Manifestations of Fouling of Heterogeneous Membranes by Wine Components in the Process of their Tartrate Stabilization by Electrodialysis Method

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Tartrate stabilization of wine components by electrodialysis makes it possible to speed up and automate this process, as well as reduce the loss of valuable components. The widespread introduction of electrodialysis into industrial wine production is hampered due to fouling of ion-exchange membranes with wine components, as well as due to the very limited range of membranes currently used. This study is devoted to a comparative analysis of the properties of relatively inexpensive heterogeneous ion exchange membranes MA-41, MK-40 and AMH-PES, CMH-PES before and after their use in the tartrate stabilization of wine materials by electrodialysis. It has been shown that the mechanisms of fouling and its impact on transport characteristics, as well as on the development of electroconvection and the generation of H+, OH– ions are largely determined by the counterions that are transferred through cation-exchange (transition metal cations) and anion-exchange (carboxylic acid anions) membranes. Membranes MA-41, MK-40 demonstrate higher resistance to fouling during operation in electrodialysis units for less than 15 hours.

全文:

受限制的访问

作者简介

E. Pasechnaya

Kuban State University

Email: n_pismen@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

M. Ponomar

Kuban State University

Email: n_pismen@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

A. Klevtsova

Kuban State University

Email: n_pismen@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

K. Kirichenko

Kuban State University

Email: n_pismen@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

K. Solonchenko

Kuban State University

Email: n_pismen@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

N. Pismenskaya

Kuban State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: n_pismen@mail.ru
俄罗斯联邦, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

参考

  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.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Optical images of the surfaces of the CMH-PES cation exchange membrane (a, c) and AMH-PES anion exchange membrane (b, d) after their operation in the electrodialysis process of tartrate stabilisation of model wine material in the NEP (a, b) and PEP (c, d) modes. The numbers (1) and (2) denote the surface areas that were not in contact and those that were in contact with the wine material. The light green box limits the polarisable region of the membranes. The inserts in the centre of each figure correspond to enlarged portions of the images.

下载 (525KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Effect of pH on colour changes of optical images of surfaces (1, 2) and slices (3-8) of CMH-PES cation exchange membrane (a) and AMH-PES anion exchange membrane (b) after PEP operation.

下载 (1MB)
索引源数据
4. Fig. 3. IR spectra of the wine material (a) as well as AMH-PES (b) and MA-41 (c) membranes before and after electrodialysis under NEP and PEP current regimes.

下载 (353KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Specific electrical conductivity of cation-exchange (a) and anion-exchange (b) membranes before and after their operation in the electrodialysis process under NEP and PEP current regimes. The studies were carried out in 0.5 M NaCl solution.

下载 (276KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Voltampere characteristics of cation-exchange membrane CMH-PES (a) and anion-exchange membrane AMH-PES before and after electrodialysis in NEP and PEP modes (b), as well as pH difference at the outlet and inlet of desalting chambers (c, d) formed by the investigated and auxiliary membranes MA-41 (a, c) or MK-40 (b, d), respectively. The studies were carried out in 0.02 M NaCl solution. The values of the theoretical limiting current ilimLev are indicated by the dotted line.

下载 (485KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Voltampere characteristics of cation exchange membrane MK-40 (a) and anion exchange membrane MA-41 (b) before and after electrodialysis in NEP and PEP modes, as well as pH differences at the outlet and inlet of desalting chambers (c, d) formed by the investigated and auxiliary membranes MA-41 (a, c) or MK-40 (b, d), respectively. The studies were carried out in 0.02 M NaCl solution. The values of the theoretical limiting current ilimLev are indicated by the dotted line.

下载 (420KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Ratios of the values of experimental limiting currents found from WACs for cation-exchange (a) and anion-exchange (b) membranes operated in electrodialysis processes and initial cation-exchange (a) and anion-exchange (b) membranes.

下载 (592KB)
索引源数据
9. Fig. 8. pH difference at the outlet of desalting chambers formed by cation-exchange (a) and anion-exchange (b) membranes used in electrodialysis or original. Data are presented for i/ilimLev = 2.5.

下载 (456KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».