Membrane Technology in Bioprocess
Engineering
Randeep Singh, K. V. V. Satyannarayana, R. Vinoth Kumar,
and I. Ganesh Moorthy
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Membrane Types and Their Importance in Bioprocesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 Pressure-Driven Membrane Separation Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Concentration-Driven Membrane Separation Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Membrane Processes for Pharmaceutical and Biotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.1 Virus Purification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2 Sterilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.3 Racemic and Azeotropic Separations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.4 Filtration of Valuable Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.5 Hemodialysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4 Membrane Processes for Food Industries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1 Protein Purification and Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2 Fruit Juice Clarification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.3 Skim Milk and Cheese Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 15
4.4 Milk Sterilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.5 Beer and Wine Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5 Future Perspectives of Membranes in Bioprocess Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.1 Artificial Organs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.2 Drug Delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
R. Singh (*)
Institute of Environmental Engineering and Management, National Taipei University of
Technology, Taipei, Taiwan
Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Guwahati, Guwahati,
Assam, India
e-mail: er.randeepsingh12@gmail.com
K. V. V. Satyannarayana and R. Vinoth Kumar
Department of Chemical Engineering, National Institute of Technology Andhra Pradesh,
Tadepalligudem, Andhra Pradesh, India
I. Ganesh Moorthy
Department of Biotechnology, Kamaraj College of Engineering and Technology, Virudhunagar,
Tamil Nadu, India
Manuel Jerold, Santhiagu Arockiasamy, and Velmurugan Sivasubramanian (eds.),
Bioprocess Engineering for Bioremediation: Valorization and Management
Techniques, Hdb Env Chem (2020) 104: 1–26, DOI 10.1007/698_2020_505,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 7 July 2020
1
Engineering
Randeep Singh, K. V. V. Satyannarayana, R. Vinoth Kumar,
and I. Ganesh Moorthy
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Membrane Types and Their Importance in Bioprocesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 Pressure-Driven Membrane Separation Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Concentration-Driven Membrane Separation Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Membrane Processes for Pharmaceutical and Biotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.1 Virus Purification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2 Sterilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.3 Racemic and Azeotropic Separations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.4 Filtration of Valuable Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.5 Hemodialysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4 Membrane Processes for Food Industries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1 Protein Purification and Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2 Fruit Juice Clarification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.3 Skim Milk and Cheese Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 15
4.4 Milk Sterilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.5 Beer and Wine Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5 Future Perspectives of Membranes in Bioprocess Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.1 Artificial Organs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.2 Drug Delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
R. Singh (*)
Institute of Environmental Engineering and Management, National Taipei University of
Technology, Taipei, Taiwan
Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Guwahati, Guwahati,
Assam, India
e-mail: er.randeepsingh12@gmail.com
K. V. V. Satyannarayana and R. Vinoth Kumar
Department of Chemical Engineering, National Institute of Technology Andhra Pradesh,
Tadepalligudem, Andhra Pradesh, India
I. Ganesh Moorthy
Department of Biotechnology, Kamaraj College of Engineering and Technology, Virudhunagar,
Tamil Nadu, India
Manuel Jerold, Santhiagu Arockiasamy, and Velmurugan Sivasubramanian (eds.),
Bioprocess Engineering for Bioremediation: Valorization and Management
Techniques, Hdb Env Chem (2020) 104: 1–26, DOI 10.1007/698_2020_505,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 7 July 2020
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