Ultrasuodatuskalvojen valinta, likaantuminen ja puhdistus entsyymiliuosten suodatuksessa

Ultrasuodatus on tehokas entsyymiliuosten konsentrointi- ja puhdistusmenetelmä. Prosessin ongelmana on kuitenkin kalvojen likaantumisesta johtuva suodatuksen aikainen vuon pienentyminen ja kalvojen hankala puhdistaminen. Oikeilla kalvovalinnoilla ja optimaalisilla pesustrategioilla voidaan suodatus- ja pesuaikoja lyhentää ja nain parantaa suodatusprosessin tehokkuutta ja tuotteen laatua. Työn kirjallisessa osassa on käsitelty entsyymiliuosten ja polymeerikalvojen suodatusprosessiin vaikuttavia ominaisuuksia. Työssä on esitelty myös pesuaineiden ja pesukemikaalien ominaisuuksia sekä pesuprosessiin vaikuttavia tekijöitä. Työn kokeellinen osa koostui kahdesta osasta. Työn ensimmäisessä osassa etsittiin entsyymiliuosten ultrasuodatusprosessiin sopivaa kalvoa vertailemalla kalvojen permeabiliteetteja, hydrofiilisyytta, varausta ja peseytyvyyttä. Suodatuksissa käytettiin kahta Roal Oy:n tuottamaa entsyymiliuosta ja suodatukset tehtiin DSS Labstak M20-laitteistolla. Työn toisen osan tarkoituksena oli etsiä entsyymiliuosten suodatuksessa käytettävien kalvojen likaantumisen syyt sekä tehokas puhdistusaine kalvojen pesuun. Tehokasta pesuainetta etsittiin liotuskokeilla ja laboratoriomittakaavan poikkivirtauslaitteistolla. Analysointeja tehtiin muun muassa FTIR- spektroskoopilla, vuomittauksilla, pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja kontaktikulmamittauksilla. Entsyymiliuosten suodatuksiin sopivan kalvon etsinnässä testattujen kalvojen välillä oli suuria eroja niin permeabiliteeteissa kuin likaantumisessa ja puhdistumisessa, mutta mikään kalvoista ei erottunut ylivoimaisesti parhaaksi. Pesuaineista kaupalliset membraanien puhdistukseen tarkoitetut emäksiset pesuaineet osoittautuivat tehokkaimmiksi lian poistajiksi.

Ultrafiltration is a powerful concentration and purification technique for enzyme solutions. A decrease in the performance of membrane filtration due to fouling and difficult cleaning processes are the limitations of the process. Process- and cleaning times can be short with the right membrane choices and optimal cleaning strategies. In the literature part the membrane and enzyme solution characteristics which have an influence on membrane performance in filtration applications were discussed. In addition characteristics of cleaning solutions and cleaning chemicals were introduced. The experimental part is divided into two sections. The suitability of different kinds of membranes for the treatment of enzyme solutions was studied in the first experimental part. The performance of different polymeric membranes was compared in test filtration of two enzyme solutions produced by Roal Oy. The experiments were done using the DSS labstak M20- filter. The aim of the second experimental part was to find the reasons for fouling and find an effective cleaning agent for the purification of membranes used in enzyme filtration. The cleaning studies were made at static conditions performed in a beaker and at dynamic conditions performed using a laboratory scale ultrafiltration equipment. The analyses were made with FTIR- spectroscopy, scanning electron microscopy and contact angle measurements. There were big differences between the tested membranes in permeability, fouling and cleaning performances, but none of the membranes was outstanding compared to the others. Commercial alkaline membrane cleaning agents had the best cleaning power.