Technik/IT | mi Milchproteinfraktionierung mittels Mikrofiltration Welche Aussage liefert die nominelle Porengröße über das Filtrationsverhalten einer Membran? Teil 3 Unsere Autoren: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Heidebrecht, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Kulozik, Dipl.-Ing. (FH) Michael Reitmaier und Dipl.-Ing. Patricia Meyer, Technische Universität München, Lehrstuhl für Lebensmittel- und Bioprozesstechnik, Weihenstephaner Berg 1, Freising 4 2017 | moproweb.de 51 Vorschläge zur besseren anwendungsbezogenen Charakterisierung von polymeren Mikrofiltrationsmembranen für die Milchproteinfraktionierung. Polymere Spiralwickelmembranen in der Molkereiindustrie Polymere Spiralwickelmembranen (SWM) sind aufgrund der kostengünstigen Herstellung die am häufigsten verwendeten Membranen in der Molkereiindustrie. Sie werden meist zur Konzentrierung von komplexen Stoffsystemen eingesetzt, z. B. zur Anreicherung von Proteinen. Im Vergleich zur Konzentrierung, bei der es primär um die Reduktion der wässrigen Phase vor der Trocknung geht, ist bei der Mikrofiltration (MF) eine selektive Trennung nach der Größe der einzelnen Komponenten entscheidend. Die Auswahl von Membranen durch den Anwender wird zunächst nach Angaben auf den Datenblättern der Hersteller in Bezug auf die „Porengröße“ getroffen. Die Spezifizierung der Membranen erfolgt üblicherweise durch den molecular weight cut off (MWCO) oder alternativ durch die nominelle Porengröße (nps). Der MWCO entspricht im Regelfall dem Molekulargewicht eines Stoffes oder Stoffgemischs, das an der Membran zu 90 oder 95 % zurückgehalten wird. Stoffeigenschaften, Messmethode und Definition des MWCO unterliegen herstellerabhängigen Besonderheiten, eine Standardisierung ist bisher nicht vorgenommen worden. Die nps ist definiert als die am häufigsten vorhandene Porengröße einer Membran, die durch diverse, nur bedingt vergleichbare Messmethoden bestimmt wird. Als Beispiele sind Quecksilberintrusions- oder Flüssigkeitsextrusionsporometrie, Kapillarfluss-Porometrie (CFP), Bubble-Point-Messungen oder Filtrationstests mit suspendierten Partikeln definierter Größe zu nennen. Die eingesetzte Methode wird in den Herstellerdatenblättern allerdings meist nicht ausgewiesen. Es ist dabei zu beachten, dass sich während der Filtration zurückgehaltene Partikel auf der Membran ablagern, wodurch eine Deckschicht entsteht. Diese wirkt als Sekundärmembran und kann die Filtration soweit beeinflussen, dass die Trenneigenschaften der eigentlichen Membran vollständig überlagert werden. Es ist auch bekannt, dass die Poren polymerer Membranen einer breiten, von Herstellern meist nicht näher spezifizierten Verteilung unterliegen (Ulbricht et al., 2007). Dieser Zusammenhang zeigt die begrenzte Aussagekraft der nps deutlich auf. Die uneinheitliche Ermittlung der filtrationsrelevanten Charakterisierungsgrößen stellt insbesondere hinsichtlich der Abschätzung der Trennleistung von polymeren MF-Membranen bei der selektiven Fraktionierung von komplexen Stoffsystemen einen Unsicherheitsfaktor dar. Auch wenn erfahrene Membrananwender sich dessen bewusst sind, wären mehr Vergleichbarkeit bzw. Aussagekraft nützlich. Am Beispiel der Fraktionierung der Milchproteingruppen Caseinmicelle (mit einer Größenverteilung von 50 – 400 nm) und Molkenprotein (2 – 8 nm) soll gezeigt werden, dass der Vergleich von Membranen in Bezug auf die Trennleistung nicht ausschließlich anhand des MWCO bzw. der nps erfolgen kann, sondern zusätzlich andere Merkmale wie Porengrößenverteilung und Kenngrößen aus Modellversuchen etabliert werden sollten. Messung der Porengrößenverteilung mittels Kapillarfluss-Porometrie (CFP) Die Porengrößenverteilungs-Messung mittels CFP ist eine in der Industrie etablierte Methode zur Analyse durchgehender Poren. Sie basiert auf dem Zusammenhang zwischen der Porengröße
molkerei-industrie_04_2017
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