ResultsSurface Characterization of

Results
Surface Characterization of Commercially Available
Membranes (PP, PTFE, PVDF)
Before OMD Process
Surface properties have a great impact on the membrane per-
formance. For this reason, wide characterization of the phys-
icochemical properties of the surface was done.
The morphology of the applied membranes is presented in
Fig.
2
. Based on these SEM images, it can be seen that all
membranes are characterized by different morphologies. PP
and PVDF membranes possessed higher porosity and thick-
ness. PTFE membranes with a smaller pore size were charac-
terized by lower values of thickness (65
μ
m) and porosity
(62 %) (Table
1
). The porosity and thickness for 0.45-
μ
m
PTFE membranes were equal to 80 % and 80
μ
m, respective-
ly. Polypropylene (PP) membrane has a fiber-like structure as
it can be observed in the cross section image (Fig.
2
(I)).
PTFE membranes are expanded-film membranes made of
polytetrafluoroethylene by the uniaxial or biaxial stretching
process resulting in an interconnected pore structure
(Kujawski et al.
2013
; Warczok et al.
2007b
). SEM images
of the PTFE membranes shown in Fig.
2
(II and III) indicated a
very similar skin structure of the 0.20- and 0.45-
μ
mmem-
branes. However, it is possible to observe a relatively more
open pore structure of the 0.45-
μ
m membrane than that of the
0.20-
μ
m membrane. These observations are consistent with
the pore size distribution obtained by the capillary flow
porometry technique (Fig.
3
). The polyvinylidenedifluoride
(PVDF) membrane was characterized by a sponge-like struc-
ture (Fig.
2
(IV)). Additionally, compared to the rest of the
membranes, PVDF 0.45 has a very broad PSD (ranging from
0.8 to 0.25
μ
m) and the largest BP (0.800 ± 0.002
μ
m) that
represented quite a large amount of the total pores (
∼
3%).
PTFE membranes showed both narrower PSDs (both with a
span of
∼
0.2
μ
m) and different BPs, being that of the PTFE
0.2 (0.40
μ
m) almost half of the PTFE 0.45
(0.729 ± 0.014
μ
m). PP had the narrowest PSD and the
smallest BP (0.088 ± 0.001
μ
m). A summary of the membrane
characterization prior to the OMD process is shown in Table
2
.
All investigated membranes were characterized by contact
angle values higher than 90°, which corresponds to their hy-
drophobic behavior (Table
2
). Membrane materials have a
clear impact on the hydrophobicity. The most hydrophobic
membranes were made from PTFE. However, the lowest hy-
drophobicity level was observed for PP membranes (i.e.,
CA
∼
113°). HCA values were strongly associated with mem-
brane materials and pore size of the tested membranes. It can
be seen (Table
2
) that for a more smooth material (PVDF),
characterized by a lower value of RMS (50 ± 2 nm), the
contact angle hysteresis is lower (28° ± 1°). SFE values were
in the range of 38.0 × 10
−
3
to 51.2 × 10
−
3
Nm
−
1
. This param-
eter (SFE) is directly related to the hydrophobicity. For that
reason, the lowest value of SFE was noticed for the membrane
characterized by the highest CA value (PTFE 0.45). Surface
free energy for the examined membranes depends on the
membrane materials as well as on the pore size. The highest
value of SFE was observed for the PP membrane (i.e., RMS
125 ± 3 nm) and was associated with the morphology of the
membrane, a fiber-like structure (Fig.
2
.I). On the other hand,
the lowest SFE value was determined for the 0.45-
μ
mPTFE
membrane (i.e., RMS 65 ± 2 nm). Roughness of the mem-
brane surface (RMS) was associated with the HCA value, and
for more rough samples, a higher value of contact angle hys-
teresis was observed (Table
2
). Furthermore, it should be
highlighted that the roughness correlates well with the mem-
brane materials. According to that, the utilized membranes
should be classified into three groups and considered as PP,
PTFE, and PVDF membranes. Based on that assumption, it
can be stated that for more rough samples, higher values of
SFE are observed. The RMS values are well correlated with
CA and SFE values.
After the OMD Process
In order to investigate the impact of the OMD process on the
membrane properties, an extensive characterization of the
membrane was done. During the OMD, different membranes
(PP 0.10
μ
m, PTFE 0.2 and 0.45
μ
m, PVDF 0.45
μ
m) and
stripping solutions (NaCl and CaCl
2
) as well as feed solutions
(water, beet and apple juices) were applied. After the OMD
process, differences in physicochemical properties of the
membranes were observed.
The hydrophobicity level of the polymeric membranes was
changed. It was associated with the organic layer created on
the membrane surface remaining after cleaning the mem-
branes. Depending on the experimental conditions and applied
juices, it was possible to notice a layer on the whole surface or
on only a part of the membrane (Fig.
4
).
The obtained values of the contact angle for the membranes
after the OMD process were lower than those for native sam-
ples (Table
2
). The differences between CA values before and
after the OMD processes were equal to about 8°
–
13°. The
largest difference was observed for the 0.45-
μ
mPTFEmem-
brane from 133° ± 1° to 120° ± 1°, however the smallest for
PVDF and PP membranes from 120° ± 1° to 112° ± 1° and
2150
Food Bioprocess Technol (2015) 8:2146
–
2158
from 113° ± 1° to 105° ± 1°, respectively (Table
2
). Membranes
utilized in the OMD process demonstrated a higher value of
HCAandweremorerough(RMS)comparingwiththeunused
membranes. This behavior is
related to the deposition of
Fig. 2
SEM images of used
polymeric membranes: PP
0.10
μ
m(
I
), PTFE 0.20
μ
m(
II
)
and 0.45
μ
m(
III
), and PVDF
(
IV
).
