纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究进展

化
工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2019年第38卷第1期
纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究进展
陈献富，季华，范益群
（南京工业大学化工学院，材料化学工程国家重点实验室，江苏南京210009）
摘要：功能性低聚糖具有抗肿瘤、抗放射、抗凝血、消炎和调节免疫力等医疗保健作用，广泛应用于食品科学和生物医药等领域。

纳滤作为一种高效的膜分离技术，在功能性低聚糖的分离与纯化中的应用得到越来越多的关注。

本文分析了纳滤膜对功能性低聚糖的分离机理，综述了纳滤膜在功能性多糖分离纯化中的应用进展，讨论了纳滤分离过程的影响因素，主要包括功能性多糖料液的性质、膜过程的操作参数以及膜材料本身的性质等。

其中，料液的性质主要体现在组成、浓度、黏度等方面；操作参数主要体现在压力、温度、膜面流速和pH 等方面；而膜材料的性质主要体现在微结构和表面性质两个方面。

最后，进一步指出纳滤膜技术用于功能性多糖分离纯化时在设备成本、膜材料及膜污染等方面存在的问题，并对未来纳滤膜技术在低成本专用膜材料及系统开发和膜污染控制方面的研究进行了展望。

关键词：膜；纳滤；低聚糖；纯化；膜污染中图分类号：TQ028
文献标志码：A
文章编号：1000-6613（2019）01-0394-10
Application of nano-filtration membranes in the separation and
purification of functional oligosaccharides
CHEN Xianfu ，JI Hua ，FAN Yiqun
(State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering,College of Chemical Engineering,Nanjing Tech
University,Nanjing 210009,Jiangsu,China)
Abstract:Functional oligosaccharides have been widely used in the fields of food and biomedicine due
to their appealing characters of anti-tumor,anti-inflammatory,anti-coagulation,anti-radiation,and other health functions.As an efficient separation technology,nano-filtration has attracted more and more attention in the separation and purification of functional oligosaccharides.In this paper,the separation mechanism of nano-filtration membranes for functional oligosaccharides was analyzed.Recent progress in their applications for the separation and purification of functional oligosaccharides was reviewed.The factors affecting the nano-filtration process were discussed,including the properties of feed solution,the
operating parameters of membrane process,and the characters of membrane materials.The factors of feed solution mainly included its composition,concentration,viscosity,etc .The operating parameters were mainly reflected in the following:temperature,pressure,membrane surface velocity,pH,etc .The characters of membrane materials included both the microstructure and the surface properties.Finally,the
特约评述
DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1250
收稿日期：2018-06-16；修改稿日期：2018-07-02。

基金项目：国家自然科学基金（91534108）；国家高技术研究发展计划重大项目（2012AA03A606）；江苏高校优势学科建设工程（PAPD ）。

第一作者：陈献富（1989—），男，博士，讲师，研究方向为膜分离。

E-mail ：chenxianfu@ 。

通信作者：范益群，教授，博士生导师，研究方向为膜分离。

E-mail ：yiqunfan@ 。

引用本文：陈献富,季华,范益群.纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究进展[J].化工进展,2019,38(1):394-403.
Citation ：CHEN Xianfu,JI Hua,FAN Yiqun.Application of nano-filtration membranes in the separation and purification of functional oligosaccharides[J].Chemical Industry and Engineering Progress,2019,38(1):394-403.
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第1期陈献富等：纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究进展challenges that the nano-filtration technology for the separation and purification of functional oligosaccharides is facing,such as the cost of equipment,the characters of membrane materials,and the membrane fouling,were presented.To promote the further application of nano-filtration,it is necessary to develop special membranes with low-cost and high performance,to focus more on the optimization of membrane system and the fouling control of membrane.
Keywords:membrane;nano-filtration;oligosaccharides;purification;membrane fouling
功能糖是一类具有特殊功效的糖类碳水化合物，主要包括功能性低聚糖、功能性膳食纤维和功能性糖醇等[1]。

由于其突出的抗肿瘤、抗放射、抗凝血、抗氧化、消炎和调节免疫等医疗保健作用，功能糖在食品科学和生物医药等领域得到越来越多的关注[2]。

功能糖的生产工艺主要有微生物发酵法、酸解法和酶解法等[3-5]，所制备的功能糖中常存在较多的杂质，如胶体、蛋白等大分子有机物，酸、盐等离子型杂质以及葡萄糖、蔗糖、乳糖等非功能性糖分。

