切向流過濾應用分析－利用切向流過濾分離色素
切向流過濾應用分析－利用切向流過濾分離色素
內容大綱
利用切向流過濾技術過濾色素
色素的過濾與分離
使用切向流過濾技術分離色素
切向流過濾的考量因素
切向流過濾在色素分離中的優勢
利用切向流過濾技術過濾色素
全球知名的色彩權威機構「彩通（Pantone）」專門製作標準化的Pantone配色系統，並以其擁有超過20,000種顏色的Pantone配色系統而聞名。
2024年度代表顏色
2024年，彩通宣布了「柔和桃色（Peach Fuzz）」為2024年的年度代表顏色。這種介於橘色和粉紅色之間的溫暖柔和色調，將在時尚、家居裝飾、美妝，甚至包裝領域中影響整年度的設計概念。
在實際應用上，想要將靈感具象化，需要將電腦調色的色素提取出來，才能應用於各類產品，例如油墨、染料、化妝品，甚至食品和藥品上，而這些色素可以從天然來源提取，或化學合成、過濾純化而來！
色素的過濾與分離
天然的色素不僅可以從植物中分離出來，還可以經由微生物（如細菌、真菌、酵母和藻類）生成。因此，大規模的微生物培養可以生產大量的色素，提供工業應用。
從天然來源分離色素
從天然來源（例如植物和微生物）中分離色素有多種溶劑基方法，包括傳統的溶劑提取法、微波輔助提取法、超聲輔助提取法、加壓液體提取法、脈衝電場輔助提取法、超臨界流體提取法和酶輔助提取法。
然而，在這些傳統方法中，需要使用大量的有機溶劑，造成許多環境安全上的擔憂和限制。所以近年來，新興的「環保色素分離方法(例如使用共熔溶劑或離子液體)」逐漸興起。
使用化學方法合成色素
除了天然來源，色素還可以通過化學方法合成。這些合成化合物通常模仿天然色素。無論是從水果提取還是由藻類生成的色素，都必須進行純化分離才能用於後續應用，通常使用管柱層析分離，並進一步通過膠體過濾或濾膜過濾來純化。
使用切向流過濾技術分離色素
切向流過濾（TFF）是將溶液以一定角度（即切向）施加於濾膜過濾器上，而不是像傳統過濾，讓濾液直接垂直於濾膜，造成濾膜堵塞。
切向流過濾的原理是透過壓力差，濾液會穿過濾膜，而濃縮液則會被保留。對於許多生物工程相關應用而言，切向流過濾的另一個優勢是減少了濾膜污染的機會，因為大分子物質不會因濾液的角度問題積累在濾膜上。
切向流過濾的考量因素
使用切向流過濾分離色素時，需要考慮以下幾個因素：
- 濾膜的類型（例如孔徑大小、與過濾溶液的相容性）
- 應用參數（例如溫度、進料溶液過濾的速度）
- 維護需求（例如膜清潔/更換的頻率，儀器的維護）
濾膜的類型
切向流過濾常見的濾膜包括陶瓷、中空纖維濾膜或平板濾膜。每種都有其優勢和劣勢。對於色素分離，中空纖維膜是最常用的。
因為中空纖維膜不僅可以處理大體積溶液，也對溶劑更為溫和，但它們適用的溶劑範圍較有限，且壽命比其他濾膜短。中空纖維膜可以由各種聚合物製成，包括聚酰亞胺、聚苯胺、聚苯並咪唑、聚丙烯腈等。
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應用參數
在切向流過濾（TFF）中，剪切應力可能會損害溶液中的生物分子，其中也包括色素。這種剪切應力的大小取決於選擇的濾膜類型以及溶液流經濾膜的速度和角度。
其中，中空纖維膜能有效減少剪切應力，提供更溫和的過濾效果。除了流速外，pH值也是一個重要的控制參數，因為pH值會顯著影響色素的溶解度，並且可能加速濾膜污染或大分子堆積的發生。此外，溶液的黏度也需謹慎考量，高黏度溶液通常需要使用孔徑較大的中空纖維膜來達到最佳的過濾效果。
濾膜的維護
雖然切向流過濾可以減少濾膜污染，但濾膜仍需定期清潔或更換。濾膜的清潔方法取決於污染濾膜的污染物以及濾膜的材質。有多種物理和化學方法可用於清潔切向流過濾中的中空纖維膜。
切向流過濾在色素分離中的優勢
色素廣泛應用於多種工業領域，因此需要可持續的大規模色素量產。傳統的膠體過濾層析法不適用於大規模應用，因為其樣品容量過低。
而在切向流過濾中，進料溶液可以連續添加，一次過濾大量溶液。切向流過濾是一種能夠高效替代膠體過濾和其他過濾法的解決方案，並且能夠輕鬆放大，進行色素分離與量產。
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