7.2. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE 7.2. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE PRIN MEMBRANE ÎN SEPARARE PRIN MEMBRANE ÎN

INDUSTRIA VINULUIINDUSTRIA VINULUI

7.2.1. ASPECTE GENERALE7.2.1. ASPECTE GENERALE

Vinificaţia modernă este o ramură importantă a Vinificaţia modernă este o ramură importantă a industriei alimentare ce se bazează pe cele mai noi industriei alimentare ce se bazează pe cele mai noi inovaţii ale ştiinţei şi tehnicii. Calea de la prelucrarea inovaţii ale ştiinţei şi tehnicii. Calea de la prelucrarea strugurilor până la obţinerea vinului este destul de strugurilor până la obţinerea vinului este destul de lungă şi e însoţită de numeroase operaţiuni, procedee lungă şi e însoţită de numeroase operaţiuni, procedee tehnice, care în ansamblu reprezintă tehnologia tehnice, care în ansamblu reprezintă tehnologia vinului-vinificaţia.vinului-vinificaţia.

În vinificaţie se disting două etape:În vinificaţie se disting două etape:

Vinificaţia primară Vinificaţia primară ce include prelucrarea ce include prelucrarea strugurilor (zdrobirea şi dezciorchinarea), obţinerea strugurilor (zdrobirea şi dezciorchinarea), obţinerea mustului şi a sedimentelor sale, fermentarea mustului mustului şi a sedimentelor sale, fermentarea mustului (fermentaţia "în alb"), sau a mustului împreună cu (fermentaţia "în alb"), sau a mustului împreună cu mustuiala (fermentaţia "în roşu"), presarea mustuielii, mustuiala (fermentaţia "în roşu"), presarea mustuielii, alcoolizarea în timpul sau după finisarea fermentării, alcoolizarea în timpul sau după finisarea fermentării, decantarea, limpezirea vinului. La vinificaţia primară decantarea, limpezirea vinului. La vinificaţia primară obţinem vin brut, care nu reprezintă produsul final. obţinem vin brut, care nu reprezintă produsul final. Pentru a obţine vinul este necesară trecerea printr-un Pentru a obţine vinul este necesară trecerea printr-un al doilea ciclu, al vinificaţiei secundare.al doilea ciclu, al vinificaţiei secundare.

Vinificaţia secundarăVinificaţia secundară constă în maturarea vinului, constă în maturarea vinului, însoţită de diverse metode de întreţinere (reumplere, însoţită de diverse metode de întreţinere (reumplere, pritocire), cupaj. pritocire), cupaj.

In momentul în care vinul a obţinut proprietăţile sale In momentul în care vinul a obţinut proprietăţile sale gustative, buchetul, limpezimea şi stabilitatea necesară, el este gustative, buchetul, limpezimea şi stabilitatea necesară, el este îmbuteliat în sticle. La vinurile de calitate superioară este îmbuteliat în sticle. La vinurile de calitate superioară este necesară o învechire a vinurilor până la 18 luni. necesară o învechire a vinurilor până la 18 luni.

Metodele moderne de fabricare a vinului implică în general Metodele moderne de fabricare a vinului implică în general procesarea minimă ceea ce impune filtrarea minimă. Dacă procesarea minimă ceea ce impune filtrarea minimă. Dacă totuşi filtrarea este utilizată este esenţial ca procesul să se totuşi filtrarea este utilizată este esenţial ca procesul să se desfăşoare în parametri astfel încât să nu afecteze calităţile desfăşoare în parametri astfel încât să nu afecteze calităţile vinului. În cele ce urmează vom prezenta o vedere de vinului. În cele ce urmează vom prezenta o vedere de ansamblu asupra filtrării. În orice soluţie particulele prezente ansamblu asupra filtrării. În orice soluţie particulele prezente au o serie de proprietăţi care afectează felul în care ele sunt au o serie de proprietăţi care afectează felul în care ele sunt reţinute pe o suprafaţă filtrantă. Cu cât particula este mai mică reţinute pe o suprafaţă filtrantă. Cu cât particula este mai mică cu atât mai dificilă este îndepărtarea ei din soluţia respectivă. cu atât mai dificilă este îndepărtarea ei din soluţia respectivă. O caracteristică importantă a particulelor în suspensie este O caracteristică importantă a particulelor în suspensie este distribuţia în funcţie de mărime.distribuţia în funcţie de mărime.

Majoritatea vinurilor roşii se autolimpezesc în Majoritatea vinurilor roşii se autolimpezesc în câteva luni, şi în mod normal nu necesită tratamente câteva luni, şi în mod normal nu necesită tratamente speciale pentru limpezire. Chiar şi atunci când speciale pentru limpezire. Chiar şi atunci când vinurile roşii nu sunt foarte limpezi, culoarea mai vinurile roşii nu sunt foarte limpezi, culoarea mai închisă ascunde micile defecte datorate turbidităţii. închisă ascunde micile defecte datorate turbidităţii. Vinurile albe şi roz sunt diferite. Aici orice lipsă de Vinurile albe şi roz sunt diferite. Aici orice lipsă de claritate va fi evidentă şi majoritatea vinurilor albe claritate va fi evidentă şi majoritatea vinurilor albe sau roz necesită unul sau mai multe tratamente sau roz necesită unul sau mai multe tratamente specifice în vederea limpeziri. specifice în vederea limpeziri.

Vinul tulbure este dificil de comercializat şi uneori Vinul tulbure este dificil de comercializat şi uneori obţinerea unui vin alb sau roz limpede fără a utiliza obţinerea unui vin alb sau roz limpede fără a utiliza vreo metodă de filtrare este dificilă. În consecinţă vreo metodă de filtrare este dificilă. În consecinţă practic toate vinurile albe sau roz produse în scop practic toate vinurile albe sau roz produse în scop comercial sun filtrate înainte de a fi îmbuteliate. comercial sun filtrate înainte de a fi îmbuteliate.

În ultimii 30 ani s-au înregistrat mari descoperiri în În ultimii 30 ani s-au înregistrat mari descoperiri în tehnologia filtrelor. Acum, o varietate de filtre sunt disponibile tehnologia filtrelor. Acum, o varietate de filtre sunt disponibile pentru înlăturarea microorganismelor şi aceste filtre pot pentru înlăturarea microorganismelor şi aceste filtre pot produce vin steril atunci când sunt utilizate corect. produce vin steril atunci când sunt utilizate corect.

Filtrele cu site moleculare pot înlătura culoarea şi alte Filtrele cu site moleculare pot înlătura culoarea şi alte molecule fenolice din vin. molecule fenolice din vin.

În decursul ultimilor ani filtrarea prin tehnici de membrană, În decursul ultimilor ani filtrarea prin tehnici de membrană, a fost dezvoltată special pentru industria vinului. Aceste a fost dezvoltată special pentru industria vinului. Aceste tehnici moderne de separare pot să înlăture selectiv acidul tehnici moderne de separare pot să înlăture selectiv acidul acetic şi alte molecule mici din vin. Echipamentul steril al acetic şi alte molecule mici din vin. Echipamentul steril al tehnicilor de separare prin membrane conferă fabricilor de vin tehnicilor de separare prin membrane conferă fabricilor de vin un mare avantaj. un mare avantaj.

Practic toate celulele de drojdie pot fi înlăturate din vin Practic toate celulele de drojdie pot fi înlăturate din vin printr-un procedeu simplu şi ieftin de filtrare. Vinurile dulci printr-un procedeu simplu şi ieftin de filtrare. Vinurile dulci pot fi îmbuteliate fără temerea că zahărul rezidual va începe pot fi îmbuteliate fără temerea că zahărul rezidual va începe să fermenteze, şi calitatea vinului nu suferă semnificativ atunci să fermenteze, şi calitatea vinului nu suferă semnificativ atunci când filtrarea este executată corespunzător. când filtrarea este executată corespunzător.

În trecut vinurile conţinând cantităţi excesive de În trecut vinurile conţinând cantităţi excesive de acid acetic erau dificil de manevrat. Deseori aceste acid acetic erau dificil de manevrat. Deseori aceste vinuri erau adăugate în cantităţi mici la fermentaţiile vinuri erau adăugate în cantităţi mici la fermentaţiile normale, sau vinurile acetice erau trimise la distilat normale, sau vinurile acetice erau trimise la distilat pentru a fi transformate în alcool. Acum acidul acetic pentru a fi transformate în alcool. Acum acidul acetic poate fi îndepărtat efectiv cu ajutorul osmozei poate fi îndepărtat efectiv cu ajutorul osmozei inverse, şi multe alte vinuri cu defecte pot fi salvate inverse, şi multe alte vinuri cu defecte pot fi salvate folosind tehnici de separare prin membrane. folosind tehnici de separare prin membrane.