这些杂质的存在削弱了功能糖的生理功能和保健作用，限制了功能糖的应用范围，降低了其经济附加值，亟需开发用于功能糖的高效分离和纯化技术[6]。

目前常用的分离和纯化方法主要有吸附法、离心法、层析法和膜分离法等[7]。

其中，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、操作简单、无二次污染等特点，在功能糖的分离纯化中展现出良好的应用前景[8]。

纳滤作为一种新型的压力驱动膜分离过程，其分离精度介于超滤和反渗透之间，对小分子有机物以及离子具有良好的分离效果，特别适用于功能糖中功能性低聚糖的分离和纯化[9]。

本文主要对纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究进展进行综述。

1纳滤分离机理及过程
纳滤与超滤、微滤、反渗透膜分离过程一样，都是压力驱动型的膜分离过程。

纳滤的分离精度介于超滤和反渗透之间，可以截留分子量为200～2000的小分子[10]。

此外，纳滤膜表面通常带有电荷，在Donnan效应的作用下，对离子也具有一定的截留效果[11]。

描述纳滤膜分离机理的模型主要包括非平衡热力学模型、电荷模型（空间电荷模型和固定电荷模型）、细孔模型、静电位阻模型等[12]。

其中静电位阻模型最容易被理解，对该模型的认知也最为广泛。

静电位阻模型假定膜分离层表面存在大量孔径均一的微孔，且膜表面均匀分布着电荷[13-14]。

纳滤分离特性由纳滤膜微孔对中性溶质大小的位阻效应（筛分效应）和带电膜表面的对离子的静电作用（电荷效应）共同决定。

对已知的待分离体系，根据纳滤膜材料结构参数和电荷特性参数，利用静电位阻模型可以对溶质在纳滤过程中的传质特性进行预测[15]。

纳滤用于功能性低聚糖的分离与纯化过程主要涉及溶质-溶质分离以及溶质-溶剂的分离。

其中，溶质-溶质分离包括分子量大小不同糖与糖之间的分离以及糖和离子之间的分离；溶质-溶剂的分离主要是糖与水的分离。

该纳滤过程如图1所示：分子量较大的多糖及部分离子被纳滤膜截留在原料液中，而绝大部分分子量较小的单糖和二糖以及部分离子随溶剂一起透过纳滤膜形成渗透液。

纳滤膜对离子型溶质的截留主要取决于电荷效应，为了使离子型溶质能够更多的透过，通常需要削弱纳滤膜对离子型溶质的电荷效应。

纳滤膜对糖类溶质的截留主要取决于筛分效应。

常见单糖、二糖及多糖的尺寸大小[16-17]如图2所示，其中四糖以上的低聚糖的Stokes-Einstein尺寸由经验公式[18]计算得到。

在利用筛分效应实现分离时，由于这些糖类物质之间的尺寸差异不是很显著，分离过程对纳滤膜的精度提出了较高的要求。

2纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用
常见的功能性低聚糖有低聚果糖（果寡糖）、低聚木糖（木寡糖）、壳寡糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖、水苏糖和棉籽糖等。

功能性低聚糖通常是由2～10个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖，其分子量小于2000[19]。

一般来说，低聚糖含量在50%
左右的产品图1纳滤用于功能性低聚糖的分离与纯化机理
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化工进展2019年第38卷
称为50型低聚糖，低聚糖含量在90%左右的产品成为90型低聚糖。

目前，由酶法制备或者植物提取的低聚糖大都为50型低聚糖，其中含有较多杂质。

如何将50型低聚糖纯化为90型低聚糖，是功能性低聚糖行业所面临的重大难题。

纳滤由于分离精度高、能耗低等特点，近年来在功能性低聚糖分离纯化中的应用越来越广泛[20-21]。

2.1纳滤膜在低聚果糖分离纯化中的应用
低聚果糖（fructooligosaccharides ，FOS ）是一种典型的益生元，可促进双歧杆菌的增殖、改善肠道菌群、改善脂质代谢、抑制肠道腐败、促进钙镁等矿质元素的吸收、增强免疫力以及降低癌症风险等[22]。

