Pengaruh terhadap viskositas: ukuran partikel, polidispersitas diameter, dan efek electroviscous

dalam partikel bermuatan. Besar partikel monodispersed cenderung memberikan viskositas relatif lebih

rendah dari partikel yang lebih kecil pada fraksi volume setara tetapi perbedaan antara mereka menurun

ketika diameter rata-rata. Perubahan dalam viskositas dengan menggunakan satu atau kombinasi dari tiga

faktor yang akan menurunkan hasil presipitasi dari b-lg. Peningkatan voluminosity partikel terkait

dengan peningkatan viskositas akan memperlambat migrasi atau difusi b-lg dan akibatnya agregasi

dengan lainnya

monomer atau dimer. Selain itu, peningkatan viskositas harus memiliki akibat langsung pada desain

hidrodinamik dari sel EDBM. EDBM memiliki banyak keuntungan dibandingkan dengan metode

alternatif untuk fraksinasi protein. Proses lebih terkontrol, sebagai tingkat electroacidification diatur oleh

kerapatan arus efektif dalam sel. Di generasi in situ dan penggunaan kembali bahan kimia berbahaya bagi

lingkungan (asam dan basa) menekan kelemahan dan risiko terkait dengan penanganan, transportasi,

penggunaan, dan penghapusan produk ini. Selain itu, dengan menggunakan sistem electrodialytic, yang

dikenal dalam industri, teknologi EDBM dengan mudah dapat diaplikasikan pada skala industri dan

instalasi tidak akan membutuhkan perubahan dari proses produksi, tetapi hanya beberapa modifikasi [2].

Namun, keuntungan utama dari teknologi ini adalah hasil protein lebih tinggi, sampai dengan 53%

dibandingkan dengan 33% dan 17%, masing-masing, dari whey asam dan manis protein [21,22], dan

kadar abu rendah dari isolat.

21.4.7 fraksinasi dari FRAKSI PROTEIN KEDELAI UTAMA

Protein kedelai terdiri dari empat fraksi protein: 2 S, 7 S, 11 S, dan 15 S menurut unit masing-masing

Svedberg. Kedua protein cadangan utama kedelai adalah globulin 7 S atau b-conglycinin (37% sampai

39% dari protein total) dan 11 S atau glycinin (31% -44% dari total protein). Mereka memiliki sifat

intrinsik dan sifat fungsional yang berbeda. Saio dan Watanabe [158] melaporkan bahwa 11 S dan 7 S

memiliki sifat fungsional yang berbeda: globulin 11 S membuat gel tahu lebih sulit daripada globulin 7 S,

endapan lebih cepat, dan bentuk agregat yang lebih besar relatif terhadap gel 7 S. Ning dan Villota [159]

menemukan bahwa setelah ekstrusi 11 S fraksi globulin muncul untuk mendukung ekspansi dan air

mendukung kapasitas produk jadi. Banyak proses telah dipatenkan untuk memisahkan protein

berdasarkan poin yang berbeda isoelektrik dan kemampuan dari 11 S fraksi untuk mengendapkan pada

suhu rendah [160].

Menyesuaikan suhu pada 100C selama EDBM diperbolehkan fraksinasi selektif fraksi protein kedelai

Gambar 21.31a dan 21.31b) [43]. Dalam prakteknya, jika sampel protein diendapkan diambil pada pH

6,2, komposisi protein akan terdiri dari 33,8%, 92,9%, 16,2%, dan 8,7% dari konten asli dari 15 S, 11 S, 7

S, dan fraksi 2 S, masing-masing. Ini mengarah pada solusi diperkaya fraksi 11 S dalam endapan (71,8%

dari 11 S dan 10,8% dari 7 S) dan solusi diperkaya dengan 7 S fraksi [43]. dalam supernatan (46,6% dari

7 S dan 4,6% dari 11 S) Fraksinasi selektif pada suhu rendah dijelaskan oleh fakta bahwa protein yang

memiliki proporsi yang tinggi dari asam amino hidrofobik, dan karenanya memiliki struktur yang

tergantung pada interaksi hidrofobik, sangat sensitif terhadap perubahan sifat pada titik beku

[87].Menurut Cheftel et al. [87] fraksi kedelai, 11 S dan 7 S memiliki nilai rata-rata relatif tinggi

hidrofobik yang dihitung menggunakan persamaan Bigelow [161]. Akibatnya, kombinasi perbedaan suhu

rendah sensitivitas dan dititik isoelektrik dari fraksi kedua 11 S dan 7 S, fraksi protein utama kedelai,

akan memungkinkan pemisahan selektif mereka dengan BPM electroacidification

21.4.8 PEMULIHAN DARI PROTEIN DAN Agen koagulan whey tahu KEDELAI

Dalam proses pembuatan tahu, koagulan ditambahkan ke susu kedelai pada konsentrasi 2% -

