khụng cú Ă của cỏc thành phần trong nước trỏi cõy biến tớnh đường, protein, biển đổi màu, Do quỏ trỡnh cụ đặc bằng nhiệt ảnh hưởng nhiều tới cỏc đặc điểm của nước quả, quỏ trỡnh cụ đặc
Trang 1BỘ CễNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐĂNG CễNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
BAO CAO TONG KET
DE TAI NCKH CAP BO NAM 2009
Tờn để tài:
NGHIấN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CễNG NGHỆ MÀNG ĐẺ Cễ ĐẶC NƯỚC DỨA
Xỏc nhận của Chủ nhiệm đề tài: Ths Lờ Thị Hồng Ảnh cơ quan chủ trỡ Cỏc thành viờn tham gia - Ths Nguyễn Đỡnh Thị Như Nguyện
Trang 2BỘ CễNG THƯƠNG
TRUONG CAO DANG CễNG NGHIỆP THỰC PHẪM TP.HCM
BAO CAO TONG KET
DE TAI NCKH CAP BO NAM 2009
Tộn dộ tai:
NGHIấN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CễNG NGHỆ MÀNG ĐỂ Cễ ĐẶC NƯỚC DỨA
Chủ nhiệm để tài: Ths Lấ THỊ HỎNG ÁNH
Cỏc thành viờn tham gia: Ths Nguyễn Đỡnh Thị Như Nguyện
Ths Nguyễn Thị Thảo Minh
Ks Lờ Minh Tõm
Ths Bui Phương Dung Ks Va Dai Long
Cơ quan chủ trỡ
Trang 4ANH MỤC BẢN:
Số Tờn bang Trang
1.1 | Thành phần húa học của một số giống đứa ở Việt Nam 4 1.2 | Đặc điểm cụng nghị số giống dứa (loại 1) 6 1.3 | Đặc điểm của một số vật liệu membrane 17
1.4 | Vật liệu membrane trong cỏc phương phỏp membrane 18 1.5 | Tỏc nhõn gay fouling quan sat trờn 150 bộ lọc membrane| 27
trờn thế giới (vật liệu là polyamide)
2.1 | Thụng số kỹ thuật của membrane IX 37
2.2 | Thụng số kỹ thuật của membrane DS-5-DK: 37
3.1 | Thành phần của nước đứa sau khi ộp và lọc sơ bộ 48 3.2 | Thành phần của nước đứa sau khi được pha loóng 48 3.3 | Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến độ nhớt và độ truyền suốt 49
của nước dứa sau xử lý,
3.4 |Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt 31 và độ truyền suốt của nước đứa sau xử lý enzyme
3.5 | Thành phần nước đứa sau khi xử ly enzyme 52 3.6 | Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến một số đặc tớnh của 32
nước đứa trong quỏ trỡnh lọc ME
3.7 | Ảnh hưởng của ỏp suất đến một số đặc tớnh của nước dứa 34 trong quỏ trỡnh lọc ME 3.8 | Thành phần của nước đứa sau khi lọc trong bằng membrane 35 ME 3.9 | Kết quả phõn tớch vi sinh mẫu nước đứa sau khi lọc trong 56 qua membrane IX
3.10 | Ảnh hưởng của ỏp suất khi cụ đặc bing membrane DK tội 58 cỏc đặc tớnh của nước đứa
3.11 | Thành phần của nước đứa sau khi cụ đặc bằng membrane 60 DK ở ỏp suất 30bar
3.12 | Mức độ khỏc biệt giữa giữa nước ộp đứa cụ đặc bằng phương | — 62
phỏp lọc membrane (1) và phương phỏp cụ đặc chõn khụng
() so với nước ộp đứa tự nhiờn
Trang 5DANH MỤC HèNH Số Tờn hỡnh Trang 1.1 | Một số loại đứa trong nhúm Queen 3 12 [Dita Cayenne 5 1.3 [Dia Spanish 3
1.4 | Sơ đề quỏ trỡnh phan riộng bing membrane 8 1.5 | So sỏnh mụ hỡnh lọc cross-flow va loc dead-end 9
1.6 | Quỏ trỡnh lọc cross-flow 9
1.7 | Cỏc phương phỏp phõn riờng bing membrane 10
1.8 | Một số loại membrane đối xứng 13
1.9 | Cấu trỳc membrane vi xốp 13
1.10 | Cơ chế vận chuyển cỏc chat qua membrane 14
111 | Membrane khụng đối xứng 14
1.12 | So dộ membrane composite 15
1.13 | Membrane composite trộn gid đỡ vi xếp 15
1.14 | Cỏc đặc tớnh của membrane composite (ZE-99 của PCI, Anh) 16
1/15 | Mặt cắt ngang của sợi rỗng 20
1.16 | Thiột bi membrane dang ộng 21
1.17 | Thiết bị membrane dang tim phẳng 21
1.18 | Cấu tạo bộ lọc cuộn xoắn 2
1.19 | Sơ đồ thiết bị lọc cuộn xoắn 23
120 | Bộ lọc cuộn xoắn trong vẻ lọc chịu ỏp 24
1.21 | Cỏc hỡnh dạng cơ bản của đệm dạng mạng lưới 24
122 | Động học chất lỏng trong mạng lưới đệm 25
123 | Hiện tượng tập trung nồng độ 25
1⁄24 | Ảnh hưởng của hiện tượng tập trung nồng độ tới tốc độ đồng 26
1.25 | Cỏc cơ chế gõy fouling ở membrane 27
126 | Vớ dụ về hiện tượng fouling do protein trờn bề mặt membrane MF | 27
sau khi lọc sita gay ở ỏp suất300 psi trong 30 phỳt
2.1 | Sơ đồ hệ thống ME và NE 37
2.2 | Hệ thống ME và NE thớ nghiệm 37
2.3 | Sơ đồ thớnghiệm 41
Trang 6
3.1 | Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme dộn độ nhớt nước dứa 49 3.2 | Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme dộn độ truyền suốt của nước dứa 49 3.3 | Anh huộng của thời gian phản ứng đến độ nhớt nước đứa 31 3.4 | Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ truyền suốt của nước dứa 31 3.5 | Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến tốc độ đũng pemmeate 33
khi xử lý nước đứa bằng ME
3.6 | Ảnh hưởng của ỏp suất nhập liệu đối với tốc độ đồng permeate 34 khi xử lý nước đứa bằng ME
Trang 7MỤC LỤC Danh mục cỏc chữ viết tắt Danh mục bằng Danh mục hỡnh Mỏ đầu Chương 1: TONG QUAN 11 Dứa
11.1 Thành phần húa học của đứa
1.12 Phõn loại cỏc giống dứa
1.1.2.1 Nhộm dita Hoang han (Queen) 1.1.2.2 Nhộm dita Cayenne
1.1.2.3 Nhộm dita Tay Ban Nha (Spanish) 1.1.3 Thu hoạch và bảo quan dita
1.1.3.1 Độ chớn thu hoạch của đứa 1.1.3.2 Thu hoach dita
1.1.3.3 Bao quan dia
1.1.4 Sản phẩm nước đứa ộp
1.2 Quỏ trỡnh phõn riờng bằng mnembrane (mằng) 1.2.1 Đặc điểm quỏ trỡnh phõn riờng bằng membrane 1.22 Mụ hỡnh loc cross-flow va dead-end
1.2.3 Cỏc phương phỏp phõn riờng bằng membrane
1.2.3.1 Lọc thẩm thấu ngược (RO)
1.2.3.2, Lec nano (NE) 1.2.3.3 Siộu loc UF) 1.2.3.4, Viloc (ME) 1.2.4, Membrane
1.2.4.1 Phan loại membrane
1.2.4.2 Vật liệu chế tạo membrane 1.2.4.3 Tudi tho membrane
Trang 81.2.5.2 Thiết bị dạng ống 1.2.5.3 Thiết bị bảng/tấm
1.2.5.4 Thiết bị cuụn xoắn
1.2.6 Hiện tượng tập trung nồng độ và hiện tượng Fonling
1.2.6.1 Hiện tượng tập trung nồng độ