在实际生产过程中，由于低聚果糖粗品中通常还会含有一些蛋白、菌体及颗粒物等杂质。

在进行纳滤提纯之前可采用超滤或微滤对料液进行预处理，从而提高纳滤膜的效率和产品的纯度[23-24]。

Machado 等[23]联用微滤和纳滤工艺来分离浓缩朝鲜蓟提取物中的低聚果糖。

微滤膜在截留大颗粒杂质的同时几乎可以使糖类物质100%透过。

Ledur Alles 等[24]联用超滤和纳滤从雪莲果根茎中提取并浓缩提纯低聚果糖。

虽然超滤的澄清效果较好，但对低聚果糖存在一定的截留（约15%），不利于产品收率的提高。

国内采用纳滤膜对低聚果糖进行分离纯化的研究开始于2000年左右。

孙蔚榕等[25]采用两级纳滤过程对纯度约为50%的低聚果糖进行提纯，获得纯度大于95%的低聚果糖产品。

冯文亮等[26]采用HDS-12-6型纳滤膜将低聚果糖的纯度从54%左右提高到95%以上，低聚果糖收率约为77%。

李炜怡等[27]采用芳香聚酰胺卷式纳滤膜提纯蔗果低聚糖，通过渗滤的方式将果糖、葡萄糖以及蔗糖从体系中以渗透液的形式脱除，最终将低聚果糖的纯度
提升至90%以上。

并结合了渗滤模型对不同糖的截留率、产品纯度及收率进行了分析。

表明渗滤模型在纳滤提纯蔗果低聚糖过程中具有良好的适用性。

目前，低聚果糖的提纯是纳滤膜在功能性低聚糖方面报道最多的应用。

采用纳滤膜可以有效的将50型低聚果糖提纯为90型低聚果糖。

2.2纳滤膜在低聚半乳糖分离纯化中的应用
低聚半乳糖（galactooligosaccharides ，GOS ）是一种具有天然属性的功能性低聚糖。

在自然界中，动物的乳汁中存在微量的低聚半乳糖成分，而人母乳中含量较多，对婴儿体内的双歧杆菌群的建立具有重要作用[28]。

Sarney 等[29]采用NF-CA-50纳滤膜对人母乳中的低聚半乳糖进行提纯。

经过4次渗滤操作后，每升的母乳可以提取得6.7g 的低聚半乳糖，产品收率约为50%。

Goulas 等[30]采用纳滤膜（DS-5-DL ）对商品化的低聚半乳糖混合物（Vivinal ®GOS ）进行分离和纯化。

在连续渗滤过程中，98%的低聚半乳糖被纳滤膜截留在原料侧，而82%的单糖透过了纳滤膜，分离和纯化效果显著。

Botelho-cunha 等[31]采用纳滤膜对酶解法制备的低聚半乳糖进行分离和纯化。

当酶解液初始乳糖浓度为150g/L 时，纳滤膜对低聚半乳糖的截留率可以达到95%以上，对单糖的截留率在80%左右。

利用两者截留率的差异可以实现低聚半乳糖产品的提纯。

低聚半乳糖的提纯也是目前纳滤膜在功能性低聚糖方面报道较多的应用。

近年来，将纳滤膜分离与酶解反应耦合用于低聚半乳糖的高效制备也取得了一定进展。

Pruksasri 等[32]利用酶膜反应器制备和分离低聚半乳糖，通过在平均截留分子量约为1000的膜表面负载β-半乳糖苷酶，将乳糖酶解反应和膜分离过程耦合在一起。

当反应底物浓度为0.045mol/L ，料液温度为45°C ，乳糖的转化率达到65%左右。

纳滤膜反应器的成功应用，对实现低聚半乳糖制备过程的连续化和生产效率的提高具有重要意义。

2.3纳滤膜在低聚木糖分离纯化中的应用低聚木糖（xylooligosaccharides ，XOS ）是一种理想的保健食品甜味剂，也被称为双歧因子，具有增殖双歧杆菌和对牙齿无害等优点[33-34]。

低聚木糖多采用植物提取和酶解法制备，其主要活性组分是木二糖、木三糖、木四糖[35-36]。

为了将低聚木糖中的非功能性糖杂质去除，提
图2不同糖类物质分子尺寸与分子量的关系
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第1期陈献富等：纳滤膜在功能性低聚糖分离纯化中的应用研究进展
高产品纯度。