În plus, noile tehnologii ce utilizează procese de În plus, noile tehnologii ce utilizează procese de separare prin membrane au redus semnificativ preţul separare prin membrane au redus semnificativ preţul de producţie al vinului şi calitatea vinurilor ieftine s-a de producţie al vinului şi calitatea vinurilor ieftine s-a îmbunătăţit semnificativ. îmbunătăţit semnificativ.

7.2.2. PROCESE DE MEMBRANĂ UTILIZATE ÎN 7.2.2. PROCESE DE MEMBRANĂ UTILIZATE ÎN INDUSTRIA VINULUIINDUSTRIA VINULUI

Procesele de membrană reprezintă o tehnică care permite Procesele de membrană reprezintă o tehnică care permite concentrarea şi separarea fără folosirea căldurii. Particulele concentrarea şi separarea fără folosirea căldurii. Particulele sunt separate pe baza formei moleculare şi greutăţii, folosind sunt separate pe baza formei moleculare şi greutăţii, folosind presiunea şi membrane semipermeabile special concepute.presiunea şi membrane semipermeabile special concepute.

Folosirea de noi metode de separare a fracţiilor Folosirea de noi metode de separare a fracţiilor existente în vin este unul din aspectele producerii de existente în vin este unul din aspectele producerii de vin aflat în dezvoltare. Printre aceste metode se vin aflat în dezvoltare. Printre aceste metode se numără osmoza inversă, microfiltrarea şi numără osmoza inversă, microfiltrarea şi ultrafiltrarea. ultrafiltrarea.

Fracţiile obţinute în urma aplicării acestor tehnici Fracţiile obţinute în urma aplicării acestor tehnici pot fi tratate în diverse moduri pentru a-şi schimba pot fi tratate în diverse moduri pentru a-şi schimba compoziţia.compoziţia.

Principiile folosite în cazul acestor metode nu Principiile folosite în cazul acestor metode nu diferă deloc faţă de principiile deja binecunoscute în diferă deloc faţă de principiile deja binecunoscute în fabricarea vinului.fabricarea vinului.

Aplicaţii mai noi ale acestor tehnici au loc în scopul Aplicaţii mai noi ale acestor tehnici au loc în scopul separării lichidului dintr-un lot dat de struguri în separării lichidului dintr-un lot dat de struguri în fracţii care au concentraţie mai mică sau mai mare fracţii care au concentraţie mai mică sau mai mare într-un anumit component.într-un anumit component.

Fig.7.25. Posibilităţi de separare a particulelor dispersate în vin sau în must în funcţie procesul de

separare.

7.2.3. APLICAŢII ALE OSMOZEI INVERSE ÎN 7.2.3. APLICAŢII ALE OSMOZEI INVERSE ÎN TEHNOLOGIA VINULUITEHNOLOGIA VINULUI

Osmoza inversă reprezintă un proces de separare cu Osmoza inversă reprezintă un proces de separare cu membrană sub acţiunea unui gradient de presiune în membrană sub acţiunea unui gradient de presiune în care membrana separă solventul (în general apa) de care membrana separă solventul (în general apa) de ceilalţi componenţi ai soluţiei (fig. 7.26). În cazul ceilalţi componenţi ai soluţiei (fig. 7.26). În cazul osmozei inverse porii membranei sau dimensiune osmozei inverse porii membranei sau dimensiune foarte mică permiţând doar particulelor cu masa foarte mică permiţând doar particulelor cu masa moleculară mică să treacă prin membrană. Este un moleculară mică să treacă prin membrană. Este un proces de concentrare ce foloseşte temperaturi sub proces de concentrare ce foloseşte temperaturi sub 404000 C, presiuni de 400 psi în cazul membranelor C, presiuni de 400 psi în cazul membranelor celulozice şi 70-80celulozice şi 70-8000C în cazul membranelor C în cazul membranelor compozite. compozite.

Fig. 7.26. Reprezentarea procesului de separare prin osmoză inversă.

Osmoza inversă este de fapt ultima variantă dintre Osmoza inversă este de fapt ultima variantă dintre celelalte procedee, binecunoscute dar adesea mai celelalte procedee, binecunoscute dar adesea mai puţin eficiente, deja consacrate în industria vinului. puţin eficiente, deja consacrate în industria vinului. Osmoza inversă este un tip de filtrare care diferă de Osmoza inversă este un tip de filtrare care diferă de celelalte tipuri de filtrare mai des folosite de către celelalte tipuri de filtrare mai des folosite de către fabricanţii de vinuri. Este caracterizată de presiunea fabricanţii de vinuri. Este caracterizată de presiunea mare (peste 4 KPa sau 600 Psi) pe suprafaţa foarte mare (peste 4 KPa sau 600 Psi) pe suprafaţa foarte selectivă a membranei. Această presiune de operare selectivă a membranei. Această presiune de operare foarte ridicată este necesară pentru a învinge foarte ridicată este necesară pentru a învinge presiunea osmotică ridicată a vinului supus filtrării.presiunea osmotică ridicată a vinului supus filtrării.

În acest proces, membranele selectate sunt atât de În acest proces, membranele selectate sunt atât de dense încât ar bloca complet o curgere normală. dense încât ar bloca complet o curgere normală. Pentru a preveni aceasta debite mari de produs sunt Pentru a preveni aceasta debite mari de produs sunt recirculate pe suprafaţa filtrului pentru a curăţa recirculate pe suprafaţa filtrului pentru a curăţa membrana şi preveni colmatarea ei. Acest tip de membrana şi preveni colmatarea ei. Acest tip de curgere este denumită curgere în curent încrucişat. curgere este denumită curgere în curent încrucişat.

Osmoza inversă diferă de asemeni prin faptul că filtratul Osmoza inversă diferă de asemeni prin faptul că filtratul (permeatul) care trece încet prin membrană are aspect apos şi (permeatul) care trece încet prin membrană are aspect apos şi nu conţine nici una din culorile sau gusturile vinului. nu conţine nici una din culorile sau gusturile vinului.

Proprietăţile specifice vinului sunt reţinute în faza nefiltrată Proprietăţile specifice vinului sunt reţinute în faza nefiltrată (retentat). Acest proces de separare este bazat pe tendinţa (retentat). Acest proces de separare este bazat pe tendinţa particulelor mici din vin de a trece printr-o membrană de particulelor mici din vin de a trece printr-o membrană de osmoză inversă diferenţial în funcţie de mărimea acestora. osmoză inversă diferenţial în funcţie de mărimea acestora. Compoziţia tipică a fluxului de permeat va depinde de Compoziţia tipică a fluxului de permeat va depinde de caracteristicile specifice ale membranei, de compoziţia vinului caracteristicile specifice ale membranei, de compoziţia vinului care va fi tratat şi procesat şi de condiţiile de lucru cum ar fi care va fi tratat şi procesat şi de condiţiile de lucru cum ar fi temperatura şi presiunea. temperatura şi presiunea.

Membranele folosite în vinificaţie au o greutate moleculară Membranele folosite în vinificaţie au o greutate moleculară nominală (M) de 100 daltoni. Acestea au fost alese special nominală (M) de 100 daltoni. Acestea au fost alese special datorită abilităţii lor de a permite trecerea numai a datorită abilităţii lor de a permite trecerea numai a componentelor ce se doresc a fi îndepărtate.componentelor ce se doresc a fi îndepărtate.

Apa este cea mai mică moleculă din vin cu masa Apa este cea mai mică moleculă din vin cu masa moleculară (M=18) şi traversează membrana repede. moleculară (M=18) şi traversează membrana repede. Alţi constituenţi cu mase moleculare mai mici de 100 Alţi constituenţi cu mase moleculare mai mici de 100 cum ar fi dioxidul de carbon (M=44), acetaldehida cum ar fi dioxidul de carbon (M=44), acetaldehida (M=44), etanol (M=46), acid acetic (M=60) şi acetat (M=44), etanol (M=46), acid acetic (M=60) şi acetat de etil (M=88) sunt trecute în permeat dar la de etil (M=88) sunt trecute în permeat dar la concentraţii mai scăzute decât cele din vin. Pentru concentraţii mai scăzute decât cele din vin. Pentru celelalte componente, doar mici cantităţi de acid celelalte componente, doar mici cantităţi de acid lactic (M=90) sunt trecute în permeat. Practic acidul lactic (M=90) sunt trecute în permeat. Practic acidul tartric cu (M=150) sau acidul malic (M=134) nu trec tartric cu (M=150) sau acidul malic (M=134) nu trec în permeat. Aproape toţi ceilalţi constituenţi printre în permeat. Aproape toţi ceilalţi constituenţi printre care se numără zaharuri, ioni, esteri, antociani şi alţi care se numără zaharuri, ioni, esteri, antociani şi alţi fenoli, nu trec prin membrană şi sunt reţinuţi în vin. fenoli, nu trec prin membrană şi sunt reţinuţi în vin. Aceste rezultate au fost verificate şi confirmate prin Aceste rezultate au fost verificate şi confirmate prin intermediul a numeroase analize. intermediul a numeroase analize.

