膜技术在食品与医药行业中的应用

摘要

膜分离是一种新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术，近30年来发展迅速，已在工业领域得到广泛的应用。膜分离过程的原理是利用膜的选择透过性而使不同的物质得到分离。它具有无相变、分离效率高、可在常温下进行、无化学变化、节能、设备简单、卫生程度和自动化程度高等优点。膜分离过程主要分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF) 和反渗透(RO), 电渗析(ED)等过程。本论文将各种膜过程，单独或者联合使用在食品，药品行业中。内容如下： 将无机膜技术应用到中药的澄清和分离中。无机材料的做成的膜可以有效的解决中药澄清和分离时材料的耐高温和高机械强度的问题。结果表明：选用无机膜对中药提取液进行澄清除杂，可以使药液中固行物的含量降低30％，有效的降低了后续处理的能耗，同时有效成分的含量只损失了20％，相对传统的水提醇沉或者醇提水沉法生产的产品，提高了产品质量，同时大大降低了生产对环境所带来的污染，降低了生产成本。可见无机膜技术在中药的澄清和分离应用中有着良好的应用前景。因此，本文采用具有标准柱状孔结构的无机膜过滤中药溶液体系，对3种孔径的无机膜研究膜的分离性能和膜微结构的关系、污染机理进行了系统的实验研究；并建立了预测膜通量的中间堵塞模型。 实验考察了膜孔径和操作参数对过滤过程的影响，通过过滤通量和截留率随时间的变化以及对阻力数据的分析，提出了膜污染的控制方法。对于孔径分别为20，100，200 nm的3种膜，在0.1 Mpa实验条件下，孔径为20 nm的膜稳定通量最高；当固形物浓度在0.1~2 g·L-1浓度范围内，膜稳定通量随浓度增大先上升然后稳定；操作压差在0.08~0.15 Mpa的范围时，稳定通量随压差增大先增大后减小，在0.1 Mpa时达到最大。 比较了三种堵塞模型的计算结果，孔径为200 nm的无机膜过滤过程符合中间堵塞模型。考察了在不同操作压差和固形物浓度时的拟稳态通量和截留率的变化。通过考察孔径20 nm和孔径200 nm两种膜稳定通量与操作压差的关系，发现在0.08-0.15 Mpa操作压差范围内，对于两种孔径膜，稳定通量是操作压差的二次函数。在实验压差范围内，当压力在0.07-0.115 Mpa时，孔径为20 nm的膜通量较高，其它压差下孔径为200 nm的膜通量较高。随着压力的增大，截留率先减小后增大，这与稳定通量的变化趋势相反，即截留率随着渗透阻力的增加而变大。在一定的浓度范围内，随浓度增加，稳定通量先增大后减小，截留率呈下降趋势。 考察纳滤膜对荷电性物质的截留作用。考察对于那些需要浓缩同时又要求有分离效果的原料的处理性能。对味精二次母液脱色，分离壳寡糖，中药生产都采用纳滤膜来进行处理。 在食品行业中，原料液一般都含有较高的盐分，因此要想生产出高质量的产品，必须将盐分脱除。本实验选用电渗析对木糖溶液，谷氨酸浓缩液，D甘氨酸生产母液以及高盐分的药液进行脱盐处理。本实验考察用电渗析体系是否适用于食品原料中盐分的脱除。