1-1 概述
HS樹脂基質(zhì)是酚醛樹脂，這種樹脂主要用于食品和醫(yī)藥工業(yè)的純化，其物理性質(zhì)類似于活性炭。樹脂表面電荷通過調(diào)節(jié)不同pH值可以具有弱酸基團(tuán)（酚羥基）和堿基團(tuán)（氨基酸），因此在中性和弱酸條件下可以產(chǎn)生靜電吸附力，利于吸附，通過調(diào)節(jié)pH值到堿性利于解吸。
由于HS樹脂的性質(zhì)，在食品和藥品純化過程中具有非常優(yōu)良的脫色效果，廣泛應(yīng)用于醬油和氨基酸脫色，脫色效果如圖一，用酸、堿可以簡單的進(jìn)行樹脂再生。
吸附樹脂HS同樣可以用作食品添加劑，在食品添加劑中分類為“離子交換樹脂”。
1-2 性質(zhì)和應(yīng)用
u 物理性質(zhì)
表1.吸附樹脂特性
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外觀 |
黑色球形 |
溶脹率1N HCl/ 1N NaOH |
3%增加（V） |
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水含量（%） |
65-75 |
化學(xué)抗性 |
在氧化劑中溶解 |
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表觀密度（g/L-R） |
700-780 |
溶劑穩(wěn)定性 |
良好 |
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粒徑（1.40～0.355mm） |
≥85% |
使用溫度 |
5-50 ℃ |
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有效直徑（mm） |
0.3-0.5 |
有效pH范圍 |
2-8 |
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均一系數(shù) |
＜2.0 |
功能團(tuán)（離子交換基團(tuán)） |
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u 主要應(yīng)用
應(yīng)用于氨基酸、醬油、淀粉糖漿、葡萄糖、蜂蜜和糖的脫色和除臭。
1-3 吸附樹脂和活性炭區(qū)別
吸附樹脂、活性炭具有多孔性，兩者由于孔結(jié)構(gòu)、功能團(tuán)不同而有所區(qū)別。
u 吸附樹脂的脫色效果比活性炭。
u 吸附樹脂在降低氨基酸損失方面具有優(yōu)勢。這是因?yàn)槲綐渲椒枷阕灏被岬哪芰θ跤诨钚蕴浚蕴幚碚{(diào)味液時(shí)，如表二：
表2.吸附樹脂和活性炭吸附氨基酸含量
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色氨酸（g/L） |
苯丙氨酸（g/L） |
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吸附樹脂HS |
3.4 |
3.4 |
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活性炭 |
15-17 |
10 |
u 一定區(qū)域內(nèi)，吸附樹脂使用少量添加劑的情況下比活性炭的脫色效果明顯。如圖3味精 L-谷氨酸溶液脫色曲線圖可知，
同時(shí)，活性炭在淺色溶液中脫色效果非常明顯。所以，如果想脫色完全，可以先用吸附樹脂進(jìn)行第一次處理，然后再用活性炭進(jìn)行第二次處理。如果將這兩種填料的特點(diǎn)結(jié)合起來使用，其脫色效果比單獨(dú)使用更加明顯。
1-4 使用方法與試驗(yàn)方法
吸附樹脂使用方法與離子交換樹脂使用方法基本相同。往柱子里裝入一定量的樹脂后，加入濃縮液，以一定流速對其進(jìn)行處理。最優(yōu)條件的確定因濃縮液不用而不同，使用以下試驗(yàn)方法確認(rèn)樹脂用量，流速、溫度的最優(yōu)條件。
1）批量吸附試驗(yàn)
確認(rèn)吸附樹脂能否對濃縮液進(jìn)行脫色處理。
稱取一定量的樹脂粉末，將樹脂潤濕后添加到濃縮液中，攪拌約1小時(shí)，達(dá)到平衡后將樹脂進(jìn)行過濾。通過對濃縮液與過濾液顏色變化的分析，確定吸附樹脂能否使用 。
2）裝柱子進(jìn)樣和再生試驗(yàn)
向?qū)游鲋úＡV柱，內(nèi)徑：15-30mm,高度：0.6-1m）內(nèi)添加2/3柱床高度的吸附樹脂，濃縮液以一定流速在柱子內(nèi)流動(dòng)，收集柱子底端流出的液體。通過對收集液顏色變化的分析，確認(rèn)樹脂和處理樣品之間關(guān)系。當(dāng)流出的液體顏色開始變深，表明吸附能力下降，此時(shí)停止進(jìn)樣。然后按照1-5節(jié)對樹脂進(jìn)行再生。以上過程為一個(gè)循環(huán)。
以不同流速，溫度、再生條件重復(fù)上述試驗(yàn)，最終確定最優(yōu)條件并計(jì)算樹脂量。
3）大規(guī)模試驗(yàn)
在1）和2）基礎(chǔ)上進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)，確定以上條件用于擴(kuò)大生產(chǎn)是否有問題。為了更貼近實(shí)際情況，推薦使用可以裝1米或更高樹脂的色譜柱。
1-5 再生方法
