在 ZwitterCo Unfiltered 第 5 集中，Jon Goodman 和 Lyndsey Pence 深入探讨了膜化学、膜结构以及不同类型的膜在食品和乳制品加工应用中的制造和使用方式。
本期节目讨论了超滤 (UF)、反渗透 (RO)、薄膜复合膜、孔径分布以及 Evolution 膜背后的两性离子化学原理。节目还探讨了膜污染、蛋白质透过和清洗程序为何持续影响乳制品加工中的膜性能。
另一种膜化学
本集的一个主要主题是 Evolution 膜与传统的聚醚砜 (PES) 超滤膜有何不同。
正如林赛解释的那样，传统的超滤膜是不对称聚合物膜，已经使用了几十年。然而，Evolution PCM 和 SF 膜是三层复合薄膜膜：支撑层、超滤层和用于活性分离的永久性两性离子层。
正是这种两性离子化学性质赋予了膜防污性能。
本集节目解释说，两性离子具有极强的亲水性，也就是说它们非常亲水。由于两性离子结构中存在正负电荷，有机物很难附着在膜表面。Jon 和 Lyndsey 认为，这就是客户在运行中看到防污性能的原因。
讨论还解释了两性离子层如何自组装到疏水骨架上，从而为膜提供强度和结构。
为什么污垢和清洁如此重要
本集的另一个主要话题是膜寿命以及污染、清洗强度和蛋白质截留之间的关系。
Jon指出，用于蛋白质浓缩的超滤膜失效通常有两个原因：膜污染或蛋白质渗漏。随着时间的推移，许多传统膜在运行数月后开始出现蛋白质泄漏。讨论直接将此与清洗条件联系起来。Lyndsey表示，极端pH值、极端温度和强力清洗程序都会严重影响膜的使用寿命。
由于两性离子膜具有更佳的抗污染性能，因此可能不需要像其他膜那样频繁或彻底地清洗。本期节目解释说，这可以延长膜的使用寿命，同时有助于长期维持蛋白质截留率。
主持人还讨论了乳糖透过率，并解释说，目前的数据显示 Evolution 膜的性能与传统膜相当，没有明显的乳糖截留率增加，不会对超滤牛奶或乳清蛋白分离物 (WPI) 加工等应用产生负面影响。
了解孔径和膜制造
本集的大部分内容都集中在超滤膜的制造过程以及孔径分布为何重要。
Jon 和 Lyndsey 解释说，传统的超滤膜依赖于严格控制的流延条件，包括溶剂、温度、湿度和烘箱条件。这些因素都会影响孔径和孔密度。本期节目重点介绍了一种理想的超滤膜，它应该具有完全一致的孔径和高孔密度，从而在保持可控截留率的同时，最大限度地提高通量。
但实际上，膜的孔径分布各不相同。
本期节目中一个比较专业的讨论点在于，分子量截留值并非一个完全统一的测量标准。Jon解释说，虽然许多孔隙可能聚集在目标分子量范围内，但膜上通常包含一长串较大的孔隙，这些孔隙也有助于蛋白质的通过。
这一讨论也与测试方法相关。林赛指出，小型平板测试或小型膜元件可能无法完全代表大型系统的性能，因为随着膜面积的增加，孔径分布会更具代表性。
薄膜复合膜和反渗透
本期节目还详细介绍了反渗透膜的历史和结构，包括醋酸纤维素膜、聚酰胺反渗透膜的化学原理以及薄膜复合膜的构造。Jon 和 Lyndsey 解释说，大多数现代反渗透膜都基于聚酰胺化学原理，而这种原理源于 20 世纪 70 年代末 Cadotte 的专利。
Evolution RO膜的独特之处在于其在聚酰胺表面采用了两性离子共聚物技术。这种结构旨在保持标准RO膜的性能特征，同时增强抗污染性能。本文还简要介绍了无机膜技术，包括陶瓷膜和不锈钢膜，以及中空纤维膜设计。
更重要的启示
第 5 集从技术角度探讨了膜科学，并解释了为什么膜化学会直接影响污染、清洗程序、生产力和系统的长期稳定性。
在整个对话过程中，Jon 和 Lyndsey 反复将膜结构与乳制品加工应用中的实际操作挑战联系起来，特别是蛋白质浓缩和 RO 精制系统。
这一集强化了几个关键主题：
- 防污膜化学改变了有机物与膜表面的相互作用方式。
- 清洗强度对膜的寿命和性能起着至关重要的作用。
- 孔径分布影响分离和蛋白质通过
- 薄膜复合膜结构允许添加额外的功能化学层。
- 更高的可持续运行通量和更简化的清洁程序仍然是加工商的首要任务。
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