食品分离技术重点

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1、食品分离技术第一章 绪论第一节 分离技术的概念分离过程就是通过一定的手段，将混合物分成互不相同的几种产品的操作过程，它包括提取和除杂两个部分。分离技术是一门研究如何从混合物中把一种或几种物质分离出来的科学技术。要实现混合物的分离，需要某种专门的设备和专门的过程，并且要提供相应的能量和物质。这是因为物质的混合过程是一个熵的增加过程，可以自发地进行；而从混合物中进行分离，是一个熵减少的过程。熵减的过程必须要有外加能量才能进行。第二节 分离技术的分类及特点所有的分离技术，都可以分为机械分离和传质分离两大类。机械分离处理的是两相或者两相以上的混合物，其目的是简单地将各相加以分离，过程中不涉及传质过程。

2、如：过滤、沉降、离心分离、旋风分离等。传质分离过程的特点是过程中有传质现象发生。传质分离技术处理的物料可以是均相体系，也可以是非均相体系。传质分离过程包括平衡分离过程和速率分离过程。平衡分离过程是指借助于分离媒介（热能、溶剂、吸附剂），使均相混合物变成两相系统，再以各处组分扩散速度的差异来实现分离的过程。如：闪蒸、萃取、精馏、吸附、吸收、离子交换、结晶以及泡沫分离等。速率分离控制分离过程则主要是根据混合物中各个组分扩散速度的差异来实现分离的过程。如：反渗透、超滤、电流等，分离过程所处理的原料产品通常属于同一相态，仅仅是组成上存在差异，利用浓度差、压力差以及温度差等作为分离推动力。如果按分离性质

3、分类则有：物理分离法：以被分离对象在物理性质方面的差异作为分离依据，采用有效的化学手段进行分离，包括热扩散法、梯度磁性分离法以及过滤、沉淀、离心分离等各种机械分离法。化学分离法：依据被分离对象在化学性质方面的差异，采用有效的化学手段进行分离的技术，如沉淀分离法、溶剂萃取法、离子交换技术等。物理化学分离法：被分离对象中，有时存在着不止一个特征方面的差异，包括在物理和化学方面的差异，据此可以采用物理手段与化学手段相结合的技术进行分离。一般来说，被分离组分之间的性质差别越大越多，分离的手段越多，分离越容易，分离得到的结果越精细，产品越好。第三节 分离技术与食品工业食品分离技术是指各种分离技术（包括物

4、理的、化学的以及物理化学的）在食品科学与食品工程中的应用。其重要性表现在：食品分离技术是食品工业的基础。食品分离技术能提高食品原料的综合利用程度。食品分离技术能保持和改进食品的营养和风味。食品分离技术使产品符合食品卫生要求。现代食品分离技术能改变食品行业的生产面貌。第四节 食品分离过程的特点及其方法一、 食品分离过程的特点(1) 食品分离技术的分离对象各类繁多，结构复杂。(2) 产品质量与分离过程关系密切。(3) 食品安全性要求高。(4) 食品在分离过程中易腐败变质。二、 食品分离方法的确定(1) 查找分离组分的基础性研究资料，包括待分离组分的相对分子质量、化学结构、理化性质以及生物活性等。(

5、2) 选择和确立对该组分进行定性、定量测定的方法，目的在于能对分离效率有一个有效的评价。(3) 了解原料的我以及待分离组分的存在和含量情况。(4) 确定选用分离技术并对分离条件进行实验选择。(5) 对分离效果进行评价。(6) 中间试验和工业生产应用的放大设计。第五节 食品分离技术的平价及其发展趋向一、 食品分离技术的评价1. 分离效率及其选择性2. 产品质量3. 产品的安全性4. 生产工艺的简化5. 生产成本二、 食品分离技术的发展趋向1. 传统分离技术的发展2. 实验室规模分离技术的放大和应用3. 生物大分子分离技术获得较大的进展4. 新型分离技术的开发第二章 沉淀分离技术第一节 沉淀分离的

6、目的及其方法沉淀是指溶液中的溶质在适当条件下由液相变成而析出的过程。分离过程中采用沉淀技术，目的有两个：通过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质的目的；通过沉淀可将已纯化的产品由液态变成固态，有利于保存和进一步的加工处理。应用沉淀分离技术时，应考虑三个因素：沉淀的方法和技术应具有一定的选择性；注意到所选用的沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否有破坏作用；要考虑残留在目标成分中的沉淀剂对人体是否有害。沉淀分离技术通常包括：(1) 无机沉淀剂沉淀分离法通常以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法，如盐析法，多用于各种蛋白质和酶类的分离纯化，以及某些金属离子的去除。常用的沉淀剂有：硫酸铵、碳酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠

7、、氯化钠(2) 有机沉淀剂沉淀分离法以有机溶剂作为沉淀剂的一种沉淀分离方法，多用于生物小分子、多糖及核酸类产品的分离；有时也用于蛋白质的沉淀和金属离子的去除；用于酶的沉淀分离时，易导致酶的失活。常用的沉淀剂有：丙酮、乙醇、甲醇(3) 非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀剂，适用于生物大分子的沉淀分离，如酶、核酸、蛋白质、病毒、细菌等。典型的非离子多聚体是聚乙二醇（PEG）(4) 等电点沉淀法利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋白质及其他属于两性电解质组分的沉淀分离，如大豆蛋白“碱提酸沉”。(5) 共沉淀分离法又称为生物盐复合沉

8、淀法，用于多种化合物告别是一些小分子物质的沉淀。它是利用沉淀的同时对其他待分离成分吸附共沉淀而达到除杂的目的。(6) 变性沉淀分离法又称为选择性变性沉淀法，是利用特定条件使目标成分变性导致其性质的改变如溶解度下降而得以分离。适用于一些变性条件差异较大的蛋白质和酶类的分离纯化。采用的变性条件有pH值、温度的改变以及添加剂、利用酶的作用等，如腐竹的生产可以说是利用大豆蛋白质的热变性而进行分离的一个例子。第二节 无机沉淀剂沉淀分离法一、 金属盐类沉淀分离法利用金属离子与酸根在形成盐类时溶解度低而得以沉淀分离。柠檬酸发酵工业中应用得较多的是钙盐法。分两具步骤：钙盐中和，发酵液去除菌体后，加入碳酸钙形成

