生物分离工程
第十章层析
什么是色谱分离技术？
利用混合物中多组分间存在的物理化学性质的差异（如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、电荷量等），使得各组分在两个向上分离。
色谱系统的组成，什么是固定相和流动相。
固定相、流动相、泵系统、检测系统。
固定相：固定相是层析的一个基质。它可以是固体物质（如吸附剂、凝胶，离子交换剂等），也可以是液体物质（如固定在硅胶或纤维素上的溶液），这些基质能与待分离的化合物进行可逆的吸附，溶解，交换等作用。
流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体等，都称为流动相。柱层析中一般称为洗脱剂，薄层分析时称为展层析。
基本概念的掌握：阻滞因子，保留时间和体积，塔板数和塔板高度
阻滞因子是在色谱系统中溶质的移动速度和标准的迁移率之比。
保留时间:样品进样到出现最大峰值时所需要的时间。
保留体积：样品进样到出现最大峰值时所使用的流动相体积。
塔板数
塔板高度
色谱分离技术的分类
凝胶色谱的分离原理及分类
固定相是多孔凝胶，各组份的分子大小不同，因而在凝胶上受阻滞的程度不同。
亲和色谱的分离原理
以在不同集体上，建和多种不同特性的配为体作固定相，用具有不同pH值的缓冲溶液作流动相，依据生物分子（氨基酸、肽、蛋白质、核算、核苷酸）与固定相亲和作用力的差别实现分离的过程。可用于各种酶、辅酶、激素和免疫球蛋白等生物分子的分离。
第九章吸附
1.什么是吸附？常用的吸附剂有哪些？
吸附：利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中的分离的过程。
常用的吸附剂：
大网格聚合物吸附剂
活性碳：助滤、脱色、去热源
活性白土：脱组胺类过敏物、脱色
硅藻土：助滤、澄清
2.物理吸附的本质是什么？
吸附质与吸附剂之间的分子间引力即范德华力（定向力：极性分子间；诱导力：极性与非极性分子间；色散力：非极性分子间）和氢键力所引起。
3.什么是吸附等温线？分为几种类型？兰格米尔吸附等温线描述的是哪种类型的吸附？
吸附等温线(表示平衡吸附量)：当温度一定时，吸附量只和浓度有关，m=f（c）这个函数关系称为吸附等温线。
种类：
langmuir等温线（单分子层）
Freundlich等温线（抗生素、类固醇、甾类激素）
离子交换等温线
单价：在缓冲液中，langmuir模拟
多价：freundlich模拟
亲和吸附等温线：类似于langmuri表达
兰格米尔吸附等温线描述
吸附在活性中心上进行，吸附物分子之间无相互作用力。
每一个活性只能吸附一个分子，即形成单分子吸附层。
吸附速度与溶液浓度和吸附剂表面未被占据的活性中心数目成正比。
解吸速度与吸附剂表面为该溶质所占据活性中心数目成正比
4.大网格树脂吸附法：将多孔的大网格吸附树脂作为吸附剂，利用表面分子与物质分子间范德华引力，把液相中物质吸附到吸附树脂表面。
大网格树脂吸附法与离子交换法的比较
相同点：a操作方法：静态法、动态法。b骨架结构：树脂均有溶胀孔隙和永久孔隙的大网格骨架结构。
不同点：
a介质不同
离交法：离子交换树脂，骨架上接有离子交换基团，利用表面层和孔隙中离子集团起作用。吸附法：吸附树脂，无离子交换基团（称白球），利用外表面和孔隙内表面分子起作用。
b机理不同
离交法：离子间静电引力吸附，要求树脂和物质的电离度a高
吸附法：分子间范德华引力吸附，要求物质的电离度a低。
5.大网格吸附剂吸附条件选择包括哪些内容？
大网格吸附剂吸附条件选择
A吸附剂的选择（相似互溶）
非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质
高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质
中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力
孔径与比表面（孔径6倍于分子直径）
吸附法提取的生化物质大多是弱极性或非极性，一般选非极性或中等极性。
B无机盐的影响
无机盐存在，对吸附不仅无干扰，还有促进作用（盐析）
C吸附pH
弱酸物质：pH 弱碱物质：pH>pk 中性物质：pH无影响（不会电离） 6.吸附的操作方式有哪两种？过程分别是怎样的？ 静态操作法：待测组分在容器里被外加的固定相所吸附（或交换）。为了能尽快地达到吸附平衡，可将溶液进行机械搅拌、振荡或超声波处理。然后用倾斜法或过滤法将固定相与溶液分离。 动态操作法：吸附质（溶质）依据吸附能力的不同而被选择性吸附或者直接留流出，到某一时刻（穿透点）停止操作，并进行洗脱（解吸）来获得目的产物，同时进行吸附剂再生。 第八章离子交换 1.离子交换法的定义？分离介质及其组成以及分离原理？ 离子交换法的定义：通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。 利用介质：一种多孔网状、不溶于水，也不溶于电解质溶液的固体------离子交换剂，吸取离子而进行离子交换。 分离原理：主要依赖电荷间的相互作用（静电力），利用带电分子中的电荷的微小差异而进行分离。 2.离子交换树脂的类型及命名？ 类型 A多个活性基团树脂：含有一个以上的活性基团 B两性树脂：既含有酸性基团，又含有碱性基团 C螯合树脂：氨基二乙酸基的树脂对Cu2+、Co2+、Ni2+有很高的选择性 D大孔径离子交换吸附树脂：合成过程中加入了一定量的致孔剂，如汽油或苯等，待聚合完毕后，再将这些惰性溶剂从聚合物中赶走，由此而形成海绵状的高强度大孔径树脂。 命名：分类名称+骨架名称+基本名称 3.了解离子交换树脂的主要物理性能和化学性能。掌握交联度，交换容量，滴定曲线的概念 物理性能 A外形： 颜色：苯乙烯系-----黄色；其他-----赤褐色、黑色 形状：球形颗粒，要求圆球率90%以上 粒度：分离用树脂粒径通常为数百微米；要求粒径分布范围窄。 单位用“目”表示 一般粒径在16-60目之间球体直径=16/目数（mm） B含水量 树脂颗粒在水中吸收水分打到平衡后用离心法在规定转速和时间内除去外部水分，得到含平衡水的湿树脂，然后105°c烘干，比较烘干前后的重量，即得到平衡含量占湿树脂的重量百分数。 含水量的大小取决于亲水基团的多少及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂，交联度对含水量的影响比较大。 C密度 湿视密度-----单位视体积（树脂本身的体积与颗粒间隙体积之和）内紧密无规排列的湿态离子交换树脂的质量。 湿真密度----单位真体积（仅包括树脂本身的体积）内湿态离子交换树脂的质量。 D交联度 树脂的交联程度，加入树脂中交联剂的百分含量 交联度=交联剂重量/反应混合物重量*100% 树脂的交联度一般在4-14%之间 E膨胀度和机械性能 干燥的树脂接触溶剂后的体积变化称为绝对膨胀度；湿树脂从一种离子型态转变为另一种离子形态时的体积变化称为相对膨胀度 树脂膨胀与下列因素有关： 可交换集团性质，易电离，水合程度高则膨胀程度高 骨架，尤其与交联度，孔径有关 外部溶液性质 机械性能：即保持树脂颗粒完整的能力。 化学性能 A酸碱性 聚电解质其功能团释出H+或OH-能力的不同表示酸碱性。 离子交换树脂含酸性或碱性基团时，在水中离解 RSO3H-------RSO3-+H+ R=NHOH------R=NH++OH- 离子交换树脂含弱酸或弱碱盐基团时，在水中水解 RCOONa+H2O-------RCOOH+NaOH RNH2Cl+H2O--------RNH2OH+HCl 滴定曲线书P159 B交换容量 总交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中，所有交换基团的总数 工作交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂所能吸附的1价离子的毫摩尔数来表示单位：mmol/ml（湿树脂）mmol/g（干树脂） C选择性 离子交换剂对不同离子的亲和力 5.影响离子交换选择性的因素 A离子价数 金属离子的价数增大，亲和力增大，离子交换树脂总是有限选择高价离子，而低价离子被吸附时则较弱。如Na+ B溶液浓度的影响 在稀溶液中比较大，而在浓溶液中选择性较小。因此可将溶液稀释，树脂选择吸附高价离子。C离子的水化半径 离子价数相同时，亲和力大小随着水合离子半径的减少而增大。依水化半径的次序，可将各种离子对树脂的亲和力大小排序如下： 1价离子：Li+ 2价离子Mg2+ 1价阴离子：F- 6.理解离子交换操作技术的过程和应用 离子交换操作技术 A离子交换树脂的选择 B离子交换树脂的预处理 C离子交换装置 D柱上操作 离子交换法的应用： A水处理 大量的离子交换树脂被用于水的净化处理 去离子水的制备 除去阳离子：让自来水先通过H-型强酸性阳离子树脂 除去阴离子：再让水通过OH-型强碱性阴离子树脂 B氨基酸的分离 第七章两水相分离 1.两水相系统形成的原因 两水相形成的决定因素（不相容性） 熵：与分子数量有关，与大小无关------增加量相同 分子间作用力：相对分子量越大，作用越强 A-A>A-B相分离：互不溶性，形成两个水相，两种聚合物分别富集于上下两相 A-A A-B>>A-A凝聚复合：形成均相的高聚物水溶液 2.两水相系统的类型有哪些？成因是什么? 两水相体系的类型 高聚物-高聚物 各个聚合物分子，都倾向于在其周围有相同形状、大小和极性分子，同时，由于不同类型分子间的斥力大于同它们的亲水性有关的相互吸引力，因此聚合物发生分离，形成两个不同的相，这就是聚合物不相溶性 高聚物-盐 无机盐的盐析作用 3.理解相图，并明确相图中系统等概念的意义？相图是如何制作的？ 相图（书P81） 相图：描述两水相的形成条件和定量关系，是一根双节线，把均匀区和两相区分隔开。 当成相组分的配比取在： 曲线的下方时，为均相区 曲线的上方时，为两相区 在曲线上，则混合后，溶液恰好从澄清变为浑浊。 系线：双节线上两点的直线 系线反应的信息 A杠杆规则：系线上各点均为分成组成相同，而体积不同的两相 B性质差异：系线越长，两相间的性质差别越大，反之则越小 C临界点 D双节线的形状 相图的制作方法（浊点法） 向聚乙二醇的水溶液中逐渐加入硫酸铵的过程中，刚开始溶液澄清透明。 当达到某一个添加量时，溶液变浑浊，就是一个临界点。 继续加入水和硫酸铵，不断地会出现临界点。临界点的连线就是双节线。 4.两水相萃取的理论中表面自由能和表面电荷是如何影响萃取过程的？ 