Проявления фаулинга гетерогенных мембран компонентами виноматериалов в процессе их тартратной стабилизации методом электродиализа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Тартратная стабилизация виноматериалов методом электродиализа позволяет ускорить и автоматизировать этот процесс, а также снизить потери ценных компонентов. Широкое внедрение электродиализа в промышленное производство вина сдерживается из-за фаулинга ионообменных мембран компонентами вина, а также вследствие весьма ограниченного ассортимента мембран, применяемых в настоящее время. Данное исследование посвящено сравнительному анализу свойств относительно недорогих гетерогенных ионообменных мембран МА-41, МК-40 и AMH-PES, CMH-PES до и после их использования в тартратной стабилизации виноматериалов методом электродиализа. Показано, что механизмы фаулинга и его воздействия на транспортные характеристики, а также на развитие электроконвекции и генерации H+, OH- ионов во многом определяются противоионами, которые переносятся через катионообменные (катионы переходных металлов) и анионообменные (анионы карбоновых кислот) мембраны. Мембраны МА-41, МК-40 демонстрируют более высокую устойчивость к фаулингу при времени эксплуатации в электродиализных аппаратах менее 15 часов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Л. Пасечная

Кубанский государственный университет

Email: n_pismen@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

М. A. Пономарь

Кубанский государственный университет

Email: n_pismen@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

А. В. Клевцова

Кубанский государственный университет

Email: n_pismen@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

К. А. Кириченко

Кубанский государственный университет

Email: n_pismen@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

К. В. Солонченко

Кубанский государственный университет

Email: n_pismen@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

Н. Д. Письменская

Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: n_pismen@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