9、柠檬酸钙沉淀。酸解，用硫酸处理，使之生成硫酸钙沉淀。在蔗糖生产过程中，利用生成碳酸钙沉淀或亚硫酸沉淀来进行糖的除杂和澄清。谷氨酸能与Zn2（锌盐法）、Ca2（钙盐法）、Co2、Cu2等金属离子作用生成谷氨酸盐沉淀，因此也可用于从发酵液中分离谷氨酸。影响此类沉淀效果的因素主要是温度和pH值。采用此沉淀方法，常有共沉淀作用和吸附作用发生，并且一些金属盐（硫酸钙）的溶解度也比较大，因此分离效果不是很理想，一般用作初步分离，并且通常是与其他分离方法配合使用。二、 盐析法应用于蛋白质和酶类的分离（粗提纯阶段）。盐析法的特点：成本低，不需特别的设备，操作简单、安全，对一些生物活性成分的破坏作用小。（一）

10、盐析原理在低盐浓度下，蛋白质和酶类的溶解度随着盐的浓度提高而增大，这个过程称为盐溶。这主要是中性盐离子对蛋白质分子表面活性基团及水活度的影响：无机盐离子在蛋白质表面上吸附，使颗粒带相同电荷而互相排斥。无机盐离子增加了蛋白质的亲水性，改善了与水膜的结合，增加了蛋白质分子与溶剂分子相互的作用力，使蛋白质的溶解度增加。当盐浓度增加到一定程度时，在盐离子的作用下，水活度大大降低，同时蛋白质表面的电荷被大量中和，蛋白质分子外表的水化膜被破坏，蛋白质分子相互聚焦而沉淀析出，这就是盐析。在一定的pH值和温度条件下，改变盐的离子强度I值，使不同溶质在不同的离子强度下有最大的析出，这种方法称为KS分段盐析法。保

11、持溶液的离子强度不变，改变溶液的pH值和温度，使不同溶质在不同的pH值和温度条件下有最大的析出，这种方法称为分段盐析法。一般来说，高价阴离子如硫酸根、磷酸根等有较高的KS（盐析常数，数值越大，盐析效果越好）值，而高价阳离子如镁离子、钙离子等，则会有较低的KS值。（二） 盐析分离法中盐的选择在蛋白质的盐析中，以硫酸铵、硫酸钠应用最广。虽然磷酸盐的盐析效果比硫酸铵好，但硫酸铵的最大优点是温度系数小，温度的变化引起溶液性质的改变不大，且其溶解度大，应用于许多蛋白质和酶的盐析时，对蛋白质和酶变性的影响较小，并且硫酸铵价格低廉。硫酸铵用于蛋白质盐析时，最大的缺点是除了缓冲能力较小外，还由于含氮，因此影响

12、到蛋白质的定量分析。硫酸钠由于不含氮，因此不影响蛋白质的定量测定，但其缺点是在30以下溶解度，需在30以上操作效果才好，不利于保持酶的活性。（三） 影响盐析效果的因素1. 蛋白质浓度蛋白质浓度高，盐的用量少，但如果各种蛋白质的KS值比较接近，会发生比较严重的共沉作用；蛋白质浓度过低时，盐的用量增大，但共沉作用小，选择性较好。2. 离子强度和离子类型采用低离子强度先分离出一种蛋白质，再逐渐增加离子强度，分离出第二种乃至更多种蛋白质，这就是分析盐析法。3. 离子类型通常认为离子半径小，带较高电荷的离子盐析效果较好，离子半径大、带低电荷的离子盐析效果较差。4. pH值一般选择在两性分子的等电点处的p

13、H值下进行。5. 温度在低离子强度下，蛋白质的溶解度随着温度升高而增大；在高离子强度下，则随着温度的升高而下降。对于酶类，盐析时应在较低温度下操作，以最大限度保持酶的活性。（四） 盐析后的脱盐处理常用的脱盐处理方法：透析法、电渗析法和葡聚糖凝胶过滤法。（五） 硫酸铵饱和度的调整方法当盐析要求饱和度高而又不宜增大溶液的体积时，可直接加入硫酸铵固体盐；当盐析要求的饱和度不高，又必须防止浓度过高时，通常是采用加入饱和硫酸铵溶液法。第三节 有机沉淀剂沉淀分离法一、 基本原理及其特点无机沉淀剂沉淀分离法的最大缺点就是分离的选择性和灵敏度都比较差。与无机沉淀剂相比，有沉淀剂的优点在于：选择性比较高，即一定

14、浓度的有机沉淀剂只沉淀分离某一种或某一类溶质组分。沉淀后所得产品不需脱盐，残留的沉淀剂通过挥发而易去除。有机沉淀剂的缺点是对某些具有生物活性的大分子物质如酶类具有失活作用，因而常常需要低温下操作。有机沉淀分离法之所以能将溶质如酶和蛋白质等从溶液中沉淀出来，主要原因在于：有机溶剂改变了溶液的介电常数。脱水作用。二、 有机沉淀剂的选择（一） 沉淀金属离子的有机沉淀剂主要有生成螯合物的有机沉淀剂、生成离子缔合物的有机沉淀剂，生成三元络合物的有机沉淀剂。常见有：羟基肟类，氨基酸类。（二） 沉淀有机成分的有机沉淀剂食品中蛋白质和酶的沉淀多用乙醇，虽然甲醇、丙酮也能使用主，但甲醇、丙酮都有一定的毒性。乙醇

15、还可以作为核酸、核苷酸、氨基酸、果胶等成分的沉淀剂。（三） 影响沉淀效果的因素1. 金属离子当溶液中有一些金属离子存在时，能降低大分子溶质的溶解度，同时不影响目标成分的生物活性，可使有机溶剂的用量减少。如Zn2、Ca2在一定的pH条件下能与呈阴离子状态的质形成复合物，这种复合物在水和有机溶液中的溶解度明显降低。2. 盐的浓度溶液太大或太小，对溶液都有不良的影响。沉淀蛋白质和多糖时，有机溶剂中盐的浓度以不超过5%为宜。3. 溶质相对分子质量与有机溶剂用量一般来说，待分离组分的相对分子质量越小，有机溶剂的用量越多。不同浓度的有机溶剂能使溶质中不同的组分先后沉淀，因而能直到分步沉淀的效果。4. 温度

16、在有机溶剂存在时，蛋白质的溶解度随着温度降低而降低。低温对于提高沉淀效果是比较有利的。5. pH值对于两性电解质，选择其等电点处的pH值可最大限度地进行溶液。第四节 等电点沉淀分离法一、 等电点沉淀分离的基本原理等电点沉淀分离法主要是利用两性电解质分子在电中性时溶解度最低，不同的两性电解质有不同的等电点而进行分离的一种方法。能使两性电解质处于电荷为零的pH值，即为两性电解质的等电点pI。二、 蛋白质的等电点沉淀分离通常在偏酸性溶液中带正电，在偏碱性溶液中带负电。蛋白质在其等电点处的净电荷为零，因而容易相互聚集成为较大的颗粒而沉淀。“碱提酸沉”法分离大豆蛋白，脱脂豆粉蛋白质大部分能溶于稀碱（pH