1.2.6.2 Hiện tượng fouling
1.2.7 Lý thuyết của quỏ trỡnh lọc membrane
1.3 Cỏc nghiờn cứu về cụ đặc nước trỏi cõy bằng cụng nghộ membrane
1.3.1 Tỡnh hỡnh nghiờn cứu ở nước ngoài 1.3.2 Tinh hỡnh nghiờn cứu trong nước
Chương2: NGUYấN LIỆU VẢ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 2.1 Nguyờn liệu 2.1.1 Dứa 2.1.2, Nude RO 2.1.3 Hộa chat 2.1.3.1 Enzyme 2.1.3.2 Cỏc húa chất phõn tớch 2.1.4 Hộ thộng membrane 2.14.1 Membrane 2.1.4.2 Hộ thộng membrane 2.1.5 Thiết bị phỏng thớ nghiệm 2.2 Phương phỏp nghiờn cứu 2.2.1 Phương phỏp phõn tớch vật ý 2.2.2 Phương phỏp phõn tớch húa học 2.2.3 Phương phỏp phõn tớch vi sinh 2.2.4 Phương phỏp đỏnh giỏ cảm quan
2.2.5 Phương phỏp xử lý thống kờ
2.3 Nội dụng nghiờn cứu
Trang 92.3.3 Nội dụng 3= Đỏnh giỏ khả năng ứng dụng cụng nghệ lọc màng
(membrane) để cụ đặc nước đứa
Chương3: KẫT QUÁ VẢ BẢN LUẬN
3.1 Nghiờn cứu quỏ trỡnh xử lý địch quả trong trước khi cụ đặc bằng cụng nghệ màng
3.1.1, Phõn tớch thành phần nước đứa ộp (Thớ nghiờm 1) 3.1.2 Xử lý nước đứa trước khi cụ đặc bing enzyme
3.1.2.1 Khảo sỏt ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến chất lượng nước dứa
sau khi xử lý enzyme (Thớ nghiệm 2, 3)
3.1.2.2 Khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến chất lượng nước dứa
san xử lý enzyme (Thớ nghiệm 4)
3.1.3 Làm trong nước dứa bằng vi lọc ME
3.1.3.2 Khảo sắt ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến quỏ trỡnh lọc ME (Thớ nghiệm 5)
3.1.3.2 Khảo sỏt ảnh hưởng của ỏp suất đến quỏ trỡnh lọc ME (Thớ nghiệm 6)
3.1.3.3 Khảo sắt ảnh hưởng của thời gian lọc ME (Thớ nghiệm 7)
3.1.3.4 Khảo sắt thành phần của nước đứa sau quỏ trỡnh lọc ME (Thớ nghiệm 8) 3.2 Nghiờn cứu quỏ trỡnh cụ đặc nước đứa bằng màng
3.2.1, Khảo sắt Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liờu đến quỏ trỡnh cụ đặc
bằng NF (Thớ nghiệm 9)
3.2.2 Khảo sỏt ảnh hưởng của ỏp suất đến quỏ trỡnh cụ đặc bằng NE
(Thớ nghiệm 10)
3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian cụ đặc
3.3 Đỏnh giỏ khả năng ứng dụng cụng nghệ loc mang (membrane) để cụ đặc nước đứa (Thớ nghiệm 11)
Trang 10
MỞ ĐẦU
ản phẩm với chất lượng cao hơn là mục tiờu chớnh của ngành cụng nghiệp thực phẩm và nước giải khỏt để đỏp ứng nhu cầu của thị
trường Hương vị, chất dinh dưỡng và độ đục của sản phẩm cuối cựng là một số thụng số chớnh cần phải xem xột khi chế biến nước quả Ngoài ra, ngày càng cú nhiều yờu cầu nước quả với cỏc đặc điểm tự nhiờn của quả tươi và khụng cú chất bảo quản Điều này dẫn tới những nghiờn cứu kỹ thuật mới cú thể cải thiện được chất lượng cảm quan, định đưỡng và vi sinh của nước quả
Trong cỏc loại nước trỏi cõy đúng hộp hiện nay trờn thế giới, nước đứa đang đứng ở vị tri thứ 3 tớnh theo sản lượng, chỉ sau nước cam và nước cà chua
Đõy là loại nước trỏi cõy rất thớch hợp cho việc đúng hộp vỡ nú giữ được vị tươi tự
nhiờn, mựi thom rit đặc trưng và cú sự hài hũa hoàn chỉnh giữa độ chua và ngọt Ngành cụng nghiệp sản xuất nước trỏi cõy của Việt Nam hiện nay sử dụng
phương phỏp cụ đặc bằng nhiệt để thu sản phẩm cú hàm lượng chất khụ theo yờu cầu Sản phẩm nước đứa cú độ Brix đạt khoảng 15 — 20% Tựy thuộc vào nhiều lý
do khỏc nhau (giống, mựa vụ, độ chớn ), hàm lượng đường trong dứa nguyờn liệu đạt 10 — 13% Vỡ vậy hiện nay cỏc nhà mỏy phải thờm đường hoặc cụ đặc bốc hơi
một phần nước nhằm thu được sản phẩm đạt yờu cầu về độ Brix Việc thờm đường vào nước đứa sau khi ộp khụng thực hiện được đối với sản phẩm yờu cầu tự nhiờn 100%, cũn phương phỏp cụ đặc bằng nhiệt thường kốm theo cỏc biến 1 tổn thất vitamin, hương ) khụng cú
Ă của cỏc thành phần trong nước trỏi cõy (biến tớnh đường, protein, biển đổi màu,
Do quỏ trỡnh cụ đặc bằng nhiệt ảnh hưởng nhiều tới cỏc đặc điểm của nước quả, quỏ trỡnh cụ đặc bằng membrane (cụ đặc bằng màng) cú thể là một phương phỏp thay thộ đo khụng sử dụng nhiệt Trờn thế giới, phương phỏp này đó được nghiờn cứu và ứng dụng trong ngành cụng nghiệp sản xuất nước trỏi cõy với những ưu điểm sau:
-_ Giữ nguyờn vẹn hương vị của sản phẩm
-_ Cỏc thành phần trong nước trỏi cõy khụng bị biến tớnh đo nhiệt độ cao
Trang 11-_ Tổng hoạt tớnh chống oxy húa (TAA) của nước trỏi cõy được cụ đặc bằng phương phỏp membrane cao hơn so với nước trỏi cõy được cụ đặc bằng
phương phỏp nhiệt
-_ Là một phương phỏp tiờn tiến, cú tiềm năng ở quy mụ cụng nghiệ
Đặc biệt, cụng nghệ cụ đặc bằng membrane rất hữu hiệu trong trường hợp cần tăng hàm lượng chất khụ khụng nhiều (tăng dưới 15%) Cụ đặc bằng membrane cũng cú thể được sử dụng với vai trũ tiền cụ đặc cho quỏ trỡnh cụ đặc bằng nhiệt trong sản xuất nước quả cụ đặc (50 —60 độ Brix)
Do đú, nghiờn cứu ứng dụng cụng nghệ membrane để cụ đặc nước trỏi cõy núi chung, nước đứa núi riờng, thay thế một phần phương phỏp cụ đặc bằng nhiệt truyền thống là vấn dộ cú ý nghĩa khoa học, cú giỏ trị thực tiễn và cú tớnh xó hội
cao Đề tài khi nghiờn cứu thành cụng cũng sế mở ra những hướng mới để ỏp dụng
rộng rói hơn cụng nghệ membrane trong ngành sản xuất nước trỏi cõy
Mục tiờu của để tài là nghiờn cứu đỏnh giỏ về khả năng ứng dụng cụng nghệ màng để cụ đặc nước đứa và cải thiện chất lượng nước đứa; sản phẩm thu được cú chất lượng về cảm quan tốt hơn, giảm được cỏc biến đổi húa lý hơn so với sản phẩm cụ đặc bằng nhiệt
Nội dung chớnh của đề tài gồm:
> Nghiờn ctu quỏ trỡnh xử lý dịch quả trong trước khi cụ đặc bằng cụng nghệ membrane
> Nghiờn cứu quỏ trỡnh cụ đặc nước đứa bằng membrane
