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食品分离技术膜分离解析第1页/共13页 14 June 20232过滤与膜分离过滤是借助于过滤介质将不同大小、不同形状的物质分离的技术。根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同，过滤可分为粗滤、微滤、超滤和反渗透4大类。它们的主要特性和用途如表所示。过滤介质多种多样。常用的有滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷和各种高分子膜等。其中以高分子膜为过滤介质的过滤称为膜分离技术。微滤、超滤、透析和电渗析等都属于膜分离技术。第2页/共13页 14 June 20233（二）膜分离技术概念：借助于一定孔径的各种高分子薄膜，将不同大小、不同形状和不同特性的物质颗粒或分子分离的技术，统称为膜分离技术。膜材料：膜分离所使用的薄膜主要是丙烯腈、醋酸纤维素、硝酸纤维素、赛璐玢及尼龙等高分子聚合物制成的高分子膜，有时也可用动物膜和羊皮纸等。分类：根据物质颗粒或分子通过薄膜的原理和推动力的不同，膜分离可分为3大类。 1、加压膜分离 2、电场膜分离 3、扩散膜分离第3页/共13页 14 June 202341、加压膜分离加压膜分离是以薄膜两边的流体静压差为推动力的膜分离技术。已在科研和生产中广泛应用。在静压差的推动下，小于孔径的物质颗粒穿过膜孔，而大于孔径的颗粒被截留。根据所截留的颗粒大小的不同，加压膜分离可分为3种。 （1）微滤（2）超滤（3）反渗透第4页/共13页 14 June 20235（1）微滤又称微孔过滤。微滤膜截留的物质颗粒直径为0.2～2μm。过滤介质：微（孔）滤膜、微孔陶瓷滤筒。操作压力：＜ 0.1MPa应用：主要用于分离细菌、灰尘等光学显微镜可看到的物质颗粒。在无菌水、软饮料、矿泉水等的生产中广泛应用。第5页/共13页 14 June 20236（2）超滤又称超过滤。是借助于超滤膜将不同分子量的物质分离的技术。超滤膜截留的颗粒直径从20～2000A（0.02～0.2μm），相当于分子量1000～5×105道尔顿。过滤介质：超滤膜操作压力： 50～700kPa应用：主要用于分离病毒和各种大分子。在酶工程、生化药物等领域已广泛使用。超滤技术在酶工程方面应用，不仅使酶得以分离纯化，还达到酶液浓缩的目的，特别适用于液体酶制剂的生产。但对超滤膜的要求较高，对于那些需要小分子辅酶的酶的生产不适用。 第6页/共13页 14 June 20237（3）反渗透反渗透膜的孔径小于20A，被截留的物质分子量小于1000道尔顿，操作压力为0.7～13MPa。主要用于分离各种离子和小分子物质。在海水淡化、纯水精制等方面使用。 第7页/共13页 14 June 202382、电场膜分离电场膜分离是在半透膜的两侧分别装上正、负极，在电场作用下，小分子的带电物质或离子向着与其本身所带电荷相反的电极移动，透过半透膜，而达到分离的目的。电渗析和离子交换电渗析即属于此类。 第8页/共13页 14 June 20239（1）电渗析分离原理：用二块半透膜将电渗析槽分隔成3个室，两块膜之间的中心室通入待分离的溶液，在两侧的室中装入水或缓冲液并分别装上正、负极。接通直流电源后，中心室溶液中的阳离子向阴极移动，透过半透膜到达阴极槽，而阴离子则移向阳极槽，从而达到分离。操作条件：渗析时要控制好电压和电流强度。渗析开始的一段时间内，由于中心室溶液的离子浓度高，电压可低些，当中心室离子浓度较低时，要适当升高电压。应用：主要用于酶液或其他溶液的脱盐、海水淡化、纯水制备及其他带电荷的小分子的分离。也可将凝胶电泳后的含蛋白质或核酸等凝胶切开，置于中心室，经电渗析，使带电荷的大分子与凝胶分离。 第9页/共13页 14 June 202310（2）离子交换电渗析离子交换膜电渗析的装置与一般电渗析相同，只是以离子交换膜代替一般的半透膜。离子交换膜的选择透过性比一般半透膜强，一方面由于膜的孔径大小不同，只让小于孔径的颗粒透过，而把大于孔径的物质截留；另一方面由于膜上带有某种基团，根据同性电荷相斥、异性电荷相吸的原理，只让带异性电荷的颗粒透过，而把同性电荷的物质截留。离子交换膜电渗析在海水淡化、溶液脱盐以及从发酵液中分离纯化柠檬酸等方面应用。 第10页/共13页 14 June 2023113、扩散膜分离概念：扩散膜分离是利用小分子物质的扩散作用，不断透过半透膜到膜外，而大分子被截留，达到分离目的。扩散膜分离主要是指透析。膜材料：透析膜可用动物膜、羊皮纸、火棉胶或赛璐玢等制成。使用时可做成透析管、透析袋或透析槽等形式。透析方法：透析时，样品液装在透析袋内，袋外是水或者缓冲液，在一定的温度下，透析一段时间使小分子物质从透析袋内透出到袋外。必要时，袋外的水或缓冲液可以更换，或连续补充水或缓冲液，而同时连续排出渗出液，以提高效果。应用：透析主要用于酶、蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯化，从中除去小分子物质，也可用于溶液的脱