膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术，它是材料科学与介质分离技术的交叉结合，具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点，广泛应用于工业领域，尤其在食品、医药、生化领域发展迅猛。据统计，膜销售每年以14%～30%的速度增长，而较大的市场为生物医药市场。本文综述了膜分离技术的原理及其应用现状，并展望其发展趋势。

1 膜分离技术

1.1 原理

膜分离技术是一种使用半透膜的分离方法，在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏、膜反应器等技术，其中在食品、药学工业中常用的有微滤、超滤和反渗透3种。

1.2 特点

膜分离技术具有如下特点：

（1）膜分离过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术。

（2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等。

（3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型。

（4）膜分离技术以压力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。

1.3 分类

超滤的截留相对分子质量在1000～100000之间，选择某一截留相对分子质量的膜可以将杂质与目标产物分离。超滤技术在生化产品分离中应用较早、较为成熟，已广泛应用于各种生物制品的分离、浓缩。

纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200～1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤可以采用两种方式提取抗生素，一是用溶剂萃取抗生素后，萃取液用纳滤浓缩，可改善操作环境；二是对未经萃取的抗生素发酵液进行纳滤浓缩，除去水和无机盐，再用萃取剂萃取，可减少萃取剂用量。微滤是发展较早、制备技术较成熟的膜形式之一，孔径在0.05～10μm之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为 过滤。由于微滤孔径相对较大，单位膜面积透水率高，而且制备成本较低，使用范围非常广，其销售额居于各类膜的首位。

2 膜分离技术的应用现状及研究进展

2.1 生化产品制备

我国维生素C、酶制剂已经实现工业化生产。维生素C发酵液中的蛋白质相对分子质量一般为10000～100000，可以选择一定截留相对分子质量的超滤膜除去蛋白质等大分子杂质。李春艳等选用超滤膜系统及截留相对分子质量为30000的膜处理维生素C的原始发酵液，滤液质量好，通量高，并且简化了工艺，提高了收率。酶制剂相对分子质量在10000～100000间，是高度催化活性的特殊蛋白质，正好落在超滤的切割范围内。丁凤平用截留相对分子质量5000和10000的超滤平面膜组件，直接从去除菌体的发酵液中浓缩回收，在浓缩率20倍以下，取得98.3%的高回收率，具有应用价值。超滤在血浆蛋白的分离、浓缩、脱醇以及除内毒素等方面也有应用。刘霆等用聚醚砜中空纤维超滤膜血浆器进行血浆分离的动物实验，结果表明，膜式血浆分离器适用面宽，装置简单，能耗小，可常温分离。目前现有膜材料的生物相容性均达不到临床要求，若要在医学上应用，首先应发展研究分离好、相容性优良的膜材料。

在生化领域中，微滤主要作为预处理方法并与其他技术联用。刘国庆等采用微滤和絮凝、离心技术联用，回收大豆乳清中的生物活性物质，在蛋白质损失率只有10%的情况下，可将悬浮固体全部除去，脂肪去除率达到90%。

以上几种膜材料在早期主要是醋酸纤维素，后来主要用聚砜。聚砜具有优良的化学稳定性，较宽的pH值使用范围和良好的耐热性能。目前还发展了多种性能优良的高分子聚合膜。20世纪80年代，无机膜开始应用于生物分离，优点是可以在苛刻条件下进行精密过滤，机械强度高，化学性能稳定，耐热性好。目前开发的商品化无机膜主要有氧化铝、氧化钛和氧化锆陶瓷膜，陶瓷膜在生物化工领域中的应用研究是膜材料研究的热点之一。今后膜材料的研究方向是发展抗污染性能好的共混改性膜、无机膜以及复合膜，开发新型专用的医用膜。

2.2 微生物制药

随着基因工程技术的不断发展，由发酵法生产的微生物药物的分离和纯化正面临着一系列新的问题，如含量低、活性高、易失活、提取收率低等。膜分离技术作为一种新型的分离技术，在现代生物制药分离工程中具有巨大的应用潜力，得到了广泛的发展，已经用于酶、活性蛋白、氨基酸、维生素、甾体、疫苗等物质的分离纯化，而膜分离技术在抗生素提炼中的应用也是重点推广的领域之一。

