DE3626498A1 - Verfahren zum verhindern der bildung von sekundaermembranen bei der ultrafiltration, insbesondere von milch - Google Patents

Verfahren zum verhindern der bildung von sekundaermembranen bei der ultrafiltration, insbesondere von milch

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu dem im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Zweck.
Es ist bekannt, daß die Filterleistung von Ultrafiltrations­ anlagen während der Ultrafiltration von Flüssigkeiten, die Eiweiße und Salze enthalten, fortschreitend abnimmt. Dies hat seine Ursache darin, daß sich im Laufe der Ultrafiltra­ tionsbehandlung bei der Konzentrierung von Eiweiß unmittelbar an der Kontaktfläche zum Ultrafiltrations-Filter eine Sekun­ därmembran bildet, die dadurch entsteht, daß Eiweiße ver­ schiedener Art und Salze Verbindungen eingehen, die sich in und/oder an und/oder auf Filterporen niederschlagen und diese verkleinern oder gar zusetzen.
Wenn es gelingt, die Bildung der Sekundärmembrane zu ver­ hindern, kann die Filterleistung erhalten werden.
Demgemäß besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem dies gelingt.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bin­ dungsfähigkeit von Eiweißteilchen derart beeinflußt werden, daß Sekundärmembranen nicht entstehen können. Es ist sogar möglich, gemäß Anspruch 2 durch eine gezielte systematische Entfernung der mehrwertigen Kationen und/oder Veränderung oder Angleichung des pH-Wertes den Salzhaushalt so zu steuern, daß Eiweißstrukturen während der Ultrafiltration durch Zer­ fall verkleinert werden, in welchem Falle die Filterleistung nicht nur nicht abnimmt, sondern sich vergrößert.
Die Unteransprüche 3 bis 7 betreffen bevorzugte Ausgestaltun­ gen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2.
Die Maßnahme gemäß Anspruch 3 fördert das Abdrängen von Salzen in die Permeatflüssigkeit, so daß der Entsalzungsprozeß schneller vonstatten geht.
Die mehrwertigen Kationen werden gemäß Anspruch 4 vorzugs­ weise durch sequentiellen Ionentausch, Elektrodialyse oder Dialyse aus der zurückzuführenden Permeatphase entfernt.
Die gewollte Steuerung des Salzhaushaltes wird gemäß Anspruch 5 vorzugsweise durch Messung der Leitfähigkeit der dem UF- Filter zugeführten Flüssigkeit (gemischte Phase) überwacht. Dies ist möglich, weil sich die Entsalzung durch Abnahme der Leitfähigkeit der gemischten Phase manifestiert.
Gemäß Anspruch 6 wird mit der eigentlichen Konzentratbildung erst begonnen, wenn die Leitfähigkeit der dem UF-Filter nach Rückführung und Wiedervermischung von Konzentratphase und behandelter Permeatphase zugeführten gemischten Phase auf wenigstens 70% des Ausgangswertes abgesunken ist.
Die Leistungsfähigkeit einer Ultrafiltration ist letztlich die während einer bestimmten Zeit erreichbare Konzentratbil­ dung. Diese kann gemäß Anspruch 7 noch dadurch vergrößert werden, daß die Kationenentfernung und Permeatrückführung auch während der eigentlichen Konzentratbildung im vermin­ derten Ausmaß fortgesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren richtet sich der anzu­ strebende Entsalzungsgrad natürlich auch nach den Bedürfnis­ sen des herzustellenden Produktes. In jedem Falle werden aber Eiweißteilchen vor der eigentlichen Konzentratbildung zu­ nehmend daran gehindert, untereinander zu vernetzen und bei dem anschließenden Konzentrationsprozeß eine Sekundärmembrane aufzubauen.
Die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens belegen die nachstehend angegebenen Beispiele:
Beispiel 1
Milch mit einer Ausgangsleitfähigkeit von z.B. 5,8 mS und einem Trockenmassegehalt von 9,00-13,0 (Magermilch oder Vollmilch) wird ultrafiltriert. Die anfallende Permeatphase wird entkationisiert und entanionisiert (auch umgekehrt mög­ lich) und dem Konzentrat wieder zugeführt. Dabei sinkt der Leitwert in der gemischten Phase. Sobald deren Leitwert auf 4-4,5 mS abgesunken ist, wird ein Teilstrom der Permeat­ phase abgeleitet und ein Teilstrom weiter entsalzt und mit der Konzentratphase wieder vermischt. Produktbezogen kann dieser Vorgang solange durchgeführt werden, bis der Leitwert der gemischten Phase zwischen 0,2 und 4 mS liegt. Die Lei­ stungsfähigkeit des Ultrafiltrationsfilters bleibt über den gesamten Prozeß hinweg einschließlich der eigentlichen Kon­ zentrierungsphase voll erhalten.
Beispiel 2
Dieses Beispiel belegt, daß die Vorteile des erfindungsge­ mäßen Verfahrens auch ausgenützt werden können, wenn es nicht darauf ankommt, durch die Ultrafiltration eine Konzentrierung der Eiweißstoffe zu erreichen. Hier wird ohne Konzentration ultrafiltriert. Milch wird durch an sich bekannte anderweitige Konzentriermaßnahmen (z.B. Wasserverdampfung) auf 13%-55% Trockenmasse konzentriert. Dabei steigt die Leitfähigkeit des Systems von 5 auf z.B. 20 mS an. Dieses Konzentrat wird zwecks Entsalzung ultrafiltriert und das anfallende Permeat entsalzt und sofort wiedervermischt. Dabei sinkt der Leit­ wert der gemischten Phase laufend, und die Fluxrate der Ultra­ filtrations-Anlage steigt.
Beispiel 3
Die Filterleistung kann auch durch Vorlage von bereits entsalztem Permeat, das in einem anderen Prozeß gewonnen wurde, gesteigert werden, weil dies eine entsprechende Steuerung des Salzhaushaltes ergibt.
Milch oder konzentrierte Milch mit einem Leitwert von 4 bis 25 mS wird vor der eigentlichen Ultrafiltration mit vorher hergestelltem leitwertreduzierten Permeat und/oder Süß- bzw. Sauermolke vermischt, so daß dabei der ursprüngliche Leitwert des Ausgangssystems um mindestens 25-30% reduziert wird. Dann wird ultrafiltriert. Dies führt dazu, daß von Anfang an mit einer bis zu 25% höheren Fluxrate als ursprünglich möglich die Ultrafiltration begonnen werden kann.
Beträgt die Fluxrate laut Werksangabe beispielsweise 40 l pro m2 und Stunde, so steigt sie bei der erfindungsgemäßen Vorgangsweise von Anfang an auf 50 l pro m2 und Stunde. Wird während der Ultrafiltration weiter entsalzt, dann erhöht sich die Fluxrate selbst bei zunehmender Konzentration.

