（食品科学专业论文）海带工业中甘露醇的纳滤膜渗滤纯化研究.pdf

型膜分离技术，是2 0 世纪7 0 年代末期开始发展起来的一种高新技术。根 据n f 膜的特点和性能，n f 膜技术的主要应用是水软化、水净化、相对分 子质量在百级的物质的分离、分级和浓缩等。随着社会发展的需求不断增 加，n f 在饮用水净化、水质软化，抗生素、多糖、多肽等化工和生物工程 产物的分级和浓缩，脱色和去异味，以及废水处理和资源回收等方面都有 越来越明显的作用。 海带工业废水中甘露醇( m ) 的含量较高，约1 0w t 。显然，开发海 带加工过程中的m 回收利用技术，具有重大的经济效益。以海藻资源综合 利用为背景，进一步发展海带食品和海带化工系列产品生产的节能减排工 艺和资源高效利用技术，已列为国家科技支撑计划项目。由于废水成分复 杂，污染物浓度高，经预处理工艺去除悬浮物、蛋白、糖胶等大分子有机 物后，仍残留含量较高的无机盐类杂质，其中主要的无机盐为氯化钠 ( n a c l ) 。传统方法脱除n a c l 难度较大，普遍存在着能耗高、环境污染大 的问题。本文面向海带加工废水中m 的提取技术的开发，在选用的两种聚 酰胺( p a ) 卷式n f 膜组件、设计制作的总膜面积为6 8m 2 的成套化中试 装置上，以去除n a c l 为主要杂质成分，进行中m 混合物水溶液中m 的纯 化实验。实验设计膜分离用的废水为以m 、n a c i 为海带废水中的主要成分， 进行了m 水溶液以及m n a c l 水混合物的膜性能及其工艺参数的大量实 f 预浓缩是必要的，在c f 为2 o 2 5 之间，料液中的n a c i 去除率约9 0 ， m 质量浓度约为初始料液浓度的3 倍，阡达4 0 。d f 过程耗用的去离子水 量小。本文在相关理论研究及本实验料液体系特点的基础上，推导出下列 计算公式，以期预测m d f 工艺过程中m 、n a c l 质量浓度及渗滤溶剂消耗 量的变化： 浓缩阶段：c m = q ，m ( t k o - ) ，c n a c i - c o 。n a c ，( 鲁) = c o n a c i ( 鲁) l - ； 渗滤阶段：，m p 非肛，q n 棚：，悯e 如咄：脚e 丐争渗滤阶段：= ，m p，q n a c i = ，悯e嵋= 脚e 吒 i 浙江工商大学硕士学位论文 l = 层老瓮赫= 矗h 蒜 研究获得的这种新型的去除n a c i 和浓缩m 的双重效果的n f 工艺可 行，技术合理。实验结果为建设海带加工中m 的n f 膜纯化和浓缩工程应 用提供了理论基础。 关键词：甘露醇( m ) ；海带；废水；纳滤( n f ) ；渗滤( d f ) ；膜渗滤( m d f ) ； 纯化；膜分离技术 1 1 1 s t u d yo np u rlflc a tio na n ddla fll t r a tio no fm a n nit o lf r o m k e l pp r o c e s sin d u s t r a yb yn a n o fil t r a t io nm e m b r a n e a b s t r a c t n a n o f i l t r a t i o n ( n f ) i san e wt y p eo fp r e s s u r e - d r i v e nm e m b r a n et e c h n o l o g y l o c a t e db e t w e e nr e v e r s eo s m o s i s ( r o ) a n du l t r a f i l t r a t i o n ( u f ) ，a n dd e v e l o p e di n t h el a t e19 7 0 sa san e wk i n do fh i g ht e c h n o l o g y b a s e do nn tm e m b r a n e p e r f o r m a n c e ，n ft e c h n o l o g yh a sb e e nm a i n l yu s e di nw a t e rs o f t e n i n g ，w a t e r p u r i f i c a t i o n ，a n ds e p a r a t i o n ，g r a d i n g & c o n c e n t r a t i o no f t h es u b s t a n c ew i t hm w 10 0 10 