Concentrarea vinului sau mustului. Concentrarea vinului sau mustului. Dacă fluxul de permeat este doar separat sau eliminat, Dacă fluxul de permeat este doar separat sau eliminat,

efectul care rezultă este concentrarea vinului. Acesta este o efectul care rezultă este concentrarea vinului. Acesta este o aplicaţie nerecombinatorie a tehnologiei osmozei inverse. aplicaţie nerecombinatorie a tehnologiei osmozei inverse. Folosind această îndepărtare selectivă a apei din sucul de Folosind această îndepărtare selectivă a apei din sucul de struguri se reduce volumul total odată cu reţinerea şi struguri se reduce volumul total odată cu reţinerea şi concentrarea tuturor celorlalţi componenţi: zaharuri, coloranţi, concentrarea tuturor celorlalţi componenţi: zaharuri, coloranţi, arome, taninuri şi acizi. arome, taninuri şi acizi.

Acesta reprezintă un proces ce trebuie utilizat acolo unde Acesta reprezintă un proces ce trebuie utilizat acolo unde viile au fost expuse unui mediu ploios, având astfel un efect viile au fost expuse unui mediu ploios, având astfel un efect devastator de diluare a proprietăţilor vinului. devastator de diluare a proprietăţilor vinului.

În ultimii ani, producătorii de vinuri de Europa, Statele În ultimii ani, producătorii de vinuri de Europa, Statele Unite ale Americii şi Australia au folosit acest proces pentru a Unite ale Americii şi Australia au folosit acest proces pentru a ameliora musturile şi vinurile care nu aveau compoziţia şi ameliora musturile şi vinurile care nu aveau compoziţia şi concentraţia cerută. concentraţia cerută.

Acest procedeu este o alternativă la alte tratamente Acest procedeu este o alternativă la alte tratamente care implică adiţia de componente străine strugurilor care implică adiţia de componente străine strugurilor sau surse de zahăr derivate din struguri cum ar fi sau surse de zahăr derivate din struguri cum ar fi concentratul de suc. Referitor la această problemă, concentratul de suc. Referitor la această problemă, concentrarea prin osmoză inversă este discutabil o concentrarea prin osmoză inversă este discutabil o metodă de producere a vinului mai naturală având în metodă de producere a vinului mai naturală având în vedere faptul că producătorii de vinuri trebuie să vedere faptul că producătorii de vinuri trebuie să sacrifice unele cantităţi de vin pentru a obţine sacrifice unele cantităţi de vin pentru a obţine calitatea dorită. calitatea dorită.

Atunci când este folosită în cazul vinului Atunci când este folosită în cazul vinului fermentat, rezultatele sunt similare cu cele obţinute în fermentat, rezultatele sunt similare cu cele obţinute în cazul concentrării sucului, dar fără creşterea nivelului cazul concentrării sucului, dar fără creşterea nivelului de alcool asociată cu procesul de concentrare a de alcool asociată cu procesul de concentrare a sucului înaintea fermentării.sucului înaintea fermentării.

Chiar si concentraţii minore cuprinse între 5-15% Chiar si concentraţii minore cuprinse între 5-15% pot avea un efect remarcabil asupra calităţii vinului. pot avea un efect remarcabil asupra calităţii vinului.

Separarea selectivă a componentelor din Separarea selectivă a componentelor din vin prin tehnici recombinatoriivin prin tehnici recombinatorii.. ..

Tehnica poate fi utilizată şi în cazul în care se Tehnica poate fi utilizată şi în cazul în care se doreşte separarea unui anumit component doreşte separarea unui anumit component având drept rezultat un vin de calitate având drept rezultat un vin de calitate superioară, fig. 7.27.superioară, fig. 7.27.

Fig. 7.27. Schema instalaţiei de separare prin tehnici recombinatorii (OI şi schimbători de ioni):

1 – recipient cu vin, 2 – pompă centrifugă, 3–modul OI, 4–membrană OI, 5–retentat, 6–permeat iniţial, 7– coloană schimbătoare de ioni, 8–permeat tratat.

Cea mai folosită aplicaţie a tehnicii recombinatorii prin Cea mai folosită aplicaţie a tehnicii recombinatorii prin osmoză inversă este eliminarea selectivă a acidităţii volatile osmoză inversă este eliminarea selectivă a acidităţii volatile din vin. În acest proces acidul acetic şi acetatul de etil sunt din vin. În acest proces acidul acetic şi acetatul de etil sunt semnificativ reduşi în timp ce elementele ce conferă vinului semnificativ reduşi în timp ce elementele ce conferă vinului savoare şi ceilalţi constituenţi rămân practic neschimbaţi. Încă savoare şi ceilalţi constituenţi rămân practic neschimbaţi. Încă din 1997, folosind această metodă, producătorii de vinuri, au din 1997, folosind această metodă, producătorii de vinuri, au tratat câteva sute de loturi de vin totalizând astfel milioane de tratat câteva sute de loturi de vin totalizând astfel milioane de litri tratate cu succes. litri tratate cu succes.

Acest proces implică două etape: mai întâi vinul este circulat Acest proces implică două etape: mai întâi vinul este circulat la presiune ridicată printr-o instalaţie de separare prin osmoză la presiune ridicată printr-o instalaţie de separare prin osmoză inversă pentru a crea un flux de permeat, care după cum a fost inversă pentru a crea un flux de permeat, care după cum a fost descris anterior, are aspectul apos şi conţine acidul acetic şi descris anterior, are aspectul apos şi conţine acidul acetic şi acetatul de etil ce se doresc a fi îndepărtate. Permeatul este acetatul de etil ce se doresc a fi îndepărtate. Permeatul este trecut apoi printr-o coloană cu schimbători de ioni unde acidul trecut apoi printr-o coloană cu schimbători de ioni unde acidul acetic (sub forma de acetat) este adsorbit de către răşina acetic (sub forma de acetat) este adsorbit de către răşina selectată înaintea amestecării acesteia cu restul de vin.selectată înaintea amestecării acesteia cu restul de vin.

Condiţiile din coloană promovează hidroliza Condiţiile din coloană promovează hidroliza acetatului de etil în alcool şi acid acetic, acest acetatului de etil în alcool şi acid acetic, acest acid acetic fiind asemenea adsorbit de către acid acetic fiind asemenea adsorbit de către răşină ca mai sus. Acest lucru permite vinului răşină ca mai sus. Acest lucru permite vinului cu toţi ceilalţi acizi, anioni, zaharuri, taninuri, cu toţi ceilalţi acizi, anioni, zaharuri, taninuri, arome şi coloranţi, să fie ferit de contactul cu arome şi coloranţi, să fie ferit de contactul cu răşina adsorbantă. Aromele nu pot fi adsorbite răşina adsorbantă. Aromele nu pot fi adsorbite sau contaminate şi nu există schimb ionic între sau contaminate şi nu există schimb ionic între răşină şi componenţii vinului din filtrat. Nimic răşină şi componenţii vinului din filtrat. Nimic nu este adăugat vinului iar volumul şi nu este adăugat vinului iar volumul şi conţinutul alcoolic nu sunt afectate. Procesul conţinutul alcoolic nu sunt afectate. Procesul continuă atât timp cât este necesar pentru a continuă atât timp cât este necesar pentru a îndepărta cantitatea cerută de aciditate volatilă. îndepărta cantitatea cerută de aciditate volatilă.

Ajustarea tăriei alcooliceAjustarea tăriei alcoolice Aceasta este bazată de asemenea pe tehnicile de Aceasta este bazată de asemenea pe tehnicile de

osmoză inversă unde permeatul este descris ca mai osmoză inversă unde permeatul este descris ca mai sus. În acest caz fluxul de permeat este separat şi sus. În acest caz fluxul de permeat este separat şi distilat. O fracţiune cu tărie alcoolică ridicată este distilat. O fracţiune cu tărie alcoolică ridicată este îndepărtată, iar fracţiunea săracă în alcool (apa) este îndepărtată, iar fracţiunea săracă în alcool (apa) este recombinată cu vinul. Acest lucru se concretizează în recombinată cu vinul. Acest lucru se concretizează în reducerea nivelului de alcool din vinul iniţial. În acest reducerea nivelului de alcool din vinul iniţial. În acest proces, vinul însuşi nu este distilat astfel nu se produc proces, vinul însuşi nu este distilat astfel nu se produc schimbări esenţiale componenţilor săi şi doar schimbări esenţiale componenţilor săi şi doar permeatul dezalcoolizat este readăugat. Este un circuit permeatul dezalcoolizat este readăugat. Este un circuit închis în care nu este adăugat vinului apa dinafară închis în care nu este adăugat vinului apa dinafară (fig. 7.28).(fig. 7.28).

În mod alternativ este posibilă recombinarea În mod alternativ este posibilă recombinarea fracţiunii bogate în alcool şi eliminarea permeatului fracţiunii bogate în alcool şi eliminarea permeatului dezalcoolizat.dezalcoolizat.