表面自由能的影响 表面自由能的影响来源于多种力，主要是表面张力 溶质分子的运动趋势 离子的布朗运动：均匀分数在体系 离子表面的表面张力：离子富集于某相 聚合物表面张力不同，则K值不同，得以分离 分子量相差越大，K值越大，越易分离 表面电荷的影响 一种电解质的阴阳离子对两相有不同的亲和力于是产生电位差，离子价之和越大，电位差越大。 表面自由能和电荷的综合影响 表面自由能可用来量度表面的相对憎水性，改变成相聚合物的种类。聚合物的平均分子量和相对分子质量分布，都能影响相的疏水性。 一般地，大分子的表面积都很大,△γ的微小变化都会引起蛋白质大分子的分配系数产生很大变化。 加入系统的盐，以及体系的pH会影响相间电位差△φ和蛋白质所带的电荷数δ，因而也对分配系数产生大的影响。 5简述影响两水相萃取的因素及如何影响？ A成相聚合物的相对分子量 对于给定的相系统，如果一种高聚物被低相对分子质量的同种高聚物所代替，被萃取的大分子物质，如蛋白质、核酸、细胞粒子、将有利于在低相对分子质量高聚物一侧分配。 B成相系统的总浓度 当接近临界点时，生物大分子均匀地分配于两相，分配系统接近于1 成相聚合物的总浓度增加时，系统远离临界点，系统的长度增加，此时，两相性质的差别也增大，蛋白质趋向于向一侧分配，既分配系数K大于1或减小于1、成相物质额总浓度越高，系线越长，蛋白质越容易分配于其中的某一相。 C盐类的影响 加入适当的盐类，在两相间形成电位差会大大促进带相反电荷的两种蛋白质的分离。 DpH值 PH会影响蛋白质中可以解离基团的解离度 会影响磷酸盐的离解程度 当研究分配系数与ph的关系时，加入不同的盐类，则由于电位差不同，这种关系也应不同。交错分配法：而在等电点时，得到的均为不带电时分子的分配系数。对不同的盐系统，其等电点时的分配系数应相等，两条ph和分配系数关系的曲线必交于一点，该点所对应的ph 值即为该特定蛋白质的等电点。 E温度 F荷电PEG作为成相聚合物 G体系中微生物的影响 第六章溶剂萃取 1．溶剂萃取的定义及特点 定义：分离液体混合物常用的单元操作，用一种溶剂将产物自另一种溶剂中提取出来，达到浓缩和提纯的目的。 特点：萃取过程有选择性；能与其他步骤相配合；通过相转移减少产品水解；适用于不同规模；传质快，生产周期短；无相变，能耗低，成本低；方法成熟，易于设计；毒性与安全环境问题 2.理解概念分配系数、分配因子、HLB值、萃取因素、带溶剂、萃取和后萃取 分配系数（分配比）：溶质在两相中的总浓度之比，其用于表示溶质的分配平衡关系 K=C1/C2=萃取相的浓度/萃余相的浓度 分配因素β：萃取剂对两种溶质A和B分离能力的大小 β=（C1A/C18）/(C2A/C2B)=KA/KB HLB（亲憎平衡值）：表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱。 HLB数越大，亲水性越强，形成O/W型乳浊液。 HLB数越小，亲油性越强，形成W/O型乳浊液 萃取因素： 带溶剂：易溶于有机溶剂并能和溶质形成复合物且此复合物在一定条件下又容易分离 萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩 反萃取：当完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，往往需要将目标产物转移到水相。这种调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作。3.萃取过程的理论基础 分配定律：在恒温恒压下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等，则其在两相中的平衡浓度之比为一常数。此常数称为分配常数A 分配定律适用条件： 稀溶液；溶质对溶剂互溶没有影响；必须是同一分子类型，不发生缔合或离解。 4.简述影响萃取过程的因素 A水相条件 PH：影响分配系数；影响选择性 温度：温度高，萃取率高；稳定性决定要在室温或低温下进行 盐析（无机盐）：降低在水中的溶解度，有利于转移到有机相 带溶剂：合适带溶剂 B有机溶剂的选择 选择原则：根据相似相溶的原理（最重要的参数：介电常数，极性），选择与目标产物性质相近的萃取剂，可以得到较大分配系数 价廉易得 与水相不互溶 与水相有较大的密度差，并且粘度小，表面张力适中，相分散和相分离较容易 容易回收和再利用 毒性低，腐蚀性小，闪点低，使用安全 不与目标产物发生反应 C乳化 产生乳化后使有机相和水相分层困难，出现两种夹带： 发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失 有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难 5.发酵液乳化现象是如何产生的？对分离传化产生何影响？如何有效消除乳化现象？ 产生：发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等物质，这些物质具有表面活性剂的作用，使有机溶剂和水的表面张力降低。 产生乳化后使有机相和水相分层困难，出现两种夹带： 发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失 有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难 乳浊液的破坏 过滤和离心分离 加热 稀释法 加电解质 吸附法 顶替法 转型法 6.生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？ 成分与相复杂 传质速率不同 相分离性能不同 产物的不稳定性 第五章膜分离 1. 透析、微滤、超滤、反渗透、电渗析的概念，过滤分子范围和使用范围，分离原理和推动力的区别 透析：根据浓度差原理，利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜，将含有高分子溶质和其他小分子溶质的溶液与水溶液或缓冲液相互透过的过程。 微滤：利用筛分原理，分离、截留直径为0.05μm到10μm大小的粒子。采用压力为0.05-0.5MPa 超滤：利用筛分原理，分离分子量从1000到1000000道尔顿的可溶性大分子物质，对应孔径为10-500埃（0.001μm到0.05μm）。采用压力为0.1-1MPa 反渗透：在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有溶液中大分子、小分子有机物剂无机盐全被截留住。膜孔径为1到10埃。采用压力为1-10MPa 电渗析：根据浓度差原理，在透析的基础上加上直流电，极大加快离子的透析速度，主要用于样品快速脱盐 2.膜分离的定义和类型 定义：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术 类型： 以推动力的过程分类： 以浓度差为推动力的过程：透析技术 以电场力为推动力的过程：电透析，离子交换电透析 以静压力差为推动力的过程：微滤，超滤，反渗透 以分离应用领域过程的分类： 微滤 MF 超滤UF 反渗透 RO透析DS 电透析ED 纳米膜分离 RO亲和过滤AF 渗透气化PV 3.浓差极化和凝胶极化和膜污染的区别 浓差极化：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象为浓差极化 凝胶极化：膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧的渗透压差，使有效压差减小，透过通量降低。当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。 浓差极化是一个可逆的过程，只有在膜过程运行中产生存在，停止运行，浓差极化 逐渐消失。 膜污染：处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子、由于膜存在物理化学相互作用或机械 作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附，沉积造成膜孔径变小或者堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象。 4.膜污染的定义，造成膜污染的原因，以及消除的办法 膜污染：处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子、由于膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附，沉积造成膜孔径变小或者堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象。 造成膜污染的主要原因： 蛋白质在不同pH条件下，所带电荷对膜电荷的相互作用无机盐通过形成复合物改变溶液粒子强度等机制污染膜分离过程中体系的粘度增大会污染膜。 降低和减轻膜污染的方法： 合适的膜材料（构成，特性，组件） 降低盐浓度 溶液的pH 溶液浓度 温度 压力和流速 溶液和膜接触时间 5.了解膜材料的种类及特性 合成高分子材料 种类：聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯晴、聚烯类和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用于制造超滤膜。 优点：耐高温（70-80°c，可达125°c）pH1-13，耐氯能力强，可调节的孔径宽（1-20nm）聚酰胺膜的耐压较高，对温度和pH稳定性高，寿命长，常用于反渗透 缺点：但聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa 无机材料 种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化有孔径>0.1um微滤膜和截留>10KD 的超滤膜，其中以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化皓和钛等陶瓷微粒绕结而成，膜厚方向上不对称。 优点：机械强度高，耐高温、耐化学试剂和有机溶剂 缺点：不易加工，造价高 天然高分子材料 种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维 优点：醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜。 缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在45-50°c，pH3.8 复合材料 种类：如将含水金属氧化物等胶体微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介质表面形成膜，其中沉淀起筛分作用。 