O
obverse and
R
reverse
sidesofthemembranes.
Magnitude 200×, 2000×, and
10000×
Fig. 3
Pore size distribution
(PSD) of the studied membranes
Food Bioprocess Technol (2015) 8:2146
–
2158
2151
organic residues from the juices on the membrane surfaces
(Fig.
4
). Taking into consideration the SFE, it can be seen that
after the membrane application in the OMD process, these
values slightly increased (Table
2
). This fact can be associated
with the small changes in the membrane resistance and me-
chanical strength after the OMD process, especially in the case
of the 0.45-
μ
m PTFE membrane. For this sample, changes with
mechanical strength were the most visible.
Porosity and mechanical strength (Mullen burst test) results
for the membranes before and after the OMD concentration
process have been represented in Fig.
5
.
Regarding the porosity values, PTFE membranes showed
higher values (60.3 and 51 % for PTFE 0.45 and PTFE 0.2,
respectively) followed by PVDF 0.45 (50 %). PTFE mem-
branes due to their open structure show high porosities in
general; as for the PVDF 0.45, its relatively big and broad
PSD is also reflected in big porosity values. PP showed a
remarkably lower porosity (21 %), most probably due to its
relatively smaller PSD. Also, as revealed by the SEM images,
the PP membrane showed a much less porous surface wher-
ever the imprints of its particular backer material were located.
However, it was related to the fact that the PP membrane
possesses a support on the backer side (Fig.
2
(I)). After the
OMD process, a general reduction of the porosity in the tested
membranes was observed (Fig.
5
). The PVDF 0.45 seemed to
be the least affected (7 % reduction) while the PP showed the
biggest decrease (37 %). The other two membranes, PTFE
0.45 and PTFE 0.2, showed a porosity reduction of 26 and
15 %, respectively. Most probably, the bigger thickness and
more open structure of the PVDF membrane result from a
sponge-like structure, when compared to its counterparts. This
could prevent the porosity reduction after the OMD process.
Mullen burst tests did not reveal an important influence of the
fouled condition in the mechanical strength of the studied
membranes (Fig.
5
). Amongst the studied membranes, PP
showed the highest burst pressure probably due to its support
(27.8 PSI). In general, all the membranes had similar or slight-
ly smaller burst pressure post OMD application with the only
exception of the PTFE 45 which showed a higher value, and
that might have been due to a comparatively greater fouling
layer accumulated in that particular sample. The fouled mem-
branes were also studied under SEM (Fig.
6
).
The PVDF membrane has a sponge-like structure with a
very high surface porosity consisting of big pores (>1
μ
m)
randomly distributed on the surface (Fig.
3
) combined with
the less hydrophobic nature of the PVDF comparing with
Table 2
Surface properties of membranes before and after application
in the OMD process (feed solutions: apple and beet juices; stripping
solution: CaCl
2
)
Membrane CA (°) HCA (°) SFE (10
−
3
Nm
−
1
)RMS(nm)
Pristine membranes
PP 0.10
μ
m 113 ± 1 36 ± 1 51.2 ± 0.4 125 ± 3
PTFE 0.20
μ
m 121 ± 1 34 ± 1 42.3 ± 0.3 70 ± 2
PTFE 0.45
μ
m 133 ± 1 33 ± 1 38.0 ± 0.3 65 ± 2
PVDF 0.45
μ
m 120 ± 1 28 ± 1 41.6 ± 0.3 50 ± 2
Membrane after the OMD process
PP 0.10
μ
m 105 ± 1 54 ± 1 59.3 ± 0.4 150 ± 4
PTFE 0.20
μ
m 111 ± 1 52 ± 1 57.9 ± 0.4 120 ± 3
PTFE 0.45
μ
m 120 ± 1 40 ± 1 43.7 ± 0.3 103 ± 3
PVDF 0.45
μ
m 112 ± 1 50 ± 1 55.0 ± 0.4 60 ± 2
Fig. 4
The 0.45-
μ
m PTFE membrane after the OMD processes in the
following systems:
1a
NaCl/apple juice,
1b
CaCl
2
/apple juice,
2a
NaCl/
beet juice,
2b
CaCl
2
/beet juice
Fig. 5
Porosity and mechanical strength (Mullen burst test) results for
the studied membranes before and after their application in the OMD
process (feed solutions: apple and beet juices; stripping solution: CaCl
2
)
2152
Food Bioprocess Technol (2015) 8:2146
–
2158
PTFE that makes this membrane prone to fouling. The SEM
images showed an almost continuous fouling layer on top of
the PVDF membrane. Moreover, the cross section images
(Fig.
6
b) revealed the presence of scattered internal deposits.