Fig. 7.28. Schema instalaţiei de ajustare a tăriei alcoolice prin tehnici recombinatorii (OI şi distilare):

1 – recipient cu vin, 2 – pompă centrifugă, 3–modul OI, 4–membrană OI, 5–retentat, 6–permeat iniţial, 7– coloană de

distilare, 8–schimbător de căldură, 9 – permeat dezalcoolizat, 10 – condensator, 11 – alcool concentrat.

Aceasta va avea ca şi efect creşterea Aceasta va avea ca şi efect creşterea nivelului de alcool din vin. Acest proces este nivelului de alcool din vin. Acest proces este puţin probabil să fie utilizat în ţara noastră puţin probabil să fie utilizat în ţara noastră unde în mod normal se obţine tărie alcoolic unde în mod normal se obţine tărie alcoolic suficientă şi uneori excesivă. Cu toate acestea suficientă şi uneori excesivă. Cu toate acestea aceasta poate fi o tehnică folositoare acolo aceasta poate fi o tehnică folositoare acolo unde nivelul alcoolic al vinului este scăzut. În unde nivelul alcoolic al vinului este scăzut. În regiunile reci, în anii mai slabi, această metodă regiunile reci, în anii mai slabi, această metodă poate fi folosită pentru obţinerea vinurilor cu poate fi folosită pentru obţinerea vinurilor cu tărie alcoolică ridicată, în locul adăugării de tărie alcoolică ridicată, în locul adăugării de sucuri concentrate de struguri, lucru care nu sucuri concentrate de struguri, lucru care nu este permis. este permis.

7.2.4. APLICAŢII ALE ULTRAFILTRĂRII ŞI 7.2.4. APLICAŢII ALE ULTRAFILTRĂRII ŞI MICROFILTRĂRII ÎN TEHNOLOGIA VINULUIMICROFILTRĂRII ÎN TEHNOLOGIA VINULUI

Prin ultrafiltrare tangenţială se pot reţine macromolecule ca Prin ultrafiltrare tangenţială se pot reţine macromolecule ca proteine sau polizaharide, iar prin microfiltrare pot fi separate proteine sau polizaharide, iar prin microfiltrare pot fi separate particule şi microorganisme.particule şi microorganisme.

Ultrafiltrarea Ultrafiltrarea are loc la presiuni de lucru cuprinse între are loc la presiuni de lucru cuprinse între 5÷10 bar, fiind reţinute particulele cu dimensiuni între 0,001 5÷10 bar, fiind reţinute particulele cu dimensiuni între 0,001 μm şi 1 μm, cu mase moleculare cuprinse între 500÷500000 μm şi 1 μm, cu mase moleculare cuprinse între 500÷500000 (virusuri, molecule de ADN, proteine, vitamine). Eficacitatea (virusuri, molecule de ADN, proteine, vitamine). Eficacitatea separării este în funcţie de: masa moleculară a separării este în funcţie de: masa moleculară a macromoleculelor; diametrul porilor; caracteristicile fizico - macromoleculelor; diametrul porilor; caracteristicile fizico - chimice ale membranelor; sarcină electrică a coloizilor; pH- ul chimice ale membranelor; sarcină electrică a coloizilor; pH- ul lichidului şi forţa ionică a acestuia, precum şi de prezenţa lichidului şi forţa ionică a acestuia, precum şi de prezenţa ionilor mono- şi bivalenţi în lichid; concentrarea şi ionilor mono- şi bivalenţi în lichid; concentrarea şi fracţionarea coloizilor mici aflaţi în lichidul de tratat.fracţionarea coloizilor mici aflaţi în lichidul de tratat.

Microfiltrarea Microfiltrarea are loc la presiune de lucru < 3 bar are loc la presiune de lucru < 3 bar şi în acest caz se reţin particulele în suspensie cu şi în acest caz se reţin particulele în suspensie cu dimensiuni între 0,1÷10 μm, inclusiv dimensiuni între 0,1÷10 μm, inclusiv microorganismele, fără a se afecta proprietăţile microorganismele, fără a se afecta proprietăţile chimice ale soluţiei de tratat. La microfiltrare se pot chimice ale soluţiei de tratat. La microfiltrare se pot întâlni 2 (două) cazuri tipice în raport cu dimensiunile întâlni 2 (două) cazuri tipice în raport cu dimensiunile porilor din membrana filtrantă şi anume:porilor din membrana filtrantă şi anume:

toate particulele sunt mai mari decât porii, în acest toate particulele sunt mai mari decât porii, în acest caz colmatarea membranei este rezultatul formării caz colmatarea membranei este rezultatul formării unui strat mai mult sau mai puţin gros de particule pe unui strat mai mult sau mai puţin gros de particule pe care presiunea transmembrană le blochează la care presiunea transmembrană le blochează la suprafaţa membranei, mai ales dacă curgerea suprafaţa membranei, mai ales dacă curgerea lichidului de tratat nu este tangenţială, colmatajul în lichidului de tratat nu este tangenţială, colmatajul în acest caz poate fi redus prin creşterea gradientului de acest caz poate fi redus prin creşterea gradientului de viteză medie, aport de energie turbulentă, creare de viteză medie, aport de energie turbulentă, creare de curenţi secundari;curenţi secundari;

anumite fracţii de particule din produsul de filtrat anumite fracţii de particule din produsul de filtrat sunt mai mici decât porii şi aceste particule fie că sunt mai mici decât porii şi aceste particule fie că traversează membrana, fie că se blochează în traversează membrana, fie că se blochează în interiorul membranei (pori). În acest caz efectul interiorul membranei (pori). În acest caz efectul curgerii tangenţiale asupra particulelor blocate în pori curgerii tangenţiale asupra particulelor blocate în pori este nul.este nul.

Cercetările efectuate în străinătate şi la noi în ţară Cercetările efectuate în străinătate şi la noi în ţară au demonstrat posibilitatea au demonstrat posibilitatea obţinerii de vinuri perfect obţinerii de vinuri perfect limpezi, lipsite de germeni şi sterile din punct de limpezi, lipsite de germeni şi sterile din punct de vedere microbiologic prin folosirea acestor tehnici de vedere microbiologic prin folosirea acestor tehnici de lucru. lucru.

Astfel, Sachs şi colab., au folosit un prototip al Astfel, Sachs şi colab., au folosit un prototip al filtrului,,Wine Procesor,, într-o experienţă cu trei filtrului,,Wine Procesor,, într-o experienţă cu trei vinuri şi au stabilit că prin această tehnică se pot vinuri şi au stabilit că prin această tehnică se pot limpezi într-o singură operaţie musturi şi vinuri cu un limpezi într-o singură operaţie musturi şi vinuri cu un grad ridicat de turbiditate şi cu filtrabilitate redusă. grad ridicat de turbiditate şi cu filtrabilitate redusă.

La noi în ţară, studiile întreprinse după 1985 au La noi în ţară, studiile întreprinse după 1985 au stabilit că prin condiţionarea vinurilor albe seci şi stabilit că prin condiţionarea vinurilor albe seci şi dulci cu ajutorul microfiltrării tangenţiale nu se dulci cu ajutorul microfiltrării tangenţiale nu se produc modificări importante ale compoziţiei fizico-produc modificări importante ale compoziţiei fizico-chimice, în schimb creşte stabilitatea lor biologică şi chimice, în schimb creşte stabilitatea lor biologică şi proteică. proteică.

Au înregistrat scăderi polifenolii cu proprietăţi de Au înregistrat scăderi polifenolii cu proprietăţi de taninuri (25%) şi extractul (2-3%) în schimb la taninuri (25%) şi extractul (2-3%) în schimb la cenuşă, aciditate totală, alcool, şi zahăr scăderile au cenuşă, aciditate totală, alcool, şi zahăr scăderile au fost nesemnificative. La vinurile roşii microfiltrarea fost nesemnificative. La vinurile roşii microfiltrarea tangenţială a produs modificări importante ale tangenţială a produs modificări importante ale compoziţiei fizico-chimice, îndeosebi a culorilor, compoziţiei fizico-chimice, îndeosebi a culorilor, ceea ce face ca filtrarea prin membrane cu pori atât de ceea ce face ca filtrarea prin membrane cu pori atât de mici să nu fie recomandabilă pentru vinurile roşii mici să nu fie recomandabilă pentru vinurile roşii extractive bogate în compuşi fenolici.extractive bogate în compuşi fenolici.

După cercetările făcute la Murfatlar microfiltrarea După cercetările făcute la Murfatlar microfiltrarea tangenţială reţine prin membrană: microorganismele tangenţială reţine prin membrană: microorganismele (100%), polifenolii totali (12-18%), azotul total (10-(100%), polifenolii totali (12-18%), azotul total (10-16%), antocianii la vinul roşu (8-14%), intensitatea 16%), antocianii la vinul roşu (8-14%), intensitatea colorantă (8-12%); membranele de 0,80 şi 0,45 colorantă (8-12%); membranele de 0,80 şi 0,45 microni au dat cele mai bune rezultate, realizând microni au dat cele mai bune rezultate, realizând debite suficient de bune pentru integrarea lor în debite suficient de bune pentru integrarea lor în schema tehnologică de condiţionare şi stabilizare. schema tehnologică de condiţionare şi stabilizare.