优点：此膜的通透性打，通过改变pH容易形成和去除沉淀层，清洗容易 缺点：稳定性差。 第四章沉淀 1.蛋白质沉淀的方法有哪些？各自沉淀的机理是什么？ 等电点沉淀 机理：在低得离子强度下，调pH至等电点，使蛋白质所带净电荷为零，降低了静电斥力，而疏水力能使分子间相互吸引，形成沉淀。 有机溶剂沉淀 机理：增大静电力：加入溶剂后，使水溶液的介电常数降低，而使蛋白质分子间的静电引力（库伦力）增大，导致凝集和沉淀。 去水化层：有机溶剂使蛋白溶剂化，使原来与蛋白结合的水被溶剂所取代，从而降低了蛋白溶解度。 热沉淀 机理：利用生物大分子对热的稳定性不同，加热升高温度使某些非目的生物大分子变性沉淀而保留目的物在溶液中。 非离子型聚合物沉淀 机理：与有机溶剂相似，能降低水活度，破坏蛋白质的水化膜。 选择性沉淀法 机理：利用蛋白质、酶、和核酸等生物大分子对某些物理或化学因素敏感性不同，有选择地使之变性沉淀，以达到分离提纯的目的。 2.盐析的原理是什么？影响因素有哪些？ 盐析现象：高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降 电解质的离子在溶液中，水化膜被破坏，离子被中和，导致憎水区裸露，发生聚合而沉淀。影响因素： A无机盐的种类 阴离子盐析效果：柠檬酸>PO43->SO42->CH3COO->Cl->NO3->SCN- 阳离子盐析效果：Al3+>H+>Ba2+>Cs+>NH4+>K+>Na+>Li+ 无机盐选择的原则 较高的盐析效能 高溶解度，能配置高离子强度的盐溶液 溶解度受温度的影响小 盐溶液的密度不高，便于蛋白质沉淀和离心分离 不易引起蛋白质的变性 价格低廉 B无机盐的加入方式 直接加入固体粉末 工业上常采用，加入速度不能太快，应分批加入，并充分搅拌，使其完全溶解和防止局部浓度过高。 加入饱和溶液 在实验室和小规模生产中或浓度不需太高时，但要防止溶液局部过浓，料液被稀释 C温度 离子强度较高时，升高温度有利于蛋白质失水。导致溶解度下降。 D pH E起始浓度的影响 3.常用的有机溶剂沉淀剂有哪些？有机溶剂沉淀的机理是什么？ 乙醇、丙酮等水溶性的有机溶剂 机理：增大静电力：加入溶剂后，使水溶液的介电常数降低，而使蛋白质分子间的静电引力（库伦力）增大，导致凝集和沉淀。 去水化层：有机溶剂使蛋白溶剂化，使原来与蛋白结合的水被溶剂所取代，从而降低了蛋白溶解度。 4.蛋白质溶液保持稳定的原因？ 蛋白质周围的水化层可以使蛋白质形成稳定的胶体溶液 蛋白质分子存在双电层间静电排斥作用 5.什么是盐溶和盐析？产生的原因？ 盐溶现象：低盐浓度下，蛋白质溶解度增大 原因：蛋白质的活度降低 盐析现象：高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降 电解质的离子在溶液中，水化膜被破坏，离子被中和，导致憎水区裸露，发生聚合而沉淀。 6.区别沉淀与结晶 相同点：都是通过溶解度降低促使新相析出的过程。 不同点： 沉淀：同类分子或者离子以不规则的排列形式析出；纯度低，成分复杂 结晶：同类诶子或者离子以有规则的排列形式析出；纯度高，成分单一 7.举例说明如何利用沉淀法提动物胰脏中的蛋白酶 胰蛋白酶原的溶解：酸性条件下稳定 溶解液中含有大量的酸性杂蛋白（pI=10.8） 浓缩分离胰蛋白酶原（盐析） 溶解激活（酶原-酶） 胰蛋白酶的进一步分离：酶溶液中糜蛋白弹性蛋白等与胰蛋白酶在不同的盐浓度下溶解度不同 第三章 主要微生物细胞和植物细胞壁的组成结构和破碎阻力的来源是什么？ 细菌：肽聚糖组成的难溶聚糖链；借助短肽交联而成的网状结构，包围在细胞周围，使细胞具有一定的形状和强度；短肽一般由四或五个氨基酸组成；L-丙氨酰-D-谷氨酰-L-赖氨酰-D-丙氨酸；短肽中常有D-氨基酸与二氨基庚二酸存在。 革兰氏阳性菌细胞壁较厚，具有20-80nm的肽聚糖层，约占细胞壁成分的40-90%，此外还含有大量磷壁酸。 革兰氏阳性菌的肽聚糖层仅2-3nm，占细胞壁成分的10%，由于肽聚糖之间缺乏五肽桥，层较疏松，还有一较厚的外壁层主要成分为脂蛋白、脂多糖和其它脂类。 破碎细菌的细胞壁阻力来自于肽聚糖的网状结构，其网状结构的致密程度和强度取决于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联程度。 酵母菌：甘露聚糖，有1.G-磷酸二酯键共价连接，形成网状结构；葡聚糖的细纤维构成了细胞壁的刚性骨架；破碎酵母细胞壁的阻力只要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度。真菌：最外层（a）是α-和β-葡聚糖的混合物；第二层（b）是糖蛋白的网状结构，葡聚糖与躺蛋白结合起来。第三层（c）只要是蛋白质。最内层（d）主要是几丁质，几丁质的微纤维嵌入蛋白质结构中。破碎真菌细胞壁的主要阻力与真菌细胞壁的强度和聚合物的网状结构有关，不仅如此，它还含有几丁质或纤维素的纤维状结构，所以强度有所提高。 生长结束的植物细胞壁具有初生壁和次生壁。初生壁是细胞生长期形成的。次生壁是细胞停止生长后，在初生壁内部形成的结构。 列举细胞破碎技术与方法？各自的操作原理是什么？破碎法选择的依据主要由哪些？ 包涵体形成的原因以及分离的主要过程？ 什么是包涵体复性？复性的方法和影响因素有哪些？ 第二章 什么是发酵液的预处理？发酵液为何需要与处理？处理方法有哪些？ 发酵液的预处理以细胞培养液或者发酵液为出发点，设法将细胞或者菌体富集或者去除，使所需的目标产物转移到液相中，同事出去其它悬浮颗粒（如细胞培养基、菌体或者絮凝体等）以及改善滤液的性状，以利于后续各步操作。 目的：1）改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率2）尽可能使产物转入便于后处理的一相中3）分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后继各工序的顺利进行。 处理方法降低液体粘度；调整pH；凝聚于絮凝；加入助滤剂；加入反应剂； 扩散双电子层结构是如何形成的，滑移面电位受什么因素影响？ 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？ 固液分离的方法有哪些？简述各自原理？ 固液分离的方法：过滤、离心沉降、泡沫分离、全发酵液提取（双水相萃取、膜技术）、扩张床吸附 过滤：在外力作用下，利用过滤介质是悬浮液中的液体通过，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的一种单元操作。 离心沉降：是利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的分离过程，促使不同大小，不同密度的粒子分离的技术。 泡沫分离：待分离物质本身具有表面活性或能与表面活性剂通过化学的物理的力结合在一起，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集，借气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液，浓缩待分离物质的目的。 全发酵液提取（双水相萃取）发酵液与细胞直接加入两水相中；适宜的条件下，目标产物和悬浮颗粒分别分配在不同的两相，通常是悬浮颗粒在下相，产物在上相；液液分离法分离上下相。 全发酵液提取（膜技术）通过在抹上连接亲和配基，在膜过滤的同时选择性的吸附目标。经过膜过滤一个步骤达到过滤，浓缩和吸附。 扩张床吸附：利用吸附剂的粒径和密度分布，当料液从扩张床底部泵入时，吸附剂能在扩张床中膨胀，相互间的空隙增大，并且形成了—梯度分布，限制了颗粒的运动。液相流动为平推流，从而得到稳定的扩张床，目标产物被吸附在扩张床内的吸附剂上，从而实现了料液的初步分离。 离心的原理是什么？超速离心有几种操作方式，各自的操作原理是什么？ 离心是利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的分离过程，促使不同大小，不同密度的粒子分离的技术。 超速操作方式：1）差速离心分级2）区带离心（密度梯度离心）：差速区带离心、平衡区带离心： 第一章 何谓生物分离工程？主要研究内容是什么？ 生物分离工程是指发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化产品的过程。主要内容：1）研究生物分离工程的一般步骤2）研究目标产品及其基质的性质3）研究根据产品及基质选择适宜的分离纯化技术，包括分离的基本技术原理，基本方法，基本设备的研究4）生物分离操作过程的设计与优化。 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？ 1）产品价值2）产品质量3）产物在生产过程中出现的位置4）杂质在生产过程中出现的位置5）主要杂质独特的理化性质6）不同分离方法的技术经济比较考虑这些问题有助于优质，高效产物分离过程的优化。 生物分离过程的特点有哪些？主要包含几个步骤？ 特点：1）产物浓度低的水溶液2）组分杂质3）产物稳定性差4）分批操作，生物变异性大5）质量有求高 步骤：1）发酵液的预处理2）初步纯化3）高度纯化4）成品加工 生物下游加工过程的选择准则主要包括几方面？ 1）步骤少：增加产品的回收率以及减小成本，提高每个步骤的回收率，减小成本。2）次序合理3）产品规格4）生产规模5）物料组成6）产品形成7）产品稳定性8）物性9）危害性10）废水处理 如何除去蛋白质溶液中的热源质？ 1）生产过程无菌2）所有层析介质无菌3）所用溶液无菌4）亲和层析（多粘菌素） 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为90%共6纯化得到附和要求的产品，其总收率是多少？ 总收率=0.96 如何评价分离效率进行评价？ 试卷编号： 一、名词解释题（本大题共3小题，每小题3分，总计9分） 1.Bioseparation Engineering：回收生物产品分离过程原理与方法。 2.双水相萃取：某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相， 并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统(two aqueous phase system)。 