多数抗生素的相对分子质量在300～1200范围内，存在于细胞外，需从发酵液中提取。传统提取方法主要有吸附法、溶剂萃取法、离子交换法和沉淀法，这些方法各有特点，但工艺往往都十分繁杂，所需时间长，易变性失活，需消耗大量的原料，能耗高，回收率低，废水污染严重且处理难度大。膜分离技术作为一门新型的分离、浓缩、提纯及净化技术具有节能、不破坏产品结构、少污染和操作简单，可在常温下联系操作、可直接放大、可专一配膜等特点，且各种膜过程具有不同的分离机制，适用于不同对象和要求。

由于其特别适用于热敏性物质的分离，在食品加工、医药等领域有其实用性。用于微生物药物分离和纯化中的膜分离技术主要涉及微滤、超滤、纳滤、液膜分离和反渗透等。

李十中等先用截留相对分子量为50000的超滤膜处理土霉素结晶母液，除去母液中的悬浮物和大分子物质。然后反渗透膜处理，这一步脱盐率可达99%。所得浓缩液，再经截留相对分子质量为10000的超滤膜，体积浓缩10倍，其后调节pH值，从土霉素结晶母液回收土霉素，得到的土霉素纯度为82.19%，回收率为62%。

2.3 现代重要提取制剂工艺

用孔径为0.2μm的无机陶瓷膜对多种根及根茎类中药提取液进行微滤，证明无机陶瓷膜对中药水提液具有较好的澄清除杂作用。用陶瓷微滤膜与醇沉法对照处理两种水提液，除杂率及有效成分得率与醇沉法接近。用陶瓷微滤膜与大孔吸附树脂联用精制苦参水提液，其总黄酮吸附率与除杂率均优于醇沉大孔树脂法。

中药注射剂应用膜分离技术除杂、除菌、除热原，无需高温或其他化学方法，在常温下进行，可以除去杂质，保留有效成分，提高澄明度，达到药典要求。

2.4 饮用水处理

在饮用水处理中，膜分离是一种在某种推动力作用下，利用特定膜的透过性能分离水中的离子、分子和杂质的技术。膜分离性能按截留相对分子质量大小评价。截留相对分子质量是反应膜孔经大小的替代参数，具有较小的截留相对分子质量的膜可除去水中较小分子量的物质。膜分离技术可解决传统工艺难以解决的诸多问题，如去除水中的微污染物、运行管理简单、基建费用低等优点，已被大规模用于处理饮用水。

2.5 石化领域的应用

在氢气的分离和回收，与传统技术比较，气体膜分离技术用于从炼厂气中回收氢气，能耗低，经济环保等特点。

膜法天然气脱湿有几个特点：

（1）它利用天然气本身的压力作为推动力，几乎没有压力损失，因此，脱湿后的天然气仍保持原来的压力进行输送。

（2）属于“干法”脱湿，不需要额外加入溶剂或分子筛，不需再生，没有二次污染。

（3）工艺简单，组装方便，操作容易，占地面积小。

（4）操作弹性大，可通过调节膜面积和工艺参数来适应处理量的波动。

2.6 其他方面

在食品机械方面，用牛奶制干酪，分离后得到乳清，其中含不少可溶蛋白质、矿物质等营养物质，但也含大量的难消化的乳糖。用超滤法回收其中的蛋白质，可使蛋白质含量从3%增加到50%以上，甚至高达80%。此外，膜分离技术在无水乙醇生产中也有应用。

3 结语

膜分离技术应用广泛，为提高产品质量，降低成本，缩短处理时间，今后的研究趋势将是分离技术的高效集成化。目前膜分离技术在各个方面的应用研究很活跃，但膜的污染、堵塞，原料液的粘度高，使膜通量衰减严重，无法继续分离，影响了膜分离在实际操作中迅速应用发展。要实现生物制品提纯的规模性应用，还要取决于相关方面的发展，如膜污染机制研究，对性能优良、抗污染膜材料的研究。将来多种类型的膜分离技术在生化产品应用中协同发展，取长补短，超滤、纳滤、微滤技术联用，实行多级分离是其发展趋势。