However, the depth (

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ผลลัพธ์คุณสมบัติพื้นผิวของใช้ได้ในเชิงพาณิชย์เยื่อหุ้ม (PP, PTFE, PVDF)ก่อนกระบวนการรนด์คุณสมบัติของพื้นผิวทำให้บนเมมเบรนต่อ-formance ด้วยเหตุนี้ คุณสมบัติมากมายของมีอยู่จริง-icochemical คุณสมบัติของพื้นผิวถูกทำสัณฐานวิทยาของเยื่อหุ้มที่ใช้นำเสนอในฟิก2. ตามรูปนี้ SEM จะเห็นที่ทั้งหมดเยื่อหุ้มมีลักษณะ โดย morphologies แตกต่างกัน PPและสาร PVDF ต้องสูงกว่า porosity และหนาสบาย ๆ เยื่อหุ้มไฟเบอร์ขนาดรูขุมขนเล็กลงได้ charac-terized โดยลดค่าของความหนา (65Μm) และ porosity(62%) (ตาราง1). Porosity และหนาสำหรับ 0.45-Μmเยื่อหุ้มไฟเบอร์ได้เท่ากับ 80% และ 80Μม. ตามลำดับลี เมมเบรนโพรพิลีน (PP) มีโครงสร้างคล้ายเส้นใยเป็นมันสามารถพบได้ในรูปส่วนข้าม (ฟิก2(I)).เยื่อหุ้มไฟเบอร์เป็นสารขยายฟิล์มทำpolytetrafluoroethylene โดย uniaxial หรือ biaxial ยืดกระบวนการที่เกิดเป็นโครงสร้างรูพรุนที่เชื่อมต่อกัน(Kujawski et al2013; Warczok et al2007b). ภาพ SEMของเยื่อหุ้มไฟเบอร์ที่แสดงในฟิก2ระบุ (II และ III) เป็นโครงสร้างผิวคล้าย 0.20 - และ 0.45-Μmmem-branes อย่างไรก็ตาม เป็นการปฏิบัติการค่อนข้างมากเปิดโครงสร้างรูพรุน 0.45-Μเมมเบรน m กว่าของ0.20-Μเมมเบรนของ m ข้อสังเกตเหล่านี้จะสอดคล้องกับการกระจายขนาดของรูขุมขนได้ โดยขั้นตอนการรูพรุนเทคนิค porometry (ฟิก3). Polyvinylidenedifluorideเมมเบรน (PVDF) มีลักษณะเหมือนฟองน้ำ struc แบบture (ฟิก2(IV)) นอกจากนี้ เมื่อเทียบกับส่วนเหลือของการเยื่อหุ้ม PVDF 0.45 มี PSD กว้างมาก (ตั้งแต่0.8-0.25Μm) และ BP ที่ใหญ่ที่สุด (0.800 ± 0.002Μเมตร) ที่แสดงจำนวน(รวมรูขุมขนค่อนข้างใหญ่∼3%)PSDs ทั้งสองแคบลงแสดงให้เห็นว่าสาร PTFE (ด้วยการช่วง∼0.2Μm) และอื่น BPs กำลังของไฟเบอร์0.2 (0.40Μm) PTFE 0.45 เกือบครึ่งหนึ่ง(0.729 ± 0.014Μm) PP มี PSD ที่แคบที่สุดและBP ที่น้อยที่สุด (0.088 ± 0.001Μm) สรุปการเมมเบรนจำแนกก่อนการรนด์จะแสดงในตาราง2.เยื่อหุ้ม investigated ทั้งหมดมีลักษณะ โดยติดต่อค่ามุมที่สูงกว่า 90° ซึ่งสอดคล้องกับฮีนัก-ลักษณะการทำงานของ drophobic (ตาราง2). วัสดุเยื่อมีการล้างผลกระทบที่ hydrophobicity สุด hydrophobicสารที่ทำจากไฟเบอร์ อย่างไรก็ตาม ต่ำฮี -ระดับ drophobicity ถูกตรวจสอบสำหรับเข้า PP (เช่นCA∼113 °) ค่า HCA ไม่ขอเกี่ยวข้องกับหน่วยความจำ-brane วัสดุและขนาดรูพรุนของสารทดสอบ มันสามารถจะเห็น (ตาราง2) ที่สำหรับวัสดุเรียบขึ้น (PVDF),โดยค่าต่ำของ RMS (50 ± 2 nm), การติดต่อมุมสัมผัสอยู่ด้านล่าง (28° ± 1°) มีค่า SFEในช่วง 10 × 38.0 องศาเซลเซียส−351.2 × 10−3Nm−1. พารามิเตอร์นี้-eter (SFE) จะเกี่ยวข้องโดยตรงไปที่ hydrophobicity สำหรับที่เหตุผล ค่าต่ำสุดของ SFE ถูกพบในเมมเบรนลักษณะ โดยค่า CA สูงสุด (PTFE 0.45) พื้นผิวพลังงานฟรีสำหรับสารกล่าวถึงขึ้นอยู่กับการตามขนาดของรูขุมขนและด้วยวัสดุเมมเบรน สูงสุดค่าของ SFE เป็นสังเกตสำหรับเยื่อ PP (เช่น RMS125 ± 3 nm) และเชื่อมโยงกับสัณฐานวิทยาของการเมมเบรน โครงสร้างคล้ายเส้นใย (ฟิก2. I) . ในทางกลับกันกำหนดค่า SFE ต่ำสุดสำหรับ 0.45-ΜmPTFEเมมเบรน (เช่น RMS 65 ± 2 nm) ความหยาบของหน่วยความจำ-ผิว brane (RMS) เกี่ยวข้องกับค่า HCA และตัวอย่างคร่าว ๆ เพิ่มเติม ค่ามุมติดต่อ hys-teresis ถูกตรวจสอบ (ตาราง2). นอกจากนี้ ควรจะเน้นที่ความหยาบที่คู่กับหน่วยความจำ-วัสดุ brane ตามที่ เข้าใช้งานควรแบ่งเป็นสามกลุ่ม และถือว่าเป็น PPPTFE และสาร PVDF