4% (w/w) dari kedelai yang digunakan dalam bets [162.163]. Agen koagulasi dapat berupa kalsium

sulfat atau magnesium klorida. Koagulan (kalsium atau magnesium) menjembatani dan akhirnya

menyebabkan protein mengendapkan [163]. Kombinasi dari koagulan dan penambahan panas akan

mempercepat koagulasi dari tahu [163], yang kemudian dipisahkan dari sisa whey tahu kedelai (STW)

dan diproses lebih lanjut. Pembuangan STW, yang berisi konsentrasi besar pentosa dan gula hektosa,

mineral, protein, dan koagulan berlebih, merupakan proses yang mahal yang secara signifikan

menambahkan biaya terhadap pembuatan tahu. Sekarang, whey dibuang ke sistem pembuangan kotoran.

Dengan mengurangi limbah, merupakan bagian penting dari protein (sekitar 20%) dan koagulan yang

hilang, lebih jauh lagi, limbah ini mencemari lingkungan. Kemudian, memulihkan Mg dari STW akan

mengurangi biaya langsung yang terkait dengan produksi tahu sementara memulihkan protein akan

meningkatkan produksi.

Elektrodialisis (DE), EDBM, dan gabungan DE diikuti oleh EDBM (ED+EDBM) dievaluasi

untuk pemulihan dari magnesium (Mg2+) dan protein dari STW, dimana magnesium klorida digunakan

sebagai koagulan [164] (Gambar 21,32). ED sendiri dilakukan pada proses batch dengan menggunakan

arus konstan 1 A untuk 30 menit. EDBM saja sudah dilakukan dalam proses batch menggunakan arus

konstan 1 A selama 40 menit di awal, dan arus konstan 3 A selama 20 menit terakhir dari pengolahan,

untuk mempercepat proses elektrodialisis. Dalam konfigurasi gabungan (ED+EDBM), STW pertama

kali di konfigurasi elektrodialisis selama 60 menit, pada 1 A arus konstan, dan kemudian di konfigurasi

elektrodialisis untuk 60 menit lainnya, pada 1 A. konfigurasi didasarkan pada perubahan dalam

konduktivitas listrik, pemulihan Mg2+, presipitasi persen protein, dan konsumsi energi.

Selama proses elektrodialisis, total konsentrasi Mg2+ dalam STW berkurang 980-800 ppm

dalam 30 menit: turun 18,4% dari konsentrasi awal. Penurunan konsentrasi Mg2+ adalah karena

perpindahan Mg2+ dari STW ke kompartemen berkonsentrasi di mana konsentrasinya akan meningkat

secara proporsional. Untuk whey keju dan susu skim, Hiraoka et al. [165] menunjukkan bahwa pada

periode awal demineralisasi K+ dan Cl- awalnya dihapus lalu diikuti oleh kalsium, magnesium, dan

fosfor. Namun, laju deashing sekitar 60% dan 30% untuk whey keju dan susu skim, masing-masing,

harus dicapai sebelum Mg mulai bermigrasi. Dalam kasus kami, sekitar 22% dari demineralisasi dicapai

pada akhir ED konfigurasi.

Selama pengolahan EDBM, pH STW menurun dari 5,5-3,4 dalam 60 menit. Mengubah arus

dari 1 sampai 3 A memungkinkan migrasi yang lebih baik dari ion dalam larutan dan menghasilkan

pengurangan pH cepat. Konsentrasi protein terlarut menurun

Dari 660-510 mg equiv BSA/ L: penurunan 22,7% dalam 60 menit. Selain itu, konfigurasi ini

memungkinkan penurunan 14,3% pada konsentrasi STW Mg2+ (penurunan 700-600 ppm).

Selama fase ED dari konfigurasi gabungan, pH STW sedikit meningkat, sebagaimana dicatat

sebelumnya dari 5,6-5,9 dalam 60 menit. Selama fase EDBM, pH menurun sampai 4,0; cara penurunan

pH sama dengan konfigurasi EDBM dalam konfigurasi gabungan. Pemulihan Mg2+ dari STW adalah

60,5% selama fase ED pada 60 menit: demineralisasi itu dilakukan secara linear selama periode ini (Tabel

21.10). Selama langkah EDBM, pemulihan Mg2+ mencapai5%. Untuk konsentrasi protein larut, 34,7%

dari total protein diendapkan selama langkah EDBM berlangsung. Kombinasi dari konfigurasi DE dan

EDBM menghasilkan pemulihan 65% Mg2+ dan 34,7% protein dari STW tersebut. Sebuah langkah yang

sangat baik yaitu demineralisasi protein, efisiensi EDBM meningkat karena 2 faktor antara konfigurasi

EDBM dan langkah EDBM dalam konfigurasi gabungan.

