论文摘要
低聚木糖属于功能性低聚糖,产品的主要成分为木二到木七糖,其中木二糖为最主要的有效成分,具增殖肠道内双歧杆菌的效能。本文研究了利用陶瓷膜从秸秆爆破酶解液中分离提取低聚木糖的陶瓷微滤膜的膜通量模型和膜通量恢复技术、低聚木糖溶液的纳滤分离特性和纳滤分离纯化制备高纯度低聚木糖的工艺。初步掌握了陶瓷膜污染、膜通量衰减的规律并建立了相应的模型,获得了有效恢复陶瓷膜通量的清洗剂配方和工艺,建立了低聚木糖的纳滤分离模型,最终制备高纯度95型低聚木糖。为掌握无机陶瓷膜微滤处理爆破秸秆木聚糖酶酶解液过程中纤维、粗蛋白、木质素在膜材料上的吸附和沉积及其对膜透过液通量影响的规律,依据实验结果,应用线性拟合建立了滤饼层阻力随时间变化的数学模型,相关系数为0.9914;分别基于饱和模型,生长模型和Pearl生长模型,应用非线性拟合建立了吸附阻力随时间变化的数学模型,三种吸附阻力模型预测值与实验值相关系数分别为0.9931、0.9980和0.9982。在此基础上,建立了计算微滤膜通量的微分方程数学模型,模型预测值与实验值相关系数达到0.9963,重复实验数据与模型预测值相关系数0.9838。使用HyfluxTM凯发集团提供的编号为HDS-12-2540,截留相对分子质量为250的复合纳滤膜,研究了膜通量和阿拉伯糖、木糖、木二糖和木三糖的表观截留率以及浓差极化率随糖液浓度和跨膜压差变化关系,并建立膜通量和表观截留率的分离特性模型。膜通量模型的预测值与实验值相关系数为0.9928。基于不可逆热力学模型、Speigler–Kedem（SK）方程、浓差极化模型、和遗传算法,建立了阿拉伯糖、木糖和木二糖的表观截留率模型,预测值与实验值相关系数分别为0.9695、0.9865和0.8268。当糖液浓度一定时膜通量随跨膜压差的增大增大,当跨膜压差一定时,膜通量随糖液浓度增大而减小。水透过系数Lp随截留液浓度增大而线性减小,且与透过液和截留液的动力黏度随截留液浓度的增加呈非线性增加有关。阿拉伯糖、木糖、木二糖和木三糖的表观截留率在给定糖液浓度下,随跨膜压差的增大而增大;当压力一定时,表观截留率随糖液浓度增高而减小。反射系数σ（0.97,木二糖）>σ（0.89,阿拉伯糖）>σ（0.78,木糖）,溶质透过系数Ps （0.21 L·m-2·h-1,木二糖） <Ps （8.80 L·m-2·h-1,阿拉伯糖） <Ps （10.59 L·m-2·h-1,木糖）。溶质半径与膜孔半径之比λ（0.92,木二糖）>λ（0.85,阿拉伯糖）>λ（0.76,木糖）,与表观截留率数据一致,分子结构和分子极性差异可以解释阿拉伯糖与木糖表观截留率不同的实验现象。基于上述分离特性模型,建立传质守恒微分方程模型,模拟计算结果与实验值比对表明:模型模拟的渗滤和浓缩过程中,膜通量以及和阿拉伯糖、木糖和木二糖浓度的预测值与实验值较好的吻合。以纯度83.28%（木二木六糖,下同）的低聚木糖为原料,在跨膜压力26.2 bar,初始糖液浓度为10.2 g/100g,3.75倍（渗滤溶剂与初始料液体积之比）体积渗滤后,模型预测低聚木糖纯度为94.65%,经高效液相色谱检测,实际纯度达到96.10%。