17、9.09.1）溶液中，用稀碱溶液将大豆蛋白最大量地浸提出来，然后离心除去不溶性成分，用HCl溶液调整溶液的pH值至4.3左右，使蛋白质在等电点状态下沉淀。第五节 其他沉淀分离技术一、 变性沉淀分离法1. 变性沉淀分离的原理利用生物大分子对物理、化学等外部环境因子敏感性的差异而选择性地使一种组分发生变性形成沉淀，而让另一些组分保持不变性，这样就可以达到分离和除杂、提纯的目的。2. 酶和蛋白质变性的概念及影响因子蛋白质的变性通常是指二、三、四级结构发生变化，从而导致蛋白质物理、化学性质的改变及生物功能的改变，变性不涉及一级结构的破坏。如果变性因子去除后，变性了的生物大分子能恢复原来的基本构象，其性

18、能也与变性前相差不大时，此种变化称为可逆变性。相反则称为不可逆变性。影响蛋白质变性的因子包括温度、pH值以及其他的化学因子。(1) 温度在较高温度的作用下，使得维持蛋白质二级、三级和四级结构的弱键发生了断裂，破坏了肽链原来特有的排列和空间结构，使原来在大分子内部的极性基团转到分子的表面，促进了蛋白质分子的相互凝集而沉淀。(2) pH值大部分蛋白质在pH410的范围内是比较稳定，超过这个范围就会发生变化。变性的原因在于酸碱的作用使蛋白质分子内的基团带电性质发生了变化，从而破坏了静电引力所形成的键，导致原来构象发生了变化。每一种酶都有一个活性表现最大的pH值，称为酶的最适pH值。(3) 其他化学因

19、子包括酸类、醇类、酰胺类、二脲、盐酸胍、氯仿、酚、表面活性剂等。与蛋白质高度结合，可将蛋白质的亚基拆散从而引起蛋白质变性。酶的作用，常常也使得蛋白质变性沉淀而得到分离。如凝乳酶对牛乳中的酪蛋白作用，可使之成为干酪而得以分离。3. 蛋白质变性后性质的改变(1) 生物活性丧失(2) 物理化学性质改变4. 变性沉淀分离的方法(1) 热变性沉淀分离利用各种蛋白质对热稳定性不同的特点，使蛋白质组分之间得以分离，同时使蛋白质与水及其他可溶性物质分离开来，此法常用于组织化植物蛋白生产。腐竹的生产是利用大豆蛋白质分子的热变性原理进行的。热变性时，大豆蛋白质分子间通过其副价键聚集而形成蛋白质聚合体，在豆浆煮沸的

20、温度下，大豆蛋白进一步胶粘聚集成膜，疏水性增加，最后从溶液中分离出来。(2) 选择性的酸碱变性沉淀分离利用酸碱变性原理，调节溶液pH值，可以有选择地除去杂蛋白，有利于提高酶制剂的比活和纯度。此方法在生化制备中经常使用。(3) 利用酶作用进行变性分离凝乳酶催化牛乳酪蛋白的沉淀。在凝乳酶的作用下，牛乳形成凝块或凝胶的过程分两步：凝乳酶首先把酪蛋白部分降解改性，然后，经过改性了的酪蛋白聚集成胶束并进一步形成凝胶而沉淀。(4) 利用表面活性剂或有机溶剂引起变性在制备核酸时，可加入含水酚、氯仿以及十二烷基磺酸钠等试剂，可有选择地使蛋白质发生变性沉淀，达到去除杂质、提纯核酸的目的。二、 生成盐类复合物沉淀

21、分离法生物大分子都可以生成盐类复合物，此类盐类复合物溶解度很低，易于沉淀析出而得以分离。(1) 金属复合盐法(2) 有机盐法苦味酸、苦酮酸、单宁、茶多酚（包括儿茶素）等可与蛋白质形成复合盐类并沉淀而得以分离。(3) 无机盐法三、 非离子型聚合物沉淀分离法沉淀剂主要有聚乙二醇（PEG）。广泛用于细菌、病毒、核酸、蛋白质和酶的沉淀分离。PEG在浓度达20%时，粘度仍不大，同时对蛋白质有保护作用，分离的选择性又比硫酸铵、丙酮的分离效果好，有时甚至可以与凝胶过滤相比，加上操作方法简单，可处理量大。沉淀机理的几种解释：认为沉淀的产生是由于聚合物与大分子共沉而形成沉淀。聚合物与生物大分子以氢键结合形成复合

22、物而沉淀。聚合物与生物大分子争夺水分子，水分子在生物大分子以及聚合物之间发生重新分配，生物大分子产生脱水而沉淀。聚合物对生物大分子的空间排斥作用，使生物大分子被聚集在一起而引起沉淀。优点：操作条件温和，不会引起生物大分子的变性。具有较高的沉淀分离效果，成本低。沉淀分离的选择性较好，用不同的浓度可沉淀不同的组分，因而分段分离的选择性较好。沉淀后的多聚物易于去除，也可以回收。用PEG沉淀生物大分子时，其效果与如下因素有关：沉淀剂的相对分子质量越大，沉淀效果越好，但聚乙二醇相对分子质量超过20000时，由于粘性太大而不易操作，一般使用的相对分子质量是20006000左右。生物大分子的相对分子质量越大

23、，沉淀效果越好，若低于20000，效果不明显。生物大分子的浓度如太稀时，效果也不明显，但蛋白质浓度太高，各组分之间的互相作用系数也越大，反而影响分离效果，所以以小于10mg/mL为宜。当溶液中的离子强度大时，使用的沉淀剂的浓度可明显降低。也就是说，有其他离子的存在，可提高PEG的分离效率。当生物大分子处于等电点状态时，使用的沉淀剂浓度也会有明显的降低，即在两性分子的等电点下，PEG的分离效果得到提高。第三章 超临界流体萃取技术第一节 概述一、 超临界萃取及超临界流体的概念超临界萃取是以临界流体作为萃取剂，在临界温度和临界压力附近的条件状态下，从液体或固体中萃取出待分离的组分，又称为压力流体萃取

24、，越临界气体萃取、超临界溶剂萃取等。超临界流体是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的液体。稳定的纯物质都具有固定的临界点，包括临界压力pc、临界温度Tc和临界密度c。对于稍为超过其临界点即在临界点附近的超临界流体，操作温度或压力的微小变化，都会引起流体密度的很大变化，同时会引起其溶解能力的变化。因此，利用超临界流体的此种特性，在高密度条件（低温、高压）下，溶解也所需要的组分，然后改变操作条件（提高温度或降低压力），在低密度条件下将萃取出来的成分与萃取剂分离，从而实现整个分离过程。二、 超临界流体萃取技术的发展现状第二节 超临界流体萃取的基本原理及特征一、 超临界流体的基本性质（一）