Konsumsi energi, dihitung selama 30 menit, adalah sekitar 0,69 kW h / kg Mg2+ . Hal ini dapat

terjadi akibat suhu yang lebih tinggi dari 3980C untuk konfigurasi ED+EDBM dibandingkan dengan

hanya 1280C untuk konfigurasi ED. Boer dan Robbertsen [166] mengamati bahwa perubahan pada suhu

1080C berhubungan dengan peningkatan konduktivitas dan tingkat demineralisasi yang lebih tinggi, yang

memiliki efek positif pada efisiensi daya. Untuk langkah EDBM, nilai-nilai sebesar 1,7 dan 3,76 kW h /

kg Mg2+ diperoleh, masing-masing, untuk EDBM dan konfigurasi ED+EDBM. Pada konsentrasi yang

lebih tinggi Mg2+ juga bertanggung jawab untuk efisiensi listrik yang lebih tinggi untuk konfigurasi ED

dibandingkan dengan konfigurasi EDBM [164].

21,5 APLIKASI LAINNYA: BIOTEKNOLOGI, NUTRACEUTIC, COSMECEUTIC, DAN

BIOPHARMACEUTIC

BPMs menawarkan solusi untuk masalah penghapusan kation yang terkandung pada kebanyakan

asam organik: Mereka memungkinkan garam untuk dibagi ke dalam alkali dan asam yang sesuai.

Akibatnya, BPMs digunakan dalam proses pemisahan air dan memungkinkan untuk pemulihan asam

organik dari produksi fermentasi. Selain itu, penurunan kekuatan ion disebabkan oleh demineralisasi

kation ditambah dengan pengasaman larutan dan juga digunakan untuk produksi fosfolipid.

21.5.1 PRODUKSI FERMENTATIV DAN ISOLASI ASAM LAKTAT

Asam laktat adalah salah satu asam organik yang memiliki penggunaan luas dalam berbagai

bidang seperti industri makanan, produksi minuman, industri farmasi, industri kimia, dan obat-obatan

[167]. Hari ini, lebih dari setengah dari produksi dunia asam laktat diproduksi dalam skala industri

tradisional dalam fermentasi batch sederhana dengan produktivitas rendah [140]. Proses Konvensional

fermentasi menghasilkan endapan kalsium laktat, yang harus dipekatkan dengan penguapan dan reaksi

oleh asam kuat [168]. Kelemahan dari proses fermentasi konvensional adalah laju reaksi yang rendah,

pemulihan produk yang rumit, dan akan mengakibatkan dampak negatif pada lingkungan. Ada

kemungkinan lain untuk pemulihan asam laktat,akan tetapi cara ekstraksi, distilasi langsung, adsorpsi,

dan metode yang relatif sederhana lainnya memiliki keterbatasan tertentu, yang menghambat penggunaan

yang lebih luas [169.170]. Elektrodialisis adalah salah satu metode yang sangat menjanjikan dan

perspektif yang disediakan oleh perkembangan yang cepat dari proses membran. Bipolar membran ED

digunakan oleh Norddahl [171] dan Norddahl et al. [172] untuk produksi fermentasi dan isolasi asam

laktat (Gambar 21.33). Sebuah medium pertumbuhan disterilkan, whey diserap dari produksi konsentrat

protein whey (WPC) dengan campuran dari protein enzim hidrolisis menjadi sasaran fermentasi kontinu

dalam fermentor dengan Lactobacillus sp. bakteri, yang menghasilkan asam laktat. Cairan fermentasi

ultrafiltrasi(cutoff 5000 Da, 7,3 m2 luas membran total) untuk mempertahankan cairan yang mengandung

bakteri retentate dan whey protein, dan memungkinkan materi terlarut untuk lolos, termasuk asam laktat

yang terbentuk dalam proses fermentasi. Karena amonia digunakan untuk mengontrol pH fermentasi,

asam laktat adalah dalam bentuk amonium laktat. Pada permeat dari proses UF dirawat pada resin

Chelating untuk mengikat ion divalen sehingga mencegah pengendapan garam kalsium yang mungkin

mengarah ke kondisi ireversibel dalam membran elektrodialisis. Pada eluat dari resin penukar ion

terkonsentrasi di dua langkah ED proses, di mana langkah pertama menggunakan membran konvensional

ED. Pada langkah kedua, BPMs memisahkan garam dibentuk menjadi laktat asam, asam anorganik, dan

larutan amonium hidroksida (Gambar 21,27). Amonium laktat dikonversi ke amonium hidroksida dan

asam laktat dalam dua aliran terpisah. Tingkat pemulihan keseluruhan asam laktat cukup tinggi, sekitar

85% -90% berdasarkan jumlah gula ditambahkan ke fermentor tersebut [171].