> Đỏnh giỏ khả năng ứng dụng cụng nghệ membrane để cụ đặc nước
Trang 121.1 DỨA
Dứa là một loại cõy ăn trỏi nhiệt đới cú tờn khoa học là Angnds comosus,
thuộc họ tầm gửi Bromeliaceae, rất được ưa chuộng trờn thế giới Dứa cú mựi mạnh, hấp dẫn, độ ngọt cao và độ chua hài hũa
Cõy đứa cú nguồn gốc từ chõu Mỹ, nơi người đa đỏ bản xứ đó tuyển chọn và trồng trọt đứa lõu đời Ngày 04/11/1493, Christophe Colomb đỗ bộ xuống hũn đảo Guadalape, họ tỡm thấy cõy dứa và ăn thử quả dứa đầu tiờn Ngày nay đứa được trồng phổ biến ở tất cả cỏc nước nhiệt đới và một số nước ỏ nhiệt đới cú mựa đụng ấm, tập trung nhất là ở Hawai (33% sản lượng thế giới), Thỏi Lan (16%), Brazil (10%) va Mexico (9%)
Cỏc giống dứa đầu tiờn du nhập vào Đụng Dương từ cỏc chuyến du hành của người Bề Đào Nha và Án Độ đầu thế kỷ 16 Ngành trồng đứa chế biến ở miễn Nam thực sự phỏt triển kể từ năm 1936 do sự thành lập nhà mỏy chế biến đứa
đúng hộp ở Sài Gũn - Chợ Lớn
Cỏc vựng trồng dứa nỗi tiếng ở miền Nam là Đức Hũa, Đức Huệ (Long An), Cầu Đỳc (Kiờn Giang), Bảo Lộc, Đức Trọng (Lõm Đồng), ở miền Bắc cú cỏc vựng Vĩnh Phỳ (cũ), Tuyờn Quang, Nghệ An, Hà Tĩnh Hiện nay loại đứa Queen
là chủ lực cho cụng nghệ chế biến, được trồng tập trung ở Long An, Kiờn Giang, Hậu Giang và ngoại thành TP Hồ Chớ Minh
1.1.1 Thành phần húa học của đứa [1], [3]
Trang 13Thành phần húa học của đứa cũng như cỏc loại rau trỏi khỏc thay đổi theo giống, độ chớn, thời vụ, địa điểm và điều kiện trồng trọt
Bảng 1.1 Thành phần húa học của một số giống đứa ở Việt Nam
Giống dứa Độ khả Đường khử Saccharose Độ acid pH
( ( ( C4)
Dứa hoa Phỳ Thọ 180 4,19 11,59 0,51 38
Dứa hoa Tuyờn Quang 180 3,56 12,22 0,57 38
Dứa Vietoria nhập nội 17,0 3,20 10,90 0,50 38
Dra Ha Tinh 18,0 2,87 3,27 0,63 3,6
Dia mat Vinh Pht 11,0 2,94 6,44 0,56 3,9
Dita Cayenne Phủ Quy 13,3 3,20 7,60 0,49 4,0
Dita Cayenne Cầu Hai 13,5 3,65 6,50 0,49 4,0
Khúm Đồng Nai 15,2 3,40 9,80 0,31 45
Khúm Long An 148 3,30 8,60 0,37 4,0
Khộm Kiờn Giang 13,5 2,80 7,50 0,34 41
1.1.2 Phõn loại cỏc giống đứa [1], [3]
Dứa cú tất cả khoảng 60 — 70 giống, nhưng cú thể gộp chung thành ba nhúm chớnh: nhúm đứa Hoàng hậu (Queen), nhúm đứa Cayenne và nhúm đứa Tõy Ban Nha (Spanish)
1.1.2.1 Nhúm đứa Hoàng hậu (Queen)
Trỏi dứa Queen tương đối nhỏ, khối lượng trung bỡnh mỗi trỏi 0,8 — 1,6kg, mắt lỗi, dạng trụ trũn khỏ đều Thịt trỏi vàng đậm, vị chua ngọt đậm đà Nhúm này cú chất lượng cao nhất
Nhúm đứa Queen được trồng nhiều nhất trong ba nhúm ở Việt Nam, bao gồm cỏc loại như đứa hoa, đứa tõy, dứa Vietoria, khúm
1.1.2.2 Nhúm đứu Cayenne
Trang 141.1.2.1 Nhúm đõu Tay Ban Nha (Spanish)
Trỏi đứa Spanish lớn hơn dứa Queen, mắt to và sõu Thịt trỏi vàng nhạt, cú ch trắng, vị chua, ớt mựi thơm nhưng nhiều nước hơn Nhúm này cú chất lượng kộm nhất, được trồng lõu đời, gồm những loại như đứa ta, dứa mật
Hỡnh 1.1 Một số loại đứa trong nhúm Queen
A- Dita Victoria B~ Khụm Long An
Trang 15Bang 12 Đặc điểm cụng nghệ của một số giống đứa (oại 1)
_—— Khai J Chidu Đường Chiều Chiều Sõu Đường
lượng tỏi cao kinhmdi dàyvẻ - của mắt - kớnhlối
@ (em) (em) (em) (em) (Em)
Dứa hoa Phỳ Thọ 500 10 85 1 12 2
Dứa hoa Tuyờn Quang 490 105 37 1 1 2,35
Khúm Long An 900 15 10,5 z - 21
Dita Cayenne Phủ Quy 3150 4 15 03 1 45
Dita Cayenne Cầu Hai 2050 175 13 0,25 1 25
Dứa Hà Tĩnh 750 13 10 1 15 2
Dia mat Vinh Pht 1300 15 11 15 15 2,6
1.1.3 Thu hoạch và bảo quản đứa [3]
Dứa rất nhạy cảm với nhiệt độ Nếu nhiệt độ quỏ cao, đứa bị hộo, mềm và
màu khụng cũn tươi Nếu nhiệt độ thấp, dứa bị “cảm lạnh”, đứa sẽ bị nõu den ở lừi
và lan đần ra phớa ngoài
1.1.3.1, Độ chỳa the hoạch của đỳu
Khi quả cũn non, cỏc mắt quả nhỏ, màu xanh đậm, phủ đầy phần trắng, khi quả đó già, sắp chớn thỡ màu xanh nhạt dần, lớp phần trắng cũng biến dần đi, cỏc mắt quả cũng dần dần nở to theo thứ tự dưới đỏy quả lờn mà nụng dõn thường gọi là “mở mất", sau đú chuyển sang màu vàng tươi và khi chớn hoàn toàn cú màu vàng đỏ
Theo Viện Khoa học Nụng nghiệp miền Nam, người ta đỏnh giỏ độ chớn
của đứa theo 5 mức sau đõy:
ô Độ chớn 4: 100% vỏ trỏi cú mầu vàng sẫm, trờn 5 hàng mắt mở
Độ chớn 3: Khoảng 4 hàng mắt mở, 75 — 100% vỏ trỏi cú màu vàng tươi Độ chớn 2: 3 hàng mắt mở, 25 — 73% vỏ trỏi cú màu vàng tươi
Độ chớn 1: trỏi vẫn cũn xanh (búng), 1 hàng mắt mở Độ chớn 0: trỏi vẫn cũn xanh (sim), mat chưa mở
1.1.3.2, Thu hoạch đứa
Tay theo vĩ độ ở nơi trồng, đứa hoa thường thu hoạch tự nhiờn vào thỏng 3,
Trang 167 Trong những năm gần đõy, do cú tiến hành xử lý dứa hoa bằng đất đốn, người ta cú thể điều chỉnh để đứa hoa cú thể kết trỏi vào bất kỳ lỳc nào, nghĩa là cú thể thu hoạch quanh năm
Tại cỏc nụng trường, dứa được thu hoạch khi độ chớn tại ruộng là 1 hoặc 2, khoảng 4 — 8 ngày sau dựng để ăn hay chế biến đều tốt Trỏi ở độ chớn 3, 4 tại ruộng sẽ đễ đàng bị hỏng sau khi thu hoạch
1.1.3.3 Bảo quản đỳu
Khi bảo quản đứa để chờ chế biến, sau khi thu hoạch xong phải đưa nhanh
đứa vào kho mỏt nhiệt độ 10 — 12èC đối với đứa cũn xanh và 7 - 8C đối với dứa
bắt đầu chớn, độ ẩm trong kho 85 — 90% Thời gian bảo quản đứa xanh là 3 — 4
tuần và đứa chớn là 2 — 3 tuần
Cú thể dựng chất ức chế quỏ trỡnh chớn cú nguồn gốc hormone thực vật là dung dich NAA (Alpha - Naphthalene Acetie Acid) nồng độ 150ppm phun lờn
mặt trỏi đứa thu hoạch lỳc mới mở mắt Khi đú đứa cú thể bảo quản ở nhiệt độ thường được khoảng 4 tuần Người ta cũng cú thể tăng cường hiệu quả bảo quản bằng cỏch sử dụng cỏc loại bao bỡ cú khả năng thẩm thấu chọn lọc