Список литературы

  1. World Wine Production Outlook // OIV. 2023. 9 pp.
  2. de Castro M., Baptista J., Matos C., Valente A., Briga-Sá A. // Sci. Total Environ. 2024. V. 930. P. 172383.
  3. El Rayess Y., Castro-Muñoz R., Cassano A. // Trends Food Sci. Technol. 2024. V.147. P. 104453.
  4. Cui W., Wang X., Han S., Guo W., Meng N., Li J., Sun B., Zhang X. // Food Chemistry: X. 2024. V. 23. P. 101728
  5. Granes D., Bouissou D., Lutin F., Moutounet M., Rousseau J. // Bulletin de l’OIV. 2009. V. 82. № 935. P. 57.
  6. Payan C., Gancel A.-L., Jourdes M., Christmann M., Teissedre P.-L. // OENO One. – 2023. V. 57. № 3. P. 113–126.
  7. Escudier J., Saint-Pierre B., Batlle J., Moutounet M. Automatic Method and Device for Tartaric Stabilization of Wines, WO9506110. 1995.
  8. El Rayess Y., Mietton-Peuchot M. // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2016. V. 56. № 12. P. 2005–2020.
  9. Vecino X., Reig M., Gibert O., Valderrama C., Cortina J.L. // ACS Sustain. Chem. Eng. 2020. V. 8. № 35. P. 13387–13399.
  10. Chen M.V. An electrolytic method for tartrate stabilization in Chardonnay winе. 2016. Master’s Theses. California Polytechnic State University, San Luis Obispo. P. 1–74.
  11. Gnilomedova N., Anikina N., Vesyutova A., Oleinikova V., Gavrish V., Chayka T. // Food Processing: Techniques and Technology. 2022. V. 52. № 3. P. 490–499.
  12. Benı́tez J.G., Macı́as V.P., Gorostiaga P.S., López R.V., Rodrı́guez L.P. // J. Food. Eng. 2003. V. 58. № 4. P. 373–378.
  13. Pismenskaya N., Bdiri M., Sarapulova V., Kozmai A., Fouilloux J., Baklouti L., Larchet C., Renard E., Dammak L. // Membranes. 2021. V. 11. № 11. P. 811.
  14. Jackson R.S. Wine Science: Principles and Applications, Academic Press: UK. 2020.
  15. Bdiri M., Perreault V., Mikhaylin S., Larchet C., Hellal F., Bazinet L., Dammak L. // Sep. Purif. Technol. 2020. V. 233. P. 115995.
  16. Fabjanowicz M., Płotka-Wasylka J. // Trends Food Sci. Technol. 2021. V. 112. P. 382–390.
  17. Zhang X., Kontoudakis N., Wilkes E., Scrimgeour N., Hirlam K., Clark A.C. // Food Chem. 2021. V. 357. P. 129764.
  18. Ran J., Wu L., He Y., Yang Z., Wang Y., Jiang C., Ge L., Bakangura E., Xu T. // J. Memb. Sci. 2017. V. 522. P. 267–291.
  19. Akberova E.M., Vasil’eva V.I., Zabolotsky V.I., Novak L. // J. Memb. Sci. 2018. V. 566. P. 317–328.
  20. Vasil’eva V.I., Zhiltsova A.V., Akberova E.M., Fataeva A.I. // Condensed Matter and Interphases. 2014. V. 16. № 3. P. 257–261.
  21. Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. // Adv. Colloid Interface Sci. 2008. V. 139. № 1-2. P. 3–28.
  22. Tsygurina K., Pasechnaya E., Chuprynina D., Melkonyan K., Rusinova T., Nikonenko V., Pismenskaya N. // Membranes. 2022. V. 12. №. 12. P. 1187.
  23. Pasechnaya E.L., Klevtsova A.V., Korshunova A.V., Chuprynina D.A., Pismenskaya N.D. // Membr. Membr. Technol. 2024. V. 6. № 4. P. 273–289.
  24. Ponomar M., Krasnyuk E., Butylskii D., Nikonenko V., Wang Y., Jiang C., Xu T., Pismenskaya N. // Membranes. 2022. V. 12. № 8. P. 765.
  25. Lteif R., Dammak L., Larchet C., Auclair B. // Eur. Polym. J. 1999. V. 35. № 7. P. 1187–1195.
  26. Belashova E.D., Melnik N.A., Pismenskaya N.D., Shevtsova K.A., Nebavsky A.V., Lebedev K.A., Nikonenko V.V. // Electrochimica Acta. 2012. V. 59. P. 412–423.
  27. Kolbas N.Y. // Scientific notes of the Brest State University named after A. S. Pushkin. 2014. V. 10. P. 30–38.
  28. Пасечная Е.Л., Пономарь М.А., Клевцова А.В., Коршунова А.В., Сарапулова В.В., Письменская Н.Д. // Мембраны и мембранные технологии. 2024. Т. 14. № 4. с. 317–332.
  29. Mollaamin F., Mohammadian N.T., Najaflou N., Monajjemi M. // SN Appl. Sci. 2021. V. 3. P. 1–18.
  30. Helfferich F.G., Dranoff J.S. Ion Exchange, McGraw-Hill: New Yor, 1963.
  31. Pasechnaya E., Tsygurina K., Ponomar M., Chuprynina D., Nikonenko V., Pismenskaya N. // Membranes. 2023. V. 13. P. 84.
  32. Perreault V., Sarapulova V., Tsygurina K., Pismenskaya N., Bazinet L. // Membranes. 2021. V. 11. P. 136.
  33. Bellamy L.J. The Infra-Red Spectra of Complex Molecules, 3rd ed. Springer: Dordrecht, The Netherlands, 1975.
  34. Tarasevich B.N. Infrared Spectrum of Basic Classes of Organic Compounds. Moscow, 2012.
  35. Coates J. Interpretation of Infrared Spectra. In Encyclopedia of Analytical Chemistry. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester, UK, 2006.
  36. Ghalloussi R., Garcia-Vasquez W., Chaabane L., Dammak L., Larchet C., Deabate S.V., Nevakshenova E., Nikonenko V., Grande D. // J. Membr. Sci. 2013. V. 436. P. 68.
  37. Simoes Costa A.M., Costa Sobral M.M., Delgadillo I., Cerdeira A., Rudnitskaya A. // Sensor. Actuat. B-Chemical. 2015. V. 207. P. 1095.
  38. Garcia-Vasquez W., Ghalloussi R., Dammak L., Larchet C., Nikonenko V., Grande D. // J. Memb. Sci. 2014. V. 452. P. 104–116.
  39. Scano P. // LWT. 2021. V. 147. P. 111604.
  40. Newman J.S. Electrochemical Systems. John Wiley & Sons Inc.: Hoboken, New Jersey, 2004.
  41. Nikonenko V., Nebavsky A., Mareev S., Kovalenko A., Urtenov M., Pourcelly G. // Applied Sciences. 2018. V. 9. № 1. P. 25.
  42. Rubinstein I., Zaltzman B. // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 114. № 11. P. 114502.
  43. Zabolotsky V.I., Novak L., Kovalenko A.V., Nikonenko V.V., Urtenov M.H., Lebedev K.A., But A Yu. // Petroleum Chemistry. 2017. V. 57. P. 779–789.
  44. Zabolotsky V.I., Vasil’eva V.I., Lebedev K.A., Akberova E.M., Achoh A.R., Davydov D.V., Loza S.A., Dobryden S.V. // Chem. Eng. Sci. 2024. V.295. P. 120137.
  45. Rubinstein I., Zaltzman B. // Adv. Colloid. Interface Sci. 2007. V. 134. P. 190–200.
  46. Pärnamäe R., Mareev S., Nikonenko V., Melnikov S., Sheldeshov N., Zabolotskii V., Hamelers H.V.M. // J. Memb. Sci. 2021. V. 617. P. 118538.
  47. Sarapulova V., Nevakshenova E., Nebavskaya X., Kozmai A., Aleshkina D., Pourcelly G., Nikonenko V., Pismenskaya N. // J. Memb. Sci. 2018. V. 559. P. 170–182.
  48. Dressick W.J., Wahl K.J., Bassim N.D., Stroud R.M., Petrovykh D.Y. // Langmuir. – 2012. V. 28. № 45. P. 15831–15843.
  49. Pismenskaya N., Rybalkina O., Solonchenko K., Butylskii D., Nikonenko V. // Membranes. 2023. V. 13. № 7. P. 647.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оптические изображения поверхностей катионообменной мембраны CMH-PES (а, в) и анионообменной мембраны AMH-PES (б, г) после их эксплуатации в электродиализном процессе тартратной стабилизации модельного виноматериала в режимах НЭП (а, б) и ПЭП (в, г). Цифры (1) и (2) обозначают не контактировавшие и контактировавшие с виноматериалом участки поверхности. Светло-зеленая рамка ограничивает поляризуемый участок мембран. Вставки в центре каждого из рисунков соответствуют увеличенным фрагментам изображений.