ตามที่อัสสัมชัญ มันสามารถระบุที่ตัวอย่างหยาบมากขึ้น ค่าสูงพบ SFE ค่า RMS จะดี correlated กับค่า CA และ SFEหลังจากกระบวนการรนด์เพื่อตรวจสอบผลกระทบของการรนด์บนคุณสมบัติของเมมเบรน การจำแนกอย่างละเอียดของการเมมเบรนถูกแล้ว ระหว่างรนด์ เยื่อหุ้มต่าง ๆ(PP: 0.10Μm, PTFE 0.2 และ 0.45Μm, PVDF 0.45Μm) และวิธีปอก (NaCl และ CaCl2) และโซลูชั่นตัวดึงข้อมูล(น้ำผลไม้น้ำ ผักชนิดหนึ่ง และแอปเปิ้ล) ถูกนำไปใช้ หลังจากรนด์กระบวนการ ความแตกต่างในคุณสมบัติ physicochemical ของเยื่อหุ้มถูกสังเกตมีเยื่อหุ้มชนิดระดับ hydrophobicityการเปลี่ยนแปลง มันเกี่ยวข้องกับชั้นอินทรีย์ที่สร้างขึ้นบนพื้นผิวเมมเบรนที่เหลือหลังจากทำความสะอาดหน่วยความจำ-branes ขึ้นต่อสภาพทดลอง และใช้น้ำผลไม้ ก็ได้สังเกตเห็นชั้นในทั้งผิว หรือในส่วนของเมมเบรน (ฟิกเท่านั้น4).มุมค่าได้รับของผู้ติดต่อสำหรับการเข้าหลังจากกระบวนการรนด์คนที่ต่ำกว่าสำหรับเจ้าสามples (ตาราง2). ความแตกต่างระหว่างค่า CA ก่อน และหลังจากกระบวนการรนด์ได้เท่ากับประมาณ 8°–13 องศา ที่มีสังเกตความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดสำหรับ 0.45-ΜmPTFEmem-brane จาก 133° ± 1° กับ 120° ± 1° อย่างไรก็ตามที่เล็กที่สุดในPP และ PVDF เข้าจาก 120° ± 1° ถึง 112° ± 1° และ2150อาหาร Bioprocess 8:2146 Technol (2015)–2158จาก 113° ± 1° ถึง 105° ± 1° ตามลำดับ (ตาราง2). เยื่อหุ้มใช้ในการรนด์กระบวนการแสดงค่าสูงComparingwiththeunused HCAandweremorerough (RMS)เข้า พฤติกรรมนี้เป็นการที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของFig. 2ภาพใน SEM ของใช้สารพอลิเมอ: PP0.10Μm (ฉัน), PTFE 0.20Μm (II)และ 0.45Μm (III), และ PVDF(IV).Oobverse และRย้อนกลับsidesofthemembranesขนาด 200 × 2000 ฟิลด์ และซื้อ 10000Fig. 3การกระจายขนาดของรูขุมขน(PSD) ของเยื่อหุ้ม studiedอาหาร Bioprocess 8:2146 Technol (2015)–21582151ตกอินทรีย์จากน้ำบนพื้นผิวเมมเบรน(ฟิก4). การพิจารณา SFE ดังจะเห็นได้ที่หลังจากการใช้เมมเบรนในกระบวนรนด์ เหล่านี้ค่าเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (ตาราง2). ข้อเท็จจริงนี้สามารถเชื่อมโยงแปลงเล็กในผมและต่อต้านเมมเบรน-แรง chanical หลังรนด์การ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณี0.45-Μม.เมมเบรน PTFE สำหรับตัวอย่างนี้ การเปลี่ยนแปลงด้วยความแข็งแรงทางกลได้มองเห็นได้มากที่สุดPorosity และความแข็งแรงเชิงกล (การทดสอบระเบิด Mullen) ผลลัพธ์สำหรับสารก่อน และ หลังความเข้มข้นรนด์กระบวนการได้ถูกแสดงในฟิก5.เกี่ยวกับค่า porosity พบสาร PTFEสูงค่า (60.3 และ 51% ไฟเบอร์ 0.45 และ PTFE 0.2ตามลำดับ) ตาม ด้วย PVDF 0.45 (50%) หน่วยความจำไฟเบอร์-branes เนื่องจากโครงสร้างของพวกเขาเปิดแสดง porosities สูงในทั่วไป สำหรับ PVDF 0.45 มันค่อนข้างใหญ่ และกว้างPSD ยังได้สะท้อนอยู่ในค่า porosity ใหญ่ PP ที่แสดงให้เห็นว่าการทแบบล่าง porosity (21%), มากที่สุดอาจเนื่องการPSD ค่อนข้างเล็ก นอกจากนี้ เป็นที่เปิดเผย โดยภาพ SEMพบเยื่อ PP แบบ porous มากน้อยผิว wher-เคยบริการนายเฉพาะวัสดุมีอยู่อย่างไรก็ตาม มันไม่เกี่ยวข้องกับความจริงที่เยื่อ PPมีการสนับสนุนทางด้านนาย (ฟิก2(I)) หลังจากรนด์กระบวนการ การลด porosity ในการทดสอบทั่วไปเยื่อหุ้มถูกสังเกต (ฟิก5). PVDF 0.45 ประจักษ์เป็นการได้รับผลกระทบน้อยที่สุด (7% ลด) ในขณะที่ PP ที่แสดงให้เห็นว่าการลดลง (37%) ที่ใหญ่ที่สุด อื่นสองสาร PTFE0.45 และ PTFE 0.2 แสดงให้เห็นว่าลด porosity ของ 26 และ15% ตามลำดับ มากที่สุดอาจ ความหนาใหญ่ และเพิ่มเติมเปิดโครงสร้างของผลเมมเบรน PVDF จากการฟองน้ำเช่นโครงสร้าง เมื่อเทียบกับคู่ของ นี้สามารถป้องกันการลด porosity หลังการรนด์ทดสอบระเบิด Mullen ไม่เปิดเผยเป็นอิทธิพลสำคัญของการเงื่อนไข fouled ในความแข็งแรงทางกลของการศึกษาเยื่อหุ้ม (ฟิก5). หมู่สาร studied, PPแสดงให้เห็นว่าแรงดันระเบิดสูงสุดอาจเนื่องจากการสนับสนุน(27.8 PSI) ทั่วไป สารทั้งหมดได้คล้าย หรือเล็กน้อย-ลีเล็กระเบิดดันลงรนด์แอพพลิเคชัน โดยเฉพาะข้อยกเว้นของ 45 PTFE ซึ่งแสดงให้เห็นค่าที่สูงกว่า และที่อาจได้รับเนื่องจากการดีอย่างหนึ่งมากกว่า foulingชั้นสะสมในตัวอย่างที่เฉพาะ การ fouled หน่วยความจำ-branes ยังได้เรียนภายใต้ SEM (ฟิก6).เมมเบรน PVDF มีโครงสร้างแบบฟองน้ำเหมือนกับการporosity ผิวสูงมากประกอบด้วยรูขุมขนใหญ่ (> 1Μm)แบบสุ่มกระจายบนพื้นผิว (ฟิก3) รวมกับลักษณะ hydrophobic น้อยของ PVDF เปรียบเทียบกับตารางที่ 2คุณสมบัติของสารก่อน และ หลังการใช้ผิวในกระบวนการรนด์ (ฟีดโซลูชั่น: น้ำแอปเปิ้ลและผักชนิดหนึ่ง การปอกโซลูชั่น: CaCl2)Membrane CA (°) HCA (°) SFE (10−3Nm−1)RMS(nm)Pristine membranesPP 0.10μm 113 ± 1 36 ± 1 51.2 ± 0.4 125 ± 3PTFE 0.20μm 121 ± 1 34 ± 1 42.3 ± 0.3 70 ± 2PTFE 0.45μm 133 ± 1 33 ± 1 38.0 ± 0.3 65 ± 2PVDF 0.45μm 120 ± 1 28 ± 1 41.6 ± 0.3 50 ± 2Membrane after the OMD processPP 0.10μm 105 ± 1 54 ± 1 59.3 ± 0.4 150 ± 4PTFE 0.20μm 111 ± 1 52 ± 1 57.9 ± 0.4 120 ± 3PTFE 0.45μm 120 ± 1 40 ± 1 43.7 ± 0.3 103 ± 3PVDF 0.45μm 112 ± 1 50 ± 1 55.0 ± 0.4 60 ± 2Fig. 4The 0.45-μm PTFE membrane after the OMD processes in thefollowing systems:1aNaCl/apple juice,1bCaCl2/apple juice,2aNaCl/beet juice,2bCaCl2/beet juiceFig. 5Porosity and mechanical strength (Mullen burst test) results forthe studied membranes before and after their application in the OMDprocess (feed solutions: apple and beet juices; stripping solution: CaCl2)2152Food Bioprocess Technol (2015) 8:2146–2158PTFE that makes this membrane prone to fouling. The SEMimages showed an almost continuous fouling layer on top ofthe PVDF membrane. Moreover, the cross section images(Fig.6b) revealed the presence of scattered internal deposits.However, the depth (<10μm) and occurrence of the internalde

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ผลพื้นผิวลักษณะของเชิงพาณิชย์ที่มีจำหน่ายเยื่อ(PP, PTFE, PVDF) ก่อน OMD กระบวนการคุณสมบัติพื้นผิวมีผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อเยื่อละformance ด้วยเหตุนี้ลักษณะกว้างของ phys- คุณสมบัติ icochemical ของพื้นผิวได้ทำ. สัณฐานของเยื่อนำไปใช้จะนำเสนอในรูป. 2 ขึ้นอยู่กับภาพ SEM เหล่านี้ก็จะเห็นได้ว่าทุกเยื่อที่โดดเด่นด้วยรูปร่างลักษณะที่แตกต่างกัน PP และเยื่อ PVDF มีความพรุนสูงขึ้นและ thick- ภาวะ เยื่อ PTFE ที่มีขนาดรูขุมขนเล็ก ๆ อักษรterized โดยค่าที่ต่ำกว่าความหนา (65 μเมตร) และความพรุน (62%) (ตารางที่1) พรุนและความหนาสำหรับ 0.45- ไมครอนเมตรเยื่อPTFE เท่ากับ 80% และ 80 μเมตร respective- เหมือน โพรพิลีน (PP) เมมเบรนมีโครงสร้างเส้นใยเหมือนมันสามารถสังเกตได้ในภาพตัดขวาง(รูป. 2 (I)). เยื่อ PTFE จะเยื่อขยายฟิล์มที่ทำจากpolytetrafluoroethylene โดยการยืดแกนเดียวหรือแกนกระบวนการส่งผลให้โครงสร้างรูพรุนที่เชื่อมต่อกัน(Kujawski et al. 2013;. Warczok et al, 2007B) ภาพ SEM ของเยื่อ PTFE แสดงในรูปที่. 