tehnologii speciale procesare prod alimentare gatin 2008 2009

7/27/2019 Tehnologii Speciale Procesare Prod Alimentare Gatin 2008 2009

1/67

Universitatea Dunarea de Jos din Galai

Lector dr. ing. Liliana GTIN

TEHNOLOGII SPECIALE DE PROCESAREA PRODUSELOR ALIMENTARE

Curs destinat studenilor Facultii de tiina i Ingineria Alimentelor

Specializarea Ingineria Produselor Alimentare

Galai, 2008

PDF created with pdfFactory trial version www.softwarelabs.com
http://www.softwarelabs.com/http://www.softwarelabs.com/http://www.softwarelabs.com/


2/67

CUPRINS

1. Clasificarea tehnologiilor de procesare a produselor alimentare ................................ 4

2. Procesarea la presiuni nalte ( High Pressure Processing) ........................................ 5

2.1. Stadiul actual al utiliz rii procesrii la presiuni nalte ...................................... 5

2.2. Principii de ac iune ale presiunilor nalte ......................................................... 5

2.3. Aplicaii ale presiunilor nalte ........................................................................... 6

2.3.1. Conservarea alimentelor cu ajutorul presiunilor nalte ......................... 6

2.3.2. Inactivarea enzimelor ........................................................................... 7

2.3.3. Conservarea la temperaturi negative fr congelare ........................... 7

2.3.4. Prepararea alimentelor cu ajutorul presiunilor nalte ........................... 7

2.4. Cinetica inactivrii microorganismelor la presiuni nalte .................................. 8

2.5. Instalaii pentru procesarea cu ajutorul presiunilor nalte ................................ 8

2.5.1. Clasificarea instalatiilor pentru procesarea cu ajutorul presiunilor nalte 9

2.5.2. Principiul realizarii presurizarii .............................................................. 9

2.6. Perspectivele utilizrii presiunilor nalte n industria alimentar .................... 12

2.7. Chestionar de autoevaluare .......................................................................... 13

2.8. Rspunsuri la chestionarul de autoevaluare ................................................. 13

2.9. Bibliografie .................................................................................................... 14

3. Procesarea minim atermic cu fluide supercritice .................................................. 15

3.1. Istoricul utilizrii fluidelor supercritice ............................................................ 15

3.1.1. Istoricul utilizarii fluidelor supercritice ca mediu

pentru reacii biochimice ................................................................... 15

3.2. Caracteristici fizico-chimice ale fluidelor supercritice .................................... 17

3.3. Avantajele utilizrii fluidelor supercritice ....................................................... 25

3.4.Consideraii privind utilizarea enzimelor n bioreactoare cu

funcionare la presiuni nalte .......................................................................... 27

3.4.1. Bioreactor cu agitare i funcionare discontinu ................................. 30

3.4.2. Bioreactor tubular cu func ionare continu ......................................... 31


3.6. Rspunsuri la chestionarul de autoevaluare ................................................. 33

3.7. Bibliografie .....................................................................................................3 4

4. Tehnici de separare prin membrane ........................................................................ 35

4.1.Generaliti ..................................................................................................... 35



3/67

4.1.1.Termeni specifici ................................................................................. 36

4.1.2. Clasificarea membranelor .................................................................. 40

4.1.3. Membrane de ultrafiltrare ................................................................... 40

4.1.4. Module de ultrafiltrare ........................................................................ 41

4.1.5. Caracteristici ale membranelor .......................................................... 43

4.2. Clasificarea proceselor de separare prin membrane .................................... 43

4.3. Aplicaii ale proceselor de separare in industria laptelui ............................... 44

4.3.1. Concentrate proteice din zer ob inute prin ultrafiltrare ....................... 44

4.3.2. Instalaii de ultrafiltrare ....................................................................... 45

4.3.3. Parametri tehnologici la ultrafiltrarea zerului ...................................... 45

4.3.4. Diafiltrarea concentratelor proteice .................................................... 46

4.3.5. Linii tehnologice pentru ob inerea concentratelor proteice din zer

prin UF i DF ...................................................................................... 48

4.3.6. Demineralizarea zerului prin electrodializ ........................................ 49

4.3.7. Zer demineralizat prin schimb ionic .................................................... 50

4.4. Aplicaii ale ultrafiltrrii n industria vinului ..................................................... 50

4.4.1. Obiectivele UF n industria vinului ...................................................... 50

4.4.2. Ultrafiltrarea vinului ............................................................................ 51


4.6. Raspunsuri la chestionarul de autoevaluare ................................................. 534.7. Bibliografie .................................................................................................... 53

5. Tehnici de procesare termic ............................................................................................. 54

5.1. Procesarea cu microunde ............................................................................. 54

5.1.1. Principiile tratamentului cu microunde ............................................... 55

5.1.2. Factorii care influen eaz nclzirea cu microunde ............................ 56

5.1.2.1. Proprietile produsului alimentar supus nc lzirii ................... 56

5.1.2.2. Proprietile sursei de microunde ............................................ 595.1.2.3. Proprietile ambalajului utilizat ............................................... 59

5.1.2.4. Principiul de func ionare a unei instala ii cu microunde ........... 61

5.1.2.5. Aplicaii ale procesrii cu microunde n industria alimentar ... 63


5.3. Raspunsuri la chestionarul de autoevaluare ................................................. 67

5.4. Bibliografie .................................................................................................... 67



4/67

Tehnologii speciale de procesare a produselor alimentare

4

Unitatea de invatare nr. 1.

1.CLASIFICAREA TEHNOLOGIILOR DE PROCESARE A PRODUSELOR

ALIMENTARE

I. TEHNICI DE PROCESARE MINIM TPMI .1. Tehn ici atermic e de pro cesare TPMA

I.1.1. Procesarea la presiuni nalte (Procesarea superbaric ) TPM PI

I.1.2. Procesarea cu radiaii ionizante PRI

I.1.3. Extracia (procesarea) cu fluide supercritice EFS

I.1.4. Procesarea n cmp electric intens pulsatoriu (cmp de nalt frecven) CIF

I.1.5. Procesarea n cmp magnetic PCM

I.1.6. Procesarea cu impulsuri ultrascurte de lumin IUL

I .2. Tehn ici termi ce de pro cesare TPM TI.2.1. Procesarea cu microunde PMU

I.2.2. Procesarea prin nclzire ohmic PIO

I.2.3. Procesarea la temperaturi nalte ( High Temperature Short Time) HTST

I .3. Tehn ici speciale de proc esare minim

I.3.1. Procesarea prin ambalareI.3.1.1. Ambalarea n atmosfera controlat AAC

I.3.1.2. Ambalarea n atmosfer activ inteligent AAI

I.3.2. Procesarea cu ajutorul tehnicilor biologice

I.3.2.1. Procesarea cu utilizarea de compu i biologic activi

I.3.2.2. Procesarea cu enzime antimicrobiene

I.3.2.3. Procesarea cu microorganisme protectoare

II. TEHNICI NECONVENIONALE DE PROCESARE TNP

II.1. T ehnici de procesare cu ultrasunete PUSII.2. T ehnici de procesare prin extrudare PEX

II.3. T ehnici adsorbtive de procesare TPA

II.4. T ehnici cu utilizarea de schimbtori de ioni PSI

III. TEHNICI DE MEMBRAN TMIII.1. Microfiltrarea - MF

III.2. Ultrafiltrarea UF

III.3. Osmoza Oi osmoza invers OI

III.4. Dializa Di electrodializa ED



5/67


Procesarea minima atermic la presiuni nalte 5

Unitatea de nvare nr. 2

TEHNICI DE PROCESARE MINIMA ATERMIC (TPMA)

2. Procesarea la presiuni nalte (High Pressure Processing)

Tehnica de procesare minima atermica la presiuni inalte TPMA PIeste considerata o metoda fizic bland raspunzand exigenelorprocesarii minime, cu pstrarea atributelor senzoriale icaracteristicilor de prospe ime i naturalee a produselor obtinute.

Inca din 1899 (Hitte), apoi Bridgeman (1914) au evidentiat prelucrareaalimentelor si modificarea structurii tertiare a proteinelor poliglucidelorla presiuni cuprinse intre 50 -1000 MPa.

Tehnica a fost abandonata, iar apoi reluata in 1985 pentru obtinereaunor produse fresh like, fiind in prezent tehnica cea mai dezvoltata sicu aplicabiltate in industria alimentara.

2.1. Stadiul actual al utilizarii TPMA PI

In anul 1989 Japonia a creat un consortiu de 21 de companii, iar in1990 s-a realizat gemul de mere, kiwi, zmeura, jeleu de fructe, sosuri,dressinguri, iaurt cu fructe.

In anul 1991 prin inlocuirea tratamentelor termice, se presurizeazafructe cu zahar in prezenta pectinei, rezultand inactiavrea

microorganismelor si a enzimelor, mentinerea culorii si aromei, se sementioneaza ca produsele trebuie pastrate refrigerate.

In 1991, doua companii din Japonia implementeaza obtinerea suculuide grepefruit, portocale presurizat in vrac combinat cu tratamenttermic bland, la 120...500 MPa, temperatura ambianta, 1 -5 minute,fiid utilizate instalatii cu capacitati de 4000-6000 l/h.

Din 1991, in Franta incep cercetarile in acest domeniu, pentru ca inanul urmator cercetatori din Anglia ,Germania si Suedia sa abordezeaceasta tema.

2.2. Principii de aciune ale presiunilor nalteConform principiului lui Le Chatelier, fenomenele de reducere avolumului (de exemplu prin reactii chimice, modificarea structuriimoleculare etc.) sunt favorizate de creasterea presiunii si, invers,reactii ce produc cresterea volumului sunt anihilate.

