осуществляют следующим образом.

Молочную сыворотку пропускают через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее переменного электрического тока в диапазоне частот 10 — 1,5«

<10 Гц.

С целью увеличения динамического диапазона дипофоретической силы в область максимальной напряженности поля (область селективных мембран) вводят перфорированный диэлектрический материал.

Использование электрического поля переменной полярности позволяет исключить электрофоретическую составля ющую (F ) из результирующей силы (Fp), действующей на

5U 1673020 А1 тодам фильтрации молочной сыворотки.

Цель изобретения — повышение производительности способа путем снижения закупорки пор мембран белковыми молекулами.

Молочную сыворотку пропускают через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее переменного электрического тока в диапазоне частот 10 — 1,5"

«10 Гц. В области максимальной напряжен5 ности поля (область селективных мембран) можно вводить перфорированный диэлектрический материал для увеличения динамического диапазона диполофоретической силы. 1 з.п. ф-лы,,3 табл. белковую молекулу. Действительно, при периодическом изменении полярности поля суммарная электрофоретическая сила, зависящая от направления поля, равна нулю. В этом случае силовое воздействие на белковые молекулы определяется только диполофоретической силой (Ед), не зависит от направления поля и направлено только в области меньшей напряженности поля, т.е. от мембран к центру рабочих камер ультрафильтрационной установки. В этом случае электрическое поле выталкивает белковые молекулы из области селективных мембран и таким образом препятствует закупорке их пор белками.

В диапазоне частот 10 — 1.5 ° 10 Гц скорость белковых молекул из области мембран и. следовательно, диполофоретическая сила максимальны, В указанном диапазоне частот полностью исключено явление электролиза воды и, следовательно, электрохимическое растворение электродов и соответствующие

1673020

30 нежелательные изменения пищевых и биологическим свойств целевого продукта: белкового концентрата и фильтрата молочной сыворотки.

Установлено, что движение белковых молекул от селективной мембраны начинается при напряжении между электродами

15 В, что соответствует средней напряженности поля у электродов (в этой области напряженность поля минимальна) не менее

800 В/м. Таким образом, указанное значение напряжения для заданной геометрии электродной системы и средней напряженности внешнего электрического поля являются пороговыми.

Введение пористого диэлектрического материала в область селективных мембран позволяет существенно увеличить градиент напряжен ности электрического поля в области мембран (стянуть силовые линии поля в область перфорации) и тем самым расширить (увеличить) динамический диапазон диполофоретической силы выталкивания белковых молекул из области мембран в область меньшей напряженности поля, Пример. Используют электрохимическую ячейку с плоскопараллельной системой электродов, между которыми располагают селективную мембрану.

Электродную систему подключают к источнику питания с регулируемыми частотой и синусоидальным напряжением, Движение дисперсных частиц в проходящем свете под микроскопом наблюдают по наиболее крупной фракции сложных сывороточн ых белков (липопротеидов, гликопротеидов). Скорость движения белков рассчитывают по времени прохождения ими определенного расстояния по шкале окулярной линейки. Напряжение на электродах изменяют в пределах 0-35 В, частоту поля — от 50 до 150 кГц.

В диапазоне частот до 10 кГц скорость движения белков от частоты поля не зависит, изменяется характер зависимости и имеет выраженный максимум при частоте

50 кГц. При последующем увеличении частоты скорость движения белков уменьшается. Поскольку увеличение частоты поля связано с усложнением источника питания, то с учетом вышесказанного увеличение частоты поля более 150 кГц экономически не4 целесообразно. В диапазоне частот 10

1,5 ° 10 Гц явление электролиза не наблюдается, что констатируется по отсутствию газовыделения.

Зависимость скорости диполофоретического выталкивания белковых молекул иэ области селективной мембраны в зависимости от напряжения поля при фиксированной частоте представлена в табл. 1.

Заметное движение белковых молекул начинается при напряжении питания (u) более 15 В. Это напряжение соответствует средней напряженности поля у электродов ср. 802,14Ф800 В/м, «U 15В P 18,7 . 10-3 где U — напряжение питания, В;

L — расстояние между электродами (в нашем случае 1 = 18,7 мм = 18,7 ° 10 м).

В выбранной электродной системе напряженность поля у электродов соответствует минимальной напряженности поля в электродной системе (вследствие концентрации поля в области мембраны), Поэтому устанавливают минимальную напряженность внешнего электрического поля не менее 800 В/м. При увеличении напряжения до 22,5 В поле теряет синусоидальный характер вследствие малости электрического сопротивления сыворотки в межэлектродном пространстве, поэтому для изучения процесса при более высоких значениях напряжения питания было использовано дополнительное сопротивление в виде введенной в область селективной мембраны диэлектрической пластинки с перфорацией. Толщина пластинки д= 4 мм, диаметр перфорации ф = 2,5 мм, что соответствует оптимальной геометрии с точки зрения максимальной скорости диполофореза.

Диапазон эон оптимальных диаметров отверстий в диэлектрической перегородке лежит в пределах 2,0-2,5 мм. Изменение скорости диполофоретического выталкивания белков из области селективной мембраны от напряжения питания при f = 100 кГц и наличии диэлектрической перегородки с перфорацией представлено в табл. 2.

При введении пористого диэлектрика увеличение максимального напряжения питания в 1,22 раза (с 22,5 до 27,5 В) позволяет увеличить диполофоретическую скорость белков (а следовательно, и силу воздействия на них) в 43,1:20,5 = 2,1 раза.

Мембрану накладывают на перфориро 0анную диэлектрическую пластинку. При этом толщина пластинки (д) существенно меньше расстояния (!) между стенками (мембранами) камеры ультрафильтрационной

1673020

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

20 установки, в которой размещена пластинка (д «1).

Расход пермеата через селективную мембрану при наложении электрического поля и без него представлен в табл, 3.

Формула изобретения

1. Способ ультрафильтрации биологической жидкости, предусматривающий пропускание биологической жидкости через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее внешнего электрического поля, наложенного перпендикулярно направлению тангенциального потока жид* Поле теряет синусоидальный характер. кости через мембраны, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности способа путем предотвращения закупорки пор мембран белковыми

5 молекулами, воздействие внешнего электрического поля осуществляют переменным электрическим током в диапазоне частот

10 -1,5 ° 10 Гц, а в качестве биологической жидкости используют молочную сыворотку.

10 2.Способпоп.1,отличающийся тем, что в область селективных мембран(область максимальной напряженности поля) вводят перфорированный диэлектрический материал.