1.1.2 膜分离的特点

膜分离技术是一种固液分离的新型技术，它可以在没有相变的情况下实现固液高效分离，尤其是陶瓷膜，它良好的性能能够用于高温、高压以及强腐蚀的环境中。使得它具有广阔的应用前景[5~6]，但是也存在一定的局限性。

利用膜分离法进行固液分离具有如下优点[7~8]：(1)装置简单、操作方便、易于实现自动控制；(2)没有涉及相变，不存在二次污染，环境效益良好、能量损耗较低、经济效益好；(3)操作过程可以在室温条件下进行，尤其适用于热敏性物质的浓缩分离；(4)可选择性高，可在较广范围内适用，可以分离一些宏观物质，也可分离一些微观的离子；(5)操作具有连续性，生产能力大，装置紧凑、设备易于放大，可以通过专一膜来得到较高回收率；(6)膜分离过程不需要添加外来的化学物质，渗透液可以循环使用，从而降低了生产成本。

1.1.3 膜分离技术的发展史

膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的。我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的[9]；60年代进入开创阶段；1965年着手反渗透的探索；1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展；70年代进入开发阶段，这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来；80年代跨入了推广应用阶段，80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。

随着我国膜科学技术的持续发展，相应的学术、技术团体也相继成立。他们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用[10~11]。

由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程现在已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出，谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天[12]。

1.2 发酵液

1.2.1 发酵液的成分及分离方法

1) 发酵液的基本特性

发酵液的基本特性包括：目标产物浓度低，大多为1-10 %；悬浮物颗粒小，固液悬浮分散体系，细胞密度与培养液相似；液相粘度比较大，大多为非牛顿型流体，不易过滤；含有高价无极离子[13~14]（Ca2+，Mg2+，Fe3+成分复杂，菌丝体、菌种代谢物和剩余培养基）；悬浮状态稳定，双点层，水化膜、布朗运动。

2) 发酵液的成分

发酵液的成分包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等。不论人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能进行后续操作：对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去处[15]，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。对于胞外产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。

3) 固液分离方法主要是过滤和离心

对于细菌及某些放线菌[16~17]，其菌体细小，液体粘度较大，不能进行直接过滤；若用高速离心，能耗很大，设备较昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生膜污染，通量降低。

发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的存在也会影响固液分离。因而寻找一种经济有效的方法来提高固液分离速度显得十分必要。预处理的目的：降低液体黏度，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：(1)改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度；(2)相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作；(3)尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）。