文献类型：学位论文

中文题名：烟草薄片萃取液膜浓缩技术研究

作者：高猛峰[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：张杰;华东理工大学|赵黎明;华东理工大学

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：烟草薄片萃取液;分离浓缩;微滤膜;纳滤膜;污染机理

摘要：烟草薄片萃取液是再造烟叶的重要组成部分,影响萃取液品质的主要因素是杂质含量和芳香物质的含量。传统的烟草薄片萃取液分离工艺主要采用振筛和离心分离,但大分子杂质和小颗粒物质无法得到有效去除;浓缩工艺采用真空蒸发浓缩,但在热浓缩过程中,与吸味呈正相关的中性芳香物质损失较大,上述问题影响了国产烟草薄片的品质。膜分离技术作为一种高效的分离浓缩技术,可应用于薄片萃取液的分离浓缩过程,但由于萃取液成分复杂、极易产生严重的膜污染,膜分离技术在烟草行业的应用受到了限制。本课题旨在开发一套烟草薄片萃取液膜分离浓缩工艺,并研究分离浓缩过程中的膜污染机理和清洗再生方法,为其工业化应用提供技术支撑。首先,对萃取液进行了物料分析,并基于物料特性进行膜筛选。结果显示,萃取液总固形物含量在6.76～7.49%,蛋白质、果胶和淀粉干重占比分别为8.55%、1.88%和0.4%,总糖含量占比最大,达41.48%,颗粒平均粒径为1314nm。在此基础上,进行了实验用膜的筛选和双膜系统的设计。结果表明,CF-NF1双膜分离浓缩系统效果最好,CF膜工段的平均膜通量达90.0 LMH,清洗恢复率在94%以上。NF1膜工段的体积浓缩倍数可达5.05,总固形物含量达18.3%,平均膜通量为4.24 LMH,中性芳香物质截留率为94.9%。膜工艺与传统工艺相比,浓缩时间缩短了 1.4倍,膜工艺浓缩液中各中性芳香物质含量高出的量在0.85～560.82%之间,总量上高了 29.2%,同时膜处理过程不会对各种芳香物质占比产生较大影响。其次,对选定的CF膜和NF膜进行了操作条件优化。结果表明,CF膜优化后的操作条件为跨膜压差0.1 MPa,进料温度为40～50℃,循环流速为32～34 L/min,在该条件下,蛋白质、果胶和淀粉的去除率分别在60%、80%和80%以上,总固形物的保留率在83.4～90.5%,除杂和澄清效果良好。NF膜优化后的操作条件为跨膜压差16 bar,操作温度35～40℃,膜面流速0.84 m/s,优化的膜浓缩工艺将原有芳香物质高出的量由29.2%提高至34.8%。最后,进一步研究了限制双膜系统效率的CF膜污染机理。结果表明,萃取液过滤过程中,涉及多种类型的膜孔堵塞,它们是同时发生且与操作条件密切相关。依据多级Hermia模型,提出的三元图可将不同操作条件进行聚类分析,实现不同膜孔堵塞对总污染贡献度的可视化,在膜通量快速衰减期,这有助于缓解CF膜的不可逆污染从而提高双膜系统的运行效率。FTIR和EDS的结果表明膜面污染物主要由蛋白质、多糖和脂肪酸造成,无机钙镁离子的存在会使得膜面形成一层无机结垢物,采用1 wt%NaOH和0.5 wt%SDS清洗1 h,0.5%(v/v)HNO3清洗0.5 h,通量恢复率可达95.3%以上且重复性好。通过建立双膜分离浓缩系统,降低了萃取液中大分子杂质的含量,减少了中性芳香物质的损失,从而进一步提高了烟草薄片的品质,本研究为薄片萃取液新型分离浓缩技术的开发提供了技术支持和良好的工业应用基础。