茶被认为时三大非酒精饮料之一，因其药用和营养价值而受到广泛认可。没食子酸（GA）作为红茶中的主要有效成分，具有一系列有益的药理作用，包括抗菌、抗炎、抗病毒、抑制淋巴细胞转化等。因此，对红茶提取物中有效物质的分离提纯具有重要的研究意义。一般情况下，从红茶提取物中分离GA常采用大孔树脂柱色谱吸附法，再利用5%乙醇柱去除杂质，最后用15%乙醇洗涤以富集GA。这一过程步骤繁琐，有机试剂消耗过大，工艺废水处理成本较高。因此，开发一种更高效、经济、环保的方法实现GA的高效分离至关重要。
图1 纳滤膜从进料液中分离GA的原理
近日，课题组颜海洋老师、孙黎老师与安徽大学徐春燕老师开展合作，提出通过纳滤膜（图1）高效分离红茶提取物中的没食子酸。为了打破GA分离过程中的选择性和回收率之间的trade-off效应，研究团队对不同的纳滤膜（NFX, NFW, NFG）、不同操作压差(0.4-1.2 MPa)和不同进料浓度（0.5-4.0 g/L）对分离性能的影响进行了系统考察。同时，对纳滤膜分离过程的传质机理和膜污染发生机制进行深入探究。结果表明，NFX膜因其低分子截留量和高选择性占据优势；0.8 MPa作为最佳条件，可以有效提升GA通量，削弱分离过程的浓差极化现象；进料浓度为2.0 g/L时，GA的分离效果最佳，过高的进料浓度（≥4.0 g/L）会导致膜表面大分子沉积，形成污染层，增加传质阻力和降低通量。
图2 纳滤膜过程连续操作工艺设计
此外，为了提高GA的回收率，课题组设计了四级连续操作工艺（图2）。结果表明，该操作模式可实现物料中GA的梯度回收，GA总回收率可提高至40.2%。同时，在连续操作过程中观察到膜污染现象并不明显，这表明纳滤膜工艺在GA分离纯化方面表现出优异的性能，工艺过程具有一定的应用前景。
研究成果以“Feasibility of nanofiltration process for efficient separation of gallic acid from the extract of black tea in aqueous solution”为题发表于《Journal of Water Process Engineering》（中科院2区，IF=6.3）。