樹脂經(jīng)過多次使用后，其吸附能力有所減弱，為了恢復(fù)樹脂性能需要再生，或者使用前、保存后需要對樹脂進(jìn)行再生。再生情況如表3所示。
表3樹脂再生（醬油脫色）
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步驟 |
操作 |
流速SV |
時(shí)間 |
目的 |
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1 |
水洗 |
0.5 |
1 |
收集處理濃縮液 |
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2 |
堿洗（3-5%NaOH） |
1 |
2 |
洗脫吸附物質(zhì) |
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3 |
熱水洗 |
1-3 |
1-3 |
洗脫吸附物質(zhì)和剩余堿 |
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酸洗（1%HCl） |
1-2 |
1-2 |
中和 |
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4 |
水洗 |
1-3 |
1-3 |
去除酸和鹽 |
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5 |
反洗 |
LV5m/hr |
0.5 |
阻止孔道 |
1） 水洗
收集柱子中的洗脫液。當(dāng)懸浮物累積在吸附樹脂表面時(shí)，先水洗，再反洗去除懸浮物。有些情況下，推薦反洗前使用空氣攪拌的方法。
2） 堿洗和水洗
然后，使用堿溶液膨脹吸附樹脂，去除吸附物質(zhì)。一般情況下，使用3-5%NaOH溶液在室溫條件下進(jìn)行再生處理。特殊情況時(shí)，再生溫度也可能高于室溫（如60-80℃）。堿洗后，水或熱水沖洗，去除平衡時(shí)吸附的物質(zhì)和多余的堿。
3） 酸中和和水洗
水充分洗滌樹脂后，用酸中和樹脂，一般采用約1%鹽酸。有機(jī)酸如醋酸、氯化銨可以代替鹽酸。中和樹脂也可以采用少量的酸并不斷攪拌，用水洗中和過程中產(chǎn)生的鹽和多余的酸。
添加濃度比進(jìn)樣溶液稍高（約7%）、1/10樹脂體積的酸，不斷攪拌。這方法用于中性溶液，例如，糖、蛋白的脫色和除臭。
4） 反洗
再生過程的優(yōu)化取決于溶液濃度和使用情況，根據(jù)進(jìn)樣試驗(yàn)結(jié)果考慮再生條件。再生過程中，會(huì)產(chǎn)生包含吸附物質(zhì)的廢液。按照標(biāo)準(zhǔn)流程每再生一次，產(chǎn)生的廢水量是起始樹脂量的10-25倍，根據(jù)相關(guān)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)處理廢水。
在不斷進(jìn)行重復(fù)再生處理的過程中，因吸附物沉積在樹脂中，結(jié)果是導(dǎo)致吸附樹脂的吸附性能下降。而且，隨著膨脹比例的增加，樹脂的強(qiáng)度也會(huì)慢慢降低。
圖4顯示了吸附樹脂用于調(diào)味液脫色時(shí)吸附性能的下降比例。雖然樹脂一般使用60-80循環(huán)后就更換，以保持其吸附性能和強(qiáng)度，但也與處理液和使用情況有關(guān)。
1-6 保存
樹脂使用后，會(huì)堆積一些極少的有機(jī)酸，即使再生也不能完全去除。尤其在食品行業(yè)中，微生物利用這些有機(jī)物質(zhì)繁殖生長，污染樹脂。所以，樹脂保存時(shí)須注意以下事項(xiàng)：
使用過的樹脂先進(jìn)行再生處理，然后在 pH≤2，潮濕環(huán)境中保存。樹脂干燥，水分會(huì)損失，吸附能力將明顯降低。保存后的樹脂再次使用時(shí)，使用前確保樹脂是潮濕狀態(tài)。尤其是柱子內(nèi)幾個(gè)月沒有使用的樹脂，須反洗或保存期間定期做調(diào)濕處理。柱子里的樹脂沒有處理，樹脂顆粒有絮狀沉淀物形成，引起堵塞。吸附樹脂反復(fù)保存很長一段時(shí)間，它的壽命也會(huì)慢慢下降。
1-7 處理設(shè)備
處理吸附樹脂的設(shè)備如圖5所示。設(shè)備包括裝吸附樹脂的塔、輸送處理液和純凈水的泵、儲(chǔ)存再生液酸和堿的槽以及管路、閥門、測壓計(jì)、流量計(jì)。
再生中會(huì)使用酸、堿，所以，要確保接觸這些溶劑的管路和其他設(shè)備的制作材料是耐化學(xué)溶劑型，尤其色譜柱由耐酸型材料制成。而且，材料必須能耐使用過程中達(dá)到的溫度。
樹脂塔底部鋪滿了支撐樹脂載量的礫石層或玻璃微珠層。防止樹脂滲漏，在樹脂塔底部放置一個(gè)搭板或?yàn)V網(wǎng)。考慮一些因素如樹脂強(qiáng)度，每根塔裝填樹脂的高度為1-2米。當(dāng)濃縮液顏色過深或處理量大時(shí)，使用單個(gè)塔其脫色效果往往不理想，這種情況下一般采用2-3個(gè)塔串聯(lián)，有順序地完成從一根吸附平衡的柱子到另一根柱子再生。安裝儀器，按照1-4節(jié)完成進(jìn)樣試驗(yàn)，確定吸附樹脂量、流動(dòng)方向、速度、使用溫度等。
如果柱子高度不夠，在反洗時(shí)會(huì)因水的沖力使樹脂爆裂，從柱子頂部流出。根據(jù)圖7顯示的反洗膨脹率計(jì)算柱子高度，保證足夠的反洗空間。