25、超临界流体的临界点二氧化碳是最常用到的超临界萃取介质，这是因为它的临界温度（31.1）最接近常温，临界压力约为7.38MPa，容易达到，并且具备了无毒无臭和防氧化及来源方便等优点，因此是最常用的萃取剂，在食品行业中尤其重要。一般地说，操作温度是高出流体临界值的10100，压力为530MPa。（二） 超临界流体的性质超临界流体在密度上接近于液体，因此，对固体、液体的溶解度也与液体相接近，密度越大，溶解能力也越强。又由于超临界流体在粘度上接近于气体，扩散系数比液体大100倍，因此，渗透性极佳，能够更快地完成传质过程而达到平衡，实现高效的分离过程。（三） 超临界流体的溶解能力超临界流体的溶解度随密度

26、的增大而增大。根据“相似相溶”的原则，选用的超临界流体在化学性质上与待分离组分的性质越相似时，超临界流体对分离组分的溶解能力就越大。二、 超临界液体萃取的特征(1) 超临界流体的溶解能力随着其密度的增大而提高。(2) 在接近临界点处只要温度和压力有微小的变化，超临界流体的密度和溶解度都会有较大变化。(3) 萃取过程完成后，超临界流体由于状态的改变，很容易从分离成分中脱除，不给产品和食品原料造成污染。(4) 超临界流体萃取技术中所选用的萃取剂，其临界温度不过高也不过低，并且化学性质稳定，具有无腐蚀性。(5) 超临界流体萃取技术属于高压技术，需要相应的高压设备。三、 超临界液体的选择超临界流体萃取

27、的工艺过程中，对超临界流体的要求，第一是具有良好的溶解性能，第二还要求其具备良好的选择性。提高超临界流体选择性的原则有两条：工艺中的操作温度与超临界流体的温度接近；超临界流体的化学性质与待萃取成分的化学性质相似。对于超临界流体的具体要求，还有如下几点：作为超临界流体的萃取剂，应该是化学性质稳定，无毒性和无腐蚀性，不易燃和不易爆。超临界流体的操作温度就接近于常温，以节约能源，并使操作温度低于待分离成分的分解温度。超临界流体的操作压力就尽可能的低，以降低压缩机的动力消耗。对于待分离成分要有较高的选择性和较高的溶解度。来源广泛，价格便宜。以CO2最为常用，对食品分离尤为重要，是因为：CO2的临界温度

28、为常温（31.4），操作温度接近于常温，对热敏性的食品原料无破坏性作用。CO2的临界压力为7.4MPa，比较容易达到。CO2的化学性质稳定，不燃烧、不爆炸、无腐蚀性。CO2无色、无毒、无臭，对于食品和医药等行业无污染之虑。CO2具有防氧化和抵制好气性微生物活动的作用，因此食品物料在分离过程中不易腐变，对分离过程有利。CO2容易提到较纯的产品，来源方便，价格便宜。第三节 超临界流体萃取的工艺流程及在食品工业中的应用一、 超临界流体萃取的典型流程超临界液体萃取过程分萃取和分离两个阶段。在萃取阶段，超临界流体有最大的密度，对待分离组分有最大的溶解度，因而能将所需组分从物料中萃取出来。在分离阶段，超临

29、界流体的密度变化到最小，对其中已萃取出来的组分溶解度也最小，使之析出而实现分离。根据对过程中超临界流体密度调控的方法不同，上述过程可分为等温变压法、等压变温法、吸附法3个基本流程。1. 等温变压法通过压力的变化引起超临界流体密度的变化，使得组分从超临界流体中析出分离。萃取剂经压缩达到最大溶解能力的状态点（即超临界状态）后加入到萃取器中与物料接触进行萃取。当萃取了溶质的超临界流体通过膨胀阀进入分离槽后，压力下降，超临界流体密度也下降，对其中溶质的溶解度跟着下降。溶质于是析出并在槽底部收集取出。释放了溶质后的萃取剂经压缩机升温加压后再送回萃取槽中循环使用。2. 等压变温法超临界流体的压力保持一定，

30、而利用温度的变化，引起超临界流体对溶质溶解度的变化，从而实现溶质与超临界流体的分离的过程。降温升压萃取剂，处于超临界状态，被送入到萃取槽中与物料接触进行萃取。然后，萃取了溶质的超临界流体经加热器升温后在分离槽析出溶质。作为萃取剂的气体经冷却器等降温升压后送回萃取槽循环使用。3. 吸附法将萃取了溶质的超临界流体，再通过一种吸附分离器，这种吸附分离器中装有吸吸附溶质而不吸附萃取剂的吸附剂。当萃取了溶质的超临界流体通过这种吸附分离器后，溶质便 与萃取剂即超临界流体分离，萃取剂经过压缩后循环使用。二、 超临界流体萃取技术在食品工业中的应用1. 植物油的提取2. 咖啡豆和茶叶中咖啡碱的提取(1) 水洗流

31、程CO2将咖啡碱萃取出来后，在水洗塔用水洗脱，使咖啡碱转入水相，CO2则循环使用。水相中的咖啡碱可用蒸馏法分离。(2) 吸附流程萃取了咖啡碱的CO2经过活性炭柱，其中咖啡碱被活性炭吸附而与CO2分离，经解吸后即得到咖啡碱，而CO2则回到萃取器中循环使用。3. 啤酒花有效成分的提取4. 处理食品原料5. 去除烟草中的尼古丁6. 从木浆废液中提取香草醛7. 生化制品及天然产物的分离提取第四章 反相微胶团萃取与双水相萃取技术第一节 反相微胶团萃取技术一、 反相微胶团的概念及分离原理（一） 反相微胶团萃取的概念在水溶液中形成胶体或微胶团，是由于表面活性剂中极性基团定向排列的结果。由于在水溶液中加入表面

32、活性剂而形成的胶体中，表面活性剂的极性基团（即疏水性部分）则靠内而互相聚集成一种微胶团。如果溶剂为非极性液体，当加入表面活性剂到一定浓度时，由于表面活性剂的极性和非极性基团的定向排列，也会形成微胶团结构。但是这种微胶团结构与上述的微胶团结构相反，表面活性剂的非极性基团部分朝外，即朝向非极性溶剂部分，而极性基团部分则朝内，因而形成一种与水相微胶团结构反向的聚集体，这种聚集体就称为反相微胶团。在反相微胶团中，表面活性剂的极性基团部分围成一个极性核心，称为水池。这个水池包括表面活性剂的极性基团内表面和其中的水分，以及溶解于水中的离子等。具有亲水性的生物大分子就可以溶解于水池中的水分而被以微胶团的形式