1.1.4 Sản phẩm nước đứa ộp [1]
Tay theo trạng thỏi sản phẩm, người ta phõn biệt cỏc dạng nước đứa ộp như sau:
e Nước đứa ộp dạng trong: chế biến bằng cỏch tỏch địch bào khỏi mụ qua bing phương phỏp ộp; sau đú được lắng, lọc để loại bỏ hết thịt quả Sản phẩm ở
dạng trong suốt, khụng cú thịt quả lắng ở đỏy bao bỡ
â Nước đứa ộp dang đục: cỏch chế biến tương tự như nước đứa ộp đạng trong, chỉ cú khỏc biệt là khụng lắng, lọc triệt để như nước quả trong Sản phẩm vấn cũn chứa một lượng thịt quả nhất định, ở trạng thỏi yờn tĩnh cú thể lắng ở
day bao bi
â Nuộe quả nghiền (neetar): chế biến bằng cỏch nghiền mịn mụ quả cựng với
Trang 171.2 QUA TRINH PHAN RIENG BANG MEMBRANE (MANG) 1.2.1 Đặc điểm quỏ trỡnh phõn riộng bang membrane
Quỏ trỡnh phõn riờng bằng membrane cú một số điểm tương tự như quỏ trỡnh lọc Membrane đúng vai trũ vật ngăn để phõn riờng cỏc cấu tử Tuy nhiờn ỏp suất là động lực đuy nhất trong kỹ thuật phõn riờng bing membrane Do sự phõn riờng được thực hiện ở mức độ phõn tử hoặc ion nờn đối tượng của quỏ trỡnh thường khụng phải là hệ huyền phự mà là những dung dịch chứa cỏc cấu tử hũa tan cú phõn tử lượng khỏc nhau
Kết quả của quỏ trỡnh phõn riờng bằng membrane sẽ cho ta hai đũng sản
phẩm:
+ Dũng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate
+ Dũng sản phẩm khụng qua membrane được gọi là retentate Retentate => Permeate =>
Hỡnh 1.4 Sơ đỗ quỏ trỡnh phõn riộng bang membrane [24]
Phõn riờng bằng membrane khụng cần sử dụng phụ gia, cú thể được tiến hành đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp và tiờu thụ ớt năng lượng, đễ mở rộng và thu hep
quỏ trỡnh cũng như kết hợp với những quỏ trỡnh phõn riờng khỏc [43] Quỏ trỡnh mnembrane khụng sử dụng dung mụi hữu cơ độc hại, cú tớnh linh động, đơn giản và khụng yờu cầu nhiều khụng gian cho thiết bị [25]
Một điểm khỏc biệt nữa cần lưu ý là quỏ trỡnh lọc cú thể được thực hiện trong điều kiện hở (trong điều kiện ỏp suất khớ quyển), ngược lại, quỏ trỡnh phõn riờng bằng membrane bắt buộc phải thực hiện trong thiết bị kớn dưới một ỏp lực
Trang 181.2.2 Mụ hỡnh lọc cross-flow va dead-end
Mụ hỡnh lọc eross-flow, giống như loc dead-end, cú động lực là ỏp suất
Trong lọc dead-end, dung địch nhập liệu được dẫn vuụng gúc với bề mặt membrane Khi đú, gradient ỏp suất qua cỏc lỗ membrane, đặc trưng bởi chờnh lệch ỏp suất xuyờn membrane, sẽ làm cho đũng dung mụi và chất tan thấm qua mnembrane Chất tan khụng thấm hoặc ớt thấm qua membrane được di chuyển đối lưu tới bề mặt membrane (hoặc vào cỏc lỗ) và tớch tụ ở đú làm tăng trở lực của
dong chay [42] Trở lực này tăng theo chiều dày của lớp bó lọc tạo thành [24]
Trong lọc cross-flow, dung địch nhập liệu chảy song song với bề mặt membrane, nờn khụng gõy tớch tụ cỏc chất trờn bề
ặt membrane, do đú khụng làm tăng trở lực dũng chảy nhanh như trường hợp lọc dead-cnd,
Mụ hỡnh lọc cross-flow phite tap hơn nhiều so với lọc dead-end do can phải
Trang 19FaR+P FsRằằP Dung dịch nhập liện = ee RETENTATE Retentate Permeate *#
Trang 201.2.3.1 Lọc thẩm thầu ngược (RO)
Trong lọc RO, dưới tỏc dụng của ỏp suất, nước đi qua membrane bỏn thấm từ khu vực cú nồng độ chất tan cao sang khu vực cú nồng độ chất tan thấp Membrane RO ngăn cản chất tan và cỏc chất huyền phự nhưng cho phộp nước thấm qua [5] Membrane BO cú giới hạn khối lượng phõn tử khoảng 100Da, ỏp suat xuyộn membrane 10 — 50 bar (1000 — 500kPa), cao hơn khoảng 10 lần so với UE Khỏc với UF, sự phõn riờng trong lọc RO diễn ra khụng phải do sai biệt kớch thước của chất tan mà do quỏ trỡnh khuếch tỏn dưới tỏc dụng của ỏp suất [37]
1.2.3.2 Lọc nano (NF)
Khỏi niệm NF được nhà sản xuất membrane EilmTee giới thiệu, nhấn mạnh rằng những membrane này cú thể giữ lại những chất tan khụng tớch điện với kớch thước khoảng 1nm [28] Membrane NF phõn riờng cỏc chất cú khối lượng phõn tử trong khoảng 100 - 300Da và cho phộp phõn riờng ion dựa trờn độ khuếch tỏn và điện tớch [37] Quỏ trỡnh NE dựng membrane cú kớch thước lỗ hiệu quả lớn hơn so
với membrane RO, độ phõn riờng cú giỏ trị thấp hơn và nếu lễ cú kớch thước đủ lớn, cỏc ion hũa tan sẽ thấm hoàn toàn qua membrane [5] Do membrane NF cú kớch thước lỗ nhỏ, kớch thước phõn tử là một thụng số quan trọng khi mụ hỡnh húa độ phõn riờng của cỏc phõn tử hữu cơ Rừ ràng là cỏc phõn tử nhỏ sẽ cú khả năng thấm qua membrane dễ đàng hơn so với cỏc phõn tử lớn hơn Độ phõn riờng tăng theo kớch thước phõn tử với thụng số cho biết kớch thước phõn tử là khối lượng phõn tử [33], [47] NE cú những thuận lợi như ỏp suất vận hành thấp hơn RO, tốc độ dũng cao, cú khả năng phõn riờng cỏc ion bậc cao và cỏc chất hữu cơ cú khối lượng phõn tử trờn 300, chỉ phớ đầu tư và vận hành khỏ thấp [4]
Cơ chế phõn riờng của quỏ trỡnh NE khụng chỉ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng sàng mà cũn bởi hiệu ứng Donnan hay hiệ ứng điện tớch Hiệu ứng sàng xảy ra do
cỏc lỗ cú kớch thước gần với kớch thước phõn tử ứng Donnan do cỏc nhúm chức năng của cỏc chất điện phõn cú bản chất tớch điện [4] Hai hiệu ứng kết hợp cho phộp membrane cú thể phõn riờng cỏc chất tan hữu cơ (khụng tớch điện hoặc tớch điện) và cỏc muối [33]
Trang 21Sự vận chuyển cỏc chất khụng tớch điện qua membrane NF thường được
đặc trưng bởi khỏi niệm giới hạn khối lượng phõn tử (MWCO), cú đơn vị là
