Fibrous membranes for selective filtration of juices

Abstract

The present study proposes the development of electrospun fibrous membranes with high selectivity and affinity for patulin retention throughout the apple juice clarification process. Nanostructured bi- and tridimensional materials can be obtained by electrospinning with very large surface-to-volume ratio, high porosity and interconnectivity, making them very attractive for a large number of applications including separation processes. Other remarkable methodology is the molecular imprinting. This is a technique that creates molecularly imprinted cavities with memory capacity from the interaction between a template molecule and a functional monomer or polymer segment for binding specific target molecules. The main objective of this work is the development of new nanofibrous membranes with affinity and performance to remove patulin from apple juice during its processing. The strategy implemented to reach the proposed objective combines molecular imprinting and electrospinning processes. The main polymer poly(ethylene terephthalate) (PET) was blended with chitosan (Chi) and polyallylamine (PAA) to constitute the base of electrospun membranes. The patulin analogs, 6-hydroxynicotinic acid and 5-indanol, were used as template molecules for molecular imprinting and thereby enhance retention capacity of the non-woven electrospun fibrous membranes. The clean-up of patulin analogs reached retention levels of 10 % by PET-Chi membranes and 80 % by PET-PAA membranes. Furthermore, the PET-Chi membranes demonstrated high stability and improved mechanical properties when compared with those of PET alone and good performance as a filter for juice clarification.

O presente estudo propõe o desenvolvimento de membranas nanofibrosas com elevada afinidade e seletividade para a retenção de micotoxinas durante o processo de clarificação do sumo de maçã. Através de electrofiação obtém-se nanomateriais bi- e tridimensionais com alto rácio superfície-volume, elevada porosidade e interconectividade, características que potenciam a aplicação destes materiais em inúmeras áreas incluindo em processos de separação. Outra metodologia aplicada neste estudo foi a impressão molecular. Esta técnica permite a criação de cavidades molecularmente impressas a partir da interação entre a molécula molde e o monómero ou polímero funcional para a ligação especifica de determinada molécula alvo. O principal objectivo deste trabalho é o desenvolvimento de novas membranas com afinidade e performance para a remoção da patulina durante o processamento do sumo de maçã. As estratégias implementadas para alcançar este propósito combinam os dois processos anteriores: electrofiação e impressão molecular. O polímero poli(etileno tereftalato) (PET) serviu de base para a formação da membrana fibrosa por electrofiação, na qual foram incorporados outros polímeros como a quitosana (Q) e a polialilamina (PAA). Por sua vez, os análogos da patulina - ácido 6- hidroxinicotinico e 5-indanol - foram usados como moléculas molde para a impressão molecular de modo a aumentar a capacidade de retenção das membranas nanofibrosas. Deste modo, foram alcançados níveis de retenção dos análogos da patulina de 10 % para as membranas PET/quitosana e de 80 % para as membranas PET/PAA. Para além disso, as membranas PET/quitosana demonstraram elevada estabilidade com melhoria das propriedades mecânicas face à membrana de PET e também apresentaram boa performance como filtro para a clarificação do sumo de maçã.