利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质，Albertsson于50年代 后期开发了双水相萃取法(two aqueous phase extraction)，又称双水相分配法(two aqueous phase partitioning)。 3.电渗：在电场作用下，带电颗粒在溶液中的运动。 二、辨别正误题并改正，对的打√，错的打×（本大题共15小题，每小题2分，总计30分） 1.壳聚糖能应用于发酵液的澄清处理是由于架桥作用。错（不确定） 2.目前国内工业上发酵生产的发酵液是复杂的牛顿性流体,滤饼具有可压缩性。错 3.盐析仅与蛋白质溶液PH和温度有关，常用于蛋白质的纯化。错 4.超临界流体是一种介于气体和液体之间的流体，可用于热敏性生物物质的分离。 对 5.膜分离时，当截留率δ=1时,表示溶质能自由透过膜。错 6.生产味精时，过饱和度仅对晶体生长有贡献。对 7.阴离子纤维素类离子交换剂能用于酸性青霉素的提取。对 8.卡那霉素晶体的生产可以采用添加一定浓度的甲醇来沉淀浓缩液中的卡那霉 素。 9.凝胶电泳和凝胶过滤的机理是一样的。错 10.PEG-硫酸钠水溶液能用于淀粉酶的提取。对 11.乙醇能沉淀蛋白质是由于降低了水化程度和盐析效应的结果。对 12.冷冻干燥一般在-20℃—-30℃下进行，干燥过程中可以加入甘油、蔗糖等作为保 护剂。对 13.反相层析的固定相和流动相都含有高极性基团，可用来分离生物物质。错 14.大网格吸附剂由于在制备时加入致孔剂而具有大孔径、高交联度，高比表面积 的特点。错（不确定） 15.PEG沉淀蛋白质是基于体积不相容性。错 三、选择题（本大题共10小题，每小题2分，总计20分） 1.对于反胶束萃取蛋白质，下面说法正确的是：A A 在有机相中，蛋白质被萃取进表面活性剂形成的极性核里 B 加入助溶剂，可用阳离子表面活性剂CTAB萃取带正电荷的蛋白质 C 表面活性剂浓度越高越好 D 增大溶液离子强度，双电层变薄，可提高反胶束萃取蛋白质的能力 2.能进行海水脱盐的是：C A 超滤 B 微滤 《生物分离工程》练习题一（第1~3章） 一、选择题 1、下列物质不属于凝聚剂的有（ C ）。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括（C ） A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时，优先选用那种固液分离手段（B ） A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、那种细胞破碎方法适用工业生产（ A ） A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法 5、为加快过滤效果通常使用（ C ） A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为（ C ） A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（ D ） A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（ C ） A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏 9、从四环素发酵液中去除铁离子,可用（ B ） A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化 10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（ B ） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点 11、使蛋白质盐析可加入试剂（ D ） A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵 12、盐析法纯化酶类是根据（ B ）进行纯化。 A.根据酶分子电荷性质的纯化方法 B.调节酶溶解度的方法 C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法 D.根据酶分子专一性结合的纯化方法 13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（ B ） A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（ D ） A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（ B ） A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（ A ）范围内适合。 A. 0.5％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％ 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（ C ）去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中，加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀，属于( D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析 19、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度（ C ） 山科大生物分离工程试题（ A ）卷 一、填充题（40分，每小题2分） 1. 生物产品的分离包括R ，I ，P 和P 。 2. 发酵液常用的固液分离方法有和等。 3. 离心设备从形式上可分为，，等型式。 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为，和； 5. 多糖基离子交换剂包括和两大类。 6. 工业上常用的超滤装置有，，和。 7. 影响吸附的主要因素有，，，，和。 8. 离子交换树脂由，和组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是；甲叉双丙烯酰胺的作用 是；TEMED的作用是； 10 影响盐析的因素有，，和； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有，和； 12.简单地说，离子交换过程实际上只有，和三个步骤； 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir吸附方程，其形式为； 14. 反相高效液相色谱的固定相是的，而流动相是的；常用的固定相有和；常用的流 动相有和； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的，与液体有相似的； 16.离子交换树脂的合成方法有和两大类； 17.常用的化学细胞破碎方法有，，，和； 18.等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其的不同； 19.离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有和； 20. 晶体质量主要指，和三个方面； 三.计算题（30分） 1、用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3，萃取平衡常数为K=40，处理能力为H=0.5m3/h，萃取溶剂流量为L=0.03m3/h，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数？（10分） 2、应用离子交换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量（10分） 3、一种耐盐细胞其能积累细胞内低分子量卤化物，适应高渗透压，能在含有0.32mol/LNaCl, 0.02mol/LMgCl2, 0.015mol/LCaCl2, 0.01mol/LFeCl3 的培养基这培养，当其从含盐量高的培养基中转移至清水中，在数分钟内能将胞内 生物分离工程复习题 第一章绪论 简答题： 1、简述生物分离技术的基本涵义及内容。 答：基本涵义：生物分离技术是指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。 内容主要包括：离心分离、过滤分离、泡沫分离、萃取分离、沉淀（析）分离、膜分离、层析（色谱）分离、电泳分离技术以及产品的浓缩、结晶、干燥等技术。 2、物质分离的本质是有效识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和扩大这些差别的分离设备实现溶质间的分离或目标组分的纯化。请从物质的理化性质和生物学性质几个方面简述生物活性物质分离纯化的主要原理。 答：生物大分子分离纯化的主要原理是： 1）根据分子形状和大小不同进行分离，如差速离心与超离心、膜分离、凝胶过滤等； 2）根据分子电离性质（带电性）差异进行分离，如离子交换法、电泳法、等电聚焦法； 3）根据分子极性大小及溶解度不同进行分离，如溶剂提取法、逆流分配法、分配层析法、盐析法、等电点沉淀及有机溶剂分级沉淀等； 4）根据物质吸附性质的不同进行分离，如选择性吸附与吸附层析等； 5）根据配体特异性进行分离，如亲和层析法等。 填空题： 1.为了提高最终产品的回收率：一是提高每一级的回收率，二是减少操作 步骤。 2、评价一个分离过程效率的三个主要标准是：①浓缩程度②分离纯化程 度③回收率。 判断并改错： 原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。(×)改：原料目标产物的浓度越低。 选择题： 1. B 可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率2．分离纯化早期，由于提取液中成分复杂，目的物浓度稀，因而易采用（ A ） A、分离量大分辨率低的方法 B、分离量小分辨率低的方法 C、分离量小分辨率高的方法 D、各种方法都试验一下，根据试验结果确定 第二章细胞分离与破碎 概念题： 过滤：是在某一支撑物上放多孔性过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒被截留，是固液分离的常用方法之一。 离心过滤：使悬浮液在离心力作用下产生离心压力，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高。 