Dalton, thể hiện khối lượng phõn tử của chất tan khụng tớch điện bị phõn riờng 90% Giỏ trị này thường được nhà sản xuất cung cấp cho phộp ước tớnh hiệu quả phõn riờng sơ bộ cỏc chất hữu cơ, đối với NF là khoảng 200 — 1500Da [28], [33] Tuy nhiờn MWCO khụng cho biết độ phõn riờng của cỏc chất cú khối lượng phõn tử nhỏ hơn Ngoài ra, độ phõn riờng cú thể thay đổi khi phõn tử cú cấu trỳc hoặc tớnh chất khỏc (như điện tớch, độ phõn cực) [47]
1.2.3.3 Siờu lọc (UF)
UF là quỏ trỡnh phõn riờng cỏc phõn tử trong dung địch với giới hạn khối lượng phõn tử trong khoảng 1 ~ 300kDa và kớch thước lễ khoảng 0,01um, ỏp suất < 10 bar (1000kPa) [37] Membrane UF cú thể phõn riờng cỏc chất hữu cơ phõn tử lượng lớn Trong cụng nghệ thực phẩm, membrane UF cú thể được dựng để phõn tỏch protein và carbonhydrate, tỏch chất bộo, dầu, mỡ đó được nhũ húa từ nước
thai [5]
4.2.3.4 Vi lọc (MP)
ME dựng membrane vi xốp cú kớch thước lỗ hiệu quả lớn hơn nhiều so với membrane UF Dũng chảy qua membrane vi xốp cú thể xảy ra khi khụng tỏc dong ỏp suất ở phớa nhập liệu của membrane, trong hẳu hết cỏc trường hợp, một chờnh lệch ỏp suất nhỏ qua bề mặt membrane cú thể làm tăng đỏng kể tốc độ dũng Vi lọc thường được dựng để phõn riờng huyền phự và cỏc chất keo [5] Membrane vi lọc cú kớch thước lỗ trong khoảng 0,1 - 10um, phõn riờng chọn lọc cỏc chất với khối lượng phõn tử > 200kDa (dựa trờn hiệu ứng sàng) [37]
1.2.4 Membrane
Trang 22nhỏ, cú đường kớnh khoảng 0,01 - 10um Cỏc hạt cú kớch thước lớn hơn lỗ lớn nhất sẽ bị phõn riờng hoàn toàn Cỏc hạt cú kớch thước trung bỡnh sẽ bị phõn riờng
một phần Cỏc hạt cú kớch thước nhỏ hơn nhiều so với lỗ nhỏ nhất sẽ đi qua membrane Như vậy, sự phõn riờng chất tan của membrane vi xốp chủ yếu phụ
thuộc vào kớch thước phõn tử và kớch thước lố [6]
Hỡnh 1.9 Cau tric membrane vi xốp [18]
A— Membrane vi xắp đỗi xứng B-Membrane vi xdp bat ddi xing
Membrane dae
Là một màng đặc trong đú cỏc chất di chuyển do sự khuếch tỏn dưới tỏc dụng của gradient ỏp suất, nồng độ hoặc điện thế Sự phõn riờng cỏc chất khỏc nhau phụ thuộc trực tiếp vào tỷ lệ di chuyển tương đối trong membrane, được xỏc định bằng độ khuếch tỏn và độ hũa tan trong vật liệu membrane Như vậy membrane đặc cú thể phõn riờng cỏc chất tan cú kớch thước tương tự nhau nếu nồng độ của chỳng trong vật liệu làm membrane khỏc nhau đỏng kể [6]
Trang 23
Hỡnh 1.10 Cơ chế vận chuyền cỏc chat qua membrane [31]
A— Meimbrane vi xếp B— Membrane đặc
Membrane tich điện
Cú thể là vi xốp hoặc đặc, thụng thường là membrane vi xốp với cỏc thành
lễ cú ion mang điện tớch đương hoặc õm Sự phõn riờng của membrane tớch điện chủ yếu do sự đõy nhau của cỏc ion cựng điện tớch, ngoài ra cũn đo kớch thước lỗ
â Membrane khộng dội xing
Sự đi chuyển của một chất qua membrane tỷ lệ nghịch với độ dày membrane, đo đú membrane phải rất mỏng Membrane khụng đối xứng bao gồm một lớp bề mặt cực mỏng đặt trờn một giỏ đế đầy và xốp hơn, cũn gọi là
membrane composite Trong membrane composite, cỏc lớp thường được làm từ những polymer khỏc nhau Cỏc đặc tớnh phõn riờng và tỷ lệ thấm qua membrane phụ thuộc vào lớp bề mặt Membrane này cú ưu điểm là tốc độ đũng cao [6]
Membrane khing dai xứng
‘Membrane Loch-Surirajan thin-film composite HỐ HAReE Hỡnh 1.11 Membrane khụng đối xứng [6]
Trang 24Giỏ đỡ cú ảnh hưởng mạnh tới hoạt động của lớp bề mặt bỏn thấm và cú thể là trở lực đối với sự đi chuyển của cỏc chất Trong giỏ đỡ, kớch thước cỏc lỗ khỏc
nhau Kớch thước lễ của giỏ đỡ kề với lớp màng đặc khỏ nhỏ, ở bờn phớa permeate, giỏ đỡ cú kớch thước lỗ to hơn [37] T.ớp bề mặt bảo vệ tốc dũng cao 1 = 2m 2 NỀN ~— Lộp chọn lọc Lepranh 0,05 -0,2um tốc độ dũng cao Í = 2ym _ Giỏ đỡ vi sốp << Dong permeate Hinh 1.12 So dộ membrane composite [6] lLớp chạn lọc
Hỡnh 1.13 Membrane composite trờn giỏ đỡ vi xốp [6]
Membrane composite cú thể chịu được khoảng pH rộng, ớt mẫn cảm với sự tấn cụng của vi sinh vật và cú độ ộn định cao hơn membrane khụng đối xứng Tuy nhiờn, chỳng khụng chịu được chất oxi húa mạnh như chlorine, do chất này cú thể gõy ra biến dạng mạch và khử trựng hợp polymer
Trang 25Membrane composite phải được xử lý để tỏch dung mụi, cỏc chất phản ứng, và nộn chặt lớp bỏn thấm trờn trờn bề mặt giỏ đỡ Thời gian xử lý phải vừa đủ để khụng ảnh hưởng cỏc đặc điểm mong muốn của membrane và
ật liệu làm giỏ đế xốp Nhiệt độ hoặc thời gian xử lý quỏ cao sẽ ảnh hưởng đến kớch thước của giỏ đỡ, làm giảm tốc độ dũng mong muốn và độ ộn định của membrane, do đú cú thộ
ảnh hưởng khả năng phõn riờng [21] 0 0 1020 30 40 50 80 70 80 Nhiệt độ (°C) 100 80 20 40 e0 80
Áp suất xuyộn membrane (bar)
Hỡnh 1.14 Cac djc tinh cia membrane composite (ZF-99 caa PCI, Anh) [46]
Trang 261.2.4.2 Vật liộu chộ igo membrane
Membrane cú thể được sản xuất từ những vat ligu ua nuộe (cellulose
acetate, ceramie) hoặc ky nước (polypropylene, polytetrafluoroethylene).Thực tế cho thấy nếu sử đụng membrane từ vật liệu ky nước, chỳng đễ tương tỏc với những thành phần ky nước trong nguyờn liệu dũng vào Kết quả là cỏc mao dẫn dộ bị tắc nghẽn, quỏ trỡnh phõn riờng chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn [2]
Vật liệu làm membrane cú thể được phõn loại thành ba nhúm: sản phẩm tự nhiờn được biến đổi, sản phẩm tổng hợp và sản phẩm vừ cơ [5]
â Membrane ty nhiộn duge biến đổi bao gồm những vật ligu nhw cellulose acetate, cellulose acetobutyrate va cellulose tội sinh Cellulose acetate (CA)
là một trong những vật liệu membrane duge six dung đầu tiờn Khuyết điểm của loại vật liệu này là độ bền nhiệt và húa học thấp