33、萃取出来。将待分离组分以微胶团的形式进行萃取的过程，称为微胶团萃取或胶团萃取，如果待分离组分是崒反相微胶团的形式被萃取，就称为反相微胶团萃取。（二） 反相微胶团萃取的原理在反相微胶团萃取过程中，蛋白质或酶等生物大分子主要以水壳的形式存在于反相微胶团中的极性核心部分，能避免与有机溶剂的直接接触，因而可以尽量保持整个萃取过程中生物大分子活性不丧失，这样就实现了既能溶出酶及蛋白质等生物大分子，又能与水分相分离，并尽可能地保存了这些生物大分子的生物活性。关于蛋白质及酶等生物大分子是以何种形式被反相微胶团牟机理，有三种不同的见解：水壳模型：在反相微胶团中，由表面活性剂的极性部分围成一个中心，中心为水等极

34、性溶剂占有，生物大分子就溶解于其中，并且在生物大分子周围包膜着一层水壳，对生物大分子起保护作用。生物大分子虽然溶解于由表面活性剂极性部分围成的中心，但在中心部分生物大分子是以被吸附的状态附着于胶团的极性壁上。生物大分子的极性部分与多个微胶团的非极性部分连接，由此形成生物大分子溶解于多个微胶团之间的一种状态。二、 影响反相微胶团形成的因素1. 表面剂和溶剂的种类表面剂要形成反相微胶团，在溶剂中的浓度必须达到一定值，否则就不能形成微胶团，这个形成微胶团所必需的最低浓度值，叫做表面活性剂形成微胶团的临界浓度（CMC）。最常用的表面活性剂为丁二酸二异辛酯磺酸钠（AOT），溶剂通常为异辛烷。2. 水相的

35、酸碱度反相微胶团内水相的酸碱度，主要影响到生物大分子的荷电性，进而影响到生物大分子与反相微胶团的结合。因为AOT属于阴离子型表面活性剂，其亲水部分带负电荷，形成的反相微胶团内表面带负电。当反相微胶团内水相的pH值小于生物大分子的等电点pI时，可使生物大分子带正电，这样生物大分子可与反相微胶团中带负电性的内表面相吸，形成比较稳定的含生物大分子的反相微胶团，可以较容易地进行萃取。3. 水相中离子强度反相微胶团中的水相的离子强度对反相微胶团萃取的影响，可以用盐溶和盐析现象来解析。在低离子强度下，酶和蛋白质等生物大分子表面上的荷电性和亲水性得到了改善，溶解度上升，与反相微胶团内表面的结合力增强。当水相

36、中的离子强度增加到一定程度时，由于抵消了生物大分子表面上的电荷，并且由于离子的水化作用而使蛋白质分子表面上的水膜消失，减少了与反相微胶团内表面的结合作用，从而降低了溶解度，使分离效率降低。4. 0值的大小反相微胶团中的水分含量通常用非极性溶液中的水浓度和表面活性剂浓度比0来表示。0越大，反相微胶团内的水分含量就越多，形成的反相微胶团的半径就越大。能溶解水溶性成分的量就越多。三、 反相微胶团分离方法反相微胶团分离过程分两步：第一步是含生物大分子的反相微胶团的形成，第二步是反相微胶团的破乳及生物大分子的释放。形成含生物大分子的反相微胶团的方法：1. 相转移法通过将含生物大分子的水相与溶解有表面活性

37、剂的有机相接触，缓慢地搅拌。2. 注入法通过将含有生物大分子的水溶液注入含有表面活性剂的有机相中。3. 溶解法对于固体粉末中含有生物大分子，或不溶于水的生物大分子，可采用溶解法进行。先制备好含水的反相微胶团的有机溶液，然后把含生物大分子的固体粉末加进此种反相微胶团的有机溶液中，同时搅拌，生物大分子慢慢地即可进入到反相微胶团内的水中心而实现萃取过程。制备了含生物大分子的反相微胶团后，可参考液膜分离的方法，将混合液送入到澄清器中，使反相微胶团与外相的机溶剂分离。然后对溶解有生物大分子的反相微胶团进行破乳以其中的生物大分子，破乳的原理和方法有化学破乳和物理破乳等。四、 影响反相微胶团萃取效果的因素1

38、. 水相pH值pH值对萃取率的影响主要体现在改变蛋白质的表面电荷上。当pHpI时，表面带负电荷，而AOT是一种阴离子表面活性剂，它的形成的反相微胶团的内表面带负电荷，由于蛋白质表面的负电荷与反相微胶团表面电荷之间的排斥作用，使蛋白质的萃取率几乎为零。在pHpI时，蛋白质表面带正电荷，这时蛋白质表面与反相微胶团内表面之间的吸引力，蛋白质的萃取率接近100%。2. 盐浓度盐浓度（离子强度）对蛋白质萃取的影响来自两方面：离子强度增大时，反相微胶团内表面的双电层变薄，使蛋白质表面与反相微胶团表面间的静电引力下降；反相微胶团内表面的双电层变薄后，也减小了表面活性剂极性头之间的斥力，从而使反相微胶团变小。

39、3. 蛋白质相对分子质量当蛋白质相对分子质量大于30000时，最大萃取率小于60%。4. 阳离子种类阳离子种类对萃取的影响主要体现在改变反相微胶团内表面的电荷密度上。通常反相微胶团中表面活性剂的极性部分不会是完全电离的，有很大一部分阳离子仍在胶团的内表面上。极性部位的电离程度越大，反相微胶团内表面的电荷密度越大，产生的反相微胶团也越大。第二节 双水相萃取技术一、 双水相体系概念把两种或两种以上具有一定浓度的亲水性聚合物溶液混合后静置，这些亲水性高分子聚合物并不混为一相，而是分成多个液相，这种现象称之为聚合物的不相容性。由于这些聚合物都是以水作为溶剂的，因此形成上述的两个相体系就称为双水相体系。

40、利用双水相的成相现象及待分离组分在两相间分配系数的差异，进行组分分离或提纯的技术就叫做双水相萃取技术。聚合物的不相容性主要是由于聚合物分子间的空间阻碍作用，使互相之间无法渗透而分离成多相。二、 双水相萃取的特点及其应用双水相萃取技术主要应用于生物大分子的分离和提纯，如酶、蛋白质、核酸、病毒和细胞等。因为此种分离技术对于生物大分子的活性具有良好的效果。双水相分离技术中的聚合物多数为聚乙二醇类大分子。在生化分离中应用得较多的为聚乙二醇（PEG）/萄取糖（DEX）和聚乙二醇（PEG）/无机盐体系。双水相萃取技术具有如下几个特点：(1) 体系的含水量多达70%90%，两相界面的张力极低，有助于保持学生