Proses ini disederhanakan dari proses umum yang diusulkan oleh Van Nispen dan Jonker [142],

karena aliran umpan tidak mengandung bahan organik yang bisa busuk BPM. Akhirnya, asam laktat

dapat dimurnikan dan dipekatkan hingga konsentrasi yang diinginkan menggunakan film multistage

evaporator vakum atau evaporator kompresi. Baru-baru ini, sebuah pengembangan lebih lanjut

berdasarkan proses ini memberikan prosedur pemurnian baru untuk isolasi [172]. Setelah ultrafiltrasi

cairan fermentasi, yang menyerap diasamkan (Gambar 21,33). Pengasaman terdiri dari penyesuaian pH

ke nilai di bawah 3,8, lebih optimal antara 2,5 dan 3,0, di bawah nilai pKa-asam laktat (3,86). Akibatnya,

ion laktat bebas bergabung dengan ion hidrogen untuk membentuk asam laktat dan tidak memiliki muatan

listrik bersih. Larutan asam yang dihasilkan kemudian dibebani dengan suatu nanofiltrasi atau reverse

proses osmosis untuk mempertahankan ion divalently diisi dan molekul yang lebih besar dari 180 g / mol,

bebas dari kalsium dan magnesium diperlakukan oleh DE di mana membran selektif ion dan BPM

memisahkan garam anorganik dari asam laktat (Gambar 21.33). Asam laktat demikian ditemukan di

aliran umpan, yang deionisasi selama ED. Berbagai pengaturan yang mungkin untuk proses ED. Bipolar

membran ED dapat dioperasikan dengan menggunakan tiga kompartemen konfigurasi, dengan

kompartemen terpisah untuk air garam, dasar, dan asam yang mengandung aliran [142171172] (Gambar

21,34). Air garam kompartemen, yang laktat adalah makan, dilewatkan melalui tumpukan membran

dalam ruang antara monopolar dan anionik membran. Aliran dasar ini dipimpin antara membran kationik

monopolar dan sisi anionik dari BPM, dimana ion hidroksida yang dihasilkan. Aliran asam ini dipimpin

antara membran anionik monopolar dan sisi kationik dari BPM, di mana asam dihasilkan. Jadi, anion

(terutama klorida) yang diangkut dari kompartemen air garam, melalui monopolar anionik membran, ke

kompartemen asam, di mana mereka menggabungkan dengan proton yang dihasilkan oleh BPM untuk

membentuk sesuai asam. Demikian pula, kation (Na, K, dll) yang diangkut dari kompartemen air garam,

melalui membran monopolar kationik, untuk kompartemen dasar, di mana mereka menggabungkan

dengan ion hidroksida yang dihasilkan oleh BPM untuk membentuk basis. Dengan cara ini, klorida asam

dan Na/ K hidroksida dapat dipulihkan dalam asam dan basa kompartemen, masing-masing. Atau, bipolar

membran ED dapat dioperasikan menggunakan konfigurasi dua kompartemen, di mana baik anionik

(Gambar 21.35a) atau kationik (Gambar 21.35b) membran monopolar dihilangkan. Dalam modus operasi,

hanya kation atau anion dihapus dari kompartemen pakan dan diganti dengan baik oleh proton atau ion

hidroksida.

Kelemahan dari konfigurasi ini adalah bahwa asam laktat yang mengalir hanya sebagian

deionisasi, karena hanya kation atau anion dihapus. Ini merupakan proses perbaikan untuk produksi asam

laktat yang memiliki keuntungan sederhana dan murah dan menghasilkan Asam Laktat tinggi. Pemulihan

memerlukan langkah-langkah yang lebih sedikit. Menurut Norddahl et al. [172], adalah mungkin untuk

mencapai tingkat pemulihan keseluruhan dari sekitar 90% -95% atau lebih dari 98% berdasarkan jumlah

gula ditambahkan ke fermentor tersebut. Selanjutnya, beberapa tambahan keuntungan yang diperoleh

dengan penemuan ini, antara lain

1. Tidak perlu menggunakan bahan kimia untuk menumbuhkan bahan pertukaran ion.

2. Efisiensi operasi yang lebih tinggi, karena berbeda dengan proses menggunakan pertukaran ion, tidak

ada risiko kalsium atau magnesium ion melewati resin penukar ion, sehingga proses ini juga lebih mudah

terkontrol.

