Введение к работе
Актуальность темы. Перспективным направлением развития технологии на современном этапе является создание безотходных, экологически чистых производств и комплексное использование сырья.
В последнее время за рубежом и в нашей стране для переработки белково-углеводного сырья все шире используют различные физико-химические процессы: ультрафильтрация, ионный обмен, электрокоагуляция, гельфильтрация и другие. Все большее применение для обработки вторичного молочного сырья находит мембранный метод -ультрафильтрация. Мембранные методы - не требуют больших энергетических затрат, кроме того, они являются весьма перспективными для создания новых продуктов питания со сбалансированным составом.
В нашей стране, как и во всех странах с развитой молочной промышленностью, актуальной остается проблема увеличения промышленной переработки вторичного молочного сырья, объемы которого ежегодно возрастают. В настоящее время молочная отрасль страны получает около 10 млн. тонн вторичного молочного сырья в год, из которого в промышленности перерабатывается около 30% всего объема.
Вторичное молочное сырье — ценное белково-углеводное сырье. Благодаря своим биологическим и физиологическим свойствам, вторичное молочное сырье вполне отвечает характеристике «минимум калорий -максимум биологической ценности». Использование вторичного молочного сырья в пищевой промышленности отчасти решает проблему безотходной технологии и обеспечивает население ценными продуктами, производство которых может быть освоено без дополнительных затрат на имеющемся оборудовании.
В настоящее время проявляется значительный интерес к
композиционным материалам на полимерной основе, используемым для
изготовления мембран, и в частности, на основе ацетатов целлюлозы,
которые имеют целый ряд преимуществ (дешевизна, экологическая
чистота, возможность контакта с пищевыми продуктами). Поэтому
разработка технологии получения ультрафильтрационных
композиционных мембран, методов направленного регулирования их свойств и структуры путем модификации, исследование процесса ультрафильтрации белково-углеводных дисперсных систем на этих мембранах являются актуальными.
Цель работы: разработка ультрафильтрационных полимерных пленочных мембран из вторичного ацетата целлюлозы (УФ ПП ВАЦ мембран) для глубокой переработки белково-углеводного сырья, позволяющих создавать экологически чистые, безотходные и энергосберегающие технологии.
Задачи исследования:
получение композиционных ультрафильтрационных полимерных
пленочных мембран на основе вторичного ацетата целлюлозы с
модифицирующим наполнителем (активным углем различной
дисперсности);
выбор соотношения компонентов и оптимизация состава исследуемой
композиции;
исследование - физико-химических и механических характеристик
разработанных мембран;
исследование ионообменных свойств полученных мембран с целью
комплексной переработки вторичного молочного сырья;
изучение структуры мембран с использованием световой, электронной
микроскопии и рентгенофазового анализа;
исследование механизма адсорбции интерферометрическим и
электрохимическим методами и расчет термодинамических величин;
изучение эффективности извлечения белков ультрафильтрационными
полимерными пленочными мембранами из ВАЦ, наполненных активным углем с использованием метода люминесценции. Научная новизна:
впервые получены композиционные ультрафильтрационные полимерные
пленочные мембраны на основе вторичного ацетата целлюлозы с
модифицирующим наполнителем - активным углем различной
дисперсности;
определены эксплуатационные характеристики полученных мембран,
исследована зависимость проницаемости и селективности от
технологических параметров в процессе ультрафильтрации;
впервые исследованы ионообменные свойства полученных мембран по
отношению к ионам Са2+, Mg2+, СГ, НСО";
методами световой, электронной микроскопии и рентгенофазового
анализа исследована структура мембран, определены количество и размер
пор на 1 мм2, рассчитана степень кристалличности мембран;
впервые показано, что процесс ультрафильтрации сопровождается
адсорбцией аминокислот и белка из вторичного молочного сырья на
мембраны. Исследован механизм адсорбции интерферометрическим и
электрохимическим методами;
установлено адсорбционно-электрохимическое поведение аминокислот на
мембранном электроде;
впервые проведены люминесцентные исследования степени извлечения
белка из вторичного молочного сырья ультрафильтрационными
полимерными пленочными мембранами, определена эффективность
сорбции.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные УФ ПП ВАЦ мембраны могут быть использованы для переработки вторичного молочного сырья. Эксплуатационные характеристики мембран зависят от состава, структуры и технологических параметров. Мембраны обладают ионообменными свойствами, что позволяет разработать метод безотходной технологии при разделении белково-углеводного сырья. Впервые с использованием метода люминесценции установлено, что мембраны способны задерживать белок и при многократной ультрафильтрации осуществлять полное, глубокое разделение белково-углеводного сырья. Разработанные ультрафильтрационные полимерные пленочные мембраны позволяют решать производственные задачи утилизации компонентов из вторичного молочного сырья, что ослабляет антропогенную нагрузку на окружающую среду, а также снижает энергозатраты и возвращает полезные компоненты для рационального использования.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на международных и всероссийских" конференциях: «Аналитические методы и приборы в пищевой промышленности» (Москва, 2003); «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2003); , «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж, 2004); «Окружающая среда для нас и будущих поколений» (Самара, 2004); «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии» (Москва-Клязьма, 2006).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы: 1 статья, 6 докладов на международных конференциях, 1 патент, 1 положительное решение на выдачу патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы из ^2^источников и приложений. Изложена на А 41 страницах и содержит ЛЪ рисунков и таблиц.
На защиту выносятся: рецептура и характеристики формующих смесей для изготовления УФ ПП ВАЦ мембран с определением оптимального состава; результаты исследования механических, физико-химических, ионообменных и структурных характеристик мембран; результаты исследования механизма адсорбции белков-и аминокислот на разработанных мембранах;
впервые полученные методом люминесценции данные о степени извлечения белков из вторичного молочного сырья УФ ПП ВАЦ мембранами.
