B. 添加有機溶劑
4. FILTRATION RATE
FILTRATION RATE
FILTRATION RATE
丹麥 DDS 超過濾系統
Ultrafiltration
Ultrafiltration (UF) is an important process for concentration, separation and purification of liquids.
The DDS RO-SYSTEM, which comprises ultrafiltration as well as hyperfiltration, has always held a leading position with respect to quality and reliability.
The DDS RO-SYSTEM is of the “plate-and-frame” thin channel design. A very succesful design which is widely used in many industries, for example:
The food and dairy industry The pulp and paper industry
The chemical and pharmaceutical industry
Ultrafiltration
As the name indicates, this is a filtration process. The filter is a membrane, through which water and low molecular weight substances are retained.
The active driving force is pressure, usually up to 1.0 Mpa (145 p.s.i.).
Application of Ultrafiltration Separation
The low molecular solutes can pass the membranes together with the solvent, where as the high
molecular solutes are retained. Thus the feed solution is divided into a permeate with low molecular solutes and a concentrate with the high molecular solutes and a very reduced amount of low molecular solutes.
Purification
Due to the separation mentioned above the % high molecular solutes of total solids is increased in the concentrate, and there by the purity of the high molecular solutes. The low molecular solutes in the permeate are also purified due to the separation from the high molecular solutes.
Concentration
The high molecular solutes are concentrated by removal of solvent through the membranes.
Removal of Suspended Solids
Ultrafiltration membranes retain suspended substances such as colloids, whereas water is passing through the membranes.
By ultrafiltration the separation concentration and purification processes are performed simultaneously.
Why the DDS RO-SYSTEM
Application of the DDS Ultrafiltration System involves many advantages, the most important ones are
Sanitary design – important in the food and dairy industry Easy on-site membrane exchange
Easy membrane failure detection
Thin channel design-comparatively insensitive to viscosity, precipitation and suspended substances
Low internal volume – important in the treatment of thermally and bacteriologically unstable products
Can be used in the full pH range and at temperatures up to 80℃ (176℉) Sturdy design – of importance in many industries
DE DANSKE SUKKERFABRIKKER DDS RO-SYSTEM Ultration-UF
Module UF 36 open permeate system