2 (II และ III) ชี้ให้เห็นโครงสร้างผิวที่คล้ายกันมากของ0.20- และ 0.45- μ mmem- Branes แต่ก็เป็นไปได้ที่จะสังเกตค่อนข้างมากขึ้นโครงสร้างรูขุมขนเปิดของ 0.45- μเมมเบรนเมตรกว่า0.20- ไมครอนเมมเบรนเมตร ข้อสังเกตเหล่านี้มีความสอดคล้องกับการกระจายขนาดรูขุมขนที่ได้รับจากการไหลของเส้นเลือดฝอยเทคนิคporometry (รูปที่. 3) polyvinylidenedifluoride (PVDF) เมมเบรนโดดเด่นด้วยฟองน้ำเหมือนโครงสร้างture (รูป. 2 (IV)) นอกจากนี้เมื่อเทียบกับส่วนที่เหลือของเยื่อ, PVDF 0.45 มี PSD กว้างมาก (ตั้งแต่ 0.8 ไป 0.25 μเมตร) และที่ใหญ่ที่สุดใน BP (0.800 ± 0.002 μม.) ที่เป็นตัวแทนค่อนข้างเป็นจำนวนมากของรูขุมขนรวม(~ 3 %). เยื่อ PTFE แสดงให้เห็นว่าทั้งสอง PSDs แคบ (ทั้งที่มีช่วง~ 0.2 μเมตร) และ bps ที่แตกต่างกันการที่ของ PTFE 0.2 (0.40 μเมตร) เกือบครึ่งหนึ่งของ PTFE 0.45 (0.729 ± 0.014 μเมตร) PP มี PSD แคบและเล็กที่สุดBP (0.088 ± 0.001 μเมตร) บทสรุปของเมมเบรนตัวละครก่อนที่จะมีกระบวนการ OMD จะแสดงในตารางที่ 2. เยื่อตรวจสอบทุกคนที่โดดเด่นด้วยการติดต่อมุมค่าสูงกว่า 90 องศาซึ่งสอดคล้องกับของพวกเขาเชียพฤติกรรมdrophobic (ตารางที่2) วัสดุเมมเบรนมีผลกระทบที่ชัดเจนเกี่ยวกับไฮโดร ไม่ชอบน้ำมากที่สุดเยื่อที่ทำจาก PTFE อย่างไรก็ตามเชียต่ำสุดที่ระดับ drophobicity เป็นข้อสังเกตสำหรับเยื่อ PP (เช่น CA ~ 113 °) ค่า HCA มีความสัมพันธ์อย่างมากกับจาวัสดุbrane และขนาดของรูพรุนของเยื่อทดสอบ มันสามารถมองเห็นได้ (ตารางที่ 2) ว่าสำหรับวัสดุที่เรียบมากขึ้น (PVDF) โดดเด่นด้วยมูลค่าที่ลดลงของ RMS (50 ± 2 นาโนเมตร) ที่hysteresis มุมสัมผัสต่ำ (28 °± 1 °) ค่า SFE อยู่ในช่วง38.0 × 10 - 3 ที่จะ 51.2 × 10 - 3 นิวตันเมตร- 1 นี้รามิเตอร์eter (SFE) เป็นที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับไฮโดร สำหรับเหตุผลที่ค่าต่ำสุดของ SFE ถูกสังเกตเห็นเมมเบรนที่โดดเด่นด้วยค่าCA สูงสุด (PTFE 0.45) พื้นผิวพลังงานฟรีสำหรับเยื่อตรวจสอบขึ้นอยู่กับวัสดุเยื่อเช่นเดียวกับขนาดของรูขุมขน สูงสุดมูลค่าของ SFE เป็นข้อสังเกตสำหรับเมมเบรน PP (เช่นอาร์ 125 ± 3 นาโนเมตร) และมีความสัมพันธ์กับลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเมมเบรนโครงสร้างเส้นใยเช่น(รูป. 2 .I) บนมืออื่น ๆ , ค่าต่ำสุด SFE ถูกกำหนดสำหรับ 0.45- μ mPTFE เมมเบรน (เช่นอาร์ 65 ± 2 นาโนเมตร) ความหยาบกร้านของจาพื้นผิว brane (RMS) มีความสัมพันธ์กับค่า HCA และสำหรับตัวอย่างหยาบมากขึ้นมูลค่าที่สูงกว่าของมุมสัมผัสhys- teresis เป็นข้อสังเกต (ตารางที่2) นอกจากนี้ก็ควรจะเน้นที่ความขรุขระมีความสัมพันธ์ดีกับจาวัสดุbrane ตามที่เยื่อใช้ควรจะแบ่งออกเป็นสามกลุ่มและถือได้ว่าเป็น PP, PTFE และเยื่อ PVDF ขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่ามันสามารถที่จะระบุว่าสำหรับตัวอย่างหยาบมากขึ้นค่าที่สูงขึ้นของSFE จะสังเกตเห็น ค่า RMS มีความสัมพันธ์ดีกับCA และค่า SFE. หลังจากที่กระบวนการ OMD เพื่อที่จะตรวจสอบผลกระทบของกระบวนการ OMD ในคุณสมบัติเมมเบรนที่มีลักษณะที่กว้างขวางของเมมเบรนที่ได้กระทำ ในช่วง OMD เยื่อที่แตกต่างกัน(PP 0.10 μเมตร PTFE 0.2 และ 0.45 μเมตร PVDF 0.45 μเมตร) และการแก้ปัญหาการลอก(โซเดียมคลอไรด์และแคลเซียมคลอไรด์2) เช่นเดียวกับการแก้ปัญหาอาหาร (น้ำบีทรูทและน้ำผลไม้แอปเปิ้ล) ถูกนำไปใช้ หลังจาก OMD กระบวนการแตกต่างในสมบัติทางเคมีกายภาพของเยื่อพบ. ระดับไฮโดรของเยื่อพอลิเมอได้รับการเปลี่ยนแปลง มันมีความสัมพันธ์กับชั้นอินทรีย์ที่สร้างขึ้นบนพื้นผิวเมมเบรนที่เหลือหลังจากการทำความสะอาดจาBranes ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการทดลองและนำไปใช้น้ำผลไม้มันเป็นไปได้ที่จะสังเกตเห็นชั้นบนพื้นผิวทั้งหมดหรือเพียงส่วนหนึ่งของเมมเบรนที่(รูปที่. 