41、物质的活性和相间的质量传递。(2) 上下相密度差小，一般为102g/cm3左右，是水的密度的百分之一。(3) 分相时间短，对于聚合物/无机盐体系，分相时间为515min；对于聚合物/聚合物体系，自然分相时间为560min。(4) 双水相萃取易于连续操作和工程放大，可直接线性放大40000倍。(5) 双水相萃取处理容量大，能耗低。成本主要消耗在聚合物的使用上，而聚合物可循环使用，因此生产成本较低。利用双水相萃取技术从微生物破碎细胞中分离多种酶的结果表明：(1) 大多数情况下，目标产物的回收率高于90%。(2) 目标产物的分配系数多在120范围，一般大于3。(3) 大量杂质蛋白能够与所有固体物质一

42、起被去除，与其他常用固液分离方法相比，双水相萃取法可省去一到两步过程。三、 影响组分在双水相系统中分配的主要因子1. 聚合物的相对分子质量聚合物的相对分子质量的增加，生物大分子或颗粒在该聚合物相中的分配系数会下降。对于相对分子质量大的蛋白质，PEG相对分子质量的增加对其分配系数的影响比对相对分子质量小的蛋白质的影响更大。PEG的相对分子质量磊的细胞碎片的分配行为影响也非常显著。2. 成相溶液的浓度当成相溶液的浓度接近于临界点时，可溶性组分如蛋白质等，会均匀地分配于两相之中；当该浓度远离临界点时，蛋白质则走向于一侧分配。当聚合物浓度增加时，细胞器、细胞碎片等颗粒物质通常更走向于相界面分配。3.

43、pH值pH值对组分在双水相分配行为的影响较为复杂。主要是pH值的变化能够影响蛋白质中可解离基团的离解度，使得蛋白质表面所带电荷量发生改变。4. 无机盐在PEG/DEX体系中，加入无机盐会使两相间形成电位差，这对属于两性电解质的生物大分子如蛋白质、酶和核酸等的分配行为产生很大影响。加入适当的盐类可促进带相反电荷蛋白质组分的分离，但是随着盐浓度的增加，这种作用。当盐浓度很大时，由于盐析作用，蛋白质易于分配于上相，分配系数几乎随着盐浓度的成对数地增大。对于PEG/无机盐体系，盐浓度的增加会使下相体积增大，也使细胞碎片趋于向PEG相分配。5. 温度温度的变化可以改变相的组成。温度升高时，两相中蛋白质的

44、分布趋于一致。增加聚合物的浓度，可以使温度作用降低或消失。四、 聚合物和盐的回收再利用对于PEG循环使用的最好办法是：直接重复利用一级萃取时的终了PEG相。如果目标产物在PEG相中，则在PEG相加盐形成新的双水相，反萃取使得PEG与目标产物分离。但此法的不足之处在于：由于反复的使用，PEG相中可能含有大量的蛋白酶和其他杂质，这对目标产物的分离不利。此外回收聚合物的方法还有：超滤法、离心法、清洗法、酶沉淀法、离子交换吸附法等。盐的回收：最常用的是通过冷却盐相至6，使得盐结晶析出，然后用离心或过滤等方法收集；也可用电渗析的方法回收盐类以及对PEG相除盐。五、 双水相萃取技术的新发展1. 双水相萃取

45、与细胞破碎过程相结合2. 亲和双水相萃取3. 双水相萃取与膜分离相结合4. 使用带配基的吸附剂微粒特异性吸附待分离的生物大分子5. 双水相萃取与生物转化相过程相结合第五章 膜分离技术第一节 概述一、 膜分离技术的发展二、 膜分离技术的原理用天然或人工合成的高分子膜，以外加压力或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶液进行分离、分组、提纯和富集的方法，统称为膜分离法。用半透膜把容器隔开，膜的一侧是溶液，另一侧是纯水，或者膜的两侧是浓度不同的溶液。小分子溶质透过膜向纯水侧移动，而纯水透过膜向溶液移动，此种现象称为渗析（或透析）。如果仅有溶液中的溶剂透过膜向纯水侧移动，而溶质不透过膜，这种分离现象称

46、为渗透。只能使溶剂或溶质透过的膜称为半透膜。如果半透膜只能使某些溶质或溶剂透过，而不能使另一些溶质溶剂透过，称之为膜的选择透过性。属于渗析的分离方法有：电渗析、压渗析、渗析、热渗析；属于渗透的分离方法有：电渗透、反渗透、渗透、热渗透。引起上述分离的推动力各有不同，有电位差、压力差、浓度差、温度差。三、 膜分离技术的分类按膜的不同可分固膜及液膜两大类。固膜包括：气体渗透、反渗透、超滤、渗析、电渗析。液膜包括：液膜、固定液膜。气体渗透的推动力为分压差。反渗透的推动力为压力差（110MPa）。超滤的推动力是压力关（0.11MPa）。渗析的推动力为浓度差。电渗析的推动力为电位差。液膜分离法是利用液体把

47、被分离物包裹成乳化型液膜而被分离。四、 膜分离技术的特点膜分离技术一般在常温下操作，不需要加热，被分离的物质能保持原来的性质，能保持食品原有的色、香、味、营养和口感；能保持生物物质的活性。其选择性强，操作过程简单，适用范围广。五、 膜的分类和性质常用的膜分为微孔膜、非多孔性膜、非对称膜（包括醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜等）、离子交换膜等固相膜以及液膜。1. 微孔膜分无机物与高分子聚合物两类。一类是由氧化铝、氮化硅、碳、钨、镍、铝及多种有机高分子等微细粉末在高温下烧结而成，用于气体、液体中微粒分离。另一类是由纤维素的聚合物制成，用于微孔过滤或超滤。2. 非多孔性膜又称均质膜，其结构较为致密

48、。其特点为分离系数较高，但渗透系数较低。主要有硅橡胶膜，适用于气体分离和渗透蒸发，用于气调保鲜有较好的效果。3. 非对称膜是一种复合膜，由极薄的活化皮层和较厚的多孔支撑层组成，由同一材料或不同材料复合而成。皮层的分离特性与渗透性能均较好，用作超滤和反渗透膜。(1) 醋酸纤维膜（CA）(2) 芳香聚酰胺膜(3) 聚砜膜4. 离子交换膜是一种带电基团的聚合膜，分阳离子交换膜和阴离子交换膜。阳交换膜带有阳离子交换基团，带负电荷，能选择性地吸附阳离子并使之通过，对阴离子则产生排斥现象。与之相反，阴离子交换膜带有阴离子交换基团，带正电荷，能选择性地吸附阴离子，并使之通过而排斥阳离子。离子交换膜主要用于电