In principiu, formarea legaturii de hidrogen, ruperea interactiunilorhidrofobe, ruperea legaturilor ionice sunt insotite de reducereavolumului. Totusi, efectul presiunilor inalte asupra interactiunilorhidrofobe, depinde de valoarea presiunii.

In principiu, formarea legaturilor de hidrogen, ruperea interactiunilorhidrofobe depind de valoarea de presiune. Astfel, la presiuni mai micide 100 MPa interactiunile hidrofobe se distrug, iar la presiuni mai mari



6/67



de 100 MPa aceste interactiuni se disociaza cu cresterea volumului sitind sa se stabilizeze.

Alte efecte ale presiunilor inalte:

- legaturile secundare sunt afectate, legaturile covalente rezista lapresiuni inalte

- structura tridimensionala a moleculelor mari si structura celulara(membrane proteine enzime, polizaharide etc.) se distrug la presiuniinalte .

- moleculele mici (aminoacizii, vitamine compusi de aroma, coloranti)care nu au structura tertiara raman neafectate de presiuni inalte.

In concluzie, presiunile inalte permit denaturarea structurii moleculelormari, schimband functionalitatea, in timp ce compusii cu masamoleculara mica responsabili de calitatile nutritive nu sunt afectati.

- denaturarea macromoleculelor (proteine, polizaharide) la presiuni

mai mari de 150 MPa prin disocierea si deplierea partiala a structurilorproteice

- inactivarea si distrugerea microorganismelor (in special, formelevegetative, dar si sporii)

- modificarea proprietatilor fizico-chimice ale apei

- modificari in structura cristalina

2.3. Aplicaii ale presiunilor nalte

In industria alimentara se utilizeaza la :2.3.1.Conservarea alimentelor cu ajutorul presiunilor nalte

Metoda se bazeaza pe distrugerea microorganismelor prin actiuneapresiunilor inalte si inactivarea enzimelor, efect asemanator trata-mentului termic.

La operatia de sterilizare si pasteurizare efectul letal al presiunilorinalte asupra formelor vegetative este rezultatul cumulativ al maimultor actiuni simultane.

Presiunile inalte actioneaza asupra membranelor celulare rezultand

reducerea volumului bistratului lipidic membranar, scaderea fluiditatiifosfolipidelor, modificarea permeabilitatii membranei si modificareaschimbului ionic (de saruri) si a respiratiei, astfel ca rezulta moarteamicroorganismelor intr-un ritm mai rapid decat inactivarea enzimelorimplicate sau inhibarea sintezei proteinelor.

Presiunile inalte perturba majoritatea reactiilor biochimice vitale pentruactivitatea celulei prin inactivarea enzimelor (presiuni intre 100...300MPa denatureaza reversibil enzimele, iar presiuni mai mari de 300MPa denatureaza ireversibil enzimele).

Cercetarile au constatat ca formele vegetative ale microorganismelor

sunt inactivate efectiv la 300...400 MPa, la temperatura ambianta,efectul letal depinzand de compozitia alimetului (p H , aW, prezenta



7/67



unor protectori organice, acizi organici care pot avea rol sinergic sauprotector la reactivarea microorganismelor).

De exemplu, alimente acide la pH = 2,5 ....4,5 procesate timp de5 ...10 minute la 300 MPa conduce la reducerea formelor vegetativeale bacteriilor drojdiilor si mucegaiurilor la 1/10 5 din incarcaturamicrobiana initiala.

Tehnica se preteaza pentru sucuri de fructe, legume, gemuri sidulceturi rezultand mentinerea intacta a aromei, savorii culorii, valoriinutritive a produsului proaspat.

In schimb, la alimentele neacide, la 300...800 MPa si temperaturaambianta are loc distrugerea selectiva a bacteriilor patogene, sereduce incarcatura microbiana, iar prin imbunatatirea igienei se obtineprelungirea duratei de conservare prin refrigerare.

2.3.2. Inactivarea enzimelor

- enzimele sunt foarte rezistente la actiunea presiunilor inalte.De exemplu: pectinetilestraza (din sucuri si din citrice) este inactivatain proportie de 50 80 %, la 600MPa la temperatura ambianta;peroxidaza este inactivata in proportie de pana la 45 % la 600 MPadupa 20 minute la temperatura ambianta.

2.3.3. Conservarea la tempetauri negative fr congelareDeoarece punctul de topire al ghetii scade considerabil la 70MPaajungand la - 5C, la 120 MPa la -10C, iar la 200 MPa la -20 C s-aconstatat ca se pastreaza nealterata pentru cateva saptamaniculoarea textura, aroma la capsuni tomate carne de vita si de porc.

2.3.4. Prepararea alimentelor cu ajutorul presiunilor nalte

Aceasta aplicatie de justifica deoarece pana la 300 MPa efectele pot fireversibile, valorile fiind specifice fiecarui material biologic si depindde parametrii procesului. Astfe, practic poate avea loc:

Gelificarea proteinelor

- din albus de oul la presiuni mai mari de 600 MPa

- proteinele din muschi, peste, soia, galbenus de ou la200...400 MPa, 30 min.

Prin aceasta metoda neconventionala, gelurile obtinute aucaracteristici senzorial texturale apropiate ca cele obtinute termic.

- in concenatratele proteice din zer se pot forma geluri spongioasesub actiunea presiunilor inalte.

Astfel, presiunile inalte produc denaturarea celor mai hidrosolubileproteine. Cercetarile au constatat ca la depresurizare structura sereformeaza modificat, efect folosit la texturarea / lipirea muschiuluisau fileurilor de talie mica

Modificarea componentilor de aroma

Prin distrugerea membramei celulare se produce eliberarea deenzime specifice (lipaze, lipoxigenaze) care afecteaza diferite



8/67



substraturi cu modificarile compusilor de aroma. Exemplu: are loccresterea cu 600 % a hexanlului la visine.

Fragezirea carnii

La 100...500 MPa, 60C se produce fragezirea carnii de vaca in fazaperigor, iar la carnea de porc maturata ii creste fermitatea proportional

cu presiunea.Imbunatatirea digestibilitatii amidonului

Etapele presurizarii cresc susceptibilitatea macromoleculelor la ataculenzimelor. La 400 MPa si temperatura de 45...50C crestedigestibilitatea amidonului din grau, cartof la alfa-amilaza.

2.4. Cinetica inactiavrii microorganismelor la presiuni inalte

Cea mai importanta utilizare a presiunilor inalte este inactivarea

microorganismelor.Factori care influenteaza inactivarea acestora cu ajutorul presiunilorinalte sunt :

1) natura si numarul microorganismelor din produs

- bacteriile Gram negative sunt mai putin rezistente decat Grampozitive

- bacilii sunt mai rezistenti decat cocii

- sporii mult mai rezistenti sunt inactivati la 600...700 MPa

- la 60 ...150 MPa sporii germineaza, apoi cresterea presiuniiinactiveaza germenii rezultati.

2) temperatura asocierea presiunilor inalte cu temperaturi moderateare un efect sinergic. Dupa Knorr, sunt 2 bariere de tempratura cuefecte mari asupra microorganismelor respectiv temperaturi 4 ... 5 Csi temperaturi 45 ... 50C.

3) compozitia mediului: pH scazut si indicele de acitivitate a apei, a Wcu valori mici favorizeaza inactivarea la presiuni inalte. Compusii curol protector (monozaharide, lipide, NaCl) reduc eficienta tratamentuluicu presiuni inalte.

4) factori de proces se refera la presurizarea care are rol pozitiv lainactivarea microorganismelor prin introducerea unui soc baric.

2.5. Instalatii pentru TPMA PI

Instalatiile sunt folosite pentru produse solide, lichide, in vrac sauambalate. Produsele pot fi dozate in PETuri, sticla cu capac rezistentla presiune.

In general, partile componente ale unei instalatii de procesare cuajutorul presiunilor inalte cuprinde:

- vasul de presiune inalta cu sistem de inchidere la capete;

- pompa de joasa presiune;



9/67



- amplificator de presiune;

- elemente de masura si control.

Vasul de presiune inalta poate fi confectionat din

doi sau mai multi cilindri concentrici din otel rezistent la rupere;

un singur cilindru.In principiu, cilindrul interior este comprimat de cel (cei) exteriori astfelincat, daca cel interior cedeaza, sa se produca o simpla scurgere lafisurare (deteriorare), fara a se produce o explozie.

In cazul existentei unui singur cilindru, presurizarea exterioara serealizeaza cu un fir (cablu) metalic infasurat spiralat pe intreagasuprafata exterioara , echilibrand presiunea interioara.

2.5.1. Clasificarea instalatiilor pentru TPMA PI

Dupa regimul de functionare instalatiile pot fi:

a) instalatii cu functionare discontinua (pe sarje) (fig 2.1.)

b) instalatii cu functionare semicontinua

c) instalatii cu functionare continua (pulsatorie).

Instalatiile cu functionare discontinua se folosesc pentru sterilizareaproduselor lichide sau solide ambalate, au functionare asemanatoareca autoclava, respectiv introducerea produsului ambalat in instalatie,inchiderea si ermetizarea instalatiei, mentinerea presiunii constante,depresurizare, deschiderea instalatiei si evacuarea produsului.

2.5.2. Principiul realizarii presurizarii

Sistemul de presurizare este in functie de natura pordusului. Astfel,pentru solide se lucreaza pe sarje discontinuu, pentru lichide sepoate lucra si continuu.

Realizarea presurizarii se face prin comprimarea mediului careinconjoara produsul.

Mediul de comprimare poate fi: apa, amestec ulei apa sau lichidincompresibil. Acesta realizeaza transmiterea presiunii de ladispozitivul de presurizare la produsul aflat in ambalaj flexibil;transmiterea presiunii are loc instantaneu, uniform, fara gradienti depresiune ntr-un proces izostatic, deci timpul de aplicare a presiuniieste independent de volum, forma si starea fizica a produsului.