0 0 ，a n ds oo n w i t ht h ef a s t - g r o w i n gd e m a n d so fs o c i a ld e v e l o p m e n t ，n f t e c h n o l o g yb e c o m em o r ea n dm o r eo b v i o u se f f e c t si nt h ea p p l i c a t i o n o fd r i n k i n g w a t e rp u r i f i c a t i o n ，w a t e rs o f t e n i n g ，g r a d i n g & c o n c e n t r a t i o n ，d e c o l o r i z a t i o n & r e m o v i n gf o r e i g n t a s t ef r o mt h e p r o d u c t s o fc h e m i c a l i n d u s t r y a n d b i o e n g i n e e r i n g ，s u c h a s m t i b i o t i c s ，p o l y s a c c h a r o s e s ，p o l y p e p t i d e s ，a n d b i o e n g m e e r m g a n t l b l o u c s p o l y s a c c n a r o s e sp o ie p t i d e s， ， w a s t e w a t e rt r e a t m e n t & r e s o u r c er e c o v e r y t h em a n n i t o l ( m ) c o n c e n t r a t i o ni sa b o u t1 0w t ，a n di sr e l a t i v e l yh i g hi n k e l pp r o c e s si n d u s t r y o b v i o u s l y , d e v e l o p m e n to fr e c y c l i n gt e c h n o l o g yi nt h e k e i d i s z n i f i c a n tm o m i cb e n e f i t b a s e do nt h eb a c k g r o u n dofkelp p r o c e s ss l g r n t i c a n te c o n o m l cb e n e t l t a s e do nt i l eo a c k g r o u n ao i c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fk e l pr e s o u r c e s ，d e v e l o p p i n gt h et e c h n o l o g i e so f e n e r g ys a v i n ga n de f f i c i e n tu t i l i z a t i o no fn a t u r er e s o u r c ei nt h ep r o d u c t i o no f k e l pf o o da n das e r i e s o fc h e m i c a lp r o d u c t sf r o mk e l ph a sb e e nl i s t e da s i v m i x t m e ss o l u t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a te f f e c tp a r a m e t e r so nn fm e m b r a n e s 印a r a t i o np e r f o r m a n c e sw e r em a i n l y t h ec o n c e n t r a t i o n so fm a n dn a c li nt h e f e e d ，o p e r a t i o np r e s s u r e a n dt e m p e r a t u r e ( 乃t h e1 撑m e m b r a n e m o d u l ew a s p r e f e r r e d t h e2 # m e m b r a n em o d u l ei nt e r m so fp e r m e a t ef l u x ( d ) a n ds e l e c t i v i t y t h ejw a sh i g h e r , a n dt h emr e t e n t i o n ( r m ) w a s m o r et h a n8 0 w h e ns e p a r a t i n g m a q u e o u ss 。