1-1 概述
HS树脂基质是酚醛树脂，这种树脂主要用于食品和医药工业的纯化，其物理性质类似于活性炭。树脂表面电荷通过调节不同pH值可以具有弱酸基团（酚羟基）和碱基团（氨基酸），因此在中性和弱酸条件下可以产生静电吸附力，利于吸附，通过调节pH值到碱性利于解吸。
由于HS树脂的性质，在食品和药品纯化过程中具有非常优良的脱色效果，广泛应用于酱油和氨基酸脱色，脱色效果如图一，用酸、碱可以简单的进行树脂再生。
吸附树脂HS同样可以用作食品添加剂，在食品添加剂中分类为“离子交换树脂”。
1-2 性质和应用
u 物理性质
表1.吸附树脂特性
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外观 |
黑色球形 |
溶胀率1N HCl/ 1N NaOH |
3%增加（V） |
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水含量（%） |
65-75 |
化学抗性 |
在氧化剂中溶解 |
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表观密度（g/L-R） |
700-780 |
溶剂稳定性 |
良好 |
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粒径（1.40～0.355mm） |
≥85% |
使用温度 |
5-50 ℃ |
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有效直径（mm） |
0.3-0.5 |
有效pH范围 |
2-8 |
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均一系数 |
＜2.0 |
功能团（离子交换基团） |
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u 主要应用
应用于氨基酸、酱油、淀粉糖浆、葡萄糖、蜂蜜和糖的脱色和除臭。
1-3 吸附树脂和活性炭区别
吸附树脂、活性炭具有多孔性，两者由于孔结构、功能团不同而有所区别。
u 吸附树脂的脱色效果比活性炭。
u 吸附树脂在降低氨基酸损失方面具有优势。这是因为吸附树脂吸附芳香族氨基酸的能力弱于活性炭，所以处理调味液时，如表二：
表2.吸附树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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吸附树脂HS |
3.4 |
3.4 |
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活性炭 |
15-17 |
10 |
u 一定区域内，吸附树脂使用少量添加剂的情况下比活性炭的脱色效果明显。如图3味精 L-谷氨酸溶液脱色曲线图可知，
同时，活性炭在浅色溶液中脱色效果非常明显。所以，如果想脱色完全，可以先用吸附树脂进行第一次处理，然后再用活性炭进行第二次处理。如果将这两种填料的特点结合起来使用，其脱色效果比单独使用更加明显。
1-4 使用方法与试验方法
吸附树脂使用方法与离子交换树脂使用方法基本相同。往柱子里装入一定量的树脂后，加入浓缩液，以一定流速对其进行处理。最优条件的确定因浓缩液不用而不同，使用以下试验方法确认树脂用量，流速、温度的最优条件。
1）批量吸附试验
确认吸附树脂能否对浓缩液进行脱色处理。
称取一定量的树脂粉末，将树脂润湿后添加到浓缩液中，搅拌约1小时，达到平衡后将树脂进行过滤。通过对浓缩液与过滤液颜色变化的分析，确定吸附树脂能否使用 。
2）装柱子进样和再生试验
向层析柱（玻璃色谱柱，内径：15-30mm,高度：0.6-1m）内添加2/3柱床高度的吸附树脂，浓缩液以一定流速在柱子内流动，收集柱子底端流出的液体。通过对收集液颜色变化的分析，确认树脂和处理样品之间关系。当流出的液体颜色开始变深，表明吸附能力下降，此时停止进样。然后按照1-5节对树脂进行再生。以上过程为一个循环。
以不同流速，温度、再生条件重复上述试验，最终确定最优条件并计算树脂量。
3）大规模试验
在1）和2）基础上进行大规模试验，确定以上条件用于扩大生产是否有问题。为了更贴近实际情况，推荐使用可以装1米或更高树脂的色谱柱。