Скачать (525KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние pH на изменения окраски оптических изображений поверхностей (1, 2) и срезов (3–8) катионообменной мембраны CMH-PES (а) и анионообменной мембраны AMH-PES (б) после эксплуатации в режиме ПЭП.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. ИК-спектры виноматериала (а), а также мембран AMH-PES (б) и МА-41 (в) до и после электродиализа при токовых режимах НЭП и ПЭП.

Скачать (353KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Удельная электропроводность катионообменных (а) и анионообменных (б) мембран до и после их эксплуатации в электродиализном процессе при токовых режимах НЭП и ПЭП. Исследования выполнены в 0.5 М растворе NaCl.

Скачать (276KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вольтамперные характеристики катионообменной мембраны CMH-PES (а) и анионообменной мембраны AMH-PES до и после электродиализа в режимах НЭП и ПЭП (б), а также разности pH на выходе и входе камер обессоливания (в, г), образованных исследуемой и вспомогательными мембранами МA-41 (а, в) или МК-40 (б, г) соответственно. Исследования выполнены в 0.02 М растворе NaCl. Значения теоретического предельного тока ilimLev обозначены пунктирной линией.

Скачать (485KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Вольтамперные характеристики катионообменной мембраны МК-40 (а) и анионообменной мембраны MA-41 (б) до и после электродиализа в режимах НЭП и ПЭП, а также разности pH на выходе и входе камер обессоливания (в, г), образованных исследуемой и вспомогательными мембранами МА-41 (а, в) или МК-40 (б, г) соответственно. Исследования выполнены в 0.02 М растворе NaCl. Значения теоретического предельного тока ilimLev обозначены пунктирной линией.

Скачать (420KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Отношения найденных из ВАХ значений экспериментальных предельных токов для эксплуатировавшихся в электродиализных процессах и исходных катионообменных (а) и анионообменных (б) мембран.

Скачать (592KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Разница pH на выходе камер обессоливания, образованных использованными в электродиализе или исходными катионообменными (а) и анионообменными (б) мембранами. Данные представлены для i/ilimLev = 2.5.

Скачать (456KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024