l u t i o ns y s t e m t h er m o f7 5 8 0 a n dj o f13l m 。hw e r es t a b l e 、! h e n s e p a r a t i n g m - n a c im i x t u r ea q u e o u ss o l u t i o ns y s t e m t h e n a c i p e n e t r a t i o n ( 1 ) w a sa b o u t5 0 a n d 7 0 ，w h e nn a c lc o n c e n t r a t i o n ( c n a c l ) i i lm ei n i t i a lf e e dw a s0 2w t a n d0 8w t ，r e s p e c t i v e l y t h et r a n s p o r tm o d e l o f i n t e g r a t e e f f e c tc o n s i d e r e dp r e f e r e n c e v p e n e t r a t i o na n ds p a c e h i n d e rw a s d e v e l o p e da n ds u c c e s s f u l l yu s e dt oi n t e r p r e tt h em e c h a n i s m so fn fm e m b r a n e s e p a r a t i o no fm - n a c lm i x t u r ea q u e o u ss o l u t i o ns y s t e m i np r e s e n td i s s e r t a t i o n ，w i t ht h ep r e f e r a b l e1 # n fm e m b r a n e ，t h i sw o r k c o m b i n e dt h en fp r o c e s sa n dd fo p e r a t i o nm o d e ，a n db r o u g h tf o r w a r dt h e c o m b i n e dp r o c e s so fp r e c o n c e n t r a t i o n ( ci ) - c o n t i n u o u sc o n s t a n tv o l u m e d i a f i l t r a t i o n ( c c v d ) - p o s t c o n c e n t r a t i o n ( ci i ) t om e e tt h en e e do fd e s a l i n a t i o n a n dc o n c e n t r a t i o no fm ，n a m e l ym d f t e c h n i q u e t h ee f f e c t so fm a i np r o c e s s p a r a m e t e r sn a m e l yt h ec o n c e n t r a t i o no fm a n dn a c ii nt h er e t e n t i o n ，t h e p r e c o n c e n t r a t i o nf a c t o r ( c d ，t h eo p e r a t i o nt i m e ( 力o f ( c c v d ) ，t h e c o n s u m p t i o no fd i a f i l t r a t i o ns o l v e n t ( d e i o n i z e dw a t e r ) ( v w ) ，a n dp u r i f i c a t i o n 。