pH verandering melk

[stephanp]

Beste lezers,

Probleem: Al enige tijd zit ik met een vraagstuk waar ik niet uit kom. Ik hoop daarom ook dat er iemand is die mij een zetje kan geven in de goede richting. Ik zal de situatie hieronder beschrijven.

Ik heb een tank, waar ik restproducten van melk in opsla, zogenoemd sludge (dit woord zal ik in de rest van het verhaal gebruiken).

De sludge bestaat uit dezelfde samenstelling als melk, alleen is het eiwitgehalte hoger dan dat van melk (10% ipv. 3,4%). De sludge heeft pH 6,7. Dit wil ik met behulp van citroenzuur 50% verlagen naar pH 2,5. De totale verandering van de pH wil ik binnen een uur kunnen afronden.

In mijn worst case moet ik de pH van 12m³ sludge binnen 1 uur verlagen naar 2,5 met citroenzuur 50%.

Mijn vraag: Is het mogelijk om theoretisch de verandering in pH per tijdseenheid (seconden) in een grafiek uit te zetten, zo ja, hoe zou ik dit probleem het best kunnen benaderen?

Eigen idee:

• Om de pH te berekenen moet ik de totale hoeveelheid aan H+ in mijn oplossing weten in mol/l
• Om de totale hoeveelheid aan H+ in mijn oplossing te weten moet ik de samenstelling van mijn melk bepalen.

Als ik een standaard melkoplossing neem dan weet ik dat deze uit de volgende samenstelling bestaat.

• 86,6% Water
• 4,4% Vetten
• 3,4% Eiwitten
• 4,6% Lactose
• 1% mineralen (Calcium, IJzer, Fosfor, Kalium, Natrium etc.)

Vanaf dit punt zit ik vast. In melk zijn verschillende eiwit en vet verbindingen aanwezig. Welke zullen bijdragen aan de pH verandering en hoe kan ik een tijdseenheid (theoretisch) koppelen aan deze verandering.

Alvast bedankt voor jullie reacties!

[Benm]

De verandering van pH is geen langzaam proces. Zo te zien gooi je dat citroenzuur er als oplossing in, dus je hoeft ook niet te wachten tot het oplost. In een vat van 12 kuub is de snelheid waarmee je het kunt mengen/roeren waarschijnlijk de beperkende factor.

Als je het mengen niet meerekent hoef je denk ik niet te gaan rekenen aan de snelheid waarmee de pH omlaag gaat, die reactie is snel, vermoeddelijk aanzienlijk minder dan een seconde.

Wat wellicht wel van belang en tijdsbeperkend kan zijn: Is het erg als de oplossing lokaal even TE zuur wordt? Dat 50% citroenzuur zal een pH hebben van minder dan 1 - ik weet niet of die sludge daar tegen kan. Zo niet zul je langzaam moeten mengen en snel moeten roeren om problemen te voorkomen.

[stephanp]

Hoi Benm, allereerst bedankt voor je reactie.

Ik doseer mijn citroenzuur in de oplossing. De pomp die de citroenzuur in de tank doseert wordt aangestuurd dmv. pH metingen in de Tank.

Om even iets te verduidelijken. Ik heb een tank van ongeveer 60m³. In de tank is een instelbaar roerwerk aanwezig. De grootste hoeveelheid aan sludge die ik op 1 moment moet kunnen verzuren in deze 60m³ tank is 12m³.

Vraag: Nu het bovenstaande bekend is, weet jij een manier hoe ik toch (theoretisch) een tijdseenheid aan de pH verandering kan koppelen? Het is voor mij van belang dat ik de tijd kan controleren waarin de pH verandert.

[Fuzzwood]

Dat kun je iig praktisch doen door een staal te titreren met een constante zuurtoevoegsnelheid, en dit om te rekenen zodat de verhoudingen met jouw systeem overeenkomen.

[Benm]

Om even iets te verduidelijken. Ik heb een tank van ongeveer 60m³. In de tank is een instelbaar roerwerk aanwezig. De grootste hoeveelheid aan sludge die ik op 1 moment moet kunnen verzuren in deze 60m³ tank is 12m³.