赵鹤飞等[37]采用截留分子量约为250的纳滤膜（HDS-12-2540型）对秸秆低聚木糖溶液进行提纯。

经3倍体积纳滤渗滤操作后，低聚木糖的纯度由83.3%提高至92.5%，木二糖的损失仅为12.5%，总糖回收率达到88.4%。

在随后的研究工作中还建立了纳滤膜的渗滤模型[38]，可以对恒容连续渗滤过程中的通量进行预测，与实验值吻合较好。

在间歇式渗滤过程中，利用该模型还可以对低聚木糖的纯度进行预测。

Hua等[39]基于扩展的
Nernst-Planck公式也建立了对低聚木糖截留率的预测模型，可以较好地对纳滤膜的性能进行预测。

由于木二糖也是活性组分，在提纯过程中要尽量多的回收糖液中的木二糖。

因而，相比用于低聚果糖和低聚半乳糖提纯的纳滤膜，低聚木糖提纯过程中所用纳滤膜的截留分子量相对较小。

这种分离精度更高的纳滤膜对盐离子的截留率也较高，不利于盐分的进一步脱除。

如果待提纯的低聚木糖料液中含有较多的盐分，料液在进纳滤膜组件之前，通常可以先采用离子交换树脂、电渗析等工艺将其中的离子进行脱除。

2.4纳滤在低聚异麦芽糖分离纯化中的应用
低聚异麦芽糖（isomaltooligosaccharides，IMO）被称为双歧杆菌生长促进因子，其主要活性组分为异麦芽糖、潘糖及四糖（含四糖）以上的低聚糖，低聚麦芽糖还具有难龋齿、改善便秘和减肥等生理功能[40]。

酶法生产的低聚麦芽糖常含有葡萄糖等杂质，影响生理功能，需要对其进行去除。

鲍元兴等[41]以纯度为50%左右的低聚麦芽糖（IMO-50）为原料，采用纳滤膜去除其中的葡萄糖等杂质，生产出了高纯度低聚异麦芽糖（IMO-90），低聚异麦芽糖总含量达91%～93%，产品质量稳定。

Goulas等[42]采用纳滤膜（NF-TFC-50）对低聚异麦芽糖中的单糖的进行脱除，二糖及多糖的收率达到了88%。

黄秀娟等[43]采用截留分子量为150～300的纳滤膜对低聚异麦芽糖中的葡萄糖进行脱除。

纳滤膜对二糖及以上的糖截留率超过96%，但对单糖的截留率小于82%。

当纯化倍数为10时，葡萄糖的去除率达98.7%。

崔强等[44]采用截留分子量为150～300的纳滤膜对含低聚异麦芽糖的色谱残液中的单糖进行脱除。

当洗水量为初始料液体积2倍时，低聚异麦芽糖中的单糖去除率为92%，低聚异麦芽糖的纯度达52%。

采用纳滤膜提纯低聚异麦芽糖，不仅可以提高产品纯度，还有可以大幅降低产品的吸湿性和热敏性，避免后续喷雾干燥过程中的黏壁问题。

2.5纳滤膜在壳寡糖分离纯化中的应用
壳寡糖（oligochitosan，OCS）是目前发现的自然界中唯一带正电荷、呈碱性的水溶性多糖，具有优越的生物活性，被誉为第六大生命要素，通常采用酶法降解或过氧化氢氧化降解制备获得[45-46]。