Totodată s-a stabilit că ultrafiltrarea tangenţială, Totodată s-a stabilit că ultrafiltrarea tangenţială, prin efectul ei de reţinere puternică a componentelor prin efectul ei de reţinere puternică a componentelor chimice ale vinului, creează dezechilibre mari în chimice ale vinului, creează dezechilibre mari în sistemul imunitar al vinului care nu reuşeşte să revină sistemul imunitar al vinului care nu reuşeşte să revină la forma iniţială chiar după o perioadă mai la forma iniţială chiar după o perioadă mai îndelungată de maturare şi ca atare nu poate fi îndelungată de maturare şi ca atare nu poate fi integrată în schema tehnologică de condiţionare şi integrată în schema tehnologică de condiţionare şi stabilizare a vinului.stabilizare a vinului.

În principiu În principiu utilizarea microfiltrării in oenologieutilizarea microfiltrării in oenologie poate poate substitui unele procedee clasice din tehnologia vinului, cum ar substitui unele procedee clasice din tehnologia vinului, cum ar fi pasteurizarea si filtrarea sterilizantă. Prin utilizarea fi pasteurizarea si filtrarea sterilizantă. Prin utilizarea membranelor de microfiltrare se pot obţine ambele rezultate membranelor de microfiltrare se pot obţine ambele rezultate printr-o singura operaţie. În afară de microorganisme, printr-o singura operaţie. În afară de microorganisme, membranele de microfiltrare reţin si particulele grosiere si o membranele de microfiltrare reţin si particulele grosiere si o parte din conţinutul de particule macromoleculare. Prin parte din conţinutul de particule macromoleculare. Prin reţinerea microorganismelor şi a unor substanţe reţinerea microorganismelor şi a unor substanţe macromoleculare cu dimensiuni mari se îmbunătăţeşte macromoleculare cu dimensiuni mari se îmbunătăţeşte stabilitatea biologică si fizico-chimică a vinurilor. S-a stabilitatea biologică si fizico-chimică a vinurilor. S-a constatat ca pentru microfiltrarea vinului prezintă importanţă constatat ca pentru microfiltrarea vinului prezintă importanţă membranele cu diametrul nominal al porilor de 1,2 mm, membranele cu diametrul nominal al porilor de 1,2 mm, pentru reţinerea levurilor, cu diametrul de 0,6mm, care reţin pentru reţinerea levurilor, cu diametrul de 0,6mm, care reţin total levurile si parţial bacteriile si cu diametrul de 0,4mm, total levurile si parţial bacteriile si cu diametrul de 0,4mm, pentru reţinerea totală atât a levurilor cât si a bacteriilor. pentru reţinerea totală atât a levurilor cât si a bacteriilor.

7.2.5. APLICAŢII ALE ELECTRODIALIZEI ÎN 7.2.5. APLICAŢII ALE ELECTRODIALIZEI ÎN TEHNOLOGIA VINULUITEHNOLOGIA VINULUI

Electrodializa nu trebuie sa afecteze integritatea calitativa a Electrodializa nu trebuie sa afecteze integritatea calitativa a vinului si nici constituenţii neionici ai vinului, respectiv sa nu vinului si nici constituenţii neionici ai vinului, respectiv sa nu antreneze modificări discrete ale echilibrului fizico – chimic al antreneze modificări discrete ale echilibrului fizico – chimic al vinului.vinului.

La selecţia membranelor de electrodializă utilizate în La selecţia membranelor de electrodializă utilizate în industria vinului, următoarele limite sunt necesare pentru industria vinului, următoarele limite sunt necesare pentru selectare:selectare:

diminuarea maximă a conţinutului de alcool să fie mai mic sau diminuarea maximă a conţinutului de alcool să fie mai mic sau egal cu 0,1%;egal cu 0,1%;

scăderea pH-ului sa fie mai mică de 0,25 unităţi; scăderea pH-ului sa fie mai mică de 0,25 unităţi; scăderea acidităţii volatile sa fie inferioară cu 0,09 g/l scăderea acidităţii volatile sa fie inferioară cu 0,09 g/l

exprimată ca (H2SO3).exprimată ca (H2SO3). Aceste criterii sunt, în principal, valabile pentru vinurile Aceste criterii sunt, în principal, valabile pentru vinurile

nestabile.nestabile.

In cazul unui vin roşu, electrodializa conduce, în principal, In cazul unui vin roşu, electrodializa conduce, în principal, la scăderea conţinutului de K+, acid tartric, Na+, mai puţin la scăderea conţinutului de K+, acid tartric, Na+, mai puţin Ca2+. Se modifică relativ puţin şi aciditatea totală, dar nu şi Ca2+. Se modifică relativ puţin şi aciditatea totală, dar nu şi aciditatea volatilă.aciditatea volatilă.

Prin electrodializă, având în vedere îndepărtarea unor Prin electrodializă, având în vedere îndepărtarea unor cationi si anioni, are loc si o scădere conductivităţii vinului.cationi si anioni, are loc si o scădere conductivităţii vinului.

Ceea ce este important din punct de vedere al calităţii Ceea ce este important din punct de vedere al calităţii

vinurilor, la electrodializă nu are loc o reducere a conţinutului vinurilor, la electrodializă nu are loc o reducere a conţinutului de polifenoli (antociani si taninuri), acizi aminaţi si compuşi de polifenoli (antociani si taninuri), acizi aminaţi si compuşi volatili.volatili.

Rezultă că electrodializa este un procedeu mai bun decât Rezultă că electrodializa este un procedeu mai bun decât tratamentul la frig al vinului, pe lângă bitartraţii de potasiu se tratamentul la frig al vinului, pe lângă bitartraţii de potasiu se elimina şi substanţe colorante de natură coloidală.elimina şi substanţe colorante de natură coloidală.

In consecinţă, electrodializa, în cazul stabilizării tartrice a In consecinţă, electrodializa, în cazul stabilizării tartrice a vinurilor, prezintă următoarele avantaje:vinurilor, prezintă următoarele avantaje:

prin electrodializă este posibil să nu se folosească prin electrodializă este posibil să nu se folosească tratamentul prin frig urmat de filtrare (precipitarea tratamentul prin frig urmat de filtrare (precipitarea bitartratului fiind cu atât mai eficientă la scăderea bitartratului fiind cu atât mai eficientă la scăderea temperaturii vinului cu cât vinul este mai bine temperaturii vinului cu cât vinul este mai bine clarificat, dar filtrările, mai ales cele repetate, clarificat, dar filtrările, mai ales cele repetate, influenţează într-o oarecare măsură buchetul vinului);influenţează într-o oarecare măsură buchetul vinului);

electrodializa păstrează structura coloidală a vinului, electrodializa păstrează structura coloidală a vinului, dar există totuşi pericolul precipitării substanţelor dar există totuşi pericolul precipitării substanţelor colorante;colorante;

la aplicarea electrodializei se fac economii de aditivi la aplicarea electrodializei se fac economii de aditivi de filtrare, nu mai este necesară însămânţarea cu de filtrare, nu mai este necesară însămânţarea cu crema de tartru şi nu este necesar să se folosească crema de tartru şi nu este necesar să se folosească acidul metatartric;acidul metatartric;

costurile energetice ale stabilizării tartrice prin costurile energetice ale stabilizării tartrice prin electrodializă sunt reduse ( 0,5 – 1,0 KWh/mc electrodializă sunt reduse ( 0,5 – 1,0 KWh/mc devin tratat ) şi acestea se referă la costurile de devin tratat ) şi acestea se referă la costurile de pompaj, aceasta înseamnă că stabilizarea pompaj, aceasta înseamnă că stabilizarea tartrică prin electrodializă este de două ori mai tartrică prin electrodializă este de două ori mai ieftină decât cea prin tratament cu frig;ieftină decât cea prin tratament cu frig;

manopera este mai ieftină, datorită faptului că manopera este mai ieftină, datorită faptului că electrodializa poate fi automatizată.electrodializa poate fi automatizată.

7.3. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE 7.3. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE PRIN MEMBRANE ÎN INDUSTRIA SEPARARE PRIN MEMBRANE ÎN INDUSTRIA

SUCURILOR DE FRUCTE ŞI LEGUMESUCURILOR DE FRUCTE ŞI LEGUME

Aplicaţii ale UF în industria sucurilor de fructeAplicaţii ale UF în industria sucurilor de fructe

Clarificarea sucurilor de fructe de presă prin UFClarificarea sucurilor de fructe de presă prin UF se se realizează realizează după încălzirea la 110°C şi răcire la 58°C după încălzirea la 110°C şi răcire la 58°C sau după pasteurizare, răcire şi depectinizare cu sau după pasteurizare, răcire şi depectinizare cu enzime pectolitice. enzime pectolitice.