ô Membrane tổng hợp bao gồm những vật liệu như polyamide thom, polysulfone, polyethylene, polypropylene va polyfaran Membrane nay cú độ bền nhiệ và khả năng chịu húa chất cao
â Vật liệu vụ cơ được dựng trong sản xuất membrane bao gồm oxide nhụm, bac, titanium và zireonium Khả năng chịu húa chất và độ bền nhiệt của membrane vộ cơ rất cao nhưng membrane này cú khuyết điểm là khụng bền
cơ học Chỳng rất giũn, đễ vỡ và đo đú khú sản xuất và vận chuyển Bang 1.3 Đặc điểm của một số vật liệu membrane [5]
Trang 27
Bằng 1.4 Vật liệu membrane trong cỏc phương phỏp membrane [18] Vật liệu membrane MF UF MF RO ‘Alumina Carbon-carbon composite Cellulose (i sinh)
Cellulose acetate (CA) Cellulose ester (hn hop) Cellulose nitrate Cellulose triacetate (CTA) CAICTA (blend) % Ceramic va ceramic composite ax x MMM OM ~ ~ * “ ~ Composite polymer x x Polyacrylonitrile (PA) x x Polyamide (aliphatic) x Polyamide aromatic (PA) x x Polybenzimidazole BD % Polycarbonate (track-etch) % Polyetherimide (PED) x Polyethersulfone (PES) Polyimide PD) x x Polyester (track-etch) Polypropylene (PP) Polysulfone @S)
Polytetrafluoroethy lene (PTFE) Polyvinyl alcohol (PVA) Polyvinyl chloride @VC) Polyvinylidene fluoride @VDF) Thộp khụng rỉ ~ ~ xx MM MM MOM
1.2.4.3 Tuoi tho cit membrane
Thời gian sử dụng của bộ lọc membrane thuờng phụ thuộc vào vật liệu membrane va tg dụng Với membrane cellulose, thdi gian sử dụng thường từ 3 tới 5 năm Tuy nhiờn, cũng cú những trường hợp tuổi thọ cao hơn Cỏc membrane khụng làm từ eellulose acetate cú thể được sử dụng từ 3 tới 7 năm Tuy nhiờn, một
số hệ thống sử dụng bộ lọc cuộn xoắn cú thể sử dụng hơn 10 năm
Trang 281.2.5 Cỏc dang thiột bi membrane
Thiết bị membrane phải đảm bảo cỏc tiờu chuẩn sau: [24] tớch membrane/thể tớch bộ lọc cao > TỷI v Mức độ chảy rối cao để tăng cường sự đi chuyển của vật chất ở phớa nhập liệu Tiờu thụ năng lượng thấp Dễ vệ sinh
Cho phộp mụ đun húa (modularization)
vvyvyY Nguyờn vẹn, khụng bị hỏng, rũ rỉ 1.2.5.1 Thiết bị sợi
Thiết bị membrane được chế tạo bằng thộp khụng rỉ cú đạng hỡnh trụ với
đường kớnh dao động trong khoảng 2,5 ~ 12,7em, chiều đài 18 - 120em Bờn trong thiết bị cú chứa bú sợi membrane Mỗi bộ lọc chứa từ 50 ~ 3000 sợi Đường kớnh
sợi thay đổi từ 0,2 — 3mm Trong quỏ trỡnh thẩm thấu ngược, đường kớnh sợi sử dụng cú thể giảm xuống 0,04mm Thụng thường chiều dày membrane từ 100 - 400um [34]
Khi hoạt động, nguyờn liệu được bơm vào bờn trong thiết bị và chui vào trong cỏc sợi membrane Dũng ra retentate sẽ đi hết theo chiều đài sợi và tập trung thoỏt ra ở đầu cũn lại của thiết bị Dũng ra permeate sẽ chui qua cỏc lỗ mao din membrane, thoỏt ra ngoài sợi rỗi tập trung về cửa ra nằm trờn thõn thiết bị
*i điểm: chiếm ớt điện tớch nhà xưởng dự điện tớch membrane sử dụng rất lớn, ớt tốn năng lượng cho quỏ trỡnh
*Nhược điểm: trong quỏ trỡnh vận hành, một số sợi membrane dễ bị tổn thương, việc thay thế chỳng phức tạp và tốn kộm Hơn nữa, do đường kớnh sợi membrane khỏ nhỏ, những nguyờn liệu đạng keo dễ gõy tắc nghẽn membrane trong quỏ trỡnh sử dụng [2]
Trang 29sọ, ễng penhete Sợi rỗng _ ễng trung lõm Permeate Phia retentate Phớa nhập liệu Hỡnh 1.15 Mặt cắt ngang của sợi rỗng [31] 1.2.5.2 Thiết bị lạng ống
Thiết bị membrane loại này cú dạng hỡnh trụ, bờn trong chứa nhiều ống trụ
nhỏ đặt song song với nhau Mỗi ống trụ nhỏ thường được chế tạo, cú đường kớnh
đao động từ 12,5 tới 75mm, chiều dài khoảng 0,6 - 4,6m và được đục cỏc lỗ nhỏ trờn thõn Cỏc membrane cũng cú dạng hỡnh trụ được lồng ộp sỏt thành trong của cỏc ống trụ nhỏ trờn
Nguyờn liệu sẽ được bơm vào từ một đầu của thiết bị và được phõn phối vào bờn trong cỏc ống trụ nhỏ Dũng ra retentate sẽ tiếp tục đi hết theo chiều đài cỏc ống trụ nhỏ và thoỏt ra ở đầu bờn kia của thiết bị Dũng ra permeate sẽ chui qua cỏc mao dẫn của membrane và thoỏt ra bờn ngoài cỏc ống trụ nhỏ, sau đú được tập trung theo cửa ra chung nằm phớa thõn trờn của thiết bị
*Ui điểm tạo ra đũng chảy rối trong quỏ trỡnh vận hành; đơn giản khi vệ sinh,
thay thế membrane sử dụng và bảo trỡ thiế
*Nhược điểm: cồng kềnh, chiếm nhiều khụng gian nhà xưởng, tốn nhiều năng lượng sử dụng do cú sự tụt ỏp của đồng nguyờn liệu trong cỏc ống hỡnh trụ nhỏ
Rh
Trang 30
Hỡnh 1.16 Thiết bị membrane đạng ống [6] 1.2.5.1 Thiết bị bằng/lõm
Trang 311.2.5.4 Thiết bị cuộn xoắn
Là loại rẻ tiền, cú diện tớch bề mặt phõn riờng lớn Nhiều lớp membrane được cuốn lại tạo bộ lọc cú đường kớnh tới 400mm [34] Thiết bị gồm hai ống hỡnh trụ cựng trục, cựng chiều cao nhưng cú đường kớnh khỏc nhau đặt lồng vào nhau ễng trụ nhỏ được đục lỗ trờn thõn và là nơi tập trung cỏc cấu tử của dũng
permeate Khoảng khụng gian được giới hạn bởi mặt ngoài thõn trụ nhỏ và mặt
trong thõn trụ lớn là hai tắm membrane hinh chữ nhật cuộn lại theo hỡnh xoắn ốc (bề mặt hoạt động của hai membrane quay ngược nhau), cỏch nhau bởi một tắm
đệm Vật liệu phổ biến dựng làm tấm đệm là polypropylene
Nguyờn liệu sẽ được bơm vào ở một đầu thõn trụ và di chuyển dọc theo thõn trụ bởi một kờnh cú cơ cấu tiết điện hỡnh xoắn ốc Dũng sản phẩm retentate sẽ được tập trung và thoỏt ra ở đầu kia của thiết bị hỡnh trụ Cỏc cấu tử permeate sẽ
chui qua mao dẫn của hai membrane để vào kờnh dẫn dành riờng cho chỳng Kờnh này cũng cú tiết điện hỡnh xoắn ốc và đuợc thụng với ống hỡnh trụ trung tõm Từ ống hỡnh trụ trung tõm, đũng permeate sẽ được tập trung thoỏt ra khỏi thiết bị [2]