4). ค่าที่ได้รับของมุมที่ติดต่อสำหรับเยื่อหลังจากกระบวนการ OMD ต่ำ กว่าเหล่านั้นสำหรับ sam- พื้นเมือง Ples (ตารางที่2) ความแตกต่างระหว่างค่า CA ก่อนและหลังจากที่กระบวนการOMD เท่ากับประมาณ 8 ° - 13 ° ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดเป็นข้อสังเกตสำหรับ 0.45- μ mPTFEmem- brane จาก 133 °± 1 °ถึง 120 °± 1 องศา แต่มีขนาดเล็กที่สุดสำหรับPVDF และเยื่อ PP 120 °± 1 °ถึง 112 °± 1 °และ2150 กระบวนการชีวภาพอาหาร วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (2015) 8: 2146 - 2158 จาก 113 °± 1 °ถึง 105 °± 1 °ตามลำดับ (ตารางที่2) เยื่อที่ใช้ในกระบวนการ OMD แสดงให้เห็นถึงมูลค่าที่สูงขึ้นของ HCAandweremorerough (RMS) comparingwiththeunused เยื่อ ลักษณะการทำงานนี้จะเกี่ยวข้องกับการสะสมของรูป 2 ภาพ SEM ใช้เยื่อพอลิเมอ: พีพี0.10 μเมตร(ฉัน), PTFE 0.20 μเมตร(ครั้งที่สอง) และ 0.45 μเมตร(III) และ PVDF (IV). O ผิวหน้าและR กลับsidesofthemembranes. ขนาด 200 × 2000 × และ10000 ×รูป 3 การกระจายขนาดรูขุมขน(PSD) ของเยื่อศึกษาอาหารกระบวนการชีวภาพเทคโนโลยี(2015) 8: 2146 - 2158 2151 ตกค้างอินทรีย์จากน้ำผลไม้บนพื้นผิวเมมเบรน(. รูปที่4) โดยคำนึงถึง SFE ก็จะเห็นได้ว่าหลังจากการประยุกต์ใช้เมมเบรนในกระบวนการOMD เหล่านี้ค่าเพิ่มขึ้นเล็กน้อย(ตารางที่2) ความจริงเรื่องนี้สามารถเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ในเมมเบรนต้านทานและเลืความแข็งแรงchanical หลังจากกระบวนการ OMD โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ของ0.45- ไมครอนมเมมเบรน PTFE สำหรับตัวอย่างนี้การเปลี่ยนแปลงที่มีความแข็งแรงทางกลเป็นส่วนใหญ่มองเห็น. พรุนและความแข็งแรงเชิงกล (มูลเล็นระเบิดทดสอบ) ผลสำหรับเยื่อก่อนและหลังความเข้มข้นOMD กระบวนการที่ได้รับการแสดงในรูปที่. 5. เกี่ยวกับค่าความพรุนของเยื่อ PTFE แสดงให้เห็นว่าสูงขึ้นค่า (60.3 และ 51% สำหรับ PTFE 0.45 และ PTFE 0.2 ตามลำดับ) ตามด้วย PVDF 0.45 (50%) PTFE จาBranes เนื่องจากการแสดงของพวกเขาเปิดโครงสร้างของลวดเชื่อมที่สูงในทั่วไป สำหรับ PVDF 0.45 ที่ค่อนข้างใหญ่และกว้างPSD ยังสะท้อนให้เห็นค่าความพรุนขนาดใหญ่ PP แสดงให้เห็นความพรุนลดลงอย่างน่าทึ่ง(21%) ส่วนใหญ่อาจเป็นเพราะมันPSD ค่อนข้างมีขนาดเล็ก นอกจากนี้ตามที่เปิดเผยโดยภาพ SEM ที่เมมเบรนPP แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวที่มีรูพรุนมากน้อย wher- เคยแอ็กเซสปอนเซอร์ของวัสดุโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อยู่. แต่ก็เป็นที่เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าเมมเบรนพีพีมีการสนับสนุนในด้านการสนับสนุนการ(รูปที่. 2 (I)) หลังจากที่กระบวนการ OMD ลดลงโดยทั่วไปของความพรุนในการทดสอบเยื่อพบว่า(รูปที่. 5) PVDF 0.45 ดูเหมือนจะเป็นผลกระทบน้อยที่สุด(ลดลง 7%) ในขณะที่พีพีแสดงให้เห็นว่าการลดลงที่ใหญ่ที่สุด(37%) อีกสองเยื่อ, PTFE 0.45 และ PTFE 0.2 แสดงให้เห็นว่าการลดความพรุนของ 26 และ15% ตามลำดับ ส่วนใหญ่อาจมีความหนาขนาดใหญ่และโครงสร้างเปิดกว้างมากขึ้นผล PVDF เมมเบรนจากโครงสร้างคล้ายฟองน้ำเมื่อเทียบกับคู่ของมัน นี้สามารถป้องกันการลดความพรุนหลังจากกระบวนการ OMD. มูลเล็นระเบิดการทดสอบไม่ได้เปิดเผยอิทธิพลสำคัญของสภาพเปื้อนในความแข็งแรงทางกลของการศึกษาเยื่อ(รูปที่. 