Variante de comprimare a mediului:

a) Comprimare directa (tip piston): presupune utilizarea unui piston aunei pompe care realizeaza comprimarea directa a mediului depresiune in incinta de lucru cu volum variabil; acest tip de dispozitiveste un amplificator de presiune care realizeaza presurizarea rapida,dar ofera volume mici de lucru si etanseitati dificile.

b) Comprimare indirecta presupune realizarea presiunii ca fel ca inprimul caz, dar volumul incintei de lucru este constant n aceasta



10/67



incinta este pompat mediul de presiune cu o pompa de mediepresiune si un amplificator de inalta presiune.

Acest sistem este preferat pentru ca ofera avantajul existentei uneietanseitati statice.

Descrierea instalatiei cu functionare discontinua prin pascalizare

(fig. 2.1) este prezentata in continuare.Vasul sub presiune poate fi vertical, orizontal sau inclinat. Capacitateainstalatiei este de 10.000 l/h.

Produsul este introdus in vasul 1 care se inchide etans, incepepomparea apei sub presiune din vasul 7 care are un piston 8 cusectiune in forma de cruce cu 2 fete active. Deplasarea pistonului 8serealizeaza cu fluidulei introdus in pompa de joasa presiune 10 dinrezervorul 9 si la frecare cursa are loc refularea apei la cele douaextremitati ale amplificatorului de presiune 7. Se pompeaza apa panala atingerea presiunii dorite. Ca gent lichid de transmisie a presiunii se

mai poate folosi apa sau apa glicol.Intre cei doi cilindri 1 si 2exista o serpentina 5prin care circula agenttermic sau de racire, deoarece procesarea se petrece la temperaturamediului ambiant, agentul de racire preluand caldura degajata de apacomprimata.

Presiunea de lucru este 700MPa, timp de functionare 20 minute dupacare instalatia se depresurizeaza, se evacueaza apa din instalatie prinrobinetele 11 si 12.

Fig 2.1. Instalatie discontinua de procesare la presiuni inalte1 cilindru exterior

Ulei

Apa Apa

Agentincalzire /racire

2

1

3

4

5

6

78

9 10 11

Ulei

Apa Apa

Agentincalzire /racire

2

1

3

4

5

6

78

9 10 11



11/67



2 cilindru interior

3, 4 placi de capat

5 serpentina

6 produs supus procesarii cu presiuni inalte

7 amplificator8 piston

9 rezervor cu ulei

10 pompa de joasa presiune

11 intrare apa

12 iesire apa

13 valve pentru scaderea presiunii

Instalatia cu functionare continua pentru procesarea minima lapresiuni inalte (fig. 2.2) este utilizata pentru produse lichide in vrac.

Descrirea constructiv functionala a instalatiei cu functionare continuala presiuni inalte este prezentata in continuare.

Lichidul de procesat din rezervorul 6 se introduce in cilindrul 1 cupompa 7, iar pistonul 5ajunge la baza incintei vasului 1. Se inchiderobinetul de alimentare cu produs 14 si se introduce apa sub presiunedin amplificatorul 11 cu robinetul 18 deschis, iar pistonul5se ridica si are loc comprimarea produsului pana la presiunea dorita

si se mentine la valoarea respectiva timpul necesar, dupa care sedepresurizeaza instalatia si se evacueaza apa din coloana depresiune prin robinetul 16 in rezervorul 9. Evacuarea produsuluiprocesat din instalatie se face cu pistonul 5, dar prin introducerea apeicu ajutorul pompei 10.

n fig. 2.2. semnificatia reperelor este:

1 cilindrul interior

2 cilindrul exterior

3 serpentina de racire

4 placi de inchidere

5 piston mobil

6 vas cu produs

7 pompa pentru produs

8 rezervor cu produs tratat

9 rezervor pentru ap

10 pompa de medie presiune pentru ap

11 amplificator

12 rezervor de ulei

13 pompa de ulei



12/67


13/67



bacteriocine) sau asociata cu refrigerarea, conduce la diminuareacosturilor utilizand o presiune de lucru mai bland .

2.7. Chestionar de autoevaluare1. In ce an a fost reluata abordarea utilizarii presiunilor inalte in

industrie?

2. Precizati trei efecte ale presiunilor inalte.

3. Care sunt principalele aplicatii ale procesarii minime cu ajutorulpresiunilor inalte?

4. Mentionati factorii de influenta privind inactivarea microorganismelorcu ajutorul presiunilor inalte.

5. Precizati partile componente ale unei instalatii de procesare cu

presiuni inalte.6. Cate tipuri de instalatii de procesare cu presiuni inalte cunoasteti?

7. Perspectivele utilizarii presiunilor inalte sunt.......

2.8. Raspunsuri la chestionarul de autoevaluare

1. Tehnica procesarii minime cu ajutorul presiunilor minime a fostreluata in 1985.

2. Efectele presiunilor nalte sunt:

- moleculele mici (aminoacizii, vitamine compusi de aroma, coloranti)care nu au structura tertiara raman neafectate de presiuni inalte.- presiunile inalte permit denaturarea structurii moleculelor mari,schimband functionalitatea, in timp ce compusii cu masa molecularamica responsabili de calitatile nutritive nu sunt afectati.- denaturarea macromoleculelor (proteine, polizaharide) la presiunimai mari de 150 MPa prin disocierea si deplierea partiala a structurilorproteice- inactivarea si distrugerea microorganismelor (in special, formelevegetative, dar si sporii)

- modificarea proprietatilor fizico-chimice ale apei- modificari in structura cristalina

3. Principalele aplica ii ale procesarii minime la presiuni nalte sunt:

- conservarea alimentelor cu ajutorul presiunilor inalte- inactivarea enzimelor- conservarea la tempetauri negative fara congelare - prepararea alimentelor cu ajutorul presiunilor inalte

4. Factorii de influen de inactivare a microorganismelor cu presiuni

nalte sunt.- natura si numarul microorganismelor din produs



14/67



- temperatura- compozitia mediului - factori de proces

5. Principalele pri componente ale unei instala ii de procesare cuajutorul presiunilor nalte sunt:

- vasul de presiune inalta cu sistem de inchidere la capete;- pompa de joasa presiune;- amplificator de presiune;- elemente de masura si control.

6. Instalaiile de procesare cu presiunile nalte pot fi:

6.1. instalatii cu functionare discontinua (pe sarje)6.2. instalatii cu functionare semicontinua6.3. instalatii cu functionare continua (pulsatorie).

7. Perspectivele utilizrii presiunilor nalte sunt:

- obtinerea branzeturilor cu lapte crud pasteurizat- decontaminarea condimentelor- distrugerea parazitilor din carne si peste.- distrugerea sporilor

2.9.Bibliografie

Amarfi, Rodica, Alexandru, Rodica et al. 1996, Procesarea minim atermici termic n industria alimentar, Ed. Alma, Galai

Banu, C (coord.) et al., 1999, Manualul inginerului din industria alimentar,vol. I, Ed. Tehnic, Bucureti



15/67

Tehnologii speciale de procesare a produselor alimentare_____________________________________________________________________________________________________

Procesarea minima atermica cu fluide supercritice 15


3. PROCEAREA MINIMA ATERMIC CU FLUIDE SUPERCRITICE

3.1. Istoricul utilizrii fluidelor supercritice

Procesarea minim atermic cu fluide supercritice PMA SCFs estecunoscut de peste 100 de ani, fiind ignorat pana dupa cel de-aldoilea razboi mondial.

Astfel, in anul 1071, Paul si Wise au previzionat utilizarea fluidelorsupercritice SCFs in industria alimentara, industria farmaceutica siindustria chimica. In anul 1980 incepe sa functioneze prima instalatiede extractie cu dioxid de carbon supercritic SC CO2 pentru

decafenizarea cafelei.n prezent, se folosete cu precdere la:

- extracia diferi ilor componeni valoroi (arome, coloranti, vitamine,pigmenti etc)

- studiul reaciilor enzimatice n SCFs;

- studiul stabilitii enzimelor n SCFs n diferite

- condiii de temperatura i presiune.

n 1680, cercettorul englez Denys Papin, ini iaz cercetriledescoperirii punctului critic, proiectnd un vas cu func ionare lapresiune nalt destinat fierberii apei. n Fran a, baronul Cagniard deLaTour presupune c acest control al fierberii apei trebuie s aib o

limit, astfel c n 1822 dovedete existena punctului critic.Primele utilizri ale fluidelor supercritice ca mediu de reac ie dateazde la nceputul secolului al XIX-lea i aparin fizicianului francezBaronul Charles Cagniard de LaTour.

Ulterior, i ali cercettori au continuat cercetrile, natura striisupercritice i semnificaia punctului critic fiind abordate i de MichaelFaraday, Dimitrii Mendeleev, Thomas Andrews.

Faraday a considerat punctul critic ca punctul de de-lichefiere istarea supercritic ca cea mai frumoas stare pe care Cagniard de

LaTour a fcut-o cunoscut. ns, Andrews introduce termenul depunct supercritic mult mai trziu (Jessop i Leitner, 1999).

3.1.1. Istoricul utilizrii fluidelor supercritice camediu pentru reacii biochimice



16/67



n 1907, E. Buchner prezint rezultate experimentale referitoare lasolubilitatea naftalinei n SC CO 2. El constat c la presiuni mici,solubilitatea este zero. ns cu creterea presiunii peste valoareacritic a CO2, respectiv 73 bar, solubilitatea crete brusc.

ncepnd din 1920, aplicaiile fluidelor supercritice au fostrecunoscute pentru extracie i purificare. Kurt Zosel n anii 1960studiaz, n premier, utilizarea SC CO2 pentru extracia cafeinei dinboabele de cafea verde i a aromei de hamei. Ulterior, procedeeleextraciei cu SC CO2 sunt continuu mbuntite la scar industrial,astfel c astzi se obin peste 100 000 tone /an de cafeadecafeinizat.

