c. Đường kính mao dẫn
3.1.2. Bản chất của nguyên liệu a Protein
a. Protein
Protein là một trong những cấu tử thường gây ra hiện tượng tắc nghẽn mao dẫn membrane. Đó là do chúng có chứa một số nhóm chức kỵ nước và một số nhóm chức tích điện. Các nhóm chức này có thể tương tác hoặc kết hợp tạo phức với một số nhóm chức của membrane. Hơn nữa, với cấu hình không gian phức tạp, trong một số trường hợp, các phân tử protein có thể chui vào mao dẫn và làm tắc nghẽn dòng permeate.
Hình 3.3 : Ảnh hưởng nồng độ protein trong dòng nhập liệu đến lưu lượng của dòng permeate
Dựa vào đồ thị, ta thấy nồng độ protein tăng thì lưu lượng dòng permeate sẽ giảm do protein gây ra hiện tượng tắc nghẽn membrane.
b. Lipid
Với bản chất kỵ nước, lipid thường tạo ra một màng bao lên membrane được sản xuất từ những vật liệu kỵ nước như: polyvinylidene fluoride, polysulfone..., từ đó gây nên hiện tượng tắc nghẽn dòng permeate.Vì thế, để hạn chế sự tắc nghẽn dòng permeate, nguyên liệu đầu vào phải được tách béo trước.
c. Muối
Các muối trong dung dịch protein cũng là một trong những nguyên nhân gây tắc nghẽn dòng permeate. Chúng có thể kết tủa và bám trên thành ống mao dẫn do độ hòa tan kém hoặc tạo liên kết với các gốc tích điện của vật liệu membrane.
Môt số tác giả cho rằng, ion Ca2+ có thể đóng vai trò là cầu nối, liên kết một số nhóm chức giữa membrane và protein, từ đó làm giảm tốc độ dòng permeate. Để khắc phục tình trạng này, chúng ta có thể tách calci trước khi thực hiện quá trình siêu lọc. Các phương pháp tách calci là ly tâm, điện thẩm tích hoặc trao đổi ion.
d. Chất xơ
Các chất xơ có trong dung dịch protein cũng là một trong những nguyên nhân gây tắc nghẽn dòng permeate. Những chất xơ tan thì có thể theo dòng permeate đi qua màng nhưng còn những chất xơ không tan, có phân tử lượng lớn được giữ trên màng từ đó làm giảm tốc độ dòng permeate.
Hình 3.4 : Ảnh hưởng của chất xơ đến tốc độ dòng chảy trong diafiltration
Dựa vào đồ thị, ta thấy khi loại bớt một phần xơ trong nguyên liệu thì tốc độ dòng permeate được cải thiện. Việc loại bỏ xơ được thực hiện bằng cách cho dòng nhập liệu đi qua lọc trước khi vào hệ thống siêu lọc. Lưới lọc có kích thước lỗ khoảng 25µm để loại bớt một phần xơ không tan.
e. Khoáng
Các loại khoáng tan trong nước thì theo dòng permeate chui qua màng. Bên cạnh đó còn có các loại khoáng không tan hoặc có khả năng kết hợp với protein, liên kết nhóm chức của membrane với các protein làm giảm tốc độ dòng permeate.
f. pH
Nếu giá trị pH của nguyên liệu khảo sát gần bằng giá trị pI của một số cấu tử protein có trong nguyên liệu thì protein dễ bị đông tụ hoặc sự tắc nghẽn membrane
trong quá trình siêu lọc dễ xảy ra. Như vậy, chúng ta nên chọn giá trị pH cho mẫu cần phân riêng lệch xa điểm đẳng điện các protein có trong mẫu.
Hình 3.5: Tốc độ dòng permeate của dịch sữa đậu nành tại pH = 9
Hình 3.7: Ảnh hưởng của giá trị pH = 6 – 9 đến tốc độ dòng permeate của dịch sữa đậu nành
Trong đó Jo: tốc độ dòng permeate lúc đầu
J: tốc độ dòng permeate tại thời điểm khảo sát
Hình 3.8: Ảnh hưởng của pH đến trở lực của toàn hệ thống siêu lọc (kích thước mao quản 100kDa)
Dựa vào các hình trên, ta thấy tại pH = 6 tốc độ dòng permeate giảm nhanh hơn so với ở pH bằng 9. Khi giá trị pH giảm (9 → 7) thì tốc độ dòng permeate cũng giảm. Bên cạnh đó, tại pH = 6 thì trở lực tổng cao hơn rất nhiều so với tại pH bằng 9. Điều này chứng tỏ khi giá trị pH càng gần giá trị đẳng điện thì các protein dễ bị đông tụ và khả năng làm tắc nghẽn màng cũng cao hơn.