填空题： 1.在细胞分离中，细胞的密度ρ S 越大，细胞培养液的密度ρ L 越小，则细 胞沉降速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占主导作 用。 3.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，摩擦阻力的作用，当 固体匀速下降时，三个力的关系重力=浮力+摩擦阻力。 4.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。 《生物分离工程》复习题一（第1~3章） 一、选择题 1、下列物质不属于凝聚剂的有（C）。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括（C） A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（B） A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、那种细胞破碎方法适用工业生产（A） A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法 5、为加快过滤效果通常使用（C） A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为（C） A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（D ） A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（C） A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏 9、从四环素发酵液中去除铁离子，可用（B） A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化 10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（B） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点 11、使蛋白质盐析可加入试剂（D） A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵 12、盐析法纯化酶类是根据（B）进行纯化。 A.根据酶分子电荷性质的纯化方法 B.调节酶溶解度的方法 C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法 D.根据酶分子专一性结合的纯化方法 13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（B） A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（D） A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（B） A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（A）范围内适合。 A. 0.5％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％ 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（C ）去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中，加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀，属于(D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析 19、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度（C ） 填空题 1. .根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分为物理吸附、化学吸附和交换吸附； 2. 比表面积和孔径是评价吸附剂性能的主要参数。 3. 层析操作必须具有固定相和流动相。 4. 溶质的分配系数大，则在固定相上存在的几率大，随流动相的移动速度 小。 5. 层析柱的理论板数越多，则溶质的分离度越大。 6. 两种溶质的分配系数相差越小，需要的越多的理论板数才能获得较大的 分离度。 7. 影响吸附的主要因素有吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐的浓度和吸附物的浓度与吸附剂的用量； 8. 离子交换树脂由网络骨架（载体），联结骨架上的功能基团（活性基）和可交换离子组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂（提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合所必需的自由基）；甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链）；TEMED的作用是增速剂（催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的聚合）； 10. 影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，pH 和温度； 11. 在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶法，刺激起晶法和晶种起晶法； 12. 简单地说离子交换过程实际上只有外部扩散、部扩散和化学交换反应三步； 13. 在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14. 反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的； 15. 等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其 等电点 的不同； 16. 离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有 静态洗脱 和 动态洗脱 ； 17. 晶体质量主要指 晶体大小 ， 形状 和 纯度 三个方面； 18. 亲和吸附原理包括 配基固定化 ， 吸附样品 和 样品解析 三步； 19. 根据分离机理的不同，色谱法可分为 吸附、离交、亲和、凝胶过滤色谱 20. 蛋白质分离常用的色谱法有 免疫亲和色谱法， 疏水作用色谱法 ， 金属螯合色谱法 和 共价作用色谱法 ； 21. SDS-PAGE 电泳制胶时，加入十二烷基磺酸钠（SDS ）的目的是消除各种待分离蛋白的 分子形状 和 电荷 差异，而将 分子量 作为分离的依据；加入二硫叔糖醇的目的是 强还原剂，破坏半胱氨酸间的二硫键 ； 22. 影响亲和吸附的因素有 配基浓度 、 空间位阻 、 配基与载体的结合位点 、 微环境 和 载体孔径 ； 23. 阳离子交换树脂按照活性基团分类，可分为 强酸性阳离子交换树脂 、 弱酸性 和 中强酸性 ；其典型的活性基团分别有 3 、 COOH - 、2)(OH PO -； 24. 阴离子交换树脂按照活性基团分类，可分为强碱性、 弱碱性 和 中强碱 性 ；其典型的活性基团分别有-+OH CH RN 33)(、2NH -、兼有以上两种基团； 25. 影响离子交换选择性的因素有 离子水合半径 、 离子价 、 离子强度 、 溶液pH ，温度 、溶液浓度 、 搅拌速率 、和 交联度、膨胀度、颗粒大小 ； （最好能有时间过过ppt） 生物分离工程第一章绪论 1.定义：生产粗原料的过程及其之后的目标产物的分离纯化过程，即下游加工过程； 2.下游加工过程：目标产物的分离纯化。包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等 3.特点及其重要性：(1)发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液； (2)培养液是多组分的混合物；(3)生化产物的稳定性差——易引起产物失活；(4)对最终产品的质量要求很高。 4.下游加工过程的一般流程:(1)下游加工过程的一般流程;（2）初步纯化;（3）高度纯化与精制;（4）成品加工 5.分离效率的评价:目标产品的浓缩程度/分离纯化程度/回收率 6.提高回收率的方法：（1）提高每步回收率 ，（2）减少操作步骤；（3）开发新型高效的分离方法 第二章发酵液预处理和固液分离 首先要进行培养液的预处理和固液分离，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除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞内产物，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。 1.发酵液的基本特性：发酵产物浓度较低，大多为1-10%； 悬浮物颗粒小，细胞的相对密度与培养液相似；固体粒子可压缩性大；液相粘度大，大多为非牛顿型流体，不易过滤；悬浮状态稳定：双电层、水化膜、布朗运动成分复杂，杂质较多。 2.预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：⑴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；⑵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； ⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）。 3.预处理手段：絮凝与凝聚处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离。常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。其余手段：加热，调节pH。 凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）， 机理：1）中和粒子表面电荷; 2）消除双电层结构;3）破坏水化膜。 