Primele reacii desfurate n ap supercritic au fost efectuate deGabrielAuguste Daubre. n 1857 studiaz reacii n SC H2O la400C.

n 1879, Hannaz i Hogarths observ c oxidul de zinc n stare solidreacioneaz cuSC CCl4 (cloroform n stare supercritic) la 300C fr s se dizolve.

Villard, n 1898, observ c atunci cnd ncearc s dizolve iodul nSC C2H4 la 17C i 300 bar, iodul odat dizolvat reacioneaz cuetilena.

O gam variat de reacii desfurate la presiuni nalte sunt descrisede Vladimir Ipatiev n perioada 19041914. Sunt abordateurm

toarele reac

ii: dehidrogenarea 2propanolului, deshidratarea 2

butanolului, izomerizarea ciclohexanului la metilciclopentan,hidrogenarea benzenului. El revolu ioneaz cataliza eterogen,introducnd nu numai utilizarea presiunilor nalte, dar i alicatalizatori, precum Ni2O3 / Al2O3.

Cercetrile utilizrii fluidelor supercritice continu , astfel c pentruprima dat la mijlocul secolului XX se prezint rezultatele folosirii SCCO2 pentru reacia de polimerizare.

Sargent, n 1949, sugereaz c bioxidul de carbon poate fi ncorporatn polietilen pentru obinerea unui compus mai ceros, acest lucrufiind posibil prin utilizarea SC C 2H4i SC CO2 la 72...88C i 100 barn prezena benzoilperoxidului. Astfel, SC CO2 este utilizat dreptsolvent inocent pentru polimerizarea radicalilor liberi.

n 1966, Stevens patenteaz procedeul copolimerizrii CO2 i aoxidului de etilen pentru obinerea poli-carbona ilor n condi iisupercritice.

ncepnd cu anii 1980, s-au utilizat enzimele drept catalizatori activi nreacii enzimatice desfurate n medii neconven ionale, iar primelerezultate au fost publicate dup civa ani.



17/67


18/67



la zona din jurul punctului critic n care compresibilitatea este maimare dect cea indicat de legea gazelor ideale.

Cu toate c o poriune semnificativ a zonei compresibile se afl ninteriorul zonei supercritice (figura 3.1), exist i o suprapunere a

regiunilor corespunztoare strii lichide i de vapori.Lichidele la temperaturi mai mici dect temperatura critic sunt numitelichide sub-critice, n timp ce gazele sub-critice prezint presiuni maimici dect valoarea presiunii critice.

n literatur, este prezentat variaia constantei dielectrice ce cre tecu presiunea i cu densitatea relativ. Creterea constanteidielectrice, notat, depinde de natura fluidului supercritic.

Astfel, pentru SC CO2 la temperatura relativ apropiat de 1,constanta dielectric se modific de la = 1,3 pentru valori unitare

ale densitii relative notatr, la = 1,6 pentru r = 2, astfel c SCCO2 rmne un solvent cu caracteristici net nepolare.

n schimb, constanta dielectric pentru fluoroform (CHF3) i pentruap crete cu creterea densitii relative. Pentru varia ia densitiirelative de la 1 la 2, constanta dielectric crete de la 3 la 6 pentrufluoroform i respectiv, de la 5,4 la 13,5 pentru ap.

Utilizri frecvente ale fluidelor supercritice se refer la extraciadiferiilor compui cu proprieti active din diferite materiale. O schi simpl a procesului de extracie cu fluide supercritice (fluide SC) este

prezentat n figura 2.2.Cel mai utilizat fluid supercritic pentru procese de extrac ie estedioxidul de carbon. Diagrama pT pentru CO 2 cu evidenierea celorpatru stri fizice: lichid, solid, gaz i starea supercritic esteprezentat n figura 3.3.

S

M

E

S(g)

S(l)

S

M

E

S(g)

S(l)

-500 0 50 100

200

400

600

t,

p, bar

TP

PC

solid

lichidSCF

gaz

pc

tc

1,11,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,40,5

0,30,2

0,1

-500 0 50 100

200

400

600

t,

p, bar

TP

PC

solid

lichidSCF

gaz

pc

tc

1,11,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,40,5

0,30,2

0,1

Figura 3.3.Diagrama p T pentruSC CO2 cu evidenierea

izocorelorTP punctul triplu; CP punctul critic

Figura 3.2.Reprezentarea procesului deextracie cu fluide SC

(Ssolvent, Mmaterial; E extract)



19/67



Materialul supus extraciei este plasat n bioreactor unde solventul seafl la temperatura corespunztoare componenilor ce trebuie extrai.Vaporii de solvent trec n separator, unde are loc separareasolventului de componentele extrase, apoi vaporii de solvent suntcondensai i recirculai.

Formarea strii supercritice poate fi privit ca un proces analog ncare energia termic a moleculelor nvinge toate interac iunile pentrua menine starea lichid. Precum gazele, starea supercritic ocup totvolumul disponibil. Se apreciaz c tranziia de la starea gazoas saulichid la starea supercritic este un proces invizibil (Steyttler, 1996).Dac amestecul L G este nclzit la volum constant, densitateafazei lichide scade, n timp ce densitatea fazei gazoase cre te i pnla punctul critic ele devin egale.

Regiunea apropiat zonei critice prezint interes deosebit datorit

compresibilitii ridicate.

n procesul de extracie, principala caracteristic a materialelor sausubstanelor este solubilitatea. Se apreciaz c:

- solubilitatea scade cu cre terea polaritii i a masei moleculare.Astfel, introducerea unei grupri hidroxil secundare reducesolubilitatea cu 0,2 %;

- prezena ramificaiilor conduce la creterea solubilitii. Astfel,2,6,10,14 tetra-metil-penta-decan este miscibil n SC CO 2, n timpce nnona-decan este mai pu

in solubil;

- gradul de nesaturare conduce la cre terea solubilitii (de exemplu1octadecena este de trei ori mai solubil dect nocta-decanul);

- gradul de aromatizare scade solubilitatea (naftalina este mai pu insolubil dect tetralina);

- macromoleculele sau moleculele polare sunt insolubile.

Aplicaii ale extraciei cu fluide supercritice cu importan n industriaalimentar sunt prezentate n tabelul 3.1.



20/67



Materia primScopu l extracie i

(mL /100 g)

Presiune,

bar

Tempe-

ratur, C

Produc-

tivitate,

%Observaii

ButuriButuri alcooliceVinBere

Buturi nealcooliceAromArom

90150

8012080120

15...40

15...4015...40

1012 Reducerea graduluialcoolic

Boabe de cacaodecojitePudr de cacao

Obinere theobromin

Obinere unt cacao

250300

3500400

60...90

40...100

1,5

1040

Extractglbui cuaspectpstos

Boabe de cafeaverde

Cafea decafeinizat 220320 60...90 0,82,5 -

Frunze de ceai Ceaidecafeinizat+arom

250300100300

45...7550...60

2,8...3,81,5

-

Frunze tutunExtract tutun

Extract total, arom

Arom

100300

100300

20...80

20...80

2

1,82,4

Necesitrafinaresuplimentar

Uleiuri vegetale

Ulei de palmier tocoferol 220270 40...80 - Extractulconinesteroide ivitamine

Seminedovleac

Ulei 250300 40 14 Ulei deculoarerocat

Semine rapi+ turte

Ulei 250300 20...80 1240 -

Seminecoacze negre

i roii

Ulei i acid gammalinolenic

250300 20...40 26 Prezeni iacizii grai

nesaturaiSemine floareasoarelui

Ulei 250300 20...80 36 -

Semine desusan, prjite

Ulei, arom 250450 20...80 43 Prezeni iacizi grainesaturai

Grsimi animaleesuturianimale

Grsime de origineanimal

250300 40 912 Grsimialbe

Glbenu de ou Trigliceride,colesterol

300500 20...60 3045 Culoareglbui

Tabelul 3.1. Aplicaiile extraciei cu fluide supercriticen industria alimentar



21/67



Plante medicinale

Arnica Extract total 150300 20...60 56 Extractbrun,ceros

Mueel Ulei volatil, flavonoide 250750 20...40 36 Extractbrun

nchis,ceros

Eucalipt Ulei volatil 150250 20...40 1,8...3 Componente volatile

Floare aurie demelis

Extract total 150250 20...40 1,5 Extractglbui-verzui(frpigmeni deculoare roie)

Semine de fn Extract total 200 20...40 1,2 Extractbrunnchis,

cerosFrunze dement

Ulei volatil, extracttotal

150200 20...40 2,53 Extract deculoarenchis

Primul Acid linolic 500700 20...60 2123 Galbendeschis

Ptrunjel Ulei volatil, extracttotal

450500 60...70

Flori detrandafir

Acid gamma linolenic 300450 20...50

1318 -

Ginseng - 150450 50...70 - -Crizantem - 250450 40...60 23 -

Floare de lotus Extract total 450 40...50 1,82 ExtractcerosLavand uleiuri eseniale 90 48C - GC-MSPlante aromatizante i condimentareSemine deanison

Extract total, uleivolatil

150300 20...40 810 Uleimaroniu

ardei rou lipide, carotenoide,tocoferoli

350150137413

50C40C40C

- HPLCGC-FID

Semine dechimion

Extract total, uleivolatil, colorant(carvone)

150700 20...60 712 Uleimaroniu

annatto tranbixin 400600 40C - -morcov carotenoide 606 40C - -muguri decuioare

uleiuri eseniale 80200 50C GC-MS

Rdcin deelin

Extract total 150450 20...60 10 Ulei brun-auriu

semine mrar ulei de mrar 81 40C - GC-MSCoaj descorioar

150350 20...50 3

Frunze descorioar

Ulei volatil

150250 20...40 34

Ulei brunnchis cu 4060%eugenol

struguri terpene 80250 40C - GC -FIDsemine struguri compui polifenolici 456 35C - GC-FID +