f a c t o r 俨do fm e m b r a n ed i a f i l t r a t i o n ( 印f ) w e r ed i s c u s s e d t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a tt h es u i t a b l ep r o c e s so fp r e c o n c e n t r a t i o nb e f o r ec c v dw a s n e c e s s a r y , a n dt h er e j e c t i o no fn a c ii n t h ef e e dw a sa b o u t9 0 ，t h e c o n c e n t r a t i o no fm a n n i t o lr o s et oa b o u t3t i m e so fi n i t i a lf e e dc o n c e n t r a t i o n ，p f c o m eu pt o4 0 ，t h ec o n s u m p t i o no fd e i o n i z e dw a t e rw a sl o w e rw h e nc fw a s b e t w e e n2 0a n d2 5 i no r d e rt op r e d i c tm n a c ic o n c e n t r a t i o na n dc o n s u m p t i o n o fd i a f i l t r a t i o ns o l v e n t ( d e i o n i z e dw a t e r ) i nm d f t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，p r e s e n t d i s s e r t a t i o nd e d u c e dt h e f o l l o w i n gf o r m u l ab a s e do nt h er e l a t e dt h e o r i e s r e s e a r c ha n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm n a c ls o l u t i o ns y s t e m ： c o n c e n t r a t i o ns t a g e ： = c o m c 鲁严，= c o 。煳c 鲁) = c 0 n , o ( v ，。；) 卜； d i a 脚t m t i 。ns t a g e ：c 。：c k 扩“鲁 ，= c p r e n a o f f ( 1 - r a ) 鲁- ：，悯p 等，q a = c 0 ，眦i p 蚝 ，n 蚓 g 毗n 棚 v 。 l 浙江工商大学硕士学位论文 广 目录 第1 章 引言。1 1 1 甘露醇的理化性质及其生理功能应用1 1 1 1 甘露醇在医药中的应用。l 1 1 1 1 作为原料药配制甘露醇注射液2 1 1 1 2 作为药用辅料o 2 1 1 1 3 作为化学合成药的原料2 1 1 2 甘露醇在食品工业中的应用3 1 1 3 甘露醇在其它领域中的应用4 1 2 工业生产甘露醇的研究进展4 1 2 1 提取法5 1 2 1 1 海带提取法5 1 2 1 2 从咖啡渣中提取。6 1 2 1 3 从生产右旋糖苷的废液中提取6 1 2 2 化学合成法7 1 2 2 1 高温高压催化加氢法7 1 2 2 2 电解法制甘露醇。7 1 2 3 生物合成法8 1 2 3 1 应用丝状真菌生产甘露醇8 1 2 3 2 应用酵母菌生产甘露醇0 9 1 2 3 3 应用细菌生产甘露醇9 1 3 膜技术一9 1 3 1 膜技术的发展9 1 3 2 膜及膜组件1 2 1 3 3 操作模式1 3 1 3 3 1 浓缩( c o n c e n t r a t i o n ，c c ) 1 3 1 3 3 2 渗滤( d i a f i l t r a t i o n ，d f ) 1 3 1 3 3 3 膜组件的配置1 4 1 4 纳滤膜分离技术基本原理1 4 1 4 1 纳滤膜分离特点。1 6 1 4 2 纳滤膜分离机理1 6 1 4 2 1 不可逆热力学模型( i r r e v e r s i b l et h e r m o d y n a m i cm o d e l ) 。1 7 1 4 2 2 摩擦模型( f f i c f i o nm o d e l ) 。