УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ МЕМБРАННОГО ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ТА ОЧИЩЕННЯ СОКІВ
Ключові слова:
мембранна фільтрація, плодовоягідні соки, ультрафільтрація, очищення, селективність мембран, якість продукту, технологічні параметриАнотація
У статті представлено теоретичне обґрунтування удосконалення конструкції мембранного обладнання для концентрування та очищення соків, що є актуальним напрямом розвитку харчової промисловості. Мембранні технології дозволяють здійснювати процеси очищення, освітлення та концентрування продуктів при низьких температурах, що забезпечує збереження біологічно активних речовин, ароматичних компонентів та смакових якостей соку. Водночас існуючі промислові апарати мають певні обмеження, пов’язані з нерівномірним розподілом потоку по поверхні мембран, утворенням концентраційного шару, забрудненням мембран та високими енергетичними витратами.
У статті здійснено аналіз сучасних типів мембранних модулів – спірально-звитих, трубчастих та порожньоволоконних – і визначено їхні переваги та недоліки. На основі цього проведено формування концепції удосконаленої конструкції мембранного апарата, яка передбачає інтеграцію турбулізуючих вставок у канали фільтраційного модуля для забезпечення рівномірного розподілу тиску та швидкості потоку. Така конструкція має потенціал зменшення концентраційної поляризації, підвищення коефіцієнта масоперенесення, зниження енергоспоживання та подовження терміну служби мембран.
У роботі наведено схему майбутнього апарата та таблицю очікуваних технічних параметрів, порівняно з традиційними установками. Акцент зроблено на необхідності подальшого моделювання гідродинамічних умов методом обчислювальної гідродинаміки, створення моделі та виготовлення дослідного зразка для експериментальної перевірки.
Отримані результати створюють науково-технічну основу для розробки ефективної мембранної установки, що сприятиме підвищенню продуктивності, покращенню якості кінцевого продукту, збереженню біоактивних речовин і енергозбереженню на підприємствах сокової промисловості, а також нададуть основу для впровадження інноваційних технологій у харчовому виробництві.
Завантажити
Посилання
1. Lu, C., Bao, Y., & Huang, J. Y. Fouling in membrane filtration for juice processing. Current Opinion in Food Science, 2021, Vol. 42, pp. 76–85. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.05.004.
2. Katibi, K. K., Mohd Nor, N., Yunos, K. F., et al. Strategies to enhance the membrane-based processing of fruit juices: A review. Membranes, 2023, Vol. 13(7), pp. 679. https://doi.org/10.3390/membranes13070679.
3. Sarbatly, R., Hashim, M., et al. Recent developments of membrane technology in the clarifying and concentrating fruit juice. Processes, 2023, Vol. 11(4), pp. 1012–1027. https://doi.org/10.3390/pr11041012
4. Khorshidian, N., Khademi, F., et al. Effect of membrane clarification on the physicochemical properties of juices. International Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 2022, Vol. 16(2), pp. 45–56.
5. Cifuentes-Cabezas, M., et al. Deep study on fouling modelling of ultrafiltration membranes: Implications for juice processing. Food and Bioprocess Technology, 2023, Vol. 16, pp. 234–245. https://doi.org/10.1007/s11947-023-03033-0.
6. Kujawa, J., Rozicka, A., Cerneaux, S., & Kujawski, W. Raw juice concentration by osmotic membrane processes. Journal of Food Engineering, 2015, Vol. 158, pp. 59–68. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.03.012
7. Cherevko O.I., Deinychenko G.V., Dmytrevskyi D.V., Guzenko V.V., Heiier H.V., Tsvirkun L.O. Application of membrane technologies in modern conditions of juice production. Progressive technique and technologies of food production enterprises, catering business and trade, 2020, Vol. 2 (32). pp. 67-77. https://doi.org/10.5281/zenodo.4369743.
8. Bhattacharjee, C. Fruit juice processing using membrane technology: A review. Food Engineering Reviews, 2017, Vol. 9(1), pp. 35–48. https://doi.org/10.1007/s12393-017-9155-x
9. Deynichenko, G., Guzenko, V., Dmytrevskyi, D., Chervonyi, V., Omelchenko, O., Horielkov, D., Korolenko, O. Developing a technique for the removing of a gel layer in the process of membrane treatment of pectin extract. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2020, 4(11–106), 63–69. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.208984.
10. Deynychenko, G., Guzenko, V., Dmytrevskyi, D., Chervonyi, V., Kolisnichenko, T., Omelchenko, O., Nykyforov, R. Study of the new method to intensify the process of extraction of beet pulp. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2018, 4(11–94), 15–20. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140126.
11. Gulec, H. A., Bagci, P. O., & Bagci, U. Clarification of apple juice using polymeric ultrafiltration membranes: A comparative evaluation of membrane fouling and juice quality. Food and Bioprocess Technology, 2017, Vol. 10(5), pp. 875–885. https://doi.org/10.1007/s11947-017-1871-x
12. De Barros, S. T. D., Andrade, C. M. G., Mendes, E. S., & Peres, L. Study of fouling mechanism in pineapple juice clarification by ultrafiltration. Journal of Membrane Science, 2003, Vol. 215(1–2), pp. 13–24. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(02)00615-4
13. Ilame, S. A., & Singh, S. Application of membrane separation in fruit and vegetable juice processing: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2015, Vol. 55(7), pp. 964–987. https://doi.org/10.1080/10408398.2012.679979
14. Fukumoto, L. R., Delaquis, P., & Girard, B. Microfiltration and ultrafiltration ceramic membranes for apple juice clarification. Journal of Food Science, 1998, Vol. 63(5), pp. 845–850. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1998.tb17912.x
15. Dornier, M., Belleville, M. P., & Vaillant, F. Membrane technologies for fruit juice processing. In Fruit Preservation (pp. 211–248). Springer, 2018. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-3311-2_8
16. Zhao, D., Lau, E., Huang, S., & Moraru, C. I. The effect of apple cider characteristics and membrane pore size on membrane fouling. LWT – Food Science and Technology, 2015, Vol. 64, pp. 974–979. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2015.07.001
17. Verma, S. P., & Sarkar, B. Analysis of flux decline during ultrafiltration of apple juice in a batch cell. Food and Bioproducts Processing, 2015, Vol. 94, pp. 147–157. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2015.03.002
18. Deynichenko, G., Dmytrevskyi, D., Guzenko, V., Omelchenko, О., Perekrest, V. Prospects of using equipment for membrane separation of food liquids. Scientific bulletin of the Tavria State Agrotechnological University, 2023. Vol. 13, № 2. C. 1-11. https://doi.org/10.31388/2220-8674-2023-2-12.
19. Deinychenko G.V., Dmytrevskyi D.V., Zolotukhinа I.V., Perekrest V.V., Guzenko V.V. Directions of improvement of processes of membrane separation of juices from fruit and berry raw materials. Progressive technique and technologies of food production enterprises, catering business and trade, 2021. Vol. 1 (33). pp. 89–98. https://doi.org/10.5281/zenodo.5036090.