HPLCMrar Obinere de fenchone 150300 20...40 10 Uleimaroniu



22/67



msline (pulpi smburi)

tocoferolicompui fenolici

350334

50C100C

- SFC-FIDElectrospray-MS

Usturoi Extract total 100450 20...50 0,30,5 Extractapos

Ceap uscat Extract total 100450 20...50 57

Ardei dulce Extract total, arom,pigmeni 100700 20...80 615 -

Boabe piper alb/ negru

Extract total, piperin,ulei volatil

100500 20...80 2,512 Numai uleivolatil sauextractceros

Batoane vanilie Extract total cu 10 30 % vanilin

100450 20...60 3,58,5 Extractglbui,pstos

Rdcin devalerian

Extract total 15300 20...40 4 -

Ghimbir Extract total 30450 50...60 36 Uleimaroniu

vscosChili Extract total, pihmeni

si capsaicin400500 50...70 312 -

Nucoar Extract total 250450 50...60 20...38 -Coriandru Extract total cu linallol 350850 40...60 8,515 Ulei

maroniuRozmarin Antioxidani, uleiuri

eseniale350800 50...90 58,5 Culoare

nchisOregano Extract total,

antioxidani450750 50...80 22,5

Semine mutar Extract total 450 60...80 1218 Extractuleios,

galbennchis(dup Cumstock, 1989 i Rozzi, 2002)

Alturi de extracia cu fluide supercritice, studiul reac iilor biochimicei enzimatice n prezena acestor medii prezint o deosebitimportan.

Majoritatea fluidelor supercritice organice (tabelul 2.2) sau anorganice(tabelul 2.3) prezint toxicitate sczut, ns la concentraii mari carepot rezulta datorit utilizrii lor la presiuni ridicate, necesit condiii

suplimentare de ventila ie.



23/67



Tabelul 3.2.Fluide supercritice organice

Tipul f lu idulu i supercr i t ic

Denumire

Simbol

(Formula

ch imic)

tc,

C

pc,

bar

c,

kg/m3

Masa

molecularPre

e

stima

tiv

*,$

/kg

fluoroform CHF3 25,9 48,2 525 70,10 128

difluorometan CH2F2 78,1 57,8 424 52,02 -

metan CH4 -82,6 46,0 163 16,04 80

metanol CH4O 239,5 80,8 273 32,04 18

eten C2H4 9,2 50,4 214 28,05 16

etan C2H6 32,2 48,7 207 30,07 100

dimetileter C2H6O 126,9 54,0 242 46,07 15

etilendiamin C2H8N2 320,0 62,8 290 60,10 200propen C3H6 91,8 46,0 228 42,08 9

propan C3H8 96,7 42,7 220 44,10 10

nbutan C4H10 152,0 38,0 228 48,12 15

Izobutan C4H10 134,7 36,4 224 58,12 15

npentan C5H12 196,6 33,7 232 72,15 30

benzen C6H6 289,5 49,2 300 78,11 30

nhexan C6H14 234,5 30,3 234 86,18 30

* preurile corespund unei puriti de 99,99 % n funcie de firma de distribuie.

n categoria fluidelor supercritice iritante ntlnim: etilendiamina,amoniacul i fluidele supercritice acide (HBr, HI, HCl).

La concentraii ridicate, unele fluide supercritice ac ioneaz canarcoticele (de exemplu: SC CHF 3, SC N2O). N2O supercritic estedenumit gaz ilariant (denumit i protoxid de azot, folosit ca anestezicgeneral). Benzenul este recunoscut drept un fluid supercritic cuproprieti cancerigene, motiv pentru care trebuie nlocuit cu altefluide supercritice.

Datorit proprietilor fizicochimice, cele mai utilizate fluide SC suntSC CO2, propanul, butanul i etanul.



24/67



Tabelul 3.3.Fluide supercritice anorganice

Tipul f lu idulu i supercr i t ic

Denumire

Simbol

(Formula

ch imic)

tc,C

pc,bar

c,

kg/m3 M

asa

mo

lecul

ar

Pre

es

timat

iv*,

$/kg

Argon Ar -122,50 48,6 531 39,95 6

Dioxid decarbon

CO2 31,10 73,8 466 44,10 3

Acid clorhidric HCl 51,50 82,6 420 36,46 20

Acid bromhidric HBr 90,00 85,5 - 80,91 50

Acid iodhidric HI 150,70 83,0 - 127,90 -

Ap H2O 374,00 220,6 322 18,02 -

Amoniac NH3 132,40 113,2 235 17,03 3

Protoxid deazot

N2O 36,40 72,5 453 44,01 50

Cripton Kr -63,76 54,9 912 83,80 3000

Hexafluorurde sulf

SF6 45,50 37,6 737 146,10 50

xenon Xe 16,60 58,3 1099 131,10 4000

* preurile corespund unei puriti de 99,99 % n funcie de firma de distribuie.

n general, n zona supercritic poate exista numai o singur fazomogen. Modificrile de la starea lichid la starea de vapori au loccu schimbri mari ale proprietilor fizice, dar, n zona supercritic ,proprietile pot fi variate continuu prin modific ri ale presiunii itemperaturii.

O comparaie a proprietilor gazelor, lichidelor i fluidelor SC esteprezentat n tabelul 3.4.

Tabelul 3.4.Propriet

i fizice ale fluidelor SC, gazelori lichidelor(dup Jessop, 1999)

Propr ietatea fizic Fluide SC Gaz Lich id

Densitatea,, kg/m3

200500pentru p = pc

400900pentru p = 4pc1 1000

Vscozitatea dinamic,, Pas;

(1 3)10-5 (0,62)10-5 (0,2 3)10-3

Difuzivitatea termic, a, m2/s (0,20,7)10-7 (0,10,4)10-4 (0,25)10-9

Din tabelul 3.4 se observ c valorile densitilor fluidelor supercriticei a lichidelor sunt apropiate, n timp ce vscozitatea dinamic este



25/67



aproape egal cu a gazelor, iar valorile difuzivit ii sunt de dou orimai mari dect ale lichidelor.

3.3. Avantajele utilizrii SCFs

Utilizarea enzimelor n procese desfurate n condiii supercriticeconstituie o cale pentru mbuntirea activitii enzimatice n mediineapoase. Avantajele utilizrii fluidelor super-critice drept solven ipentru reacii catalizate enzimatic pot fi grupate n patru categorii(tabelul 3.5):

avantaje privind mediul nconjurtor;

avantaje privind sntatea i sigurana utilizrii;

avantaje privind condi iile de desfurare a proceselor;

avantaje legate de caracteristicile fizico-chimice

Beneficiile asupra mediului nconjurtor sunt recunoscute la utilizareadioxidului de carbon supercritic (SC CO 2) i a apei supercritice (SCH2O). Cu toate c SC CO2, alturi de alte fluide supercritice, suntgaze de ser, utilizarea sa este benefic datorit posibilitii nlocuiriisolvenilor lichizi organici. Utilizarea SC CO 2 nu contribuie la cretereaemisiilor de CO2, existnd posibilitatea reciclrii emisiilor de CO 2.

Tabelul 3.5.Avantajele utilizrii fluidelor supercritice (dup Jessop, 1999)

Categoria Av antaje Exemp le de SCFs

Mediulnconjurtor

-nu contribuie la formareasmogului

-nu distrug stratul de ozon

-nu prezint ecotoxicitate-nu formeaz deeuri lichide

- majoritatea fluidelor SC- majoritatea fluidelor SC

- CO2, H2O

- CO2 i alte fluide SCvolatile

Sntate sisiguranautilizrii

-necancerigen

-netoxic

-neinflamabil

- majoritatea fluidelor SC(cu excepia C6H6)

- majoritatea fluidelor SC(cu excepia HCl, HBr,NH3)

- CO2, N2O, H2O, CHF3

Condiiile dedesfurare aprocesului

- nu formeaz reziduuri- permite separarea uoar a

produselor de reacie- viteze de difuzie mari

- vscozitate sczut

- densitate i putere de



- toate fluidele SC



26/67



solvatare optim- pre sczut

- toate fluidele SC

- toate fluidele SC

- CO2, H2O, NH3

Caractaristicilefizico-chimice

- miscibilitate ridicat cugazele- constant dielectricvariabil- compresibilitate ridicat- densitate mare

- vitez de difuzie mare

- toate fluidele SC- fluidele SC polare- toate fluidele SC

- toate fluidele SC

- toate fluidele SC

Beneficiile legate de sntate i siguran se datoreaz faptului c

fluidele supercritice (n special, SC CO 2 i SC H2O) suntnecancerigene, netoxice, nemutagene, neinflamabile i stabiletermodinamic.

Procesele chimice desfurate n condiii supercritice au loc la unconsum energetic redus, acest aspect constituind un avantaj dinpunct de vedere economic.

Avantajele referitoare la desfurarea procesului deriv de laproprietile fizice ale fluidelor supercritice: difuzivitate termic mare,vscozitate dinamic sczut, valori medii ale densitii.

Cel mai important avantaj a utilizrii fluidelor supercritice n sintezachimic se refer la proprietatea lor de separare, aspect deosebit deimportant pentru extracia cu ajutorul fluidelor supercritice.

Datorit volatilitii lor, ele pot fi ndeprtate din produsele de reac iefr un consum energetic suplimentar. Acest aspect este importantpentru industria alimentari farmaceutic.

Utilizarea fluidelor supercritice permit desfurarea unor proceseeficiente i curate.