1 7 1 4 2 3 细孔模型( p o r em o d e l ) 0 1 7 1 4 2 4 溶解一扩散模型( s o l u t i o nd i f f u s i o nm o d e l ) 1 8 1 。4 2 5d o n n a n 平衡模型2 0 1 4 2 6 扩展的n e r n s t - p l a n c k 方程模型2 0 1 4 2 7 电荷模型2 0 1 4 2 8 静电位阻模型( e l e c t r o s t a t i ca n ds t e r i c - h i n d r o x l c em o d e l ) 。21 1 4 2 9 其它分离模型一 1 4 3 纳滤膜的浓差极化现象一2 l 1 5 本课题的研究思路、主要内容及意义2 2 1 5 1 研究思路一2 2 2 3 2n a c i 浓度的测定2 7 2 3 2 1 测定原理2 7 2 3 2 1n a c i 电导率一质量浓度标准曲线绘制2 8 2 4 膜分离性能表征及相关计算公式2 8 第3 章纳滤提取甘露醇的工艺参数对分离性能的影响3 l 3 1 实验主要内容3l 3 2 实验方法3l 3 2 1 纳滤装置及相关技术指标31 3 2 2 料液与纳滤操作3 2 3 3 实验条件3 3 3 4 结果与讨论3 3 3 4 1 纳滤纯化甘露醇的机理3 3 3 4 2 纯水渗透性能3 6 3 4 3 甘露醇水溶液的纳滤分离3 7 3 4 3 1 料液中甘露醇浓度的影响3 7 3 4 3 2 进料流量的影响3 8 3 4 3 3 操作压力的影响3 9 3 4 3 4 操作温度的影响4 0 3 4 4 甘露醇n a c i 混合物水溶液的纳滤分离4 l 3 4 4 1 料液中n a ci 浓度的影响4 l 3 4 4 2 运行时间的影响4 3 3 5 本章小结4 4 第4 章膜渗滤工艺分离纯化甘露醇实验研究。4 6 4 1 实验主要内容4 6 4 2 实验方法4 6 4 2 1 纳滤装置4 6 4 2 2 实验目标4 7 4 2 3 实验过程4 7 4 3 传质过程理论。4 8 4 3 1 预浓缩阶段理论4 8 4 3 2 连续恒容渗滤阶段理论4 9 4 3 2 后浓缩阶段理论5 0 4 4 结果与讨论。5 0 4 4 1ci 过程截留液中m 、n a c l 浓度与浓缩因子的相关性5 l 4 4 2c c v d 过程脱盐纯化分析5 l 4 4 2 1 操作时间与截留液中m 、n a c i 浓度和渗透通量的相关性5 l 2 i 浙江工商大学硕士学位论文 i 4 4 2 2 预浓缩因子与c c v d 过程操作时间的相关性5 3 4 4 2 3 预浓缩因子与c c v d 过程渗滤溶剂消耗量的相关性5 3 4 4 2 4c c v d 终止时料液中m 、n a c l 浓度与预浓缩因子的相关性5 4 4 4 3ci i 终止时净化效果与预浓缩因子的相关性5 5 4 5 本章小结5 6 第5 章结论与建议5 8 参考文献6 0 附录一符号对照表6 7 附录二硕士期间的研究成果6 9 致谢7 0 独创性声明7 1 3 第1 章引言 1 1 甘露醇的理化性质及其生理功能应用 甘露醇，别名甘露糖醇，己六醇，d 甘露醇，英文名为：m a n n i t o l ，m a n n i t e ， h e x a n e h e x o l ，d m a n n i t o l ，m a n n as u g a r 。分子式c 6 i - 1 1 4 0 6 ，分子量1 8 2 1 7 ，是一种人们 熟悉的六元醇，与山梨醇为同分异构体。它是一种吸湿性极低、无臭、白色或无色的结 晶粉未，密度1 4 8 9 ，熔点1 6 6 - - 1 6 8 1 2 ，沸点2 9 0 一 2 9 5 ( 在0 4 - - 0 4 6 7 k p a 下) ，旋光度 + 2 3 计2 4 【1 1 。 图1 - 1 甘露醇分子结构式 f i g 1 - 1t h ec h e m i c a ls m l e t u r a lf o r m u l ao fm a n n i t o l 甘露醇最早发现存在于南瓜、蘑菇、洋葱及海藻等植物中，是一种重要的精细化工 产品，可用于医药和食品添加剂、饲料添加剂、增塑剂、纺织辅助剂、油品分散剂、表 面活性剂等。我国目前甘露醇9 5 的消费直接用于生产甘露醇注射液，药品辅助剂和无 糖型食品添加剂【2 1 。据不完全统计，2 0 0 7 年国内甘露醇产能达到1 6 万t a 以上，随着甘 露醇生产技术的发展，开拓新的应用领域，特别是在食品工业中的应用，具有重要意义。 