胶体双电层结构：发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表面的趋势。对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的存在，可压缩扩散层的厚度，促使ζ电位迅速降低，而且化合价越高，这种影响越显著。 电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔／升），称为凝聚价或凝聚值。Schulze－Hardy法则（叔采-哈代）：反离子的价数越高，凝聚价越小，即凝聚能力越强。 絮凝：使用絮凝剂（天然和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。絮凝剂主要起架桥作用。机理：架桥作用。 4.加热作用：发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。只适用于对热较稳定的液体。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。 5.影响发酵液固液分离的因素：1）发酵液中悬浮粒子的大小； 2）发酵液的黏度viscosity，粘度越大，固液分离越困难。 6.板框压滤机：其过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。1）广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。 2）板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打人框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。 3）优点：过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。 4）缺点：不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。 7.错流过滤原理：液体的流向和滤膜相切。在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。目前适用于小分子的分离。 特点：收率高（97-98%）、质量好、减少处理步聚、染菌罐也能进行处理、介质阻力大、不能得到干滤饼、需要大的膜面积。 第一章 1．生物分离工程的一般过程P4 答：①发酵液的预处理主要采用凝聚和絮凝等技术来加速固相，液相分离，提高过滤速度。过滤、离心是其最基本的单元操作。 ②产物的提取采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。 ③产物的精制常采用色谱分离技术，有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。 ④成品的加工处理浓缩、结晶、干燥 第二章 一、概念： 1.发酵液的预处理：指采用凝聚和絮凝等技术来加速固相、液相分离，提高过滤速度。 2.凝集（凝聚）：指在投加的化学物质（如水解的凝聚剂，铝、铁的盐类或石灰等）作用下，发酵液中的 胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。 3.絮凝：指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。 4.离心分离：指在离心场的作用下，将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。主要用于颗粒较细的悬 浮液和乳浊液的分离。（分为差示离心、均匀介质离心、密度梯度离心、等密度梯度离心和平衡等密度离心。） 5.等电点沉淀法：利用蛋白质等两性化合物在等电点时溶解度最低，易产生沉淀的性质，用酸化剂或碱化 剂调节发酵液的pH，使其达到菌体蛋白的等电点而产生沉淀。 二、填空： 1、按过滤时料液流动方向的不同，分为常规过滤和错流过滤。 2、可溶性杂蛋白的去除法包括：等电点沉淀法、热处理法、化学变性沉淀法和吸附法 三、问答 1、发酵液的一般特征？ ①组成大部分为水； ②发酵产物的浓度较低； ③发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物； ④含有培养基中的残留成分，如无机盐类、非蛋白质大分子及其降解产物； ⑤含有其他少量代谢副产物； ⑥含有色素、毒性物质。热原质等有机杂质。 2、常用的絮凝剂有什么？ 无极絮凝剂：Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、氯化钙、氯化镁碱式氯化铝、高分子无机聚合物等。 有机絮凝剂：壳多糖及其衍生物、明胶、丙烯酰胺类、聚苯乙烯类、聚丙烯酰类聚乙烯亚胺类。 3、影响絮凝效果的因素？ 答：①絮凝剂的种类； ②絮凝剂浓度； ③ pH; 最关键因素，影响絮凝剂活性基团的解离度。 ④搅拌转速和时间。 4、发酵液预处理的方法？ 答：①凝聚和絮凝方法 ②加热法 ③调节PH法 ④加水稀释法 ⑤加入助滤剂法 ⑥加吸附剂法或加盐法 ⑦高价态无机离子去除法 Ca2+——草酸、草酸钠→形成草酸钙沉淀 Mg2+——三聚磷酸钠(Na5P3P10)→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物 Fe3+——黄血盐(K4Fe(CN)6) →普鲁士蓝淀 ⑧可溶性杂蛋白的去除法 3、VB12发酵液絮凝预处理的研究 答：由正交试验确定影响絮凝的主要因素，结果表明，最佳絮凝条件：絮凝剂为聚合氯化铝、加入体积分数7%，pH6、搅拌速度14r/min、搅拌时间45s。通过加压过滤实验，得到絮凝后 填空题 1. 为了提高最终产品的回收率一是（提高每步分离效率），二是（减少分离步骤）。 2. 评价一个分离过程效率的三个主要标准是：（浓缩率），（分离系数）和（产品回收程度） 3?生物产品的分离过程包括发酵液的预处理和（液固分离），（产品的提取），（产品的精制） 和（产品的加工处理）。 4?生化反应所起的作用是产生目的产物，指标是（产率）和（转化率），而生物分离解决的 是如何从反应液中获取这些物质，涉及的是（收率）和（纯度）。 5?生物分离的主要任务：从发酵液和细胞培养液中以（最高的效率），（理想的纯度）和（最小的能耗）把目的产物分离出来。 6?生物分离过程的特点包括：（生物分离过程的体系特殊），（生物分离过程的工艺流程特殊），（生物分离过程的成本特殊）。 7. 物质分离的本质是识别混合物中不同溶质间（物理），（化学）和（生物）性质的差别利用 能识别这些差别的（分离介质）和扩大这些差别的（分离设备） 8. 性质不同的溶质在分离操作中具有不同的（传质速率）和或（平衡状态） 9. 平衡分离是根据溶质在两相间（分配平衡）的差异实现分离；溶质达到分配。平衡为扩散 传质过程，推动力仅取决于系统的（热力学性质）。 10. 差速分离是利用外力驱动溶质迁移产生的（速度差）进行分离的方法。 1. 在细胞分离中，细胞的密度越（大），细胞培养液的密度越（小），则细胞沉降 2. 区带离心包括（差速）区带离心和（等密度）区带离心。 3. 为使过滤进行的顺利通常要加入（惰性助滤剂）。 4. 发酵液常用的固液分离方法有（离心）和（过滤）等。 5?常用离心设备可分为（离心沉降）和（离心过滤）两大类； 6?常用的工业絮凝剂有（无机絮凝剂）和（有机絮凝剂）两大类。 7. 工业生产中常用的助滤剂有（硅藻土）和（珍珠岩粉）。 8. 重力沉降过程中，固体颗粒受到（重力），（浮力），（摩擦阻力）的作用， 固体匀速下降时，三个力的关系（重力=浮力+摩擦阻力）。 9. 发酵液预处理的方法包括：（凝集），（絮凝），（加热法）；（调节pH法），（加水稀释法），加入（助滤剂）和（吸附剂）。 10. 发酵液中胶粒保持稳定的原因：（双电层）和（蛋白质周围水化层）结构。 11. 发酵液预处理过程中的相对纯化主要包括去除（高价态无机离子），（可溶性杂蛋白质），（色素）和（多糖类物质）。 12. 发酵液中杂蛋白的去除方法主要有（等电点沉淀法），（热处理法）和（化学变性沉淀法）。 13. 差速区带离心用于分离（大小）不同的颗粒，与颗粒（密度）无关。等密度区带离心包 括（预形成梯度密度离心）和（自形成梯度密度离心）两种方式。离心达到平衡后，样品颗粒的区带形状和平衡位置（不再发生变化）。 1?单从细胞直径的角度，细胞（直径越小），所需的压力或剪切力越大，细胞越 2. 常用的化学细胞破碎方法有（.酸碱法），（盐法），（表面活性剂处理），（有机溶剂法）和（螯合剂）。 3. 包涵体的溶解需要打断蛋白质分子和分子间的（共价键），（离子键），疏水作用及静电 作用等，使多肽链伸展。因此，包涵体的溶解需要强的变性剂，如（8mol/L尿素）和（6mol/L 盐 《生物分离工程》题库 一、填充题 1. 生物产品的分离包括R 不溶物的去除 ，I 产物分离 ，P 纯化 和P 精 制 ； 2. 发酵液常用的固液分离方法有 过滤 和 离心 等； 3. 离心设备从形式上可分为 管式 ， 套筒式 ， 碟片式 等型式； 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为 微滤膜 ， 超滤膜 ， 纳滤膜 和 反渗透膜 ； 5. 多糖基离子交换剂包括 离子交换纤维素 和 葡聚糖凝胶离子交换剂 两大类； 6. 工业上常用的超滤装置有 板式 ， 管式 ， 螺旋式和 中空纤维式 ； 7. 影响吸附的主要因素有 吸附质的性质 ， 温度 ， 溶液pH 值 ， 盐的浓度 和 吸附物的浓度与吸附剂的用量 ； 8. 离子交换树脂由 网络骨架 （载体） ， 联结骨架上的功能基团 （活性基） 和 可 交换离子 组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是 引发剂（ 提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚 合所必需的自由基） ； 甲叉双丙烯酰胺的作用是 交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作 用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链） ； TEMED 的作用是 增速剂 （催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的 聚合 ）； 10 影响盐析的因素有 溶质种类 ， 溶质浓度 ， pH 和 温度 ； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有 自然起晶法 ， 刺激起晶法 和 晶种起晶法 ； 12.