Deoarece fluidele supercritice sunt miscibile cu alte gaze, reac iile

desfurate n fluidele supercritice au loc cu vitez mare de reacie.Alte avantaje ale utilizrii dioxidului de carbon supercritic sunt:

- determin creterea vitezei transferului de substan asubstratului la enzim;

- prezint proprieti fizice uor ajustabile n domenii relativ mari,prin modificri uoare ale valorilor presiunii i temperaturii;

- preul de cost este mult mai mic, comparativ cu a solven ilorconvenionali;



27/67



- permite o separare uoar a fazelor ulei i ap n bioreactor cufuncionare continu la scar industrial. Astfel, permite integrarea irecircularea solventului (Habulin et al., 2002);

- permite utilizarea bioreactoarelor cu volume mici i productiviti

ridicate n procese desfurate la scar industrial.

3.4.Consideraii privind utilizarea enzimelor n bioreactoare cufuncionare la presiuni nalte

Utilizarea fluidelor SC ca solven i nepolari pentru reac iile enzimaticea fost iniiat din anii 1980. Cele mai studiate enzime sunt lipazele,folosite n reacii de transesterificare sau esterificare a acizilor gra i,dari n reacii de hidrolizi epoxidare. n ultimii ani, au fost studiatereacii de polimerizare catalizate de lipaze.

Enzimele prezint stabilitate mai mare n fluide supercritice dect nsoluii apoase. Deoarece nu sunt solubile n fluide supercritice,cataliza enzimatic este ntotdeauna eterogen.

Stabilitatea i activitatea enzimelor n fluide supercritice depinde deurmtorii factori:

tipul de enzimi sursa microbian;

tipul fluidului supercritic;

coninutul de ap liber n amestecul enzim / suport / mediu;

presiunea i temperatura la care are loc reac ia enzimatic;

modalitatea de realizare a etapelor de presurizare /depresurizare.

Pentru procesele industriale, este primordial meninerea activitiienzimatice o perioad ct mai ndelungat.

O importan deosebit asupra stabilitii preparatului enzimatic o arei structura enzimei, mici modificri n jurul centrului activ afectndactivitatea enzimei.

La presiuni cuprinse ntre 7787 bar i temperatura de 31C lipazaprodus de Candida cylindracea absoarbe un numr mare demolecule de CO2. Astfel, au loc modificri n structura enzimei, situsulactiv devenind accesibil pentru moleculele substratului. Se pare c dioxidul de carbon cu proprieti apropiate de cele critice (din limbaenglez near-critical CO2) activeaz lipaza produs de Candidacylindracea (Ikushima et al., 1996).

Lozano et al. (1996) precizeaz efectul presiunii asupra stabilit ii -chimotripsinei n dioxid de carbon supercritic (SC CO 2). Creterea

presiunii de la 80 bar la 150 bar determin creterea timpului denjumtire a -chimotripsinei imobilizate.



28/67



Celulaza expus cinci zile la 35C n SC CO 2 pierde 10 % dinactivitate (Zheng i Tsao, 1996). n schimb, nu s-a constatat oscdere semnificativ a activitii lipazei imobilizate izolat din Mucormiehei, enzima fiind meninut 64 ore n SC CO2.

Habulin et al. (1995) au meninut lipaza imobilizat izolat dinRhizomucor miehei ntr-un bioreactor continuu n SC CO 2 pentru olun, constatnd doar o uoar reducere a productivitii reaciei deesterificare, de la 70 % la aproximativ 65 %.

n schimb, lipaza produs de Mucor mieheitermostatat n SC CO2 lapresiunea de36 bar i temperatura de 40C, timp de 4 zile pierde 10 % dinactivitate (Yu et al., 1992).

n cazul unei proteinaze separat din latex de Carica papaya s-a

constatat o cretere a activitii odat cu creterea temperaturii att lapresiune atmosferic, ct i la meninerea n SC CO2 la 300 bar. nSC CO2 temperatura optim de aciune a enzimei a fost 40C, maimic dect cea nregistrat la presiune atmosferic (50C).Modificarea comportamentului stabilitii termice a preparatuluienzimatic n SC CO2 se datoreaz activrii / dezactivrii termice idistribu iei apei din sistem. Preparatul enzimatic brut con ine 1,53 %ap, n timp ce proteinaza dup 24 h n SC CO2 la temperatura de60C conine doar 0,99 % ap.

Activitatea rezidual a proteinazei meninut n SC CO2 la 300 bar a

fost mai mic dect activitatea preparatului comercial. S-a constatatinactivarea complet a proteinazei n propan la temperaturi cuprinsentre 60C i 70C. n schimb, n SC CO2 activitatea rezidual latemperatura de 40C este mai mare (1,39 %) dect la presiuneatmosferic la 50C (1,12 %) (Knez, 2003).

Habulin et al. (2000) au folosit lipaza pancreatic ca biocatalizatorpentru reacia de esterificare a acidului butiric cu alcool isoamilic cuscopul caracterizrii proprietilor catalitice ale enzimei. Reac iaenzimatic s-a desfurat n urmtoarele variante: n solu ie apoas

la presiune atmosferic i temperatura de 40C i n SC CO2 ipropan, la temperatura de 40C i presiunea 300 bar.

S-a constatat c activitatea lipazei este influen at de naturasolventului. Dei toate reaciile au fost efectuate la aceeaitemperatur, densitatea amestecului de reac ie nu este aceeai.Activitatea lipazei pancreatice este complet diferit n cele dou mediineconvenionale(SC CO2i propan). Astfel, n SC CO2 activitatea lipazei pancreaticescade foarte mult. Acest lucru se datoreaz interaciunilor dintresolvent i enzimi formrii unor compui denumii carbamai.



29/67



Reacia de formare a carbamailor este un proces spontan dintregruprilor aminice din molecula proteinelor i CO2, reacie care poatefi monitorizat cu ajutorul tehnicilor spectroscopice i infraroii. Acestetehnici se bazeaz pe studiul echilibrului reac iei n care o molecul aaminei i o molecul de CO2 formeaz acid carbamic, n timp ce doumolecule de amine i o molecul de CO2 formeaz sruri ale aciduluicarbamic. Formarea acidului carbamic i a carbamailor de amoniueste reversibil, deoarece CO2 poate fi uor ndeprtat din sistem.

Se apreciaz c la valori mari a presiunii i temperaturii raportul acidcarbamic / amin se modific. Astfel, Dijkstra (2006 d) constat c lapresiuni mari, acidul carbamic devine instabil, echilibrul stabilindu-sentre amina liber i CO2. La temperatura de 35C, raportul acid /amin variaz n funcie de valoarea presiunii astfel: la 105 bar seobine raportul acid / amin = 0,35, iar la 157 bar raportul devine 2,

constatndu-se c, odat cu creterea presiunii, acidul carbamicpredomin.

Stabilitatea termic a lipazei pancreatice a fost analizat prinmeninerea enzimei n SC CO2, respectiv propan la 300 bar i 40Cpentru 24 ore, enzima fiind apoi utilizat pentru reacia de esterificaren prezena apei la 30C i presiune atmosferic.

S-a demonstrat c stabilitatea lipazei pancreatice se men ine att nSC CO2, ct i n propan. Activitatea ei rmne constant chiar idup meninerea timp de 24 ore la presiunea 300 bar i temperatura

de 40C.Habulin et al. (2001) au studiat activitatea catalitic a lipazeipancreatice n propan la diferite temperaturi (25...60C). Ei auconstatat c n propan adaosul de ap are influen favorabil datoritcaracterului su hidrofob. De asemenea, vscozitatea sczut apropanului asigur o difuzie mare, determinnd viteze de reac ie mari.Alt avantaj a utilizrii propanului: moleculele proteinelor sunt instabilen ap, n timp ce n propan aceast instabilitate scade, astfel, c seconstat o mai bun specificitate de substrat pentru lipazapancreatic n acest mediu.

n propan viteza maxim de reacie a fost obinut la temperatura de50C, lipaza pancreatic fiind mult mai stabil dect n dioxid decarbon supercritic.

Stabilitatea lipazei pancreatice n medii cu un con inut mai mic de apliber se datoreaz faptului c multe reacii, care sunt responsabilepentru denaturarea enzimelor, sunt reacii hidrolitice i deci necesit oanumit cantitate de ap.

Habulin et al. (2000) au studiat influen a diferitelor medii de reac ieasupra activit

ii

i stabilit

ii lipazelor microbiene. Astfel, lipazele

produse de Pseudomonas fluorescens, Rhizopus javanicus, Rhizopus



30/67



niveus au fost utilizate drept catalizatori pentru reac ii de esterificaren soluii apoase la temperatura de 40C, n SC CO 2 i propansupercritic la presiunea de 100 bar i temperatura de 40C

S-a constatat acelai comportament al lipazelor microbiene ca i

lipaza pancreatic. Aadar, activitatea n SC CO2 este mult mai micdatorit formrii carbamailor, iar sursa lipazelor nu influen eazradical stabilitatea acestora n fluide supercritice.

Lipaza produs de Rhizomucor miehei (preparatul comercialLipozyme IM) prezint o stabilitate termic bun n SC CO2 prinmeninere timp de 24 h la presiunea de 100 bar i temperatura de35C.

Stabilitatea acestor lipaze este analizat prin incubarea lor n SC CO 2i SC propan la 300 bar i 40C timp de 24 h, iar dup o uoar

depresurizare utilizate n reac ii de esterificare la presiuneatmosferic.

Enzima prezint acelai efect i atunci cnd este tratat n butan iamestecnpropan : nbutan. ns o dezactivare termic a enzimei a fostobservat numai dup o expunere timp de 46 h n azot supercritic(Krmelj, 1999).