49、渗析。常用的有聚乙烯膜或聚氯乙烯膜。阳离子交换基团为磺酸和磷酸型，阴离子交换基团为季胺、叔胺和仲胺等。5. 液膜按使用条件不同，分液体表面活性剂膜和多孔聚合物固定液膜两种。(1) 液体表面活性剂膜由溶剂、表面活性剂和添加剂组成。溶剂分油溶性溶剂和水溶剂两大类。表面活性剂有促进膜过程乳化和选择性分离作用。添加剂包括载体和膜稳定剂等。载体的作用是使分离组分与载体在液膜的一端形成结合体，然后在液膜中扩散，及至扩散至液膜的另一侧时将分离组分释放，载体再返回与其他分离组分结合。载体的类型依据分离组分的特点来选择。膜稳定剂的作用为提高膜的稳定性。此外尚有增稠剂。成膜的方法是：将成膜剂倒入分离液中，高速搅拌

50、使之乳化，乳化液外层即为液膜，液膜分油包水型和水包油型两类。水溶性分离液采用油溶性成膜剂，乳化后形成油包水型液膜；油溶性分离液则采用水溶性成膜剂，形成水包油型液膜。(2) 多孔聚合物固定液膜采用多孔聚合物如微孔聚丙烯薄膜等作为固定膜，然后用有机膜液体将其孔隙填充，制成多孔聚合物固定膜。这种液膜几何构型稳定，可直接用连续分离过程。按膜的材料不同，固相膜可分为纤维素酯类和非纤维素酯类膜。按膜断面的物理形态，可将膜分为对称膜、非对称膜和复合膜。对称膜又称为均质膜。非对称膜指膜的断面不对称，这种膜具有极薄的表面活性层（或致密层）及其下部的多孔支撑层。复合膜是用两种不同的膜材料，分别制成表面活性层和多孔

51、支撑层。按膜的形状，可将膜分为平板膜、管式膜和中空纤维膜。按膜的制备方法，有浇铸膜，又称流涎膜，常用于非对称膜和复合膜多孔支撑层的制作。除些之外，还具有标准孔径的核径迹蚀刻膜和经拉伸成孔的拉伸膜，这两种膜用于微孔过滤和超滤等过程。按孔径大小来划分，孔径在0.00010.001m的称为反渗透膜；孔径在0.0010.1m的称为超滤膜；，孔径在0.110m的称为微孔膜。孔径的测定可用最大气泡点法、标准尺寸粒子法或细菌过滤法测定。第二节 反渗透分离技术一、 反渗透膜的透过机理（一） 氢键理论及结合水空穴有序扩散模型在醋酸纤维素膜中，由于氢键和范德华力的作用，大分子之间是牢固结合的，形成晶相区域和非晶相

52、区域。在非晶相区，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键，形成所谓的“结合水”。当醋酸纤维吸附了第一层水分子后，会引起水分子熵值的极大下降，类似于冰的构造。与醋酸纤维不能形成氢键的离子或分子不能透过结合水区域，而能和膜产生氢键的中分子（如水、酸等）可以进入结合水区域，并进行迁移通过膜。在压力作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的羰基上的原子形成氢键，而原来水分子间形成的氢键被断开，水分子解离出来和羰基上的原子形成氢键。这样连续的氢键形成与断开，使水分子进入膜的多孔层，由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能畅通流出膜外。这种离子或分子的迁移称为孔穴扩散。（二） 优先吸附毛细孔流理论当溶液与高分子多孔

53、膜接触时，如果膜的化学性质使膜对溶质负吸附，对水优先吸附，那么在膜与溶液界面附近的溶质浓度会急剧下降，在界面上形成被吸附的纯水层，由于压力作用将其通过膜表面的毛细孔，即可获得纯水。当膜表面毛细孔径为纯水层的2倍时，每个毛细孔就得到最大的流量纯水，此时该毛细孔径称为“临界孔径”。（三） 溶解扩散理论溶剂与溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解。在化学位差的推动力作用下，使之透过膜。（四） 反渗透膜的其他透过理论(1) 扩散细孔流理论膜表面存在细孔，水和溶质能通过细孔，并在溶解、扩散的双重作用下透过膜。(2) 自由体积理论聚合物在自由体积是系指无水时未被高分子占据的空间。水的自由体积是指水溶

54、胀时膜中纯水所占的空间。水可在膜的自由体积中迁移，而盐只能在水的自由体积中迁移，多而使膜具有选择透过性。(3) 离子性膜的透过机理二、 反渗透分离原理一个容器中间用半透膜分隔为两部分，一边是水，一边是溶液。当两边液体上部压力p1p2时，由于水的化学势1大于溶液的化学势2，引起水向溶液方向渗透。如果增加溶液上方压力p2，当p2与p1之差等于某一数值时，水就不会向溶液方向渗透，溶液中的水也不会作反向渗透，两边处于渗透平衡状态。这时p2p1称为溶液的渗透压。当p2继续增大，使p2p1时，则溶液一侧的水就会透过半透膜向水侧方向渗透。此时水渗透方向正好与上述过程的方向相反，称为反渗透。这会使溶液中的水分

55、子与溶质分离，溶液不断地增浓。利用反渗透原理就可将溶液的不同组分分离。要进行反渗透分离，就必须向溶液施加一个比溶液渗透压大的压力，同时选择一个渗透选择性能良好的半透膜。反渗透是在常温和大气压下收集透过膜的产物。产物中富集了混合物中一种或多种组分，而在高分压侧留下其他组分的浓缩溶液。反渗透方法适用于无机或有机物质的水溶液或非水溶液的分离。利用溶剂或溶质对膜的选择性渗透原理。在反渗透过程中虽然与膜的微孔孔径大小有一定的关系，但主要的是受膜材料的化学性质影响，主要决定于膜的选择性。当膜表面孔直径小于溶剂分子或溶质分子直径时，溶质依然可以分离。这说明筛分过滤原理对反渗透是不适用的。三、 反渗透分离溶质

56、的物理化学准则（一） 溶质、溶剂、聚合物的相互作用（二） 分离有机溶质的物理化学准则（三） 分离无机溶质的物理化学准则四、 反渗透分离溶质的影响因素五、 反渗透基本迁移议程六、 影响反渗透操作的因素(1) 浓度差极化当溶质不透过膜（或只有少量透过）面溶剂却透过膜发生迁移时，在溶液与膜的界面上，溶质逐渐积累。当其浓度超过主体液浓度时，产生了界面与主体液之间的浓度梯度，引起溶质从界面向主体液扩散，这种现象称为浓度差极化。其结果会引起渗透压增加，这就使有限的操作压力减少，引起透过通量减少。浓度差极化现象主要由界面溶液的边界层厚度来控制。一般可以通过提高主体溶液的流速，或增加其湍流程度来减轻浓差极化现