Vraag: Nu het bovenstaande bekend is, weet jij een manier hoe ik toch (theoretisch) een tijdseenheid aan de pH verandering kan koppelen? Het is voor mij van belang dat ik de tijd kan controleren waarin de pH verandert.

Je probleem is (helaas voor mij) fysisch van aard, niet zo zeer chemisch. Qua chemie kun je middels een titratie van een kleine hoeveelheid exact bepalen hoeveel zuur je bij die sludge moet gooien om op de gewenste eind-pH te komen. Als je de reactie test doet 12 ml of 12 kuub er niet toe, het gaat om de verhoudingen.

Wat bepalend is voor hoe snel je dit met 12 kuub kunt doen is hoe snel het een en ander met elkaar gemengd wordt, en hoe ver de pH locaal onder de gewenste eindwaarde mag komen. Let wel dat dit doorschieten altijd zal gebeuren: Als je het citroenzuur toevoegt maakt het even contact met de slugde, en op dat moment is de pH op het contactpunt even beneden de 1.

De vraag is hoe lang dat mag duren. Als het helemaal niets uitmaakt dan kun je bij wijze van spreke de hele lading zuur er in 1 keer in gooien en daarna gaan roeren. Maar als het slechts kort mag duren dan moet je gaan rekenen aan de menging in je reactievat, en dat is behoorlijk complex. Voor mij helaas te complex, je zou iemand moeten raadplegen met kennis van vloeistofdyamica in industriele processen.

[PAAC]

Uit nieuwschierigheid, blijft je roerwerk functioneren als je caseine gaat klonteren bij een zuurdere pH? (vooral als je het over een langer tijdsbestek wilt doen)

En melk heeft vanuit zichzelf een bufferende werking, dus hou daar rekening mee met het berekenen voor het toevoegen van de hoeveelheid citroenzuur.

[stephanp]

Hoi Paac,

Bedoel je dat mijn melk gaat klonteren bij het verlagen van de pH ongeacht het feit dat er een roerwerk in zit die de boel mengt? zo nee, kun je toelichten wat je precies bedoeld?

Weet jij toevallig wat of welke verbindingen de bufferende werking in melk bepalen?

[PAAC]

Hoi Paac,

Bedoel je dat mijn melk gaat klonteren bij het verlagen van de pH ongeacht het feit dat er een roerwerk in zit die de boel mengt?

Yups, weet niet 100% zeker of dit ook gebeurt als de boel in beweging is en daarom ook de vraag of dit geen invloed heeft.

Weet jij toevallig wat of welke verbindingen de bufferende werking in melk bepalen?

Niet zo 1, 2, 3 uit mijn hoofd.

[rwwh]

De zure en basische zijketens van de eiwitten hebben elk een eigen pKa, daardoor kan over een vrij groot bereik aan pH een eiwit zuur en base bufferen. Zodra de eiwitmoleculen elektrisch neutraal zijn (evenveel zijketens met een positieve als met een negatieve lading, dan klonteren ze plotseling samen. De pH waarbij dat gebeurt heet het "iso-elektrisch punt". Voor caseïne, het dominante eiwit in melk, is dat iso-elektrische punt pH=4,6. Daar moet je dus langs. En ik heb geen idee wat dat gaat betekenen.

Als je weet hoeveel zijketens van het caseïne je moet protoneren tussen pH=6,7 en pH=2,5 en je kent de concentratie aan eiwit, dan zou je kunnen uitrekenen hoeveel zuur je daarvoor nodig hebt. En dan zijn er nog wat andere componenten die een kleinere rol spelen. Ik zou het ook met een klein monstertje proberen.

Overigens: Ik vind de terminologie "halveren" van de pH niet zinvol.

[mevassch]

Misschien moet je eens proberen met een fenolftaleine indicator papier?

[rwwh]

@mevassch, weet je bij welke pH fenolftaleine van kleur verandert?