Siêu lọc là quá trình dung dịch lỏng chảy qua một màng lọc dưới một áp suất để tách phân đoạn các thành phần trong chất lỏng đó. Sự phân chia các phân đoạn phụ thuộc vào kích thước lỗ trên màng và tùy theo trọng lượng phân tử của chất thấm qua. Tùy theo kích thước của lỗ trên màng (giá trị loại trừ cut-off) mà sau khi thực hiện quá trình siêu lọc sẽ cho nước và những chất có phân tử nhỏ đi qua còn những phân tử lớn sẽ được giữ lại ở trên màng đó là chất cần sử dụng. Dưới đây là hình miêu tả quá trình
lọc trong quy trình công nghệ của đề tài, phương pháp lọc (ULTRAFILTRATION) sử dụng cả ba kích thước lọc khác nhau lần lượt như: Lọc 11 µm, 1,2 µm và màng 10 kDa. Sau khi đã qua màng lọc 1,2 µm, thì bước lọc cuối cùng được diễn ra thuận lợi ta thu được enzyme bromelain có kích thước 30 kDa. Ở kích thước màng lọc này thì cho nước và các chất có kích thước nhỏ hơn 10 kDa đi qua, còn những phần được giữ lại trên màng là enzyme bromelain.
Hình 1.6. Tổng quan về quá trình lọc
Màng siêu lọc có cấu tạo bởi các sợi rỗng, trong mỗi sợi rỗng lại có nhiều lỗ rỗng lại xếp song song và gắn chặt với những lớp ngoài tạo thành những lỗ để các chất thấm qua. Các sợi này được chế tạo từ các polyme bền như fluoroplime (Fs: Fluorosurfactant), cenlulose acetate (CA), polysulphone (GR)…tùy theo mục đích cụ thể mà người ta sử dụng loại màng thích hợp. Ví dụ: Cô đặc protein (dùng màng FS, GR); cô đặc enzyme dùng màng (GR).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình siêu lọc:
Nhiệt độ: phải thực hiện ở nhiệt độ lạnh tránh khả năng kết tủa protein và khi tăng nhiệt độ sẽ làm bít màng. Phải thích hợp với từng sản phẩm và loại màng sử dụng
Áp suất: Thường tốc độc của dòng chảy (số lít chất lỏng qua 1 m2 màng trong 1h) sẽ tăng cùng sự gia tăng áp suất cho đến khi đạt đến giá trị (vận tốc) cực đại. Nếu áp suất tăng lên cao hơn nữa thì dòng chảy sẽ giảm. Người ta đề nghị tốc độ dòng chảy nên ở từ 4-5 lít/phút, tương ứng với hiệu suất PI1 – PI2 ở trong khoảng 0,5-3 bar. Áp suất dòng vào lớn nhất (PI1 max) là 7 bar (tương đương 102 Psi), áp suất dòng ra nhỏ nhất (PI2 min) là 0,5bar (tương đương 7,25 Psi).
Các kiểu siêu lọc: có ba kiểu hệ thống siêu lọc - Kiểu một bước (single pas operation)
- Kiểu lô (batch operation): Chất lỏng được tuần hoàn qua màng đến nồng độ dịch cô đặc ở trong chậu chứa đạt như yêu cầu
- Kiểu thể tích không đổi (constan volume operation): Dòng chất lỏng được cấp liên tục để thể tích ở trong chậu chứa không thay đổi và chất lỏng được được tuần hoàn qua màng đến nồng độ dung dịch cô đặc ở trong chậu chứa đạt như yêu cầu.
Những thuận lợi của phương pháp siêu lọc:
- Có thể lựa chọn màng thích hợp với từng mục đích cụ thể.
Đối với enzyme: Enzyme có thể cô đặc 25 lần mà không bị mất hoạt tính.
Quá trình siêu lọc vừa làm cô đặc, vừa tinh sạch được enzyme. Trong quá trình thực hiện nếu thêm nước vào thì độ tinh sạch enzyme càng cao.
Trong quá trình siêu lọc, nhiệt độ 10 – 20 ºC được xem là khoảng nhiệt độ thích hợp nhất cho năng suất cao mà không bị mất hoạt tính enzyme. Quá trình siêu lọc có thể thực hiện tốt ở nhiệt độ thấp (5 ºC).
Hiện nay, thật sự chưa có một phương pháp chuẩn nào thật sự có hiệu quả trong việc làm sạch enzyme. Do đó, việc làm sạch enzyme chỉ thật sự có hiệu quả khi ta biết lựa chọn các phương pháp riêng, kết hợp với nhau, tạo ra hệ thống phương pháp nổi tiếp nhau một cách hoài hòa nhất.