1 1 1 甘露醇在医药中的应用 甘露醇系国家基本药物，已收载于中国药典。由于其性质相对稳定，在空气中不氧 化，对稀酸、稀碱、热等稳定，且在人体内代谢不需要胰岛素而广泛应用于食品、医药 行业。甘露醇可作为脱水药和渗透性利尿药，其注射液用于降低颅内压、眼内压，利尿 及防治早期急性肾功能不全，还可以与氨基酸配制成复合输液用于醒酒药、口中清凉剂 等咀嚼片及糖尿病患者、肥胖者以及防龋齿的甜味剂，同时还可进一步加工成衍生物药 物产品等。 1 1 1 1 作为原料药配制甘露醇注射液 甘露醇注射液是医疗系统的必备药物之一，可作为脱水药用于降低颅内压和眼内 压，适用于治疗脑水肿与青光眼，可预防和治疗肾功能衰竭、浮肿、腹水等【3 】。其作用 机理是人体注入的甘露醇高渗溶液能使血浆渗透压升高，致使组织间水分向血浆转移， 使组织脱水。 甘露醇同时又是利尿排水的首选药物。输液经肾小球过滤后几乎不被肾小管重吸 收，在肾小管保持足够的水分以维持其渗透压，导致水和电解质经肾脏排出体外，产生 脱水及利尿作用。另一方面由于扩张肾小球小动脉，使肾小球滤过率和肾血流量增加， 在髓质细胞间液中n a - 浓度降低，集合管中水的再吸收减少，尿量增加【2 】，因而具有预 防和治疗肾功能衰竭作用。同时还可用于粘连性肠梗阻以及胆道造影、纤维肠镜检查前 的肠道清洁等。 1 1 1 2 作为药用辅料1 2 l 甘露醇的化学性质稳定，在干燥状态下，能与大多数制剂配伍，在相对湿度极高的 条件下，不具有吸湿性，掺入吸湿性强的赋形剂中可降低其吸湿性，并具有抗粘性、可 压性较强，造粒性好等特点。因此，甘露醇常用作片剂的填充剂( 1 0 9 0 ) 。由于它 无吸湿性，故用于对水分敏感的药物压片特别有价值，其颗粒易干燥。甘露醇因溶解时 吸热，有甜味，对口腔有清凉舒适感，故更广泛用于醒酒药、口中清凉剂等咀嚼片及硝 酸甘油片的制造，其颗粒专作直接压片的赋形剂；甘露醇( 约7 ) 经常用来防止制酸 剂氢氧化铝悬浮液的增稠；亦有人建议将它作为胶囊的增塑剂；颗粒甘露醇的流动性好， 加入到其他不易流动的物质内，可改进其流动性，但加入量不能超过其他物质浓度的 2 5 ( 重量) 。另外，许多药物可直接溶于熔融的甘露醇中，形成分散体，该分散体可 直接压片。甘露醇具有络合作用，所以还可以作抗氧化增效剂。 1 1 1 3 作为化学合成药的原料m 甘露醇除可以直接药用外，以其为原料进行化学合成的药物品种也不断被开发和应 用。甘露醇是六元醇，其羟基( o h ) 可以发生取代、酯化、醚化、缩合等反应，生 成一系列具有生物活性的衍生物或其中间体。根据所发生反应不同主要分为以下几类： ( 1 ) 甘露醇与溴水经取代反应后得到的二溴甘露醇，在体内脱去溴化氢而成环氧乙烷 2 类烷化剂。经口服可被人体完全吸收，对慢性粒细胞性自血病有较好的疗效，对霍奇金 病、真性红细胞增多症有一定疗效。( 2 ) 甘露醇与不同的酸反应时，o h 可以单独参 加反应，也可以全部参加反应。其中较典型的有六烟酸甘露醇酯、六硝酸甘露醇酯、甘 露醇双甲磺酸等甘露醇的衍生药物产品。如六烟酸甘露醇酯可用作降低胆固醇药物，它 对1 3 脂蛋白、甘油三酯和胆固醇等脂质有不同程度降低和扩张血管的作用，对治疗高 胆固醇、高血压、冠状动脉粥样硬化以及扩张末梢血管、促进脂质代谢有一定的功效； 六硝酸甘露醇酯是属亚硝酸类冠状血管扩张药；甘露醇双甲磺酸能和核酸中磷酸键结 合，影响细胞代谢糖酵解和呼吸，适合于慢性粒细胞性血病及实体瘤等。( 3 ) 甘露醇经 缩合反应可制【广肉碱、左羟丙哌嗪( l e v o d r o p r o p i z i n e ) 、噻吗洛尔( t n n o l o l ，即噻吗心 安) 等。l 肉碱又名肉毒碱，用于治疗胃酸缺乏症、消化不良、食欲减退，慢性胃炎以 及腹胀、暖气等，也适用于老年消化机能不良，妊娠引起的胃肠障碍，婴儿厌食与食欲 缺乏；左羟丙哌嗪为一种新型镇咳药；噻吗洛尔是一种非选择性的1 3 肾上腺受体阻滞 剂，可用于治疗高血压、心绞痛、心动过速，对原发性、开角型青光眼等也有较好的疗 效。( 4 ) 其它反应，如经氧化后，与环已胺缩合、水解可制得甘露醇氮芥。甘露醇氮芥 ( m a n n o m u s t i n e ) 可作为抗肿瘤药物，应用于治疗慢性白血病、何杰金病、网状细胞肉 “瘤、淋巴肉瘤、多发性骨髓瘤等。 1 1 2 甘露醇在食品工业中的应用 甘露醇的另一大应用领域为食品工业。国际上公认，甘露醇在食品工业中的使用是 安全的。