La ultrafiltrare este reţinută în retentat (care se La ultrafiltrare este reţinută în retentat (care se înlătură) şi polifenoloxidaza, care produce înlătură) şi polifenoloxidaza, care produce îmbrunarea, precum şi microorganismele, putându-se îmbrunarea, precum şi microorganismele, putându-se deci să se facă ambalarea aseptică fără o prealabilă deci să se facă ambalarea aseptică fără o prealabilă pasteurizare a permeatului (sucului ultrafiltrat). pasteurizare a permeatului (sucului ultrafiltrat).

Avantajele folosirii ultrafiltrării în cazul sucurilor Avantajele folosirii ultrafiltrării în cazul sucurilor sunt următoarele: sunt următoarele:

se recuperează 95-98% suc faţă de 90-93% cât se se recuperează 95-98% suc faţă de 90-93% cât se recuperează la metoda tradiţională; recuperează la metoda tradiţională;

procesul poate fi mecanizat-automatizat; procesul poate fi mecanizat-automatizat; cantitatea de enzime pectolitice se reduce cu 50%; cantitatea de enzime pectolitice se reduce cu 50%; se reduc consumurile energetice şi forţa de muncă; se reduc consumurile energetice şi forţa de muncă; se elimină o parte din utilajele utilizate în tehnologia se elimină o parte din utilajele utilizate în tehnologia

clasică.clasică.

Aplicaţii ale ED în industria sucurilor de fructeAplicaţii ale ED în industria sucurilor de fructe

În tehnologia de obţinere a sucurilor de fructe, În tehnologia de obţinere a sucurilor de fructe, electrodializa se aplică la:electrodializa se aplică la:

dezacidifierea sucurilor de citrice şi, respectiv, dezacidifierea sucurilor de citrice şi, respectiv, acidifierea sucurilor de mere dulci;acidifierea sucurilor de mere dulci;

demineralizarea în vederea recuperării zaharurilor din demineralizarea în vederea recuperării zaharurilor din sucul de ananas;sucul de ananas;

detartrarea-desulfitarea şi eliminarea casei ferice în detartrarea-desulfitarea şi eliminarea casei ferice în cazul sucurilor de struguri.cazul sucurilor de struguri.

La electrodializa sucurilor de portocale, la un curent La electrodializa sucurilor de portocale, la un curent de 15 – 100 mA/cmde 15 – 100 mA/cm22 s-a constatat o diminuare a s-a constatat o diminuare a conţinutului de acid citric, fără a se înregistra pierderi conţinutului de acid citric, fără a se înregistra pierderi de aminoacizi, acid ascorbic şi alte substanţe care ar de aminoacizi, acid ascorbic şi alte substanţe care ar putea diminua valoarea nutritivă a sucului. Aciditatea putea diminua valoarea nutritivă a sucului. Aciditatea totala a sucului de portocale electrodializat a scăzut totala a sucului de portocale electrodializat a scăzut cu 5 %.cu 5 %.

Aplicaţii ale OI în industria sucurilor de fructe şi legumeAplicaţii ale OI în industria sucurilor de fructe şi legume Pot fi concentrate prin osmoză inversă şi o serie de sucuri de Pot fi concentrate prin osmoză inversă şi o serie de sucuri de

fructe (mere,ananas, portocale, grapefruit, lămâi, prune, etc.), fructe (mere,ananas, portocale, grapefruit, lămâi, prune, etc.), precum şi de legume (morcovi, roşii, sfeclă, etc.), caz în care precum şi de legume (morcovi, roşii, sfeclă, etc.), caz în care calitatea acestora este net superioară faţă de sucurile obţinute calitatea acestora este net superioară faţă de sucurile obţinute prin concentrare termică, deoarece se păstrează compuşii de prin concentrare termică, deoarece se păstrează compuşii de aromă termostabili precum şi vitaminele. aromă termostabili precum şi vitaminele.

O aplicaţie interesantă a osmozei inverse este cea de O aplicaţie interesantă a osmozei inverse este cea de concentrare a sucului de roşii. Având în vedere că factorul concentrare a sucului de roşii. Având în vedere că factorul limitativ pentru a atinge un flux rezonabil este concentraţia, s-limitativ pentru a atinge un flux rezonabil este concentraţia, s-a considerat ca optimă, soluţia de a elimina prin osmoză a considerat ca optimă, soluţia de a elimina prin osmoză inversă 50% din apă, iar restul să fie eliminat prin evaporare inversă 50% din apă, iar restul să fie eliminat prin evaporare clasică.clasică.

S-au testat diverse membrane: acetat de celuloză, ceramică, S-au testat diverse membrane: acetat de celuloză, ceramică, oxid de zirconiu, acid poliacrilic.oxid de zirconiu, acid poliacrilic.

Având în vedere avantajele ce ar rezulta din Având în vedere avantajele ce ar rezulta din tratarea la cald a sucului de roşii s-a folosit o tratarea la cald a sucului de roşii s-a folosit o membrană din poliamidă aromatică sub forma membrană din poliamidă aromatică sub forma de tuburi cu lungimea de 3.660 mm, aria 2,6 de tuburi cu lungimea de 3.660 mm, aria 2,6 mm22/ modul. Sucul de roşii a avut temperatura / modul. Sucul de roşii a avut temperatura de 93°C şi concentraţia 3,6 - 6,1 % s.u. de 93°C şi concentraţia 3,6 - 6,1 % s.u.

S-au realizat două stadii de separare prin S-au realizat două stadii de separare prin osmoză inversă, fiecare stadiu fiind efectuat în osmoză inversă, fiecare stadiu fiind efectuat în trei module de osmoză inversă legate în trei module de osmoză inversă legate în paralel. Presiunea de lucru a fost de 40 bar. paralel. Presiunea de lucru a fost de 40 bar. Substanţa uscată reţinută în retentat a variat Substanţa uscată reţinută în retentat a variat între 94 - 98 % din substanţa uscată iniţială.între 94 - 98 % din substanţa uscată iniţială.

7.4 APLICAŢII ALE PROCESELOR DE 7.4 APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE PRIN MEMBRANE LA SEPARARE PRIN MEMBRANE LA OBŢINEREA PREPARATELOR ENZIMATICEOBŢINEREA PREPARATELOR ENZIMATICE

La ora actuală, principalele aplicaţii ale proceselor La ora actuală, principalele aplicaţii ale proceselor de separare prin membrane în biotehnologie se referă de separare prin membrane în biotehnologie se referă la:la:

Separarea şi recircularea celulelor din mediile de Separarea şi recircularea celulelor din mediile de cultură. Este o alternativa mai eficientă a separării cultură. Este o alternativa mai eficientă a separării prin centrifugare, atât calitativă cât şi din punct de prin centrifugare, atât calitativă cât şi din punct de vedere al costurilor energetice. De asemenea, în unele vedere al costurilor energetice. De asemenea, în unele cazuri permite recircularea celulelor în procesele de cazuri permite recircularea celulelor în procesele de fermentaţie, sporind productivitatea; fermentaţie, sporind productivitatea;

Separarea culturilor microbiene de substratul de Separarea culturilor microbiene de substratul de fermentaţie;fermentaţie;

Purificarea, stabilizarea şi recircularea substratului de Purificarea, stabilizarea şi recircularea substratului de fermentaţie; fermentaţie;

Separarea, fracţionarea şi purificarea enzimelor de extracţie Separarea, fracţionarea şi purificarea enzimelor de extracţie din ţesuturi vegetale şi animale;din ţesuturi vegetale şi animale;

Sistem cross-flow pentru separarea lichidului enzimatic cu Sistem cross-flow pentru separarea lichidului enzimatic cu recircularea retentatului în bioreactoare;recircularea retentatului în bioreactoare;

Stabilizare-concentrare extracte enzimatice; Stabilizare-concentrare extracte enzimatice; Obţinerea de enzime imobilizate (imobilizarea de enzime pe Obţinerea de enzime imobilizate (imobilizarea de enzime pe

membrane de UF pentru bioreactoare, imobilizarea celulelor membrane de UF pentru bioreactoare, imobilizarea celulelor microbiene pe membrane de MF şi UF în urma fracţionării pe microbiene pe membrane de MF şi UF în urma fracţionării pe baza valorii cut-off);baza valorii cut-off);

Îndepărtarea resturilor de celule din procesele de sinteză a Îndepărtarea resturilor de celule din procesele de sinteză a unor proteine;unor proteine;

Separarea corpurilor de incluziune;Separarea corpurilor de incluziune; Concentrarea şi îndepărtarea virusurilor.Concentrarea şi îndepărtarea virusurilor.