Nee wermene
Spacer penmeate Membrane
Hỡnh 1.18 Cầu tạo bộ lọc cuộn xoắn [20]
Kha ning hoạt động của thiết bị cuộn xoắn bị ảnh hưởng bởi những yếu tố
sau [36]:
> Số lớp, chiều đài và chiều rộng membrane, chiều cao kờnh nhập liệu và
permeate
Trang 32> Đệm (ảnh hưởng tới sự chảy rối cục bộ, sự vận chuyển chất và tổn thất ỏp suất)
> Xu hướng tắc nghẽn và khả năng vộ sinh
> Cỏc điều kiện vận hành như việc xử lý dung dịch nhập liệu, nồng độ nhập liệu, ỏp suất và tỷ lệ thu hồi permeate TT — đ) liệu thu hồi + ` fe “he i te Ù 2814 18 2ð J
eatin è Vật neu thu hoi permeate te
Hinh 1.19 Sơ đỗ thiết bị lọc cuộn xoắn [32]
Thiết
ệ sinh và hầu hết khụng
ắc nghẽn nhiều hơn so với thiết bị dạng
Ă lọc cuộn xoắn khụng thể được thỏo ra để
thể được hấp tiệt trựng Chỳng thường bị
ống và dạng tấm phẳng (tựy thuộc vào loại đệm của kờnh nhập liệu) nhưng chỳng ớt bị tắc nghộn hơn so với thiết bị dang soi rng [39]
Thụng thường một vỏ lọc chứa 6 hoặc 7 bộ lọc, tuy nhiờn số lượng này cú
thể thay đổi Cỏc bộ lọc được sắp xếp liờn tục trong vỏ lọc chịu ỏp sao cho
Trang 33retentate từ bộ lọc trước là đung địch nhập liệu cho bộ lọc kế tiếp Roong chặn bao
chung quanh đầu nhập liệu của mỗi bộ lọc ngăn khụng cho dung địch nhập liệu bị
lẫn với retentate và ngăn khụng cho dung địch nhập liệu chảy tắt qua bộ lọc "Nhập liệu Permeate Bộ lọc cuộn xuấn sớm, Hỡnh 1.20 Bộ lọc cuộn xoắn trong vỏ lọc chịu ỏp [44]
Điểm thuận lợi của thiết bị lọc cuộn xoắn là tỷ lệ điện tớch membrane/thể tớch bộ lọc và tốc độ đũng cao do đú đõy là loại thiết bị hiệu quả nhất về mặt kinh tế Điểm bất lợi của thiết bị này là cần phải xử lý dung dịch nhập liệu trước để
ngăn ngừa hiện tượng fouling ở đệm [39]
Trong bộ lọc cuộn xoắn cần phải cú đệm để phõn cỏch cỏc lỏ membrane và xỏc định chiều cao của kờnh Mạng lưới đệm cũng làm tăng sự vận chuyển chat do làm tăng cường sự chảy rối Do đệm ngăn cản đũng chảy qua cỏc kờnh, tổn thất ỏp suất đọc theo kờnh cũng tăng lờn Cỏc nghiờn cứu cho thấy cú sự phụ thuộc của tổn thất ỏp suất và tốc độ dũng vào hỡnh đạng đệm [36] Do thiết kế của đệm cú thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự vận chuyển chất và đến hiệu quả của quỏ trỡnh
membrane, cần phải cú sự lựa chọn đệm thớch hợp
Dang khong đệt Dang det
Hỡnh 1.21 Cỏc hỡnh dạng cơ bản của đệm đạng mạng lưới [30]
Trang 34
Hỡnh 1.22 Động học chất lỏng trong mạng lưới đệm [6]
1.2.6 Hiện tượng tập trung nụng độ và hiện tượng fouling 1.2.6.1 Hiện tượng tập trung nụng độ
Trong cỏc quỏ trỡnh phõn riờng bằng membrane, khi hỗn hợp chất lỏng tiếp xỳc với phớa nhập liệu của membrane, do cỏc thành phần trong hễn hợp nhập liệu
cú tớnh thấm khỏc nhau, gradient nồng độ được tạo thành ở cả hai phớa của membrane Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tập trung nồng độ
Hiện tượng tập trung nỗng độ làm giảm chờnh lệch nồng độ cỏc thành phần qua membrane, đo đú làm giảm tốc độ dũng và khả năng chọn loc ca membrane,
Trang 35Tiện lượng tập trung nộng độ \ =— Tốc độ dũng Fouling Thời gian
Hỡnh 1.24 Ảnh hưởng của hiện tượng tập trung nụng độ tới tốc độ đũng [37] Ảnh hưởng của hiện tượng tập trung nồng độ cú thể nghiờm trọng khi kớch thước phõn tử (khối lượng phõn tử) của chất tan được phõn riờng tăng [7] Cú rất ớt quỏ trỡnh membrane khụng bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tập trung nồng độ Trong phũng thớ nghiệm, hiện tượng này được ngăn ngừa bằng cỏch tăng sự chảy rối của dung dịch nhập liệu, tuy nhiờn trong cụng nghiệp, phương phỏp này bị giới hạn
Cỏch tốt nhất là cải thiện thiết kế bộ lọc membrane, lựa chọn đệm và phỏt triển cỏc phương phỏp kiểm soỏt đũng nhập liệu trong membrane [6]
1.2.6.2 Hiện tượng fonling
Fouling là một trong những vấn đề lớn nhất khi ỏp dụng cỏc quỏ trỡnh mnembrane Fouling xảy ra khi cỏc chất trong dung địch nhập liệu bị giữ lại trong cỏc lễ hoặc trờn bề mặt membrane [5], tăng tổn thất ỏp suất và giảm tốc độ dong, cú thể tăng chỉ phớ vận hành lờn tới 50% [48], tăng yờu cầu vệ sinh và giảm thời gian sử dụng của membrane [19] Đõy là một hiện tượng phức tạp và thường do nhiều nguyờn nhõn, chủ yếu là đo cỏc tương tỏc fĩnh điện và tương tỏc ưa nước/ky nước giữa membrane và vật liệu [37] Cỏc cơ chế chủ yếu của hiện tượng fouling
là sự hấp phụ cỏc thành phần trong dung địch nhập liệu làm lấp kớn cỏc lễ mao
dẫn, sự tương tỏc húa học giữa chất tan và vật liệu membrane, sự hỡnh thành lớp gel và sự phỏt triển của vi sinh vật [37] Fouling cú thể xảy ra trong lỗ làm giảm
kớch thước lỗ, bớt kớn lễ và fouling 6 b& mat nhu sy hỡnh thành lớp gel [19]
Trang 36ith đờ Hỡnh 1.25 Cỏc cơ chế gõy fouling ở membrane [37]
Hỡnh 1.26 Vớ dụ về hiện tượng fouling đo protein trờn bề mặt membrane ME sau khi lọc sữa gõy ở ỏp suất 300 psi rong 30 phỳt [37]
* Hiện tượng fbuling sinh học: Fouling sinh học xảy ra do sự bỏm dớnh và phỏt
triển của vi sinh vật trờn bề mặt membrane Sự phỏt triển của vi sinh vật cú thể làm giảm tốc độ dũng, làm tăng ỏp suất xuyờn membrane, tăng chờnh lệch ỏp suất trong hệ thống và làm giảm khả năng phõn riờng của mernbrane [5]
Bang 1.5 Tac nhan gay fouling quan sit trờn 150 bộ lọc membrane trờn thế giới (vật ligu 1a polyamide) [7] Tỳc nhõn Chất hữu cofFouling sinh học 48,6 tới 60,64 SiO 3,4 tới 20,4% ALO3 1,4 tới 6,39 Fe¿O; 6,2 tới 7,6% CasPO4)2 1,6 tới 13,49 CaCO; 1/5 tới 4,8% CaSO, 14 tới 3,4% Thụng xỏc định 1171 tới 15,19