Module with stop discs and closed permeate system
From the outside it is possible to check the module for correct amount of sections(in this case 5) and are correct connection of these.
美國 Supelco 公司之超過濾中空纖維膜 協調一致
Romicon Supeico Rohm & Haas
於 1972 年首先發展出異向 為一實驗室分離科技的專 Supelco 及 Romincon 皆為 性 (anisotropic)超過濾膜自 業單位，被認可之品質及 Rohm&Hass 分離技術組的 此便居世界截流過濾 (cross 技術的第一把交椅，運用 子公司 Rohm&Hass 以其在 -flow filtration) 製品的領導 Romincon 超過濾科技， 樹脂及高分子的經驗主導了 地位。 Supelco 提供了“Harp”超 其所在之子公司提供高品質 過濾膜因應實驗室裡各種 臻於藝術用的分離用產品。
的需求
逆滲透壓 ＜---＞ 超過濾 ＜---＞ 微過濾
“Harp”超過濾膜基於分 更加快速的過濾，且在處 大分子粒子被滯留於活性表 子之大小利用壓力趨動去 理過程中使用相對少量之 面，而同時小分子及溶質通 達成分離，常被利用在許 交換溶劑，對於大分子， 過膜面經過底襯開放型孔穴
多典型之去鹽及緩衝交換 分子及離子在容液中之分 中被迅速移走。
步驟，相對於逆滲透壓／ 離，“Harp”超過濾膜提供 中空纖維之異向性孔徑結構 體及離子通過一非多孔性 比傳統微過濾膜優異的分 提供了膜的多用途性，防止 約在 10-35 Psig 起具較逆 離特性，置於微米及亞微米 膜表面及膜底襯處之沉積，
滲透壓法具有更大之處理 粒子的分離異向性(活性表 易於清洗及可再使用性。
量。 面膜微小孔徑，其底襯為開 放性之大孔穴)之超過濾膜 較同向性膜(整片膜之孔徑 及孔穴皆同一尺寸)之分離 效應為優。
臻於藝術的過濾分離----“Harp”
基礎理論
膜分離技術之應用 osmosis) 系統可將離子自水中分離，而超過濾 (ultrafiltration) 系統可依分子的大小來分離 液體。
膜的分離
3. 微過濾 (microfiltration (MF))：膜之孔徑為 0.1~10 microns，操作壓力為 1~25 psig。MF 屬於一種澄清操作，可去除包括固體、膠質和細菌等懸浮粒子。
液則自蓆片之另一側出口流出。
啤酒和酒類
澄清啤酒，冷過濾去除腐敗有機物且生產較除菌之產品。
去除啤酒中酒精成分以生產低酒精 (2﹪) 和無酒精之啤酒。
過濾發酵槽中啤酒之回收，此可提高 2~3﹪之啤酒生產量。
脫色紅酒以生產較淺色之酒。
水之處理
去除飲料用水中鈉、鉀和鎂成分。
去除飲料用水和再製果汁中有機物質。
淨化工廠用水。
5. 廢水處理
去除 BOD 以使廢水合乎排放或減少費用。
自馬鈴薯汁回收蛋白質和酵素；自廢水中回收糖類等副產品之收回。
蔬果加工廠排水中不溶物之去除，以使廢水再利用。
6. 其他
(1)原料糖液在蒸發作業前之澄清與濃縮。
(2)去除食用酢之蛋白混濁情形。
(3)去除 CIP 排水中之污染物，以使排水可再循環利用。
雖然膜分離在過去幾年有些進步，此技術仍為搖籃期；新開發的膜材質可耐 180℉ 以 上之溫度，可承受整個 pH 範圍，且耐氯性增加。
更重要的是食品業者正認知這些系統之價值，且正利用膜技術於更廣泛的應用。
M.電泳 Table 28. Ionization of protein groups
α－COOH 3.75 (pKa)
蛋白質在電場中之泳動，實際上就是電荷在電壓梯度（Voltage gradient）中之移動速 率與淨電荷數目成正比，而介質孔篩之阻礙程度亦與分子大小成正比，若將其量化，則定 義泳動（ｍ; electrophoretic mobility）為速度（Ｖ; Velocity）與電場 (Ｅ; electric field)之側 數的乘積。
ｍ＝V／Ｅ
而電荷（Ｑ; charge）與電場之乘積為 107倍摩擦係數（ｆ; friction coefficient）與速度之乘 積。即： ＱE＝107×ｆ×Ｖ
V／Ｅ＝V／(107×ｆ×Ｖ／Ｑ)＝Ｑ／107×ｆ＝10－7Ｑ／ｆ
又蛋白質分子在介質中之總摩擦係數為溶質的摩擦係數（fsolute）與溶劑黏滯度 (viscosity;
ηsolvent)的乘積，如此而得基本電泳方程式 (Basic electrophoresis equation)：
ｍ＝V／Ｅ＝10－7Ｑ／ｆsolute×ｆsolvent
由此可知，泳動與電荷成正比，與摩擦係數成反比。
電泳時之電效應，則可由歐姆定律（Ohm’s law）來討論：
Ｅ＝ＩＲ (Ｅ：voltage, Ｉ：cornent, Ｒ：resistance) Ｒ＝1／Ｋ ( Ｋ：conductance)
Ｋ＝ＫiＣi （Ｃ：concentration of ions）
所以一旦電泳的緩衝液固定時，電阻即固定﹔電壓增加，電流亦隨之增加，而選擇的電壓 時，則蛋白樣品泳動的速度亦快，但此時要考慮的是，伴隨而來所產生的熱，因為：
Ｈ＝Ｉ２Ｒ＝Ｅ２Ｋ （Ｈ：heat）
因熱產生而提高的溫度，減低了黏滯度，也處進了泳動速度之加快，但是溫度太高，會引 起某些蛋白質變性，而且形成的溫度梯度會使分離的蛋白質扭曲。為此，除了減低輸入之 電壓外，也可以選擇低導電度的緩衝液，但是一般以高離子強度之電泳緩衝液的分離效果 較佳，所以電泳條件的選擇，常把各個情況取捨而定。
蛋白質電泳之系統
在溶液介質中進行移動界限電泳，通常會有對流和擴散的問題，使用膠體為電 泳介質可以克服此種缺點，膠體必須是具有化學惰性的均質，polyacrylamide 以符合 這種需要。不同的蛋白電泳系統，依所使用之膠體組成，緩衝液系統與偵測方法之 不同，而具有不同解析度與靈敏度。