美国f d a 食品添加剂法规批准在食品工业中使用甘露醇；世界粮农组织和世 界卫生组织食品添加剂联合专家委员会( j e c f a ) 对有关资料的进行整理和分析后，认 为甘露醇在食品工业中的使用是安全的，允许一次性服用0 - - 5 0m g k g 。 甘露醇在食品工业中的应用主要有以下几方面：首先，其最大用途是作为无糖口香 糖的甜味剂或防粘剂；其次，它可制作冰淇淋和糖果的巧克力风味糖衣；甘露醇还可作 为填充剂、品质改良剂、防结块剂；此外，它还可添加于各种食品以延长其货架期。甘 露醇与食品中的其他组分的配伍性很好，与其他甜味剂有协同增效作用。当甘露醇与高 倍甜味剂复合作用时，可使甜味口感达到最佳，掩饰其他食品添加剂中的不良味道，提 高产品稳定性和储藏性能。甘露醇作为食品添加剂用于食品工业，具有以下优点：( 1 ) 甘露醇在人体中的一次代谢途径与胰岛素无关。据有关研究表明，甘露醇被食用后最终 约5 0 为人体所利用，其能量仅为8 3 6 1 d g 。而且被人体吸收后，它首先与n a d + ( 氧 3 i ) 反应，生成果糖与n a d h 2 ( 还原型辅酶i ) ，然后通过果糖激酶，生成l 糖，再生成二磷酸果糖，通过三羧酸循环完成其生理代谢过程。整个过程不需 ，不会引起血液葡萄糖与胰岛素水平大幅度的波动，可供糖尿病人使用；( 2 ) 会作为e l 腔微生物的营养源，还可抑制突变链球菌的生长繁殖，可以用于防止 的食品。( 3 ) 甘露醇具有令人愉快的甜味，其甜度为蔗糖的0 5 倍川，溶解吸 热为- - 2 9c a l g ，相当于木糖醇( - - 3 8c a l g ) 的7 6 ，利用这一特点，在口香糖上，可 以用作甜味剂与矫味剂。( 4 ) 与山梨醇、木糖醇等不同，甘露醇不易吸潮，2 0 时，其 溶解度仅为1 8g 1 0 0g ，远比山梨醇、木糖醇与麦芽糖醇等低。因此，它可以用作隔潮 剂，用于口香糖、胶姆糖等其他食品时，可防止加工与使用过程中的粘连。( 5 ) 甘露醇 无还原基，不参与美德拉反应，所以用于烘烤食品，可以保持较好的色泽，不易焦化。 随着人们对功能性糖醇的重视和对甘露醇生产、研究的不断深入，其在食品、保健 方面的应用将更加广泛。 1 1 3 甘露醇在其它领域中的应用 甘露醇的羟基可以在一定条件下参与许多化学反应，生成许多有机化学品。例如， 在精细化工上，甘露醇的醇酸树脂与聚磷酸铵作用得到可涂于木材类表面成膜的防火化 合物；甘露醇羧烷基类醚经缩合制成固化树脂可用于模制、涂料和纺织品上胶；甘露醇 可用于生产聚醚，作为制造耐高温泡沫塑料的原料，用于保温与消防。甘露醇聚醚制造 的泡沫塑料其品质优良，并可以耐温高达1 8 0 ，这是其他多元醇生产的聚醚制造的泡 沫塑料所无法比较的，所以用于特殊管道保温时，必须要采用甘露醇聚醚。甘露醇还可 以用于大功率电解电容器的制造，如大型铝电解用的电解电容器，其中的电解液中必须 加入甘露醇，以降低电解液的饱和蒸汽压，抑制氧化膜的水合作用，提高电容器的高温 稳定性和电解液的高低温特性。南通某电容器厂使用国产甘露醇配制的中高压工作电解 液，使得在1 0 5 下的铝电解电容器寿命由2 0 0 0h 突破到5 0 0 0h 。 1 2 工业生产甘露醇的研究进展 甘露醇广泛存在于植物的叶、茎、根等中，如海带、柿饼表面的白粉即为甘露醇， 在海带、食用菌类及地衣类等中含量较多，例如褐藻中含有1 0 - 2 0 的甘露醇，新鲜蘑 菇中约含有1 。1 8 0 6 年，p r o u s t 从植物汁液中成功地分离出甘露醇，1 8 8 4 年，s t e n h o u s e 4 海藻提取法是甘露醇的传统生产方法，它是以海带为原料进行甘露醇的提取。我国 主要是从海带提碘、提胶后的废水中回收提取甘露醇。目前已应用的从海带中提取甘露 醇的方法主要有以下三种。 ( 1 ) 水重结晶法 9 1 海带提碘后的酸性废水，先加碱中和，再经一系列操作，两次结晶、浓缩，分离得 到甘露醇成品。 具体工艺流程如下嘲： 海带加工废水审中和串浓缩一离心除盐唪冷却结晶呤离心分离 粗制甘露醇1 _ 睁水重结晶黜哮斋盼离篇昌粗制甘露醇2 w 脱色_ 睁 过滤略离子交换摩浓缩幸冷却结晶咖藩已分离啼烘干制得成品 水重结晶法生产原理简单，操作工艺却很复杂，且经过多次相变，能量消耗很大。 ( 2 ) 电渗析法【l o 】 电渗析( e l e e t r o d i a l y s i s ，e d ) 法是较早被应用到海带工业领域的一种膜过程，对推 动海带工业技术的发展有较大贡献。它与水重结晶法相比，在电、煤耗量，甘露醇的提 取率及产量上大大优于前者，同时缩短了工艺流程，降低了劳动强度，目前仍有应用。 