3. Semua aliran limbah daur ulang, asam dan basa yang dihasilkan di dikembalikan ke proses tersebut.

4. Penurunan jumlah produk limbah, karena hanya limbah yang dihasilkan dalam konsentrat dari

nanofiltrasi, yang berisi Ca2+ Mg2+ dan senyawa ion berwarna

21.5.2 PRODUKSI fosfolipid

Susu whey merupakan produk sampingan dari pembuatan keju dan kasein. Whey keju

mengandung 7-10 g /L protein dengan kandungan tinggi b-lactoglobulin (3 g / L) [173] dan sekitar 2-8 g

/L lipid [174]. lemak whey terdiri dari hampir 66% lipid nonpolar dan 33% lipid kutub. Lipid polar

terutama fosfolipid dengan phosphatidylethanolamine 34%, 31% fosfatidilkolin, 15% sphingomyelins,

phosphatidylinositol 12%, dan 8% phosphatidylserine [175]. Dibandingkan dengan sumber lainnya

fosfolipid yang tersedia di pasar (umumnya kedelai), fosfolipid susu yang asli karena adanya konsentrasi

tinggi dalam sphingomyelins dan proporsi rendah dari asam lemak tak jenuh ganda [175]. Oleh karena

itu, kehadiran konsentrasi tinggi sphingomyelins dalam lipid kulit menunjukkan kemungkinan

penggunaan fosfolipid whey dalam kosmetik. Selanjutnya, fakta bahwa asam lemak disajikan tingkat

rendah polyinsaturation akan memiliki dampak utama pada kerentanan terhadap oksidasi lipid.

Whey pada umumnya terkonsentrasi oleh penguapan dan semprotan dikeringkan untuk

memperoleh WPCs. Selama beberapa tahun terakhir, WPCs sebagian besar telah digunakan dalam

industri makanan sebagai bahan gizi dan fungsional. Biasanya, WPCs konvensional terdiri lebih dari 35%

protein dan memiliki kandungan lemak yang lebih tinggi dari 4% [176]. Namun, kehadiran lemak dalam

produk ini mempengaruhi sifat fungsionalnya [177], yang bisa menyampaikan rasa dari [178]. Untuk

alasan ini, metode untuk mengurangi kandungan lemak dalam produk akhir telah dikembangkan. Ini

terdiri dari penambahan ion kalsium divalen untuk pH dari yang disesuaikan menjadi 7,3. Larutan ini

kemudian dipanaskan untuk memungkinkan agregasi dan pengendapan kompleks phospholipoprotein

[174179180]. Kompleks ini kemudian dihilangkan misalnya dengan mikrofiltrasi, Dengan metode ini,

adalah mungkin untuk menghasilkan WPC yang mengandung kurang dari 0,5% dari lipid [181]. Namun,

proses mikrofiltrasi harus dioptimalkan untuk mendapatkan membran permeasi optimal. De Wit dan

Klarenbeek [182] telah menemukan bahwa penurunan dari ionik kekuatan larutan whey dikombinasikan

dengan pengasaman kimia pada pH 4,6 memungkinkan pengendapan lipoprotein, yang dapat dipisahkan

dengan dekantasi. Reduksi kekuatan ionik dilakukan oleh demineralisasi dengan resin ion-exchange,

elektrodialisis, atau diafiltration. Metode lain terdiri dari asam presipitasi lipid dalam media dengan

rendah-ionik kekuatan. Phillips et al.

Sentrifugasi Whey pada 1000 g selama 5 menit (proses 1) diperoleh pemulihan 20,8% dari lipid

whey keju cheddar (Tabel 21,10). Komponen lainnya, protein dan laktosa diendapkan pada tingkat yang

lebih rendah (1,1% dan 0,6%, masing-masing). Sebuah whey 32,1% presipitasi lipid diperoleh dalam

proses yang terdiri dari electroacidification untuk mencapai nilai pH 3,7 sebelum langkah sentrifugasi. Ini

merupakan peningkatan 54% di dibandingkan dengan proses 1, dengan protein dan tingkat kelembapan

laktosa sangat mirip (1,9% dan 0,9%, masing-masing). Elektrodialisis konvensional memungkinkan

peningkatan presipitasi protein dari 1,9% menjadi 3,3% (Tabel 21,11).