3.4.1. Bioreactor cu agitare i funcionare discontinu

Bioreactorul cu agitare i funcionare discontinu la presiuni nalte(High-pressure batch stirred- reactor HP BSR - figura 3.4) estedestinat sintezei enzimatice a esterului izoamil-acetat (esterul specificaromei de banan) cu ajutorul lipazei izolate din tulpini de Candidaantarctica, lipaza imobilizat pe rini acrilice macroporoase cu unconinut de ap de 12 %.

Figura 3.4.Schema unei instalaii ce are ncomponen un bioreactor cuagitare i funcionare discontinula presiune nalt(Romero et al., 2005)

1 bioreactor catalitic; 2 butelie cu SC CO2; 3 alimentare cu SC CO2;4 indicatori regulator de temperatur

(temperature indicator); 5 indicator de presiune (pressure indicator);6 dispozitiv de agitare; 7 prelevare probe.

2 1

3 4 5

6 7

TI PI30 MPa

2 1

3 4 5

6 7

TI PI30 MPa



31/67



Substratul format din anhidrid acetic (cu rol de donor al grupriloracil) i alcoolul izoamilic sunt introdu i n bioreactor mpreun cupreparatul enzimatic, apoi SC CO 2 este pompat n bioreactor pn lapresiunea dorit. Gruprile acil reprezint radicali monovalen i ai unoracizi organici.

n timpul desfurrii reaciei enzimatice s-au prelevat probe, dup fiecare prelevare presiunea fiind restabilit prin introducere de SCCO2.

Cercetrile au eviden iat c aceast cantitate suplimentar de dioxidde carbon nu afecteaz semnificativ compoziia amestecului dereacie (Romero et al., 2005).

Reacia enzimatic s-a desfurat la 40C i 15 MPa (150 bar)obinndu-se un randament de bioconversie maxim (92 % dup 90

minute) cu 6,25 g/mol lipaz imobilizat. Atunci cnd s-a utilizatpreparatul enzimatic Novozym 435, valorile bioconversiei au fost deopt ori mai mari, comparativ cu utilizarea preparatului Lipozyme RM-IM (care conine lipaza produs de Rhizomucor mieheiimobilizat perini macroporoase).

Alt tip de bioreactor discontinuu cu func ionare la presiune nalt (HPBSTR- Batch-stirred-tank reactor for synthesis under high pressure )destinat catalizei enzimatice la presiune nalt i analizei stabilitiienzimatice va fi prezentat n cadrul studiului experimental.

3.4.2. Bioreactor tubular cu funcionare continu

Bioreactorul tubular cu func ionare continu la presiuni nalte (High-pressure tubular continuous flow reactorHP TCR figura 3.5) are olungime de 75 cm i diametrul capilarului 5 mm fiind echipat cu dou separatoare termostatate.

1

PI

2

2

3

TI

TI PI PI

TI TI

4 5 5

6

7 7

CO2

11

PI

2

2

3

TI

TI PI PI

TI TI

4 5 5

6

7 7

CO2

Figura 3.5.Schema unei instalaii ce are n componen un bioreactor cuagitare i funcionare discontinu la presiune nalt(Romero et al., 2005)



32/67



Lipaza imobilizat este introdus n bioreactor, apoi ncepealimentarea cu SC CO2, iar cnd se atinge presiunea optim de lucru,substratul este introdus prin intermediul a dou pompe speciale.

Acest tip de bioreactor poate fi folosit la studiul stabilit ii enzimatice alipazei. n acest scop s-a utilizat lipaz imobilizat (6,5 g), alcoolizoamilic (6,3 mL/h) i anhidrid acetic (7,8 mL/h). Debitul de SCCO2 a fost de 100 L/h, n timp ce presiunea 15 MPa.

Din punct de vedere industrial, este important stabilitatea enzimei imeninerea activitii sale pentru o perioad ct mai lung de timp.

Habulin et al. (1996) au constatat c utiliznd Novozym 435 n acesttip de bioreactor, productivitatea izoamilacetatului s-a men inut 100 %timp de 30 zile, ulterior scznd uor.

De asemenea, utiliznd lipaza izolat din Rhizomucor miehei seconstat o descretere cu 4% a randamentului de bioconversie dup

30 zile de utilizare continu a enzimei n bioreactorul tubular.3.5. Chestionar de autoevaluare

3.Cate tipuri de fluide supercritice cunoasteti?

4. Dati minim 3 exemple de fluide supercritice organice,respectiv anorganice.

5. Care sunt avantajele utilizarii SCFs?

6. Precizati minim 3 avantaje ale utilizarii SC CO 2 ca mediupentru studiul reactiilor enzimatice.

7. Mentionati trei factori care influenteaza stabilitatea siactivitatea enzimelor n SCFs.

1 butelie SC CO2;2 alimentare substrat;3 amestecare substrat;4 - bioreactor tubular;

5 separatoare;6 debitmetru pentru SC CO2;7 prelevare probe produsi de reactie;PI manometre (pressure indicator);TI indicator de tem eratur tem erature indicator .

1. Definiti fluidul supercritic.

2. Enumerati nimim 3 categorii de materii prime pretabile extractieicu fluide supercritice.



33/67



3.6. Raspunsuri la chestionarul de autoevaluare

1. Fluidele supercritice reprezint starea a unui component,amestec sau element, deasupra presiunii i temperaturiicritice (pci Tc).

2. Materii prime pretabile extractiei cu fluide supercritice sunt:buturi, uleiuri vegetale, grsimi animale, plante medicinale,plante aromatizante i condimentare.

3. Fluidele supercritice pot fi: organice si anorganice.

4. Fluide supercritice organice sunt: metanol, etan, propen , nhexan, Izobutan, propan, nbutan.

Fluide supercritice anorganice pot fi: dioxid de carbon, ap ,amoniac, acid clorhidric, acid bromhidric.

5. Avantajele utilizarii SCFs sunt: avantaje privind mediul nconjurtor; avantaje privind sntatea i sigurana utilizrii; avantaje privind condi iile de desfurare a proceselor; avantaje legate de caracteristicile fizico-chimice.

6. Avantajele utilizarii SC CO2 ca mediu pentru studiul reactiilorenzimatice sunt:- determin creterea vitezei transferului de substan asubstratului la enzim;

- prezint proprieti fizice uor ajustabile n domenii relativmari, prin modificri uoare ale valorilor presiunii itemperaturii;- preul de cost este mult mai mic, comparativ cu a solvenilorconvenionali;- permite o separare uoar a fazelor ulei i ap n bioreactorcu funcionare continu la scar industrial. Astfel, permiteintegrarea i recircularea solventului;- permite utilizarea bioreactoarelor cu volume mici iproductiviti ridicate n procese desfurate la scarindustrial.

7. Stabilitatea i activitatea enzimelor n fluide supercriticedepinde de urmtorii factori: tipul de enzimi sursa microbian; tipul fluidului supercritic; coninutul de ap liber n amestecul enzim / suport /mediu; presiunea i temperatura la care are loc reac iaenzimatic; modalitatea de realizare a etapelor de presurizare /depresurizare.



34/67



3.7. Bibliografie

M.Promoi, M.Habulin, . Knez (2003), Thermodynamic

Properties of the Enzymatic Hydrolysis of sunflower oil in High-Pressure Reactors, JAOCS, vol.80, no. 8, 785 -788

BAILEY, J.E., OLLIS, D.F. The Kinetics of enzyme-catalyzedreactions, in Biochemical Engineering Fundamentals, edited byBailey, J.E., Ollis, D.F., 2nd edition, Mc GrawHill, New York, 86 156, (1986)

GTIN, LILIANA, HABULIN, MAJA, KNEZ, ELJKO, Optimizationparameters for epoxidation reaction of sunflower oil, The Annalsof the University Dunrea de Jos of Galai, Fascicle VI, FoodTechnology, (2005)

HABULIN, M, KNEZ, ., Activity and stability of lipases fromdifferent sources in SC CO2 and near-critical propan, Journal ofChemical Technology and Biotechnology, 76, 1260 1266,(2001)

HABULIN, M., KNEZ, ., High pressure enzymatic hydrolysisof oil, European Journal Lipid Science and Technology, 104, 381 386, (2002)

JESSOP G., WALTER, LEITNER, Chemical Synthesis UsingSupercritical Fluids, Wiley V.C.H., Weinheim, 10 11, (1999).

KAMAT S., Biocatalytic synthesis of acrylates in organic solventsand SCF, Biotechnology and Bioengineering, 46, 610 620,(1995)

KNEZ, ., HABULIN, M., KRMELJ, VLASTA. Enzyme catalyzedreactions in dense gases, Journal of Supercritical Fluids, 14, 1729, (1998).

PRIMOI, M., HABULIN, M., KNEZ, ., ThermodynamicProperties of the Enzymatic Hydrolysis of Sunflower Oil in High-Pressure Reactors, J.A.O.C.S., 80(8), 785 788, (2003)



35/67


Tehnici de separare prin membrane 35


TEHNICI DE SEPARARE PRIN MEMBRANE

4.1. Generaliti

Aplicaiile din industria laptelui se remarc prin diversitatea domeniilor, ct iprin extinderea lor la scara industrial , chiar din anii 1970 -1974. Astfel,ultrafiltrarea s-a utilizat pentru reducerea efectului poluant al zerului de la

fabricarea brnzeturilor, fiind extins la separarea i concentrareaproteinelor din lapte, la fabricarea brnzeturilor, a produselor lactate acide,a deserturilor lactate.

n industria de prelucrare a fructelor i legumelor, tehnicile de separare prinmembrane se refer la concentrarea sucurilor, ca faz preliminar avaporizrii i pentru limpezirea i stabilizarea microbiologic a produselorfinite. n industria conservelor se folosesc tehnicile de separare pentrurecuperarea coloran ilor naturali i a aromelor specifice.

n industria vinului, procesele de microfiltrare (MF), ultrafiltrare (UF),osmoza invers (OI) se folosesc pentru stabilizare proteic , tartric i

microbiologic.n industria berii, tehnicile de separare prin membrane sunt folosite pentruprocesele de filtrare i mbuteliere a mustului. Un exemplu concludent esteobinerea berii dezalcoolizate prin folosirea bioreactoarelor pentrufermentaie continu cu drojdii imobilizate ntr-o matrice ceramicmultibular cu membran i suport inert din carbur de siliciu cudimensiunile porilor de 8100 microni.