Claims (8)

1. Verfahren zum Verhindern der Bildung von Sekundärmembra­ nen in den Ultrafiltrations(UF)-Filtern bei der Ultrafil­ tration von Flüssigkeiten, die Eiweiße und Phosphate und/ oder Sulfate und/oder Citrate und ggf. anderweitige Salze und dispergierte Stoffe enthalten, insbesondere von Milch, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) durch direkte Rückführung der Konzentratphase in die dem UF-Filter zuzuführende Flüssigkeit,
  • b) durch systematische Entfernung von mehrwertigen Kationen in Verbindung mit Phosphaten, Sulfaten und Citraten aus der Permeatphase und/oder Veränderung oder Angleichung des ph-Wertes von dieser, und
  • c) durch mindestens teilweise Rückführung der nach b) behandelten Permeatphase in die dem UF-Filter zuzu­ führende Flüssigkeit
der Salzhaushalt der durch Ultrafiltration zu behandeln­ den Flüssigkeit vor der eigentlichen Konzentratbildung so gesteuert wird, daß Eiweiße in ihrem Bestreben, sich zu vergrößern, gehindert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Salzhaushalt so gesteuert wird, daß Eiweißstrukturen während der Ultra-Filtration durch Zerfall verkleinert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückgeführte Konzentratphase mit Fett, Mikro­ organismen oder anderen Stoffen, die nicht durch die Filterporen durchtreten können, angereichert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrwertigen Kationen durch sequen­ tiellen Ionentausch, Elektrodialyse oder Dialyse aus der zurückzuführenden Permeatphase entfernt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Salzhaushaltes durch Messung der Leitfähigkeit der dem UF-Filter zugeführten Flüssigkeit (gemischte Phase) überwacht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der eigentlichen Konzentratbildung erst begonnen wird, wenn die Leitfähigkeit der dem UF-Filter nach Rückführung und Wiedervermischung von Konzentratphase und behandelter Permeatphase zugeführten gemischten Phase auf wenigstens 70% des Ausgangswertes abgesunken ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationenentfernung und Permeatrückführung auch während der eigentlichen Konzentratbildung im verminderten Ausmaß fortgesetzt werden.
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