5) ในบรรดาเยื่อศึกษา, PP แสดงให้เห็นการระเบิดความดันสูงสุดอาจเป็นเพราะการสนับสนุน(27.8 PSI) โดยทั่วไปเยื่อทั้งหมดที่มีที่คล้ายกันหรือ slight- ระเบิดความดันที่มีขนาดเล็กเหมือนโพสต์แอปพลิเค OMD มีเพียงข้อยกเว้นของPTFE 45 ซึ่งแสดงให้เห็นค่าที่สูงขึ้นและที่อาจได้รับเนื่องจากการเปรอะเปื้อนมากขึ้นเมื่อเทียบกับชั้นสะสมในตัวอย่างเฉพาะที่ จาเปื้อนBranes นอกจากนี้ยังได้ศึกษาภายใต้ SEM (รูปที่. 6). เมมเบรน PVDF มีโครงสร้างคล้ายฟองน้ำที่มีรูพรุนพื้นผิวสูงมากประกอบด้วยรูขุมขนใหญ่(> 1 μเมตร) กระจายสุ่มบนพื้นผิว (รูปที่. 3 ) รวมกับธรรมชาติที่ไม่ชอบน้ำน้อยของPVDF เปรียบเทียบกับตารางที่2 คุณสมบัติพื้นผิวของเยื่อก่อนและหลังจากการประยุกต์ใช้ในกระบวนการ OMD (โซลูชั่นฟีด: แอปเปิ้ลและน้ำผลไม้ผักชนิดหนึ่ง; ลอกการแก้ปัญหา: CaCl 2) เมมเบรนแคลิฟอร์เนีย (°) HCA (°) SFE (10 - 3 นิวตันเมตร- 1) อาร์ (นาโนเมตร) เยื่อเก่าแก่PP 0.10 μม. 113 ± 1 36 ± 1 51.2 ± 0.4 125 ± 3 PTFE 0.20 μม. 121 ± 1 34 ± 1 42.3 ± 0.3 70 ± 2 PTFE 0.45 μ ม. 133 ± 1 33 ± 1 38.0 ± 0.3 65 ± 2 PVDF 0.45 μม. 120 ± 1 28 ± 1 41.6 ± 0.3 50 ± 2 เมมเบรนหลังจากกระบวนการ OMD PP 0.10 μม. 105 ± 1 54 ± 1 59.3 ± 0.4 150 ± 4 PTFE 0.20 μม. 111 ± 1 52 ± 1 57.9 ± 0.4 120 ± 3 PTFE 0.45 μม. 120 ± 1 40 ± 1 43.7 ± 0.3 103 ± 3 PVDF 0.45 μม. 112 ± 1 50 ± 1 55.0 ± 0.4 60 ± 2 รูป 4 0.45- ไมครอนมเมมเบรน PTFE หลังจากที่กระบวนการ OMD ในระบบต่อไปนี้: 1a น้ำโซเดียมคลอไรด์ / แอปเปิ้ล, 1b CaCl 2 น้ำผลไม้ / แอปเปิ้ล, 2a โซเดียมคลอไรด์ / น้ำบีทรูท, 2b CaCl 2 / บีทรูทน้ำผลไม้รูป 5 ความพรุนและความแข็งแรงเชิงกล (มูลเล็นระเบิดทดสอบ) ผลสำหรับเยื่อศึกษาก่อนและหลังจากการประยุกต์ใช้ของพวกเขาในOMD กระบวนการ (การแก้ปัญหาอาหาร: แอปเปิ้ลและน้ำผลไม้ผักชนิดหนึ่ง; วิธีการแก้ปัญหาการลอก: CaCl 2) 2152 อาหารกระบวนการชีวภาพเทคโนโลยี (2015) 8: 2146 - 2158 PTFE เมมเบรนที่ทำให้มีแนวโน้มที่จะเปรอะเปื้อนนี้ SEM ภาพที่แสดงให้เห็นชั้นเหม็นอย่างต่อเนื่องเกือบด้านบนของเมมเบรน PVDF นอกจากนี้ยังมีภาพตัดขวาง(รูปที่. 6 ข) เปิดเผยว่าการปรากฏตัวของเงินฝากภายในกระจัดกระจาย. แต่ความลึก (<10 μเมตร) และการเกิดขึ้นของภายในเดอ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ผลของการใช้ในเชิงพาณิชย์

ลักษณะพื้นผิวเมมเบรน ( PP PTFE , PVDF )

ก่อนที่กระบวนการ OMD สมบัติมีผลกระทบที่ดีในเยื่อต่อ -
formance . ด้วยเหตุผลนี้ กว้าง ลักษณะของอุปกรณ์ --
icochemical คุณสมบัติพื้นผิวแล้ว
สัณฐานวิทยาของใช้เมมเบรนที่แสดงในรูปที่ 2


ขึ้นอยู่กับภาพ SEM เหล่านี้ จะเห็นได้ว่าทั้งหมด
ต่างมีลักษณะสัณฐานที่แตกต่างกัน PP PVDF membranes และมีรูพรุนสูง

และหนา - เนส PTFE เมมเบรนที่มีรูพรุนขนาดเล็กขนาดอยู่ charac -
terized โดยลดคุณค่าของความหนา 65
μ
m ) และมีรูพรุน
( 62 ) ( ตารางที่ 1

) ความพรุนและความหนาสำหรับ 0.45 -
μ
m
PTFE เมมเบรน เท่ากับ 80% และ 80 μ
m
-
เกี่ยวข้องลีโพรพิลีน ( PP ) โดยมีโครงสร้างเป็นเส้นใย เช่น
มันสามารถสังเกตได้ในรูปตัดรูป ( รูปที่
2
( i ) ) .
เมมเบรน PTFE เมมเบรนคือขยายฟิล์มเคลือบทำโดยปริมาตร หรือพฤติกรรม

ยืดกระบวนการส่งผลเชื่อมโยงโครงสร้างรูพรุน

2013 ( kujawski et al .
; warczok et al . 2007b

) ภาพ SEM ของ PTFE เมมเบรนเป็น


รูปที่ 2