Alegerea unei tehnici de separare trebuie s aib n vedere urmtoareleaspecte: s fie uor de realizat tehnic i s fie o tehnic simpl. Astfel,trebuie avute n vedere calitatea produselor ob inute, dar i valoarea

produselor izolate i puritatea acestora.Obiectivele separrii prin membrane sunt:

- concentrarea componentelor utile prin ndep rtarea apei;

- purificarea componentelor utile (enzime, hormoni, vitamine, proteineetc);

- fracionarea amestecurilor dup masele macromoleculare(hidrocoloizii), dup dimensiunea i forma particulelor disperse (globulare,fibroase, plate, ramificate).

Avantajele separrii prin membrane sunt:

- separarea este continu, n sistem complet automatizat;

- consumurile energetice sunt sczute;

Tehnicile se separare prin membrane au fost utilizate n industriaalimentar nc de acum trei decenii.



36/67



- condiiile de separare sunt blnde i uor de adaptat oricruicomponent;

- volumul utilajelor este redus;

- instalaiile pot fi adaptate la debite i compoziii variabile;

- nu sunt poluante pentru mediul nconjurtor.Dintre dezavantajele proceselor de membran amintim:

- au loc fenomene de blocare sau colmatare a membranelor;

- membranele nu sunt perfect semipermeabile, deci nu pot fi separateamestecurile complet n componentele dorite;

- datorit corozivitii lichidelor de alimentare, a regimului de separare,timpul de utilizare a unei membrane este redus.

4.1.1.Termeni specifici

Modul - unitate de baz a proceselor de separare prin membrane.Modulul se obine prin asamblarea membranelor ntr-un spa iu nchis,delimitndu-se canale pentru circula ia fluidului de alimentare,concentratului i permeatului

Alimentarea fluidului n separarea prin membrane este tangen ial pesuprafaa membranei, debitul de fluid mprindu-se ntr-un debit deconcentrat sau retentat i un debit de filtrat sau permeat.

Permeat - mrime caracteristic separrilor prin membrane i reprezint

totalitatea componentelor fluidului de alimentare care traverseaz membrana.

Retentat (concentrat) mrime caracteristic separrilor prinmembrane i reprezint totalitatea componentelor din fluidul dealimentare care nu traverseaz membrana.

Viteza de filtrare debitul de permeat raportat la suprafa a membranei.

Flux - mrime definit ca raport dintre volumul de permeat i ariamembranar; J , m3/m2s.

Factor de retenie - mrime care exprim abilitatea membranei de a

reine un component din fluidul de alimentare definite de rela ia:

a

p

C

C1R =

n care: Cp concentraia unui component n permeat, %;Ca concentraia aceluiai component n fluidul de alimentare, %.

Atunci cnd Ca = Cp, retenia este nul, deci membrana nu are rol deseparare, iar dac Ca /Cp0, ntreaga cantitate de solut este re inut demembran, valoarea reteniei este maxim (R = 1 sau R = 100%).

Selectivitate a membranei - m

rime caracteristic

separrilor prin

membrane i reprezint capacitatea membranei de a separa o anumitspecie molecular din amestecul multicomponent.



37/67



Celul de electrodializ - aparat n care se realizeaz procesul deelectrodializ. Celula cuprinde membrane selective pentru anioni icationi plasate alternativ n cmp electric, circuite separate de alimentarei de colectare pentru permeat i concentrat.

Concentrare prin osmoz invers - efect al procesului de osmozinvers datorat ndeprtrii apei din fluidul de alimentare.

Concentrare prin ultrafiltrare - efect al procesului de ultrafiltrare datoratndeprtrii permeatului. Prin concentrarea zerului se pot ob ineconcentrate proteice din zer cu un con inut de proteine de 35...80 %.

Diafiltrare - modalitate de ndeprtare a solutului permeabil prinadugarea de solvent (ap) n retentat. Se poate realiza continuu idiscontinuu.

Dializ - proces de separare prin membrane a crei for motrice este

diferena de concentraie dintre componeni.Distilare membranar - proces de separare prin membrane a crei formotrice este diferena de presiune parial dintre componeni.

Demineralizare - proces de ndeprtare a substanelor minerale care sepoate realiza parial prin nanofiltrare sau total prin electrodializ .

Electrodializ - proces electrochimic de separare prin membraneselective pentru anioni i cationi dispuse alternativ n cmpul electriccreat de 2 electrozi conecta i la o surs de curent continuu.

Electroosmoz - proces de membran prin care apa este transportat

de-a lungul unei membrane de anioni sau cationi sub influen a cmpuluielectric.

Excluziune Donnan - fenomen de strat limit al membranelor ireprezentat de reducerea concentra iei ionilor mobili la membraneleschimbtoare de ioni datorit prezenei ionilor fixi de acela i semn cu ioniimobili

Factor de concentrare - mrime definit de raportul dintre volumul defluid de alimentare raportat la volumul de concentrat ob inut n urma unuiproces de separare prin membran:

c

a

V

V

FCV =

n care: Va volumul fluidului de alimentare, m3; Vc volumul de

concentrat, m3.

Indice de colmatare - mrime a crei valoare se stabile te n condiiistandard (membrane cu pori de 0,45 m,p= 2 bar, A= 1350 mm2):

15(5)

2

1

T

tt

1IIC

=

n care: t1 timpul de curgere al volumului V 1 de filtrat, s; t2 timpul decurgere al volumului V 2 de filtrat, s; T15(5) timpul de formare a stratului



38/67



de colmatare prin filtrarea a 500 cm 3 fluid n timp de15 minute.

Indice de filtrare modificat - mrime care se calculeaz cu relaia:

2A2

JIFM

=

n care: vscozitatea dinamic a fluidului de alimentare, m 2/s;

J flux de permeat, m3; A suprafaa de filtrare, m2.

Mas molecular de excludere - mrime caracteristic separrilor prinmembrane definit ca valoarea masei moleculare a componentei fluiduluide alimentare pentru care membrana asigur un procent de 90% dereinere. n cazul separrii unui singur component, masa moleculardepinde de mrimea porilor membranei.

Membran asimetric - membran tehnic cu o structur asimetric asuprafeei.

Membran capilar - tip de membran tubular cu diametrul cuprinsntre 0,25...1,5 mm. Membrana capilar este des utilizat n microfiltrarei ultrafiltrare.

Membran ncrcat electric - membran tehnic care posed sarcinelectric.

Membran plan - tip de membran utilizat n toate procesele deseparare prin membrane cu excepia separrilor de gaze. Membrana semonteaz n modul similar cu plcile unui schimbtor de cldur,permeatul circulnd pe o fa a plcii iar concentratul pe cealalt fa a

plcii. Permeatul se colecteaz n canalul colector situat n parteacentral a plcii.

Membran spiral - tip de membran care se obine prin rularea unormembrane plane pe un tub central, perforat. Alimentarea cu fluid serealizeaz paralel cu axa tubului central, permeatul traversnd membranai evacundu-se prin tubul central. Membrana este utilizat n osmozainvers, separri de gaze i pervaporaie.

Membran tip fibr canal - tip de membran tubular cu diametrulcuprins ntre 0,01...0,05 mm, stratul activ fiind depus n exteriorulmembranelor. Memnrana este utilizat n osmoza invers, separri de

gaze i pervaporaie.Membran tubular - tip de membran sub form de tub cu diametrulcuprins ntre 5...10 mm. Alimentarea cu fluid se poate face prin interiorulsau prin exteriorul tuburilor. Membrana se utilizeaz n microfiltrare iultrafiltrare.

Microfiltrare - proces de separare prin membrane, avnd ca formotrice diferena de presiune (


39/67



Osmoz invers - proces de separare prin membrane, a crei formotrice este gradientul de presiune (40...60 bar), membrana separndsolventul (n general, apa) de restul componentelor solu iei.

Permeaie de gaze - proces de membran a crei for motrice este

presiunea parial (fugacitatea) a speciilor de gaze componente aleamestecului. Viteza de transport prin membrane (permeaia) fiecrui soluteste proporional cu solubilitatea i difuzivitatea componentului.

Permeaie de vapori - proces de membran care combin pervaporaiacu separrile de gaze. Att fluidul de alimentare ct i permeatul sunt subform de vapori (n timpul procesului nu au loc schimb ri de faz).

Pervaporaie - proces de separare prin membran avnd drept formotrice gradientul de presiune i utilizat pentru separarea compuilorvolatili dintr-un fluid.

Polarizaie de concentraie - fenomen caracterizat prin acumularea lasuprafaa membranei a particulelor de solut, ceea ce cauzeaz creteriale rezistenei la transportul prin membran. n timp, polarizaia deconcentratie determin scderi ale fluxului de permeat sau chiar blocareaporilor membranei.

Presiune transmembranar - fora motrice care guverneaz uneleprocese de separare prin membran. Presiunea transmembranarreprezint diferena dintre presiunea fluidului de alimentare i presiuneapermeatului.

Pretratament - operaie sau grup de opera ii prin care se urmrete

reducerea sau precipitarea fosfatului de calciu nainte de ultrafiltrareazerului. Principalele pretratamente sunt: nc lzirea, demineralizarea,reducerea pH-ului, adugarea unui agent de sechestrare, concentrareapreliminar prin osmoz inve

tehnologii speciale procesare prod alimentare gatin 2008 2009

Documents