简单地说离子交换过程实际上只有 外部扩散 、内部扩散 和化学交换反应 三步； 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14.反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的；常用的固定相有C 8 辛烷基 和 十八烷基C 18 ；常用的流动相有 乙腈 和 异丙醇 ； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的 粘度和扩散系数 ，与液体有相似的 密度 ； 16.离子交换树脂的合成方法有 加聚法 和 逐步共聚法 两大类； 一、填空题。（2*12） 1、萃取利用在两个互不相溶的液相中各种组分_____的不同，从而达到分离的目的。 2、液膜的膜相组成有_____________ 3、超临界流体萃取的典型流程有______________。 4、细胞破碎是破坏_________和______。 5、在非机械法破碎细胞的方法中增溶法是利用__________溶解细胞壁。 6、蛋白质沉淀的屏障有______和________用盐析法来分级沉淀目标产物时进一步纯化时常用____________。蛋白质沉淀的屏障有_____和_______。 7、蛋白质的常用沉淀技术有__________；________；_______；______；______ 8、蛋白质沉淀的屏障有_____和_______ 9、阳离子交换树脂含____。（选填酸性基团或碱性基团） 10、不对称膜表面为_____，起_____作用；下面是_______，起________作用。 11、表征膜性能的参数主要有______和_______。 12、吸附色谱，分配色谱，离子交换色谱，凝胶色谱和亲和色谱分别依据________，___，_______,_______物化原理进行分离的。 二、选择题。（2*8） 1、反胶团是向有机溶剂中加入一定浓度（）形成的 A、水 B、盐溶液 C、有机溶液 D、表面活性剂 2、差速-区带离心中密度梯度液中最大介质密度必须()样品中粒子的最小密度。 A、小于 B、大于 C、等于 D、都可以 3、高压匀浆法适用于下列那种细胞的破碎（） A、团状或丝状菌 B、包含体 C、质地坚硬的亚细胞 D、革兰氏阴性菌 4、Ks盐析法是改变体系的（）进行盐析的方法。 A、pH B、温度 C、盐浓度 D、同时改变温度和pH 5、平衡区带离心是根据各组分（）形成区带. A、密度差 B、浓度差 C、平衡系数差 D、速度差 6、强阴离子交换剂的交换容量与pH的关系，下述哪个选项正确。（） A、随pH增大而增大 B、随pH增大而减小 C、与pH无关 D、随pH减小而增大 7、下列以压力差为推动力的膜中用于分离悬浮颗粒和病毒的是（）。 A、纳滤 B、反渗透 C、微滤 D、超滤 8、渗透是以（）为推动力的。 A、压力差 B、浓度差 C、静电引力 D、溶质分压差 三、名词解释。（3*4’） 1、双水相萃取： 2、液膜萃取： 3、RCF： 四、简答题。(34’) 1、简述生物分离工程的内容及任务。(5’) 2、简述凝聚和絮凝作用差异。（6’） 3、改善发酵液过滤特性的方法有哪些？(5’) 4画出生物分离流程与单元操作(6’) 5．、在离子交换色谱中，对pI=5.2的蛋白，选择哪种类型离子交换剂并简述理由。(6’) 6、提高亲和色谱操作容量的方法有哪些？(6’) 五、计算题。（2*7’） 第一章绪论 一、生物分离工程在生物技术中的地位？ 二、生物分离工程的特点是什么？ 1．产品丰富产品的多样性导致分离方法的多样性 2．绝大多数生物分离方法来源于化学分离 3．生物分离一般比化工分离难度大 3.生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 三、生物分离过程一般分四步： 1.固-液分离（不溶物的去除） 离心、过滤、细胞破碎 目的是提高产物浓度和质量 2.浓缩（杂质粗分） 离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取 以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量。 3．纯化 色谱、电泳、沉淀 以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。 4．精制结晶、干燥 四、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？ （1）产品价值 （2）产品质量 （3）产物在生产过程中出现的位置 （4）杂质在生产过程中出现的位置 （5）主要杂质独特的物化性质是什么？ （6）不同分离方法的技术经济比较 上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。 五、.生物分离效率有哪些评价指标？ 1.目标产品的浓缩程度——浓缩率m 2．系数α回收率REC 第二章细胞分离与破碎 1．简述细胞破碎的意义 一、细胞破碎的目的 由于有许多生化物质存在于细胞内部，必须在纯化以前将细胞破碎，使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏（增大通透性）或破碎，释放其中的目标产物，然后方可进行提取。 二、细胞破碎方法的大致分类 破碎方法可归纳为机械破碎法和非机械破碎法两大类，非机械破碎法又可分为化学（和生物化学）破碎法和物理破碎法。 1．机械破碎 处理量大、破碎效率高速度快，是工业规模细胞破碎的主要手段。 细胞的机械破碎主要有高压匀浆、研磨、珠磨、喷雾撞击破碎和超声波破碎等。 2．化学（和生物化学）渗透破碎法 （1）渗透压冲击法（休克法）（2）酶溶（酶消化）法 3．物理破碎法 1）冻结－融化法（亦称冻融法）（2）干燥法 空气干燥法真空干燥法冷冻干燥法喷雾干燥法 三、化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点？ 化学渗透破碎法与机械破碎法相比优点：化学渗透破碎法比机械破碎法的选择性高，胞内产物的总释放率低，特别是可有效地抑制核酸的释放，料液的粘度小，有利于后处理过程。 化学渗透破碎法与机械破碎法相比缺点：化学渗透破碎法比机械破碎法速度低，效率差，并且化学或生化试剂的添加形成新的污染，给进一步的分离纯化增添麻烦。 第三章初级分离 一、常用的蛋白质沉淀方法有哪些？ 盐析沉淀,等电点沉淀,有机溶剂沉淀,热沉淀 二、影响盐析的主要因素有哪些？ （1）离子强度：Ks和β值, 强度越大,蛋白质溶解度越小； （2）蛋白质的性质:因相对分子质量和立体结构而异,结构不对称、相对分子质量大的蛋白质易于盐析； （3）蛋白质的浓度：蛋白质浓度大，盐的用量小，共沉作用明显，分辨率低；蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；2.5%～3.0% 时最适合； （4）pH值：通常调整到pI附近，盐浓度较大会对等电点产生较大影响，pH对不同蛋白质的共沉影响； 2009级《生物分离工程》复习内容提要 第一章绪论：重点节：第二节、第三节 1、生物分离工程的一般流程Page4 2、生物分离纯化工艺过程的选择依据Page5 3、生物分离过程的特点Page6 第二章发酵液的预处理：重点节：第一节 1、发酵液的一般特性Page9 2、发酵液预处理的要求Page10-11 3、发酵液预处理的方法Page11-16 4、凝集&絮凝Page11-12 5、转筒真空过滤机的结构和工作原理Page27-28 第三章细胞分离技术：重点节：第二节 1、差速离心&密度梯度离心Page31 2、比较不同细胞破碎方法（机械法、化学法、物理法和酶溶法）的原理和优缺点Page34-39 3、比较珠磨法、高压匀浆法和超声波细胞破碎法的优缺点Page34-36 4、细胞破碎的方法主要有哪些？选择破碎方法时应考虑哪些因素？（自己总结） 5、蛋白质复性及其主要复性方法（稀释与透析、色谱、反胶束）Page41-45 第四章沉淀技术：重点节：第三节 1、盐析的原理Page51 2、K s和β分级盐析法Page52 3、什么是饱和度？盐析沉淀操作曲线的制作实验步骤Page54 4、盐析操作计算Page53-54 5、主要的沉淀方法（盐析、有机溶剂、等电点、变性沉淀等）及其优缺点比较Page27-28 第五章萃取技术：重点节：第二节（二）、第三节（二、三）、第四节（一、二、四）、第六节（一、二）、第八节（一、二、三、四） 1、萃取分配系数、相比、萃取分离系数Page65 2、单级萃取、多级逆流萃取、多级错流萃取理论收率和萃余率的计算Page67-70 3、物理萃取&化学萃取Page72-73 4、水相条件如何影响有机溶剂萃取过程Page73-74 5、有机溶剂萃取剂的选择原则Page74 6、解释双水相相图Page81 7、常用的双水相系统有哪些？Page80-81 8、什么是道南电位Page82，试述道南平衡理论在双水相萃取、纳滤膜分离机制和离子交换 树脂分离机制解释中的应用。（自己总结） 9、影响双水相分配系数的主要因素有哪些？Page83-84 1、下列物质不属于凝聚剂的有（C）。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括（C） A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（B） A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、那种细胞破碎方法适用工业生产（A） A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法 5、为加快过滤效果通常使用（C） A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为（C） A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（D ） A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（C） A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏 9、从四环素发酵液中去除铁离子，可用（B） A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化 10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（B） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点 11、使蛋白质盐析可加入试剂（D） A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵 12、盐析法纯化酶类是根据（B）进行纯化。 