为了保证壳聚糖在体系中处于溶解状态，通常需要加入醋酸和氢氧化钠来调节pH。

这些在制备过程中引入的离子杂质及副产的可消化性糖类物质，需要在后续过程中进一步脱除，从而提高壳寡糖产品的经济附加值。

然而，壳寡糖中含有大量游离氨基基团，在水溶液中显正电性，难以采用常规的离子交换树脂和电渗析技术将其中的杂质离子脱除。

韩永萍等[47]提出采用纳滤膜脱除壳寡糖中的盐离子。

纳滤膜对壳寡糖的稳定截留率近乎100%，但对盐离子的截留率只有55%左右。

在渗滤
100min后，已有近30%的盐离子被脱除。

且在渗滤过程中，纳滤膜渗透通量几乎保持不变。

采用纳滤膜对壳寡糖制备液进行脱盐和纯化时，带同种电荷的离子在纳滤膜中存在竞争透过现象[48]。

在酸性条件下纳滤膜对壳寡糖制备液中阳离子的截留次序依次为壳寡糖>二糖和单糖＞Na+＞H+。

利用纳滤膜对不同溶质截留率的差异，通过简单的渗滤过程便可以实现壳寡糖的高效纯化。

2.6纳滤膜在其他功能性低聚糖中的应用
功能性低聚糖品种繁多，纳滤膜在各类功能性低聚糖中的应用研究和报道也与日俱增。

Iwasaki 等[49]采用纳滤膜提取果胶寡糖。

提取的果胶寡糖可以促进植物根系生长，生长速度可以达到正常值的1.8倍。

Liu等[50]采用截留分子量在300～500的纳滤膜从芭蕉芋淀粉的酶解液中提取磷寡糖。

但提取的磷寡糖中仍含有较多量的磷酸根离子，需要进一步提纯。

Li等[51]采用纳滤膜对大豆低聚糖进行提纯，通过恒容渗滤过程将大豆低聚糖的纯度从50.0%提高到77.9%，产品的收率约为83.2%。

董艳等[52]联用超滤和纳滤来提纯地黄低聚糖。

超滤渗透液经截留分子量为200的纳滤膜进一步浓缩3倍后，低聚糖的纯度达到了93.3%，收率约为46.6%。

韩少卿等[53-54]联用超滤和纳滤从酵母抽提物中提取海藻糖。

截留分子量为300的纳滤膜对海藻糖的提取率高达85.6%，纯度约为99.4%，优于传统的乙醇提取法。

虽然，不同待提纯的功能性低聚糖体系之间在组成、浓度等物性参数方面存在较大差异，但采用
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化工进展2019年第38卷
纳滤膜进行产品的分离和纯化具有一定的普适性。

