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1、膜技术在食品及天然产物中的应用,万端极 教授 13807148413,湖北工业大学膜技术研究所所长,膜技术在食品及天然产物中的应用,膜分离技术概论,膜分离技术定义 膜分离是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到纯化、浓缩等目的的分离过程。膜的种类 膜组件是将一定膜面积的膜以某种形式组装在一起的器件，在其中实现混合物的分离。按外形可分为板框式、螺旋卷式、管式及中空纤维式膜组件。根据分离物质的大小，可以将膜分为微滤，超滤，纳滤和反渗透。按材料分可分为合成有机聚合物膜、无机材料膜。现在还研制出了新型膜材料如金属膜、有机-无机
2、混合膜和新型有机膜等。,无机膜,有机膜,膜分离技术概论,膜的孔径以及截留物大小 微滤膜孔径介于0.110m，主要截留固体颗粒、絮凝物、细菌、乳胶和乳化油等。超滤膜孔径介于 0.005 0.1m，截留颗粒粒径50nm100nm或截留分子量500050万Dalton，主要截留蛋白、颜料、多糖、小分子肽等。纳滤膜孔径为0.55nm，主要截留分子量2001000Dalton的多价离子及低分子有机物，截留分子量介于反渗透和超滤之间。反渗透孔径0.11nm，截留大于100Da的有机溶质、小于100Da的无机溶质。,膜分离工艺,死端过滤 被过滤的物料垂直膜面的操作过程。过滤液垂直膜面通过。优点：双向连续进料
3、，连续出料，适用于纯净水。缺点：极易堵塞，不能长时间工作。,死端过滤,错流过滤 被过滤的物料平行膜面操作，过滤液沿切向方向透过。优点：不易被堵塞，可连续工作，一般一天或数天清洗一次。膜设备可自动、可手动设计。缺点：进料大循环时间长（滤液连续出料），不利于热敏性、易挥发、易酸败物料的分离。,错流过滤,目前国际上最前沿的膜工艺，在国外已经完成了工业化生产。它是根据被处理的物质的性质，将多个错流过滤单元组合成一个大系统，从物料进入系统到浓缩液、滤液被分离出系统的时间不超过15分钟，保留了错流过滤优点，克服了错流过滤的不足。此工艺适合于所有物料，尤其适合易挥发、易酸败、热敏性物料的分离。缺点：膜设备必
4、须全自动设计，制作费用高20-30%。,连续错流过滤,膜分离技术在食品及天然产物中的应用,膜分离技术相对来讲是个粗分离技术。相对于溶剂萃取、树脂吸附、结晶、超临界、分子蒸馏、工业色谱来讲，膜分离技术是一个粗分离技术，膜技术绝不可能按孔径完成绝对准确分离。原因：(1)被分离目标产物的空间形态与膜孔有一个对应关系；(2)被分离的目标产物的电性；(3)膜孔的一致性；(4)物料体系中的黏性物质的架桥原理；(5)膜设备自身工艺设计的科学性、合理性和与被分离目标产物的理化性质的相容性；(6)膜设备投资最小化等。,膜分离技术在食品及天然产物中的应用,膜分离技术几个关键技术及方法。膜分离技术与低温浓缩串联，用
5、于热敏性物质的浓缩。主要是除去物料体系的游离水，大量减轻低温浓缩的负荷。一般双效蒸发一吨水成本在100元以上，采用膜技术除水费用仅8元左右。这种膜多采用的是纳滤膜，可以除去水和一价的阴离子。也可以用反渗透与双效和低温浓缩串联进行浓缩。,2.膜技术与离子交换树脂串联应用进行目标产物纯化。采取膜分离技术先除去大部分大于目标产物分子量的杂质，再将与目标产物分子量相近的体系上柱，利用树脂的电性对目标产物进行精制。,丝氨酸的传统工艺（多次上柱工艺）,丝氨酸膜处理工艺,两种工艺产品品质与生产成本对比：,传统工艺生产出的产品纯度为92%、收率70%，成本12万/吨，市场价18万/吨。,膜处理工艺生产的产品纯
6、度可达98%，收率为90%，市场售价可达28万/吨，而成本还低于传统树脂工艺，仅为10万/吨。,3.膜技术与结晶技术的串联应用于目标产物纯化,猫豆酸提液,粗过滤,上柱,重溶,单效浓缩,干燥,产品,猫豆生产左旋多巴传统工艺,氨洗脱,重结晶,一次结晶,膜处理工艺,猫豆酸提液,特种纳滤膜除杂,微滤膜除杂,反渗透浓缩,单效浓缩,结晶,干燥,产品,母液回纳滤,两种工艺收率与产品纯度对比：,传统工艺生产出左旋多巴纯度为98%、收率仅为57%，市场售价8万/吨。,膜处理工艺生产的产品纯度可达99.5%，收率为91%，市场售价可达20万/吨。,4.膜分离技术与酶催化技术结合应用天然产物工艺中,杜仲叶,90水套
7、提,粗过滤,洗脱,洗脱,干燥,产品,杜仲叶提绿原酸传统工艺,上柱,二次上柱,膜处理工艺,两种工艺收率与产品纯度对比：,传统绿原酸提取工艺生产的产品纯度仅为20%，收率为40%，市场售价30万/吨。,采用膜技术与树脂结合技术生产的绿原酸产品纯度可达60%，收率也提高到了85%，单价150万/吨。,展 望,在天然产物的提取中，膜处理工艺具有效率高、能耗低、产品品质高、生产成本低等特点。但膜技术在蛋白质体系中的应用是个世界难题，仅用膜技术很难实现对蛋白质体系的有效分离。原因如下：1.蛋白质的空间构象复杂、蛋白质的粘性高且蛋白质的分子量分布宽（200100万Dalton）；2.采用膜分离技术直接对蛋白质进行分段是一个十分困难的问题。因此膜分离技术在蛋白质体系中必须与其它技术联合运用。,谢谢！,万端极 教授13807148413,湖北工业大学膜技术研究所所长,