polyacrylamide 膠體之組成
polyacrylamide 膠體的主成分是 acrylamide 與 bis N, N’-methylene bisacrylamide，再加 入 APS（ammonium persulfate）與 TEMED（N, N, N’, N’-tetramethyl-ethylenediamine）後 起始並催化其聚合反應，而結成網狀結構。
在低 pH 時，可用亞硫酸鈉取代 TEMED 或利用完全不同之催化系統，如維他命Ｃ、
硫酸鎂和過氧化氫等。
膠體孔度的大小，最主要決定於 acrylamide 的總濃度 (%T)，T 愈大，則孔度愈小。
但是在相同 T 值時，bis 的濃度與孔度不呈正比之線性關係。例如：5% bis 的膠體，其孔 度較其他濃度時小。
表十九 Bis 濃度對凝膠孔徑大小之影響
Table 29. Effect of Bis (acrylamide) gel concentration on average pore size Total Radius(A)
Acrylamide(%) 1% 5% 15% 25%
6.5 24 19 28 －
8.0 23 16 24 36
10.0 19 14 20 30
12.0 17 9 － －
15.0 14 7 － － (2) 緩衝液系統
連續及非連續緩衝液系統
所謂緩衝液連續系統，是指整個電泳系統，包括蛋白質樣品。膠體和電泳槽的緩 衝液，都具有相同之離子、離子濃度和 pH 質，使用這種系統，蛋白質樣品是直接加 諸於分離膠體中。
分連續性緩衝液系統，則指自電泳槽緩衝液至分離膠體緩衝液，並分使用同一系 統，故又稱多相性緩衝液系統 (inultiphasic buffer system)。通常在非連續性緩衝液系 統中的 pH 值及離子濃度為非連續性的，如此蛋白質分子在孔隙較大的焦集膠體
（stacking gel）中，進入孔隙較小的解析膠體前，由於膠體濃度與緩衝液系統之不同，
而形成一移動界限。故非連續緩衝液系統之最大優點，即在於它可對大量稀釋的蛋白 質樣品，型有效的分離。
電泳進行之膠體可鑄成鑄狀或平板兩種方式。
在焦集 sample gel 常用 pH 6.7 的 Tris HCl 緩衝液，而電泳槽緩衝液常用 pH 8.3 的 Tris-glycine 緩衝液，其中前者的 Cl─離子可做為 leading ion，而後者 glycine 可做為 trailing ion，當通 電後，因電泳槽緩衝液 pH 8.3 接近 gly 之 pka，故 gly 不易遷向正極，而 sample gel 中的 leading ion (Cl─)移動很快，因此膠上端產生的 sample gel 中產生 Cl－真空，因此使電位差 增大故加速 gly 的移動，而把蛋白質壓下去，其移速隨各成分蛋白質的分子量而異，當 gly 移到焦集膠體與分離膠體的的界面時，由於後者 pH 8.9 可改變 gly 的解離度增加移速，再 將 sample gel 中的 protein 依其分子內電荷大小及分子大小分離其分離程度視膠體內聚丙烯 醯胺濃度而定。
解離及非解離緩衝液系統：
依緩衝液中加入解離劑 dissociating agent 與否，可分為解離緩衝液系統與非解離緩衝 液系統 (dissociating and non-dissociating buffer system)。解離劑的作用再解離蛋白質分子成 多 鏈之次單位，即在破壞決定其高級結構的結合因子，包括 H 鍵、雙硫鍵等。一般使用 的解離劑為籬子性清潔劑（ionic detergents）或高濃度的尿素（如 8M urea）。其中 SDS (Sodium dodecyl sulfate)最常被使用。SDS:
平均每克蛋白質，需和 1.4 g SDS 結合，才能使蛋白質分子全部呈現 SDS 的負電荷，
則不影響其在電場中的泳動，而完全由 鏈之大小來決定其泳動速度。如 SDS-PAGE (SDS-polyacrylamide gel electrophoresis) 即是最被廣泛使用的電泳系統，可有效地測定蛋 白質的分子量與其複雜性。
非解離緩衝液系統，則憑藉原態性蛋白質 (native protein) 的電荷及形狀大小形電泳分 離，而仍保有蛋白質原來次單位的交互作用、原態蛋白質的結構以及其生物活性。
利用陽離子清潔劑，cetyltrimethylammonium Bromide-PAG，則具有上述兩系統之優 點，及可用來測定分子量的大小及保留蛋白質的生物活性。
* A kin, D. T., R. shapira and J. M. Kinkade, 1985. JR. Anal. Biochem. 145: 170
(3) 等電焦集 (isoelectric focusing, IEF) 電泳等電焦集電泳是用來分離帶電量不同之蛋白 質分子，蛋白質分子在酸鹼梯度介質中移動，當其淨電荷等於零，及到達等電點 (isoelectric point) 時，會停止移動而得分離之。酸鹼梯度是靠 ampholytes 混合亦在電場中所形成，商
業化的 ampholytes，有些是 polyaminopolycarboxylic acids 的混合物 (如 Ampholines TM)，
有些是包含 sulphonic 或 phosphonic acids 的混合物 (如 Servalytes TM, Biolytes TM,
pharmalytes TM等)，這些 ampholytes 的共通特性是需具良好的緩衝效應，在達等電點時能
明確界定酸鹼度，有良好的導電性，分子量小，且與欲分離之白值分子具有不同之組成份，
並且不予之起任何作用。
Carrier ampholytes
Carrier ampholytes