mi | Technik/IT Abbildung 2. Einflüsse auf die Caseinmizelle 1,2 Screening mehr als 100 Industrieproben aus über 30 unterschiedlichen Prozessen analysiert. Tab. 1 stellt die bezüglich des Milieus relevanten Eigenschaften der untersuchten Medienarten dar. Erwartete Auswirkungen auf den Filtrationsprozess und die Produkte Je nach Medienart und Ursprung wurden deutliche Unterschiede in der Zusammensetzung und dem pH-Wert festgestellt. Es ist bekannt, dass Milieuveränderungen des Milchserums unterschiedliche Auswirkungen speziell auf die Caseinmizelle haben 1,2. Nicht bekannt ist der Einfluss von komplexen Medien auf den Prozess der Diafiltration bei simultaner Variation der Caseinkonzentration sowie der Temperatur (10 oder 50 °C), wie es für die Anwendung der DF typisch ist. Abb. 2 gibt hierzu einen Überblick bezüglich der möglichen auftretenden Veränderungen an der Caseinmicelle im Diafiltrationsprozess. Der unterschiedliche Ionengehalt der DF-Medien kann die Struktur der bereits anfänglich abgelagerten Deckschicht über elektrostatische Phänomene beeinflussen (verdichten oder auflockern) 3,4 und in der Folge den Flux sowie die Permeation von Molkenproteinen entscheidend beeinflussen 5. Des Weiteren ist anzunehmen, dass die Reinheit und Funktionalität der gewonnenen Proteinfraktionen durch den Einsatz unterschiedlicher DF-Medien verändert werden kann. Mit dem Verständnis dieser komplexen Zusammenhänge und Einflussfaktoren und ihrer Folgen kann eine Vermeidung unkontrollierter Produkt- und Prozessvariabilität oder gar die gezielte Veränderung der Funktionalität von Milchproteinfraktionen erreicht werden. Einfluss der Vorkonzentrierung auf die Diafiltration Basierend auf den Ergebnissen von Kersten (2001) wurde in einem ersten Schritt untersucht, inwieweit eine Konzentrierung vor dem Betrieb im DF-Modus sinnvoll ist. Hierfür wurde pasteurisierte Magermilch bis zum Konzentrierungsfaktor (CF) sechs konzentriert und der Flux sowie die Permeation von β-Lactoglobulin (β-Lg) als Hauptmolkenproteinfraktion betrachtet (Abb.3). Es ist ersichtlich, dass der Flux stark abfällt, was auf einen Anstieg der Retentatviskosität und damit einer intensiveren Deckschichtbildung bzw. einem höheren Filtrationswiderstand zurückzuführen ist. Trotz der intensiveren Deckschicht bleibt die Permeation an β-Lg, abgesehen von CF 1, auf einem gleichen Niveau von ca. 50 – 55 %. Das bedeutet, dass die Permeabilität der Deckschicht für β-Lg über die Dauer der Konzentrierung konstant bleibt. Unter diesen Voraussetzungen kann die Zeit, die für einen Diafiltrationsschritt im nachgeschalteten Fraktionierungsprozess notwendig ist, als Funktion des Konzentrierungsfaktors abgeschätzt werden (Flux/Retentatvolumen) (Abb. 4). Aus Abb. 4 ist ersichtlich, dass die für einen DF-Schritt notwendige Zeit bis zu einem Konzentrierungsfaktor von ca. CF 2,5 um 20 % abnimmt und anschließend stark ansteigt. Das bedeutet, dass der Fluxabfall bis CF 2,5 überproportional durch die Volumenreduktion und das damit geringe Volumen für einen Diafiltrationsschritt kompensiert wird. Ab CF 2,5 kehrt sich das Verhältnis um und der Fluxabfall steigt überproportional zur Volumenreduktion. Damit steigt die benötigte Zeit für einen DFSchritt. Durch Erhöhung der Membranfläche sowie durch Veränderung der zu filtrierenden Menge an Magermilch kann die Zeit für einen DF-Schritt beliebig variiert werden, das zeitliche Minimum bleibt aber bei Faktor 2-3. Die Schlussfolgerung ist, dass die Gesamtdiafiltrationszeit auf ein Minimum reduziert wird, wenn vor dem Betrieb im DF-Modus auf CF 2-3 vorkonzentriert wird. Steht allerdings z. B. aus Kostengründen die Verwendung einer geringen Menge DF-Medium im Vordergrund, kann es auch sinnvoll sein, höher zu Konzentrieren und eine geringfügig längere DF-Zeit in Kauf zu nehmen. Im weiteren Verlauf des Projektes wird systematisch das Ionenmilieu der DF-Medien variiert und der Einfluss auf die Proteinfraktionierung und Funktionalität betrachtet. Das globale Ziel besteht darin, unterschiedliche Prozessnebenströme nutzbar zu 28 3 2017 | moproweb.de
molkerei-industrie_03_2017
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