Cú thể ngăn ngừa hiện tượng fouling bằng cỏch lựa chọn membrane thớch
hợp, như ecllulose aeetate là polymer it bj fouling [34], thay đổi đặc tớnh bề mặt
Trang 37của membrane, xử lý dung địch nhập liệu, kiểm soỏt dung dịch nhập liệu, tiến
hành cỏc phương phỏp vệ sinh hiệu quả [19]
Khi lưu lượng cao, gradient vận tốc giữa cỏc lớp lưu chất cao ở bể mặt membrane cú thể làm giảm sự kết tụ Trờn thực tế, cũng cần phải quan tõm tới
khớa cạnh kinh tế khi xỏc định lưu lượng tối ưu nhằm làm giảm thiểu hiện tượng fouling va chỉ phớ vệ sinh cho membrane Áp suất vận hành cũng nờn được tối ưu
căn cứ vào tượng fouling và chỉ phớ năng luợng Hiện tượng fouling của mnembrane cú thể được làm giảm bằng đồng đao động (pulsating flow) (tăng định kỳ ỏp suất), rửa ngược và rửa bằng nước
Chất tẩy rửa, năng lượng nhiệt và cơ học (tốc độ cao) được sử dụng trong quỏ trỡnh vệ sinh Cần cú sự quan tõm đặc biệt khi vệ sinh membrane polymer, vốn dễ bị ảnh hưởng bởi húa chất, pH, và nhiệt độ Cellulose acetate rất mẫn cảm với
cả nhiệt độ và pH, polyamide mẫn cảm vội chlorine Membrane ceramic chju
được húa chất và nhiệt độ nhưng cần thận trọng khi vệ sinh cỏc miếng đệm, nhựa epoxy, v.v , vốn là một phần của thiết bị membrane
Ton của nước rửa cú thể gõy ra hiện tượng kết tụ một lớp màng fouling màu vàng trờn bề mặt membrane Cần phải tỏch silicate khỏi nước rửa để khụng làm tăng hiện tượng fouling, do vậy thường sử dụng nước đó qua lọc RO [34]
Phục hồi membrane là một vấn đề quyết định khi xem xột tớnh kinh tế của quỏ trỡnh lọc eros-flow Hiệu quả phục hỗi membrane thường được đỏnh giỏ bằng cỏch so sỏnh tốc độ dũng nước sau khi phục hỗi với tốc độ dũng nước của membrane ban dau ở cựng một điều kiện — nghĩa là cựng ỏp suất xuyờn membrane, tốc độ dũng eross-flow và nhiệt độ
Membrane thường được phục hồi theo những hướng dẫn của nhà sản xuất Cỏc húa chất sử dụng là acid như acid nitrie, acid phosphoric va acid hydrochloric, bazơ như natri hydroxide, chất oxi húa như sođium hypochloride và enzyme như tergazyme chứa protease [6]
1.2.7 Lý thuyết của quỏ trỡnh lọc membrane [34]
Sự đi chuyển của cỏc chất tan qua membrane phụ thuộc vào cấu trỳc vật lý của membrane Trong lọc thẩm thấu ngược, membrane thường là vật liệu khụng
Trang 38xếp và đồng nhất Trong membrane siờu lọc và vi lọc, chất tan chủ yếu đi chuyển đo đồng chảy cú tớnh nhớt
Tỷ lệ vận chuyển của chất tan qua membrane cú độ dày z (m) được cho bởi phương trỡnh tớnh thấm, kết hợp định luật Eiek và Henry:
1228 z yp
trong đú 1(gớm'5) là tốc độ dũng (tớnh theo khối lượng), AP Œa) là chờnh lệch ỏp suất
(D8) là tớnh thấm của membrane (kg/m.s.Pa), tớnh theo cụng thức
ps-2
Ta
trong đú D (m3⁄s) là độ khuếch tỏn của chất tan trong membrane,
5 (kg.mẺ.Pa) là độ hũa tan của chất tan trong membrane
H (Pa.mi/kg) là hing sộ Henry
Chờnh lệch ỏp suất được xỏc định theo cộng thire AP = Py — Py v6i Py, Pp 1a ỏp suất nhập liệu và ỏp suất permeate Tốc độ dũng cú đơn vị SI là m/s nhưng don vị L/m.h thường được dựng Phương trỡnh (1) rất khú được dựng trong thực tế do khụng biết chớnh xỏc lộ khuếch tỏn D Vỡ lý
độ dày membrane z, cũng như cỏc hằng số độ hũa tan Đ và
Trang 39trong đú — Aứ=z-p
Tụ, aạ là ỏp suất thẩm thấu của dũng nhập liệu và sản phẩm,
Trong UF và ME, tốc độ dũng permeate qua membrane xốp được cho theo
phương trỡnh Darey:
ÿ-,@ ẤP, cấp: 12
Trong đú — K (kgim) là tớnh thấm của dũng chảy
Trang 401.3 CÁC NGHIấN CỨU VỀ Cễ ĐẶC NƯỚC TRÁI CÂY BẰNG CễNG NGHE MEMBRANE
1.3.1 Tỡnh hỡnh nghiờn cứu ở nước ngoài
Trong cụng nghiệp sản xuất nước quả, người ta thường sử dụng 4 quỏ trỡnh
phõn riờng bằng membrane như sau: vỉ lọc (MP), siờu lọc (UF), lọc nano (NF) va
thẩm thấu ngược (RO) Tựy thuộc vào nguyờn liệu và yờu cầu cụng nghệ của sản phẩm mà lựa chọn membrane và phương phỏp phõn riờng thớch hợp
Một điểm bất lợi của cỏc quỏ trỡnh membrane là sự giảm tốc độ dũng permeate trong quỏ trỡnh xử lý, gõy ra do việc giữ lại một số thành phần nhập liệu trờn bề mặt membrane hoặc cỏc lỗ ca membrane Trong quỏ trỡnh lọc nước quả
(cú thịt quả), hiện tượng fouling gõy ra do pectin, tannin, protein, tỉnh bột,
hemicellulose va cellulose Do d6, cần chỳ ý đến việc làm giảm hiện tượng fouling, như sử đụng enzyme xỳc tỏc quỏ trỡnh thủy phõn cỏc chất cú thể gõy ra hiện tượng fouling (pectin, cellulose ) trước khi đưa qua xử lý trong hệ thống
membrane
Theo Vaillant và cộng sự (2002), Cameiro và cộng sự (2002) và Kashyap và cộng sự (2001), việc xử lý bằng enzyme sẽ làm giảm độ nhớt nước quả, bờn
cạnh đú cải thiện khả năng ộp thịt quả, tạo điều kiện thuận lợi để thu nhận nước
quả với hiệu suất cao hơn Theo Fauquembergue (1996), nước đứa chứa ớt pectin nhưng cú nhiều hemieellulose loại galactomannans, arabinogalactans va galactoglueomannans Fauquembergue đó nghiờn cứu xử lý nước đứa bằng enzyme và cải thiện quỏ trỡnh lọc trong qua membrane ME Tỏc động hiệp lực của pectinase va cellulase 1a một phần quan trọng trong quỏ trỡnh xử lý [16] Việc xử lý bao gồm thoy phan polysaccharide hoa tan, vốn làm tăng độ nhớt của nước quả, cũng như húa lỏng cỏc polysaccharide khụng hũa tan nhuw pectin, cellulose, hemieelluloses và lignin trong tế bào [11], [16] Dịch quả thu được cú độ nhớt thấp hơn [16]
Phản ứng enzyme phụ thuộc vào thời gian phản ứng, nồng độ enzyme, nhiệt độ phản ứng và pH Do sự điều chỉnh pH để thay đổi quỏ trỡnh lọc trong khụng thực tiễn về mặt thương mại nờn pH được giữ khụng đổi Vỡ vậy để việc xử