该方法主要是应用电渗析脱盐的原理进行甘露醇的分离纯化。其原理是：甘露醇是中性 物质，不带任何电荷，在直流电场中，既不向阳极移动也不向阴极迁移。因此，电渗析 可把海带浸泡水中甘露醇与氯化钾、氯化钠等盐类分离。 但总体来说，由于e d 法是利用离子交换膜在直流电场作用下将料液中的阴、阳离 子进行筛分，存在着电极腐蚀、膜污染严重等问题，以及其本身所存在的运行电耗高的 技术缺陷阻碍着工业化应用的深入程度。 ( 3 ) 传统膜提取法【1 1 , 1 2 水重结晶法和e d 法是传统工艺提取甘露醇的方法，上世纪9 0 年代组合应用e d 、 超滤( u l t r a f i l t r a t i o n ，u f ) 、反渗透( r e v e r s eo s m o s i s ，r o ) 等膜分离技术制取甘露醇的 s 方法。 海带浸泡液中除含甘露醇外，还含有大量泥沙、悬浮物、糖胶、有机物及色素、盐 分等杂质，仅靠传统的离心水洗和活性炭吸附处理很难将其去除干净。传统膜法提取综 合了u f 、e 1 ) 、r o 等膜过程的特点，进行优化组合。工艺过程中，首先对提碘后的海 带浸泡水进行预处理，使s d i 中空纤维式、螺旋卷式 管式 板框式 螺旋卷式 中空纤维式 中空纤维式 螺旋卷式 板框式 管式 螺旋卷式 中空纤维式 板框式 管式 中空纤维式 螺旋卷式 板框式 管式 板框式 管式 螺旋卷式 中空纤维式 管式 板框式 中空纤维式 螺旋卷式 膜分离过程可由下图( 图1 2 ) 表示，相l 为原料或上游侧，相2 为渗透物或下游 相虞相2 推动力 a c a p , a 一厶e 图1 2 膜分离过程示意图 1 2 f i g 1 - 2s c h c 器n a t i cd i a g r a mo f m e m b r a n es e p a r a t i o np r o c e s s 1 3 3 操作模式【2 8 ，2 9 】 根据具体分离任务和要求进行膜分离工艺设计时，对于压力驱动膜过程有浓缩和渗 滤两种操作方式可以选择。浓缩和渗滤操作的共同点是在一定压力下，水及小分子物质 等透过膜而留在透过液中，大分子物质则被膜截留得到截留液。主要区别在于是否往料 液中添加渗滤溶剂，其中渗滤操作需要添加渗滤溶剂。如图1 3 所示。 渗滤溶剂浓缩液 图1 3 膜分离过程的浓缩和渗滤操作示意图 f i g 1 - 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f c o n c e n t r a t i o na n dd i a f i l t r a t i o no f m e m b r a n es e p a r a t i o np r o c e s s 1 3 3 1 浓缩( c o n c e n t r a t i o n ，c c ) 浓缩是指在一定压力下，料液流过膜面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜， 大于膜孔的大分子溶质被膜截留，从而被浓缩回收。按物料的连续与否可分为间歇物料 浓缩和连续物料浓缩。 1 3 3 2 渗滤( d i a f d t r a t i o n ，d f ) 渗滤，也有学者称之为全过滤，是超滤的一种衍生过程，现已应用于纳滤脱盐过程 中，是膜分离过程中的重要操作模式。它是指在超滤或纳滤过程中，为了提高浓缩液中 大分子的纯度，在被膜滤的混合料液中加入渗滤溶剂( 通常为水) ，以增加总渗透量， 并带走残留在浓缩液中的小分子溶质，达到混合液的分离与纯化的目的。渗滤可以克服 高浓度料液透过速率低的缺点，减少浓差极化和膜污染。广泛应用于大分子物质与小分 子物质的分离纯化。基于n f 膜技术的d f 过程进行物质分离纯化的实验研究，例如功 能性低聚糖的分离与精制1 3 2 1 、抗生素类物质纯化【3 3 】、氨基酸类物质的分离与分级 1 3 m 6 】、乳品工业废水中乳清组分的分离与浓缩3 7 3 9 1 及其他有机物与无机盐的混合物 啦! 、不同价态盐类混合物的分离【4 3 ，4 4 1 等类型物料，以及相关的工业应用【4 5 阄。 1 3 3 3 膜组件的配置 上面讲到浓缩和渗滤，而具体实施过程中，要完成一项特定的分离任务时，往往需 要多个组件联合操作，以达到使所要的产品杂质含量很低，且具有较高的分离效率和分 离能力。因此，膜组件的配置方式又有级、段之分。所谓级，是指膜的透过液再经过泵 到下一组膜组件处理，称为一级，以此类推