57、象的影响。(2) 膜的压实当反渗透压力较高时，会使膜产生变形，不透过物在膜表面沉积而被压实，影响透过的通量。改进的方法为提高膜的机械强度，减少膜的变形。同时定期进行反冲洗，恢复膜原有的孔隙。(3) 膜的降解膜的降解包括化学降解和生物降解两种。可通过选用化学性能稳定的膜材料解决化学降解问题。生物降解是微生物在膜上繁殖的结果，可用清洗可消毒的方法处理，如用甲醛溶液对膜进行消毒。(4) 膜的结垢垢主要由悬浮物、离子化合物或盐类物质构成。悬浮物可通过预处理除去，离子化合物或盐类物质可通过添加螯合剂除去。七、 膜材料目前工业上应用膜材料主要有醋酸纤维素和芳香聚酰胺两大类。醋酸纤维素膜是疏水性的，用硅油处

58、理能提高其分离率。多数高分子材料膜虽然有高的分离率，但透水速度很低。随着亲水性基团的增加，其透水速度加大。将水溶性高分子混入非水溶性高分子材料中，制成多孔结构的膜，使其透水速度增加。盐的透过性随膜透水性的增加而增加。（一） 膜材料的选择采用Lonsdale法：制作标准膜，将高分子材料溶解在适当的溶剂中，然后使溶剂全部蒸发；对膜进行正渗透和反渗透试验，测定水的透过系数P1；用吸附法测定食盐的扩散系数DS和分配系数K；按公式计算食盐的理论分离率，以分离率能否达到99%作为判断标准之一。用测定的P1值，计算水的透过速度大小，作为判断标准之二。（二） 膜材料的物化稳定性膜的抗氧化性能，决定于分离溶液的

59、性质和膜材料的化学结构。氧化、水解的结果使膜颜色加深、发硬变脆。在脱盐过程中，芳香聚酰胺膜对游离氯的允许含量要比醋酸纤维素膜低得多。聚砜酰胺反渗透膜在高浓度CrO3水溶液中，由于长时间氧化，会引起表面脆裂。这主要是由于主键中的NN键了发生断裂。当高分子中具有易水解的化学基团时，在酸或碱的作用下会产生水解降解反应，使膜受到破坏。这主要是因为CN键断裂，形成羧酸或羧酸盐。在溶液pH12.813.1时，膜的特性粘度随时间变化。在较低的pH值下，膜的水解速度较慢。对于醋酸纤维素膜，分子键中COOR在酸、碱作用下更易水解。为了降低其水解速度，最佳条件为：pH值为4.8，温度小于35。醋酸纤维素的水解反应

60、是酯化反就的逆反应，但是在碱的作用下，反应是不可逆的。为了提高膜的抗水性能，应尽量减少材料中的易水解基团。聚砜、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸枉费、聚苯醚等高分子材料抗水性能是优良的，但由于缺乏亲水性化学基团，制成的膜透水性能很差。通常这些材料用于制作膜表面有孔的超滤膜和微孔滤膜。（三） 膜的耐热性和机械强度1. 膜的耐热性膜耐热性高，分离溶液温度高，水的透过速度加快，传质系数增大，使界面溶质浓度降低，浓差极化得到改善，有利于医药、食品等需要高温消毒的分离浓缩过程。由于水在膜中的渗透，削弱了高分子之间的作用力，使膜的耐热性降低。在较高温度下，会引起高分子材料的环化、交联和降解反应。膜的耐热性还受溶液

61、性质、使用时间的影响。提高膜耐热性的方法是在高分子主键中尽量减少单键，引进共轭的双键、叁键或环状结构，以提高高分子键的刚性，从而提高膜的耐热性。2. 膜的机械强度膜的机械强度是高分子材料力学性质的体现。膜属于粘弹性体，在压力作用下，膜发生压缩和剪切蠕变，表现为膜的压实现象，其结果导致膜透过速度下降。当压力消失后，再给膜施加压力，膜透过速度只能暂时回升，很快又出现下降。这表明由于膜的蠕变使膜产生了不可逆的变形。影响膜蠕变的因素有材料的结构、压力、温度、作用时间、环境介质等。在低压下醋酸纤维素的蠕变小，但随时间延长，膜的透过速度逐渐下降，直到没有实用价值。在高分子的主键中引入刚性苯环或进行交联，可

62、以减少蠕变。如聚砜膜的蠕变就很少。增加机械强度的另一种方法是将膜直接制作在高强度的支撑体上。（四） 溶剂和添加剂1. 溶剂用于制作膜的溶剂应该能使高分子在该溶剂中以分子形式热力学性质稳定的均相体系。混合溶剂对高分子的溶解性比单一溶剂要好。溶剂不仅要使高分子完全溶解，同时不能与膜的任何组分发生化学反应，并能与水互溶，以使膜凝胶化时，溶剂可以向水中自由扩散。2. 添加剂添加剂有助于将高分子溶液简单地流涎成膜。如果把单组分的有机物或无机物均匀地溶解在高分子溶液中，然后流涎成膜，这样得到的是非对称的具有多孔结构的半透膜，这些有机物或无机物称为致孔剂和溶胀剂，它不与高分子溶剂发生化学反应，但可溶解在溶剂

63、和凝胶介质中。醋酸纤维素能在高氯酸镁水溶液中溶胀，甚至溶解，结果水分子进入高分子链构成的网络中，可以形成更为疏松的高分子网络结构。对于芳香聚酰胺膜，盐的存在使膜凝胶时降低了溶剂的化学势，降低了溶剂从成膜层向凝胶液扩散的速度，提高了凝胶液向成层的扩散速度，从而使透过速度增加。盐对溶剂与高分子材料起络合助溶作用。目前制造芳香聚酰胺膜所用的添加剂大多是氯化锂、氯化钙、硝酸锂、硝酸钙等。第三节 超滤分离技术一、 超滤原理在一定压力（0.10.8MPa）下，液体经过装置内部膜表面时，依据超滤膜的化学性能，只允许溶剂、无机盐和小分子物质透过，而截留溶液中的悬乳物、胶体、微粒、有机物、细菌和其他微生物等大分子物质，这样便达到液体的净化、分离与浓缩之目的。它和反渗透法相比，其分离的物理因素比物化因素更为重要。超滤膜在小孔径范围内与反渗透