1-5 再生方法
树脂经过多次使用后，其吸附能力有所减弱，为了恢复树脂性能需要再生，或者使用前、保存后需要对树脂进行再生。再生情况如表3所示。
表3树脂再生（酱油脱色）
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步骤 |
操作 |
流速SV |
时间 |
目的 |
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1 |
水洗 |
0.5 |
1 |
收集处理浓缩液 |
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2 |
碱洗（3-5%NaOH） |
1 |
2 |
洗脱吸附物质 |
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3 |
热水洗 |
1-3 |
1-3 |
洗脱吸附物质和剩余碱 |
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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 |
去除酸和盐 |
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5 |
反洗 |
LV5m/hr |
0.5 |
阻止孔道 |
1） 水洗
收集柱子中的洗脱液。当悬浮物累积在吸附树脂表面时，先水洗，再反洗去除悬浮物。有些情况下，推荐反洗前使用空气搅拌的方法。
2） 碱洗和水洗
然后，使用碱溶液膨胀吸附树脂，去除吸附物质。一般情况下，使用3-5%NaOH溶液在室温条件下进行再生处理。特殊情况时，再生温度也可能高于室温（如60-80℃）。碱洗后，水或热水冲洗，去除平衡时吸附的物质和多余的碱。
3） 酸中和和水洗
水充分洗涤树脂后，用酸中和树脂，一般采用约1%盐酸。有机酸如醋酸、氯化铵可以代替盐酸。中和树脂也可以采用少量的酸并不断搅拌，用水洗中和过程中产生的盐和多余的酸。
添加浓度比进样溶液稍高（约7%）、1/10树脂体积的酸，不断搅拌。这方法用于中性溶液，例如，糖、蛋白的脱色和除臭。
4） 反洗
再生过程的优化取决于溶液浓度和使用情况，根据进样试验结果考虑再生条件。再生过程中，会产生包含吸附物质的废液。按照标准流程每再生一次，产生的废水量是起始树脂量的10-25倍，根据相关废水的排放标准处理废水。
在不断进行重复再生处理的过程中，因吸附物沉积在树脂中，结果是导致吸附树脂的吸附性能下降。而且，随着膨胀比例的增加，树脂的强度也会慢慢降低。
图4显示了吸附树脂用于调味液脱色时吸附性能的下降比例。虽然树脂一般使用60-80循环后就更换，以保持其吸附性能和强度，但也与处理液和使用情况有关。
1-6 保存
树脂使用后，会堆积一些极少的有机酸，即使再生也不能完全去除。尤其在食品行业中，微生物利用这些有机物质繁殖生长，污染树脂。所以，树脂保存时须注意以下事项：
使用过的树脂先进行再生处理，然后在 pH≤2，潮湿环境中保存。树脂干燥，水分会损失，吸附能力将明显降低。保存后的树脂再次使用时，使用前确保树脂是潮湿状态。尤其是柱子内几个月没有使用的树脂，须反洗或保存期间定期做调湿处理。柱子里的树脂没有处理，树脂颗粒有絮状沉淀物形成，引起堵塞。吸附树脂反复保存很长一段时间，它的寿命也会慢慢下降。
1-7 处理设备
处理吸附树脂的设备如图5所示。设备包括装吸附树脂的塔、输送处理液和纯净水的泵、储存再生液酸和碱的槽以及管路、阀门、测压计、流量计。
再生中会使用酸、碱，所以，要确保接触这些溶剂的管路和其他设备的制作材料是耐化学溶剂型，尤其色谱柱由耐酸型材料制成。而且，材料必须能耐使用过程中达到的温度。
树脂塔底部铺满了支撑树脂载量的砾石层或玻璃微珠层。防止树脂渗漏，在树脂塔底部放置一个搭板或滤网。考虑一些因素如树脂强度，每根塔装填树脂的高度为1-2米。当浓缩液颜色过深或处理量大时，使用单个塔其脱色效果往往不理想，这种情况下一般采用2-3个塔串联，有顺序地完成从一根吸附平衡的柱子到另一根柱子再生。安装仪器，按照1-4节完成进样试验，确定吸附树脂量、流动方向、速度、使用温度等。
如果柱子高度不够，在反洗时会因水的冲力使树脂爆裂，从柱子顶部流出。根据图7显示的反洗膨胀率计算柱子高度，保证足够的反洗空间。
