Способ ультрафильтрации биологической жидкости

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ТЕНИ Н МССР .А, Поппо 09 у,ИИ БИОчной пронным меГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт прикладной физики(56) Яерага 1 оп Ясепсе апд Те1983,18. М 3, р, 215-222,(54) СПОСОБ УЛЬТРАФИЛЬТРАЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относится к молмышленности, а именно к мембр Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к мембранным методам фильтрации молочной сыворотки.Цель изобретения - повышение производительности способа путем снижения закупорки пор мембран белковыми молекулами,Способ осуществляют следующим образом.Молочную сыворотку пропускают через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее переменного электрического тока в диапазоне частот 10 - 1,54 к 10 Гц.С целью увеличения динамического диапазона дипофоретической силы в область максимальной напряженности поля (область селективных мембран) вводят перфорированный диэлектрический материал.Использование электрического поля переменной полярности позволяет исключить электрофоретическую составля ющую (Рэ) из результирующей силы (Гр), действующей на(я)5 А 23 С 21/00, 7/00 тодам фильтрации молочной сыворотки. Цель изобретения - повышение производительности способа путем снижения закупорки пор мембран белковыми молекулами. Молочную сыворотку пропускают через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее переменного электрического тока в диапазоне частот 10 - 1,5"4 10 Гц. В области максимальной напряженности поля (область селективных мембран) можно вводить перфорированный диэлектрический материал для увеличения динамического диапазона диполофоретической силы. 1 з.п, ф-лы 3 табл,белковую молекулу, Действительно, при периодическом изменении полярности поля суммарная электрофоретическая сила, зависящая от направления поля, равна нулю. В этом случае силовое воздействие на белковые молекулы определяется только диполофоретической силой (Ед), не зависит от направления поля и направлено только в области меньшей напряженности поля, т.е. от мембран к центру рабочих камер ультрафильтрационной установки. В этом случае электрическое поле выталкивает белковые молекулы из области селективных мембран и таким образом препятствует закупорке их пор белками.В диапазоне частот 10 - 1,510 Гц скорость белковых молекул из области мембран и, следовательно, диполофоретическая сила максимальны,В указанном диапазоне частот полностью исключено явление электролиза воды и, следовательно, электрохимическое растворение электродов и соответствующиенежелательные изменения пищевых и биологическа свойств целевого продукта: белкового концентрата и фильтрата молочной сыворотки.Установлено, что движение белковых молекул от селективной мембраны начинается при напряжении между электродами 15 В, что соответствует средней напряженности поля у электродов (в этой области напряженность поля минимальна) не менее 800 В/м. Таким образом, указанное значение напряжения для заданной геометрии электродной системы и средней напряженности внешнего электрического поля являются пороговыми.Введение пористого диэлектрического материала в область селективных мембран позволяет существенно увеличить градиент напряженности электрического поля в области мембран (стянуть силовые линии поля в область перфорации) и тем самым расширить (увеличить) динамический диапазон диполофоретической силы выталкивания белковых молекул из области мембран в область меньшей напряженности поля,П р и м е р. Используют электрохимическую ячейку с плоскопараллельной системой электродов, между которыми располагают селективную мембрану.Электродную систему подключают к источнику питания с регулируемыми частотой и синусоидальным напряжением,Движение дисперсных частиц в проходящем свете под микроскопом наблюдаютпо наиболее крупной фракции сложных сывороточн ых белков (липопротеидов, гликопротеидов). Скорость движения белковрассчитывают по времени прохожденияими определенного расстояния по шкалеокулярной линейки. Напряжение на электродах изменяют в пределах 0-35 В, частотуполя - от 50 до 150 кГц.В диапазоне частот до 10 кГц скоростьдвижения белков от частоты поля не зависит, изменяется характер зависимости иимеет выраженный максимум при частоте50 кГц. При последующем увеличении частоты скорость движения белков уменьшается. Поскольку увеличение частоты полясвязано с усложнением источника питания,то с учетом вышесказанного увеличение частоты поля более 150 кГц экономически не 4целесообразно. В диапазоне частот 101,510 Гц явление электролиза не наблюдается, что констатируется по отсутствиюгазовыделения, 30 5 10 15 20 25 35 40 45 50 55 Зависимость скорости диполофоретического выталкивания белковых молекул иэ области селективной мембраны в зависимости от напряжения поля при фиксированной частоте представлена в табл. 1. Заметное движение белковых молекул начинается при напряжении питания (О) более 15 В. Это напряжение соответствует средней напряженности поля у электродовЕср. - 802,14 Ф 800 В/м,О 15 В18,7 10 где О - напряжение питания, В;- расстояние между электрорами (внашем случае 1 =18,7 мм = 18,710 м),В выбранной электродной системе напряженность поля у электродов соответствует минимальной напряженности поля в электродной системе (вследствие концентрации поля в области мембраны), Поэтому устанавливают минимальную напряженность внешнего электрического поля не менее 800 В/м, При увеличении напряжения до 22,5 В поле теряет синусоидальный характер вследствие малости электрического сопротивления сыворотки в межэлектродном пространстве, поэтому для изучения процесса при более высоких значениях напряжения питания было использовано дополнительное сопротивление в виде введенной в область селективной мембраны диэлектрической пластинки с перфорацией. Толщина пластинки д= 4 мм, диаметр перфорации ф = 2,5 мм, что соответствует оптимальной геометрии с точки зрения максимальной скорости диполофореза,Диапазон эон оптимальных диаметров отверстий в диэлектрической перегородке лежит в пределах 2,0-2,5 мм. Изменение скорости диполофоретического выталкивания белков из области селективной мембраны от напряжения питания при 1 = 100 кГц и наличии диэлектрической перегородки с перфорацией представлено в табл. 2.При введении пористого диэлектрика увеличение максимального напряжения питания в 1,22 раза (с 22,5 до 27,5 В) позволяет увеличить диполофоретическую скорость белков(а следовательно, и силу воздействия на них) в 43,1:20,5 = 2,1 раза.Мембрану накладывают на перфориро 0 анную диэлектрическую пластинку. При этом толщина пластинки ( д) существенно меньше расстояниямежду стенками (мембранами) камеры ультрафильтрационной1673020 Таблица 1 Таблица 2 Таблица 3 20 установки, в которой размещена пластинка(й).Расход пермеата через селективнуюмембрану при наложении электрическогополя и без него представлен в табл, 3. Формула изобретения 1, Способ ультрафильтрации биологической жидкости, предусматривающий пропускание биологической жидкости через селективные мембраны с одновременным воздействием на нее внешнего электрического поля, наложенного перпендикулярно направлению тангенциального потока жид Поле теряет синусоидальный характер. кости через мембраны, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности способа путем предотвращения закупорки пор мембран белковыми 5 молекулами, воздействие внешнего электрического поля осуществляют переменным эл 4 ектриче(ким током в диапазоне частот 10 -1,5 10 Гц, а в качестве биологической жидкости используют молочную сыворотку.10 2. Способ поп.1, отл ича ю щийсятем, что в область селективных мембран(область максимальной напряженности поля) вводят перфорированный диэлектрический материал,15