Adsorbţia preferenţiala a unor proteine din amestecuri Adsorbţia preferenţiala a unor proteine din amestecuri proteice. Procesul are la baza trecerea soluţiilor proteice peste proteice. Procesul are la baza trecerea soluţiilor proteice peste o membrana ce conţine în structura sa un ligand ce adsoarbe o membrana ce conţine în structura sa un ligand ce adsoarbe preferenţial doar anumite proteine din amestecul supus preferenţial doar anumite proteine din amestecul supus separării.separării.

Mediile de biosinteză se concentrează prin operaţii specifice Mediile de biosinteză se concentrează prin operaţii specifice industriei chimice, cu deosebirea că este necesară protejarea industriei chimice, cu deosebirea că este necesară protejarea lichidelor biologice datorită permeabilităţii acestora. Se lichidelor biologice datorită permeabilităţii acestora. Se utilizează adeseori evaporarea în vacuum, care permite utilizează adeseori evaporarea în vacuum, care permite efectuarea operaţiei la temperaturi relativ scăzute (25-50ºC).efectuarea operaţiei la temperaturi relativ scăzute (25-50ºC).

În ultimul timp se practică cu succes procedeele de În ultimul timp se practică cu succes procedeele de concentrare atermică, ultrafiltrarea şi osmoza inversă.concentrare atermică, ultrafiltrarea şi osmoza inversă.

Ultrafiltrarea reprezintă procesul de separare a Ultrafiltrarea reprezintă procesul de separare a componentelor unei soluţii datorită diferenţelor de volum componentelor unei soluţii datorită diferenţelor de volum molecular cu ajutorul unei membrane. Ultrafiltrarea este un molecular cu ajutorul unei membrane. Ultrafiltrarea este un procedeu de separare şi purificare a substanţelor biologic procedeu de separare şi purificare a substanţelor biologic active, având următoarele avantaje:active, având următoarele avantaje:

permite efectuarea concentrării la temperaturi scăzute permite efectuarea concentrării la temperaturi scăzute micşorând fenomenele de autodigerare şi pierderile în micşorând fenomenele de autodigerare şi pierderile în activitate prin denaturare termică;activitate prin denaturare termică;

nu necesită modificări de fază (evaporări, nu necesită modificări de fază (evaporări, condensări);condensări);

nu utilizează substanţe chimice;nu utilizează substanţe chimice; permite purificarea soluţiilor biologic active prin permite purificarea soluţiilor biologic active prin

îndepărtarea unor componente cu volum molecular îndepărtarea unor componente cu volum molecular inferior.inferior.

Cercetările privind introducerea proceselor cu Cercetările privind introducerea proceselor cu membrane urmăresc, în general, stabilirea membrane urmăresc, în general, stabilirea posibilităţilor de utilizare eficientă a unor tipuri de posibilităţilor de utilizare eficientă a unor tipuri de membrane la concentrarea şi purificarea produselor membrane la concentrarea şi purificarea produselor biologic active, în cadrul elaborării tehnologiilor de biologic active, în cadrul elaborării tehnologiilor de obţinere a acestora.obţinere a acestora.

7.5. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE 7.5. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE PRIN MEMBRANE ÎN INDUSTRIA FARMACEUTICĂPRIN MEMBRANE ÎN INDUSTRIA FARMACEUTICĂ

Procesele membranare şi-au găsit o aplicaţie largă în Procesele membranare şi-au găsit o aplicaţie largă în domeniul biotehnologiilor datorita posibilităţii de separare si domeniul biotehnologiilor datorita posibilităţii de separare si concentrare eficienta a compuşilor termolabili (proteine, concentrare eficienta a compuşilor termolabili (proteine, vitamine, enzime, celule microbiene, principii active, vitamine, enzime, celule microbiene, principii active, antibiotice etc).antibiotice etc).

Tehnicile membranare care operează la temperatura Tehnicile membranare care operează la temperatura mediului ambiant, fără a produce modificări de fază, se impun mediului ambiant, fără a produce modificări de fază, se impun in industria farmaceutică ca alternativă la tehnicile clasice de in industria farmaceutică ca alternativă la tehnicile clasice de prelucrare a diferitelor soluţii ce conţin substanţe cu prelucrare a diferitelor soluţii ce conţin substanţe cu importanţă farmacologică, conduc la obţinerea unor compuşi importanţă farmacologică, conduc la obţinerea unor compuşi cu puritate avansată, având un conţinut de substanţe active mai cu puritate avansată, având un conţinut de substanţe active mai mare decât al produselor obţinute prin tehnologii clasice, în mare decât al produselor obţinute prin tehnologii clasice, în condiţii economice mult mai bune. condiţii economice mult mai bune.

Separarea şi concentrarea compuşilor biologic activi din Separarea şi concentrarea compuşilor biologic activi din extracte vegetale.extracte vegetale.

Obţinerea principiilor active din produsele vegetale se Obţinerea principiilor active din produsele vegetale se realizează în urma unei succesiuni de etape, care, pe lângă realizează în urma unei succesiuni de etape, care, pe lângă faptul că sunt destul de laborioase şi costisitoare, prezintă şi faptul că sunt destul de laborioase şi costisitoare, prezintă şi dezavantajul că nu asigură menţinerea tuturor proprietăţilor dezavantajul că nu asigură menţinerea tuturor proprietăţilor active ale materiilor prelucrate. active ale materiilor prelucrate.

Este cunoscut faptul că principiile active din plante sunt în Este cunoscut faptul că principiile active din plante sunt în cele mai multe cazuri substanţe termolabile şi fotosensibile, cele mai multe cazuri substanţe termolabile şi fotosensibile, care în condiţiile unor prelucrări clasice îşi pierd parţial sau care în condiţiile unor prelucrări clasice îşi pierd parţial sau total acţiunea fitoterapeutică. De aceea la realizarea total acţiunea fitoterapeutică. De aceea la realizarea preparatelor farmaceutice pe bază de principii active naturale preparatelor farmaceutice pe bază de principii active naturale un rol esenţial îl are selectarea acelei metode de prelucrare un rol esenţial îl are selectarea acelei metode de prelucrare care provoacă cele mai mici degradări ale proprietăţilor care provoacă cele mai mici degradări ale proprietăţilor substanţei studiate. substanţei studiate.

Ca urmare a apariţiei şi dezvoltării ştiinţei Ca urmare a apariţiei şi dezvoltării ştiinţei membranelor, tehnicile membranare care operează la membranelor, tehnicile membranare care operează la temperatura mediului ambiant, fără a produce temperatura mediului ambiant, fără a produce modificări de fază, se impun ca alternativă la tehnicile modificări de fază, se impun ca alternativă la tehnicile clasice de prelucrare a extractelor vegetale, clasice de prelucrare a extractelor vegetale, conducând la obţinerea unor compuşi cu puritate conducând la obţinerea unor compuşi cu puritate avansată, având un conţinut de substanţe active mai avansată, având un conţinut de substanţe active mai mare decât al produselor obţinute prin tehnologii mare decât al produselor obţinute prin tehnologii clasice, în condiţii economice mult mai bune.clasice, în condiţii economice mult mai bune.

Astfel, prin microfiltrare sunt reţinute substanţele Astfel, prin microfiltrare sunt reţinute substanţele de balast din extractele vegetale (cu dimensiuni de de balast din extractele vegetale (cu dimensiuni de peste 0,1μm), iar compuşii chimici care reprezintă peste 0,1μm), iar compuşii chimici care reprezintă principiile biologic active, datorită mărimii principiile biologic active, datorită mărimii moleculelor lor (de ordinul 100 – 10.000 Da) sunt moleculelor lor (de ordinul 100 – 10.000 Da) sunt separaţi şi concentraţi prin ultrafiltrare şi osmoză separaţi şi concentraţi prin ultrafiltrare şi osmoză inversă. inversă.

7.6. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE 7.6. APLICAŢII ALE PROCESELOR DE SEPARARE PRIN MEMBRANE IN TRATAREA ŞI EPURAREA PRIN MEMBRANE IN TRATAREA ŞI EPURAREA

APELORAPELOR

În ultimii 50 de ani, membranele semipermeabile şi În ultimii 50 de ani, membranele semipermeabile şi procedeele de membrane au cunoscut o dezvoltare procedeele de membrane au cunoscut o dezvoltare spectaculoasă şi au fost aplicate în foarte multe domenii, spectaculoasă şi au fost aplicate în foarte multe domenii, dintre cele mai diverse. Membranele semipermeabile sunt dintre cele mai diverse. Membranele semipermeabile sunt definite ca filme subţiri care permit separarea a două faze, definite ca filme subţiri care permit separarea a două faze, bazată pe diferenţa de proprietăţi fizice sau chimice, atunci bazată pe diferenţa de proprietăţi fizice sau chimice, atunci când se aplică o diferenţă de potenţial.când se aplică o diferenţă de potenţial.

