Meyve Suyu Üretiminde Ozmotik Destilasyon ve Membran Destilasyon Uygulamaları

Transkript

1 Meyve Suyu Üretiminde Ozmotik Destilasyon ve Membran Destilasyon Uygulamaları

2 Çok aşamalı vakum evaporasyon düzenekleri flavor kaybı ( pişmiş tat) renk bozulmaları besin öğeleri kaybı

3 DONDURARAK KONSANTRASYON MEMBRAN SİSTEMLERİ İLE KONSANTRASYON

4 Dondurarak Konsantrasyon Yüksek enerji gereksinimi Düşük oranda konsantrasyon (~40 Briks)

5 Ters Ozmoz Aroma kayıpları Enerji tüketimi ve ekipman giderleri Yüksek ozmotik basınç sınırlaması 25-30ºBx

6 Membran sistemi Morfoloji ve tipi Sürücü güç Tipik gıda uygulamaları Mikrofiltrasyon Simetrik ve porlu ( mikron) Basınç Steril filtrasyon ve kolloidal uzaklaştırılması Ultrafiltrasyon Asimetrik ve porlu (1-10 nm) Basınç Protein konsantrasyonu ve makromolekül uzaklaştırılması Ters ozmoz Asimetrik/kompozit non-porous ( nm) Basınç Desalinasyon ve meyve suyu konsantrasyonu Nanofiltrasyon Asimetrik/kompozit non-porous Basınç Küçük organik maddelerin ve bazı tuzların ayrılması Membran destilasyon Hidrofobik, simetrik ve porlu Buhar basıncı Yüksek saflıkta su üretimi ve meyve suyu konsantrasyonu Ozmotik destilasyon Hidrofobik, simetrik ve porlu Buhar basıncı Meyve suyu konsantrasyonu ve aroma konsantrasyonu Pervaporasyon Asimetrik/kompozit non-porous Kısmi buhar basıncı Uçucu aroma bileşenlerinin ayrılması

7 Yeni membran uygulamaları OZMOTİK DESTİLASYON MEMBRAN DESTİLASYON

8 Ozmotik Destilasyon Atmosferik basınç altında Oda sıcaklığında

9 Ozmotik Destilasyon Farklı çözünen konsantrasyonlarına sahip çözeltiler mikroporöz hidrofobik bir membran kullanılarak birbirinden ayrılmaktadır

10 Ozmotik Destilasyon Çözünen madde konsantrasyonları arasındaki fark nedeniyle oluşan buhar basıncı farkı, seyreltik çözeltiden hipertonik CaCl 2 çözeltisine doğru su buharı transferine yol açmaktadır

11 1. Ozmotik Destilasyon Seyreltik çözeltide buhar-sıvı ara yüzeyinde suyun buharlaşması

12 2. Ozmotik Destilasyon Su buharının membran boyunca taşınımı

13 3. Ozmotik Destilasyon Hipertonik CaCl 2 çözeltisimembran ara yüzeyinde su buharının yoğuşması

14 Membran Destilasyon Atmosferik basınç altında En fazla C düzeyindeki sıcaklıklarda

15 Farklı sıcaklığa sahip iki sıvı çözelti, mikroporöz hidrofobik bir membran tarafından birbirinden ayrılmaktadır. Membran Destilasyon

16 Sıcak taraftan soğuk tarafa doğru bir su akısı gerçekleşmektedir. Sürücü güç, mevcut sıcaklık gradyeni dolayısıyla iki çözelti arasındaki buhar basıncı farkıdır. Membran Destilasyon

17 1. Membran Destilasyon Sıcak çözeltimembran ara yüzeyinde buhar oluşumu

18 2. Membran Destilasyon Su buharının mikroporöz membran boyunca taşınımı

19 3. Membran Destilasyon Soğuk çözeltimembran ara yüzeyinde su buharının yoğuşması

20 Membran Modülleri - Düz yapılı (flat sheet) - Spiral sarılmış (spiral wound) - Hollow fiber membranlar polivinildiflorid (PVDF) politetrafluoetilen (PTFE) polipropilen (PP) por çapları: μm Membran porozitesi: %60-80 Kalınlığı: µm

21 Black Currant Suyu Elma Suyu

22 Ozmotik Destilasyon Sistemi 1. Membran destilasyon modülü 2. Peristaltik pompa 3. Meyve suyu 4. Doygun CaCl 2 çözeltisi 5. Terazi