3膜分离过程的影响因素
3.1料液性质的影响
在纳滤过程中，料液浓度也是影响纳滤分离性能的关键因素。

在相同的操作条件下，较高的料液浓度通常会导致纳滤膜表面浓差极化现象更显著，进而对纳滤膜的渗透通量及溶质截留率产生较大影响。

Goulas等[30]在提纯低聚半乳糖时发现纳滤膜对小分子糖类的截留率随总糖浓度的增加而降低，认为这是由于浓差极化随着浓度增加而加剧导致的。

Vellenga等[55]研究了糖溶液脱盐体系中糖含量对膜分离过程的影响。

随着总糖浓度的增加，纳滤膜对盐的截留率显著下降，这是由于高糖浓度下形成的致密糖层抑制了盐的反扩散，更多的盐透过了纳滤膜层，盐截留率下降。

黄秀娟等[43]在提纯低聚异麦芽糖时发现，料液中麦芽糖含量对单糖的截留率具有重要影响。

料液中麦芽糖含量越高，葡萄糖的截留率也越高。

这主要是由于被截留的麦芽糖在膜表面形成具有一定筛分能力的滤饼层，增强了对葡萄糖小分子的截留能力。

此外，料液浓度的增加还会影响纳滤膜的渗透通量。

一方面，随着料液总糖浓度的升高，料液黏度不断增加，传质阻力也随之增大。

另一方面，高浓度料液的渗透压也较大，减小了纳滤过程的有效推动力。

最终，传质阻力的增大和有效推动力的减小共同导致纳滤膜渗透通量随着料液浓度的增加而降低。

3.2操作参数的影响
3.2.1压力的影响
纳滤是一种压力驱动的膜分离过程，操作压力变化直接影响膜的分离性能。

Vegas等[56]在纳滤提纯低聚木糖中，考察操作压力对纳滤膜性能的影响。

当操作压力从2bar（1bar=105Pa）增加到10bar，纳滤膜渗透通量随之不断增加。

然而，当操作压力进一步增加到14bar时，纳滤膜渗透通量却变化不大。

这主要是由于随着溶剂透过量的增加，膜表面浓差极化现象加剧，甚至产生不可逆的膜污染，导致传质阻力显著增加，逐步抵消了压力对渗透通量的提升作用。

此外，操作压力的变化还会影响纳滤膜的截留性能。

张云等[57]采用的陶瓷膜分离纯化右旋糖苷时，发现陶瓷膜对右旋糖苷的截留率先随压力的增大而增大，但进一步增大压力，截留率不再进一步增加。

这主要是由于溶剂的透过率随着压力的增大而增加，增强了对流作用，使得截留率上升。

但是，进一步增大压力会加剧膜表面的浓差极化现象，使得溶质的扩散作用增加，抵消了部分对流作用，使得截留率的变化较小。

在选择合适的操作压力时，要兼顾处理效率和功能性低聚糖与非功能性糖之间的分离效率。

Pruksasri等[32]在提纯低聚半乳糖时，发现纳滤膜的渗透通量及对不同糖组分的截留率随操作压力的增加均有所提升，但不同糖组分之间的分离效率变化不大。

适当提高操作压力，有利于提升纳滤膜的提纯效率。

然而，Goulas等[30]发现过高的压力会使膜层压缩，减小膜孔径，导致纳滤膜对葡萄糖、蔗糖以及低聚糖的截留率均有所提升。

但是，单糖和二糖的截留率提升幅度较大，使得分离效率降低。

3.2.2温度的影响
随着温度的升高，料液黏度下降，溶质扩散系数增大，会对纳滤膜的传质过程产生重要影响。

Goulas等[30]发现当温度从25℃上升至60℃时，纳滤膜通量显著提高，但其对果糖、蔗糖和棉子糖的截留率有所降低。

冯咏梅等[58]在提纯低聚半乳糖时，考察温度对膜通量以及各种糖组分截留率的影响。

随着操作温度的升高，膜通量增加，但各种组分的截留率稍有降低。

Tsuru等[59]对于温度影响膜分离性能的机理给出了三点解释：①温度升高时，水分子在亲水性孔道内吸附减小，有效孔径增加；②高温下，溶剂分子热能增大，有利于突破因分子与壁面摩擦而产生的能垒；③温度升高使料液黏度降低，减小了传质阻力。

在选择合适的操作温度时，不仅要考虑纳滤的分离性能，还要综合纳滤膜材料的长期稳定性。

为了保持纳滤膜材料的长期稳定性，操作温度通常低于45℃。

另一方面，在纳滤膜与反应耦合的过程中，还要考虑温度对反应过程的影响。

González-Muñoz等[60]在采用纳滤膜反应器提纯阿拉伯木果糖时，选择了40℃作为合适的操作温度，这主要是考虑到在此温度下酶活性较高，可以获得较高的选择性和转化率。

3.2.3膜面流速的影响
膜面流速主要通过影响纳滤膜表面的浓差极化程度以及膜污染的形成，进而影响纳滤膜的性能。

当膜表面的浓差极化不是很严重时，增大膜面流速对纳滤膜的性能影响不大。

Luo等[61]采用终端过滤
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的形式提纯甘蔗糖蜜，当搅拌速度从800r/min提高至1600r/min时，纳滤膜对糖分子的截留率略有下降但变化不大。

这主要是由于该纳滤过程中，膜表面的浓差极化现象不是很明显。

当料液浓度较高或膜材料渗透通量较大，纳滤膜表面浓差极化的影响不可忽略时，膜面流速的调控对纳滤膜的性能影响则不可忽略。

Shi等[62]在提纯低聚异麦芽糖时，将搅拌速度从0提高至400
r/min，纳滤膜的渗透通量从1.5L/(m2·h)显著提升至3.7L/(m2·h)。

同时，纳滤膜的对不同糖的截留率均有所提高，其中对葡萄糖截留率的提升幅度最大。

Ortiz-cerda等[63]在提纯菊粉果聚糖时发现，当膜面流速从0.03m/s提升至0.11m/s时，纳滤膜通量及其对糖的截留率显著增加。

这主要是由于当膜面流速的增加削弱了浓差极化的影响，降低了传质阻力，削弱了溶质的扩散效应，最终使得纳滤膜通量和糖的截留率同时增加。

然而，由于单糖、二糖及低聚糖的传质过程受膜面流速的影响程度不一致，尺寸较小的单糖和二糖受膜面流速影响较大，而低聚糖的截留率受膜面流速的影响较小。

从分离效果来看，膜面流速的增加不利于单糖或二糖与低聚糖之间的分离。

因而，在选择合适的膜面流速时，要综合考虑纳滤膜的分离效果和渗透通量。

3.2.4料液pH的影响
料液的pH会影响溶质在溶液中的分散状态，从而对纳滤分离过程产生影响。

韩永萍等[48]在提纯壳寡糖时发现：在中性和碱性条件下，壳寡糖分子结构中的游离氨基在分子内部或分子间形成氢键，使结构卷曲从而形成大分子二级结构，使得料液黏度变大，不利于纳滤膜渗透通量的提高；此外，料液pH增加会导致分子结构卷曲程度变得十分复杂，不利于不同组分之间的分离。