Procedeele de membrană aplicate în domeniul tratării apelor Procedeele de membrană aplicate în domeniul tratării apelor sunt: microfiltrarea (MF), ultrafiltrarea (UF), osmoza inversă sunt: microfiltrarea (MF), ultrafiltrarea (UF), osmoza inversă (OI), nanofiltrarea (NF) şi electrodializa (ED). Aceste (OI), nanofiltrarea (NF) şi electrodializa (ED). Aceste procedee permit trecerea apei (permeat) şi separarea procedee permit trecerea apei (permeat) şi separarea compuşilor poluanţi cum ar fi: solidele în suspensie şi coloizii, compuşilor poluanţi cum ar fi: solidele în suspensie şi coloizii, microalgele, bacteriile, viruşii, compuşii organici dizolvaţi microalgele, bacteriile, viruşii, compuşii organici dizolvaţi (acizi humici, proteine, polizaharide, compuşi organici (acizi humici, proteine, polizaharide, compuşi organici nebiodegradabili), compuşi anorganici dizolvaţi (ioni divalenţi nebiodegradabili), compuşi anorganici dizolvaţi (ioni divalenţi şi monovalenţi).şi monovalenţi).

În domeniul tratării apelor, primele aplicaţii au fost osmoza În domeniul tratării apelor, primele aplicaţii au fost osmoza inversă (1955) şi electrodializa (1960) pentru desalinizarea inversă (1955) şi electrodializa (1960) pentru desalinizarea apei de mare. Celelalte procedee au căpătat o importanţă apei de mare. Celelalte procedee au căpătat o importanţă crescândă, atât pentru obţinerea apei potabile , cât şi pentru crescândă, atât pentru obţinerea apei potabile , cât şi pentru epurarea avansată a apelor uzate municipale şi industriale, în epurarea avansată a apelor uzate municipale şi industriale, în scopul recirculării apei sau a reducerii volumului de ape uzate scopul recirculării apei sau a reducerii volumului de ape uzate prin concentrare/separare.prin concentrare/separare.

Osmoza inversă este întâlnită oriunde este nevoie Osmoza inversă este întâlnită oriunde este nevoie de apă pură:de apă pură:

apă potabilăapă potabilă producerea gheţii;producerea gheţii; recuperarea apei folosite în spălătoriile auto;recuperarea apei folosite în spălătoriile auto; recuperarea apei menanjere;recuperarea apei menanjere; aplicaţii biomedicale;aplicaţii biomedicale; aplicaţii de laborator;aplicaţii de laborator; fotografie;fotografie; industria farmaceutică;industria farmaceutică; reciclarea apelor industriale;reciclarea apelor industriale; industria cosmetică; industria cosmetică;

hrana animalelor;hrana animalelor; incubatoare, centre de puiet; incubatoare, centre de puiet; restaurante; restaurante; sere;sere; hemodializă;hemodializă; purificarea ape reziduale;purificarea ape reziduale; ape folosite în centrale termice;ape folosite în centrale termice; producţia de semiconductori;producţia de semiconductori; industria bateriilor electrice. industria bateriilor electrice.

Fig. 7.32. Instalaţie de osmoză inversă.

Prin metoda osmozei inverse se pot elimina şi Prin metoda osmozei inverse se pot elimina şi recupera din amestec substanţe dizolvate cu greutate recupera din amestec substanţe dizolvate cu greutate moleculară mică (zahăr, săruri, acizi). Metoda se moleculară mică (zahăr, săruri, acizi). Metoda se bazează pe faptul că la o presiune mai înaltă decât cea bazează pe faptul că la o presiune mai înaltă decât cea osmotică (de echilibru) are loc transportarea osmotică (de echilibru) are loc transportarea dizolvantului prin membrană în direcţie inversă dizolvantului prin membrană în direcţie inversă (comparativ cu procesul de osmoză obişnuit), de la (comparativ cu procesul de osmoză obişnuit), de la soluţie la solventul pur. De obicei presiunea este de 2-soluţie la solventul pur. De obicei presiunea este de 2-10 MPa. Selectivitatea înaltă, apropiată de cea 10 MPa. Selectivitatea înaltă, apropiată de cea teoretic posibilă şi costul relativ scăzut ai filtrelor pe teoretic posibilă şi costul relativ scăzut ai filtrelor pe bază de fire de celuloză fac posibilă concentrarea bază de fire de celuloză fac posibilă concentrarea apelor reziduale până la volume care permit apelor reziduale până la volume care permit evaporarea în instalaţii de evaporate.evaporarea în instalaţii de evaporate.

Alături de membranele folosite în osmoza inversă, Alături de membranele folosite în osmoza inversă, o largă aplicare au membranele schimbătoare de ioni o largă aplicare au membranele schimbătoare de ioni utilizate în electrodializă. Această metodă se foloseşte utilizate în electrodializă. Această metodă se foloseşte pentru purificarea apelor reziduale care conţin săruri pentru purificarea apelor reziduale care conţin săruri ale acizilor şi bazelor. Ca rezultat se obţin acizi şi ale acizilor şi bazelor. Ca rezultat se obţin acizi şi baze separat.baze separat.

Ca şi în cazul osmozei inverse apa reziduală Ca şi în cazul osmozei inverse apa reziduală trebuie sa fie purificată în prealabil de particulele în trebuie sa fie purificată în prealabil de particulele în suspensie şi de cele coloidale.suspensie şi de cele coloidale.

7.6.4. APLICAŢII ALE ED7.6.4. APLICAŢII ALE ED Electrodializa constituie un proces de separare prin Electrodializa constituie un proces de separare prin

membrane cu permeabilitate selectivă la anioni, membrane cu permeabilitate selectivă la anioni, respectiv la cationi, deplasarea acestora realizându-se respectiv la cationi, deplasarea acestora realizându-se sub acţiunea unui câmp electric ca în procesul de sub acţiunea unui câmp electric ca în procesul de electroliză.electroliză.

Prin acest procedeu se realizează separarea ionilor Prin acest procedeu se realizează separarea ionilor monovalenţi sau divalenţi din apă, prin trecerea acesteia prin monovalenţi sau divalenţi din apă, prin trecerea acesteia prin membrane semipermeabile schimbătoare de ioni, sub acţiunea membrane semipermeabile schimbătoare de ioni, sub acţiunea unui câmp electric. Îndepărtarea prealabilă a solidelor în unui câmp electric. Îndepărtarea prealabilă a solidelor în suspensie şi a compuşilor organici dizolvaţi este obligatorie în suspensie şi a compuşilor organici dizolvaţi este obligatorie în cazul electrodializei.cazul electrodializei.

Principala aplicaţie a ED este desalinizarea apei de mare în Principala aplicaţie a ED este desalinizarea apei de mare în scopul obţinerii aăpei potabile, dar se cunosc şi aplicaţii în scopul obţinerii aăpei potabile, dar se cunosc şi aplicaţii în demineralizare sau pentru epurarea apelor uzate industriale. În demineralizare sau pentru epurarea apelor uzate industriale. În ED, instalaţia este compusă din membrane anionice şi ED, instalaţia este compusă din membrane anionice şi cationice, dispuse în câmp electric şi care permit numai cationice, dispuse în câmp electric şi care permit numai transportul cationilor sau anionilor.transportul cationilor sau anionilor.

Utilizarea unei instalaţii de electrodializă cu o singură celulă Utilizarea unei instalaţii de electrodializă cu o singură celulă este neeconomică, din cauza consumurilor mari de energie în este neeconomică, din cauza consumurilor mari de energie în compartimentele electrozilor (pentru deshidratarea ionilor).compartimentele electrozilor (pentru deshidratarea ionilor).

Electrodializa poate fi utilizată pentru îndepărtarea Electrodializa poate fi utilizată pentru îndepărtarea sărurilor din apele uzate (de exemplu a nitraţilor din sărurilor din apele uzate (de exemplu a nitraţilor din apele evacuate de pe terenurile agricole), cu condiţia apele evacuate de pe terenurile agricole), cu condiţia ca substanţele organice, eventual prezente în acestea, ca substanţele organice, eventual prezente în acestea, să fi fost îndepărtate în prealabil.să fi fost îndepărtate în prealabil.

Membranele pentru electroliză se realizează prin Membranele pentru electroliză se realizează prin turnare de plăci dintr-un amestec de răşini turnare de plăci dintr-un amestec de răşini schimbătoare de ioni, sub formă de granule, lianţi schimbătoare de ioni, sub formă de granule, lianţi inerţi şi solvenţi. Ele pot fi obţinute din filme de inerţi şi solvenţi. Ele pot fi obţinute din filme de polimeri poroase, în care se introduc prin reacţie polimeri poroase, în care se introduc prin reacţie chimică, grupe funcţionale schimbătoare de ioni.chimică, grupe funcţionale schimbătoare de ioni.

Prin electrodializă se pot recupera din apele uzate Prin electrodializă se pot recupera din apele uzate o varietate de substanţe utile: acizi carboxilici (acetic, o varietate de substanţe utile: acizi carboxilici (acetic, citric, lactic), cromaţi, etc.citric, lactic), cromaţi, etc.