《基于分子修饰和物性调控的膜分离关键技术》

点击下载 ⇩

该项目属于食品科学技术领域。食品工业是中国第一大支柱产业,众多食品加工和生物发酵过程涉及过程物料的分离纯化以及工艺废水资源化利用,膜分离是高效、环保地实现上述目标的首选技术。膜分离技术在食品、发酵生产中应用还存在三大瓶颈:一是物料成分复杂、杂质分子难分离,导致成品质量差;二是许多食品、发酵产品的物料特征决定了其极易严重污染膜,难以工业化实施;三是生产过程中产生的工艺废水成分复杂,传统膜技术难以应用。突破以上技术瓶颈,建立针对食品、发酵物料特征的膜分离关键技术,是膜分离在食品、发酵工业中应用必须解决的关键问题。针对上述问题,通过对目标产物(氨基酸、功能糖、有机酸等)和杂质的分子尺度研究、物料物性调控及流场调控手段研究,发明了基于分子修饰和物性调控的膜分离关键技术,主要发明点如下:发明了分子修饰和物性调控关键技术。针对膜对物料中产物和杂质分子分离度低甚至不能分离的问题,通过酶法、化学法和物理法对杂质进行修饰,从而产生与目标产物分子量或分子尺寸的显著差异:在阐明分子空间特征(极性、构象和计算分子直径)与物料物性关联机制的基础上,通过物性调控改变产物或杂质的计算分子直径差异,实现有效分离。发明了流场调控及多场耦合调控技术。针对物料或工艺废水对膜污染严重的问题,阐明了流道中流场特性与传质效率、电场密度、流场分布等相关特征关系,在计算流体动力学模拟的基础上,利用电场程序波变和流场耦合等手段,进行宏观膜系统和流道微流场特性的实时调控,解决了严重膜污染问题。发明了流场和物性组合调控高难废水膜处理技术。针对食品、发酵工艺废水处理难度大的问题,在阐明蛋白、酸、碱等对膜的污染机制和膜肿胀机制的基础上,通过对废水体系进行物性调控、膜系统和膜流道的流场特性程序调控,降低浓差极化程度及酸、碱等引起的膜肿胀程度,解决了膜耐受性低和膜污染等问题,实现了多种高难工艺废水处理及资源化利用。基于上述发明,率先实现了95%大豆低聚糖、低盐酱油、红枣多糖等的规模化清洁生产和甲壳素、葡萄糖生产过程废酸、碱回收综合利用。大豆低聚糖纯度≥95%;低盐酱油NaCl≤10%,膜清洗周期从2h延长到8h;红枣多糖含量≥65%,膜清洗周期从0.5h延长至8h;甲壳素废碱回收率≥95%;葡萄糖交离废酸、碱回收率≥85%。上述指标均超过公开报道的工业规模最高水平。核心研究成果申请发明专利10项,其中授权7项;2项成果经省部级鉴定达到国际先进水平;出版《膜分离技术在食品发酵工业中的应用》专著1部。成果从2009年起成功在9家企业工业化实施,包括因该技术产生的新产品、废酸碱回收利用、技术指标提高带来的增值,近三年新增产值超过25亿元,新增利税5.48亿,经济和环保效益显著,对促进食品、发酵产业技术升级具有重大意义。该技术还可广泛推广至轻化工领域更多产品生产中应用,预计可带来经济效益数百亿元以上,推广价值重大。成果获2014年中国轻工业联合会科技进步一等奖。

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。