A.根据酶分子电荷性质的纯化方法 B.调节酶溶解度的方法 C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法 D.根据酶分子专一性结合的纯化方法 13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（B） A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（D） A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（B） A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（A）范围内适合。 A. ％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％ 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（C ）去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中，加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀，属于(D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析 三、问答题 1、什么是生物技术下游加工过程？ 从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中提取、分离、纯化、富集生物产品的过程。 2、针对分离对象而言，生物分离过程有何特点 （1）发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液：发酵液中生物产品的浓度很低，而杂质含量却很高，如发酵液 (0.1-10g/L) 或培养液(5-50mg/L)，青霉素（4.2%）、庆大霉素（0.2%）、干扰素（<50ug/ml，0.005%）胰岛素0.002%。这使分离所需能量以及产品价格大大提高。 （2）培养液是多组分的混合物：培养液是一个复杂的多相体系，含有菌体、未消耗尽的固体培养基等固体成分和大量的液相；未消耗完的培养基成分，包括各种无机盐和有机物；除所需产物外，还含有其他副产物以及色素等杂质，有些杂质的性质与产物很接近。很难通过单一手段将产物分离和纯化。 （3）生化产品的稳定性差：许多发酵产品具有生理活性，很容易变性失活，如原料液中常存在降解目标产物的蛋白酶、菌体也可能自溶、容易被杂菌污染：遇热、极端pH 值、有机溶剂会引起失活或分解，特别是蛋白质的生物活性与一些辅因子、金属离子的存在和分子的空间构型有关。甚至剪切力也会影响空间构型和使分子降解，对蛋白质的活性有很大影响，因此，分离过程中的pH值、温度和搅拌等条件必须特别注意。发酵液放罐后，应及时快速操作，要求采用快速的分离纯化方法除去影响目标产物稳定性的杂质。 （4）对最终产品的质量要求高：对产物的要求：保持生物产物的活性、纯度要求高，当生物技术产品是食品或药物时，要求无污染物、无对映体、无病毒、无热原、无致敏原等。 3、生物分离工程的一般步骤是什么？各步骤中的单元操作主要有哪些？ 一般包含四个步骤，如图所示。 预处理中有加热、调pH、絮凝等单元操作；细胞分 离中有沉降、离心、过滤、错流过滤等操作步骤；细胞破 碎中有均质化、研磨、溶胞等单元操作；细胞碎片分离中 有离心、萃取、过滤、错流过滤等单元操作；初步纯化中 有沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；高度纯化中有层 析、离子交换、亲和、疏水、吸附、电泳等单元操作；成 品加工中有无菌过滤、超滤、冷冻干燥、喷雾干燥、结晶等单元操作。 4、生物分离过程的选择准则是什么？ 概念题： 萃取： 利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法称为萃取。 亲和吸附：亲和吸附是吸附单元操作的一种，它是利用亲和吸附剂与目标物之间的特殊的化学作用实现的高效分离手段。亲和吸附剂的组成包括：惰性载体、手臂链、特异性亲和配基。 超临界流体萃取：是利用超临界流体具有的类似气体的扩散系数，以及类似液体的密度（溶解能力强）的特点，利用超临界流体为萃取剂进行的萃取单元操作。 等电点沉淀法：蛋白质在等电点下的溶解度最低，根据这一性质，在溶液中加入一定比例的有机溶剂，破坏蛋白质表面的水化层和双电层，降低分子间斥力，加强了蛋白质分子间的疏水相互作用，使得蛋白质分子得以聚集成团沉淀下来。 反渗透：在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧，形成大于渗透压的压力差，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到浓缩的效果，这种操作成为反渗透。 流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或租临界体等，都称为流动相。 离子交换平衡：当正反应、逆反应速率相等时，溶液中各种离子的浓度不再变化而达平衡状态，即称为离子交换平衡。 凝聚：在电解质作用下，破坏细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。 分配系数：在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度为一常数叫分配系数。 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。 过滤：是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常用方法之一。 吸附：是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。 离心过滤：使悬浮液在离心力场作用下产生的离心力压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高。 有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。 膜分离：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。 《生物分离工程》复习题(解答版) 《生物分离工程》复习题 《绪论细胞分离》 1.在细胞分离中，细胞的密度ρS越大，细胞培养液的密度ρL越小，则细胞沉降速率越大。 2.表示离心机分离能力大小的重要指标是 C 。 A.离心沉降速度 B.转数 C.分离因数 D.离心力 3.过滤中推动力要克服的阻力有介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占主导作用。 4.简答：对微生物悬浮液的分离（过滤分离），为什么要缓慢增加操作压力？ 5.判断并改错：在恒压过滤中，过滤速率会保持恒定。（×）改：不断下降。 6.简答：提高过滤效率的手段有哪些? 7.判断并改错：生长速率高的细胞比生长速率低的细胞更难破碎。(×)改：更易破碎。 8.简答：采用哪种方法破碎酵母能达到较高的破碎率？ 9.简答：蛋白质复性收率低的主要原因是什么？ 10.简答：常用的包含体分离和蛋白质复性的工艺路线之一。 11. B 可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 12.重力沉降过程中，固体颗粒不受 C 的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 13.过滤的透过推动力是 D 。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 14.在错流过滤中，流动的剪切作用可以 B 。 A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化，但降低凝胶层的厚度 C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化，但降低凝胶层的厚度 15.目前认为包含体的形成是部分折叠的中间态之间 A 相互作用的结果。 A.疏水性 B.亲水性 C.氢键 D.静电 16.判断并改错：原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。(×)改：原料目标产物的浓度越低。 17.菌体和动植物细胞的重力沉降操作，采用 D 手段，可以提高沉降速度。 A.调整pH B.加热 C.降温 D.加盐或絮状剂 18.撞击破碎适用于 D 的回收。 A.蛋白质 B.核酸 C.细胞壁 D.细胞器 19.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，摩擦阻力的作用，当固体匀速下降时，三个力的关系重力=浮力+摩擦阻力。 20.为了提高最终产品的回收率：一是提高每一级的回收率，二是减少操作步骤。 21.评价一个分离过程效率的三个主要标准是：①浓缩程度②分离纯化程度③回收率。 22.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。 23.差速区带离心的密度梯度中最大密度 B 待分离的目标产物的密度。 A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于 24.简答：管式和碟片式离心机各自的优缺点。 25.单从细胞直径的角度，细胞越小，所需的压力或剪切力越大，细胞越难破碎。 《沉淀》 1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围的水化层和双电层。生物分离工程期末考试试卷B
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