因而，纳滤膜提纯壳寡糖需要在酸性条件下进行。

Li等[51]提纯大豆低聚糖时，发现当pH从3增加至11时，纳滤膜的渗透通量和对大豆低聚糖的截留率只发生轻微下降，变化不是很明显。

这主要是由于pH对中性溶质的性质影响不大，因而纳滤膜的性能变化也不大。

料液的pH还会改变膜材料的表面荷电性，对多糖纳滤提纯，尤其是脱盐过程会产生重要的影响。

Puhlfürß等[18]发现：当pH在等电点附近时，纳滤膜对NaCl的截留率最低；当pH偏离等电点时，纳滤膜对NaCl的截留率显著增加。

当体系中存在盐组分时，pH的改变也会使纳滤膜对中性溶质的截留性能发生显著变化。

Cohen等[64]从乳清中回收低聚糖的时，发现pH的增加显著增加了纳滤膜对低聚糖的截留率，但也显著降低了纳滤膜的渗透通量。

这主要是由于乳清料液中存在一定量的无机盐，pH的改变影响了盐在纳滤膜孔中的传质行为，进而间接影响了纳滤膜对低聚糖的截留性能。

当料液中存在其他易解离的物质时，纳滤膜的性能也会随pH的改变而发生变化。

芦鑫等[65]在提纯白藜芦醇时发现，纳滤膜对水溶性糖的截留率随
pH变化不大；而纳滤膜对白藜芦醇的截留率随pH 的增大先降低后增大。

这主要是由于水溶性糖为非电解质，而白藜芦醇受pH的影响会发生解离形成带电的离子，受到膜表面的静电作用增加。

因而，在酸性或碱性条件下，纳滤膜对白藜芦醇的截留率较高。

此外，pH还会对纳滤膜孔结构产生影响。

Shi 等[62]在提纯低聚异麦芽糖时，发现聚电解质纳滤膜在碱性条件下的渗透通量是酸性条件和中性条件下的两倍。

这主要是由于聚电解质纳滤膜在碱性条件下，膜孔结构受到内部的静电排斥作用，使得孔径增大，传质阻力减小，但这也降低了纳滤膜的分离精度。

3.3纳滤膜材料的选择
按材料的不同，纳滤膜通常可以分为有机纳滤膜和无机纳滤膜。

其中，商品化的有机纳滤膜产品相对较多，目前在功能性低聚糖中的应用报道也相对较多。

常见的有机纳滤膜材料主要有聚酰胺类、聚乙烯醇-聚酰胺类、磺化聚砜和醋酸纤维类等。

有机纳滤膜的制备方法主要有相转化法、界面聚合法、化学交联法、层层组装法以及膜表面接枝法等[66]。

此外，通过在有机纳滤膜中添加纳米金属氧化物、金属有机骨架材料（MOFs）、水通道蛋白以及碳基纳米材料等可以有效提升有机纳滤膜的渗透通量、分离精度和抗污染性能[67]。

无机纳滤膜以陶瓷纳滤膜为主，常见的陶瓷纳滤膜材料主要有Al2O3、TiO2、ZrO2、TiO2-ZrO2和SiO2-ZrO2等。

陶瓷纳滤的制备方法主要有溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、原子层沉积法及表面接枝法等，其中溶胶-凝胶法的应用最为广泛[68-70]。

在选择合适的纳滤膜用于功能性低聚糖提纯时，首先要考虑的是纳滤膜的截留分子量。

Yuan 等[71]对比4种不同纳滤膜用于低聚木糖提纯的效果。

其中，第一种和第二种纳滤膜由于截留分子量相对较大，对低聚木糖的截留率小于60%。

而第三
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