23 Membran Destilasyon Sistemi 1. Membran destilasyon modülü 2. Peristaltik pompa 3. Meyve suyu 4. Deiyonize su 5. Terazi 6. Isı değiştirici 7. Isıtıcı sistem 8. Soğutucu sistem 9. Bilgisayar

24 Ozmotik ve Membran Destilasyonun kombine kullanıldığı sistem 1. Membran destilasyon modülü 2. Peristaltik pompa 3. Meyve suyu 4. Doygun CaCl 2 çözeltisi 5. Terazi 6. Isı değiştirici 7. Isıtıcı sistem 8. Soğutucu sistem 9. Bilgisayar

25

26 Membran: PP Hollow fiber kapiler membran modülü membran yüzey alanı: 0.04 m 2

27 BERRAK ELMA ELMA SUYU SUYU ÜRETİMİ ÜRETIMI Elma Ön işlemler Parçalama Mayşe Enzimatik durultma Klasik Ultrafiltrasyon Geleneksel evaporasyon Membran destilasyon Ozmotik destilasyon Membran destilasyon + Ozmotik destilasyon Konsantre elma suyu Konsantre elma suyu Konsantre elma suyu Konsantre elma suyu Rekonstitüsyo n Rekonstitüsyo n Rekonstitüsyo n Rekonstitüsyo n Berrak elma suyu Berrak elma suyu Berrak elma suyu Berrak elma suyu Berrak elma suyu

28 Ozmotik destilasyon 25 C de, polipropilen yapıda kapiler membran modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hipertonik tuz çözeltisi olarak %65 (m/m) CaCl 2 çözeltisi kullanılmıştır. Elma suyu ile CaCl 2 çözeltisi membrana ters akışlı olarak 20 L/h akış hızında beslenmiştir. Konsantrasyon işlemi elma sularının başlangıç çözünür kuru madde içeriğine bağlı olarak dakika içerisinde tamamlanmıştır.

29 Membran destilasyon o Membran giriş sıcaklıkları arasındaki fark 20 C olacak şekilde (meyve suyu sıcaklığı: 30 C, destile su sıcaklığı: 10 C), o polipropilen yapıda kapiler membran modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. o Elma suyu ile destile su membrana ters akışlı olarak 20 L/h akış hızında beslenmiştir. o Konsantrasyon işlemi elma sularının başlangıç çözünür kuru madde içeriğine bağlı olarak dakika içerisinde tamamlanmıştır.

30 Tümleşik sistem Ozmotik ve membran destilasyon işlemlerinin bir arada kullanıldığı tümleşik uygulamada, membran destilasyon sisteminde kullanılan destile su, hipertonik CaCl 2 çözeltisi ile yer değiştirmektedir. Tümleşik uygulamada, membran giriş sıcaklıkları arasındaki fark 20 C olacak şekilde (meyve suyu sıcaklığı: 30 C, CaCl 2 sıcaklığı: 10 C), polipropilen yapıda kapiler membran modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir (0.2 CP 2N, Microdyn). Elma suyu ile CaCl 2 çözeltisi membrana ters akışlı olarak 20 L/h akış hızında beslenmiştir. Konsantrasyon işlemi elma sularının başlangıç çözünür kuru madde içeriğine bağlı olarak dakika içerisinde

31 Geleneksel evaporasyon işlemi, rotary evaporatör kullanılarak vakum altında 80 C deki su banyosunda gerçekleştirilmiştir. Konsantre edilen elma sularının sıcaklığı 70 C olup, konsantrasyon işlemi 2 saatte tamamlanmıştır.

32 J(kg/m2.h) MD OD MD+OD

33 70 60 SSC % MD OD MD+OD

34 L* a* b* ΔE* Kontrol 41.86± ± ± ±0.15 O.D ± ± ± ±0.77 M.D ± ± ± ±1.65 O.D. + M.D ± ± ± ±0.21 G.E ± ± ± ±1.64

35 [1] [2] [3] [4] Klasik ultrafiltrasyon uygulamasını takiben membran destilasyon [1], ozmotik destilasyon [2], tümleşik membran prosesleri [3] ve geleneksel evaporasyon [4] yöntemleri ile üretilen berrak elma suları

36 Aroma analizi İşlem görmemiş elma suyuna ait GC kromatogramı Hekzanal 2. Trans-2-hekzenal 3. 1-Hekzen 4. Trans-2-Hekzene-1-ol 5. Hekzanoik asit

37 Konsantrasyon, mg/l Trans-2-hekzenal Kontrol 0.62±0.03 O.D. 0.32±0.04 M.D. 0.29±0.02 O.D.+M.D. 0.66±0.05 G.E. -

38