生物分离工程
第一讲绪论2学时
一、通过本章学习应该掌握的内容
1、何谓生物分离工程
2、生物分离工程的历史及其应用
3、生物分离工程在生物技术中的地位？
4、生物分离工程的特点
5、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？
6、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？
二、生物分离工程的发展历史
1、概念：从微生物、动植物细胞及其生物化学产品中提取有用物质的技术
2、生物分离工程的发展历史已经有几百年的历史了——最早的分离技术有蒸馏、过滤等原始方法
三、The position of Bioseparation in Biotechnology （生物分离在生物技术中所占位臵）By biotechnology, we mean the use of carefully cultured microorganisms, animal cells, and plant cells to produce products useful to humans.
（所谓生物技术就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品。）
By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document (4228BC) includes a description of brewing Bread; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology.（按上述定义，早在公元前4228年就有了应用生物技术酿酒、制奶酪等的记载。）
Today, we restrict biotechnology largely to those areas where chemically defined species are produced .Under this more restricted definition, biotechnology is about 100 year old.（狭义生物技术的产物仅为化学产品，约有100年的历史。）Effective ways to get useful products（获得产品的有效途径）
（1）Raw materials（原料）
（2）pretreatments（预处理）
（3）bioreactions（生物反应）
（4）bioseparations（生物分离）
（5）products（产品工程）
四、生物分离的应用
1、医药：抗生素、激素、维生素
2、食品：乳酪
3、化工：氨基酸
4、精细化工：化妆品、香料
5、农业：手性农药
6、生物：酶
五、生物分离过程的特点
1、产品丰富
A chief characteristic of biotechnology is the tremendous variety of products which are produced. This diversity of products spawns the broad spectrum of separation methods used.（产品的多样性导致分离方法的多样性）
2、most bioseparation methods come from chemical separations（绝大多数生物分离方法来源于化学分离）
3、Bioseparations are more difficult than chemical separations.（生物分离一般比化工分离难度大）
（1）Complex components（成分复杂）
（2）Desired products in dilute suspension（悬液中的目标产物浓度低）青霉素含量为3.6％，庆大霉素为0.2％，胰岛素仅为0.001％
（3）Biological activity（生物活性）
条件相对温和
（4）Biological products require high quality （生物产品要求高质量）
（5）Get highly purified dry products（获得高纯度的干燥产品）（6）Sanitation （卫生）
因此，生物分离过程往往成本很高，在某些产品的生产过程中，分离成本可能占到总成本的80％以上
Thus the recovery and the purification processes must be well conceived and well designed.（因此必须仔细考虑和设计产品的回收和纯化过程）
We have found that our own designs have been improved by answering the following questions: （设计中应考虑下列问题）（1）What is the value of the product?（产品价值）（2）What is an acceptable product quality?（产品质量）（3）Where is the product in each process stream?（产物在生产过程中出现的位臵）
（4）Where are the impurities in each process stream?（杂质在生产过程中出现的位臵）
（5）What are the unusual physicochemical properties of the product and the principal
impurities?（主要杂质独特的物化性质是什么？）
（6）What are the economics of various alternative separations?（不同分离方法的技术经济比较）
Careful consideration of these questions can provide clues that will lead to optimal processes for the recovery of products of adequate quality coupled with high recovery and minimum effort. （上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化）六、生物分离的一般步骤
From our experience, we find that most bioseparations have four similar steps:
（生物分离一般分四步）
1、不溶物的去除（固液分离）Removal of insolubles
filtration、centrifugation、cell disruption (necessary when the desired product is intracellular.)
Relatively little product concentration or improvement of product quality occurs. （提高产物浓度和质量）
2、杂质粗分（浓缩）
adsorption - ion-exchang（离子交换吸附）extraction（萃取）solvent extraction （溶剂萃取）reversed micelle extraction（反微团萃取）
supercritical fluid extraction（超临界流体萃取）
aqueous phase extraction（双水相萃取）
These steps, which are relatively nonspecific, remove materials of widely divergent properties compared to the desired product. （以上分离过程不具备特异性，只是进行初分）Appreciable concentration and product quality increases usually occur.（可提高产物浓度和质量）
3、纯化
chromatography（色谱）electrophoresis（电泳）
precipitation（沉淀）
These processing technology are highly selective for the product and remove impurities of similar chemical functionality and physical properties.（以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性）
4、精制
crystallization（结晶）
drying （干燥）
七、本章作业
1、生物分离工程在生物技术中的地位？
2、生物分离工程的特点是什么？
3、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？
4、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？
第二讲过滤2学时
一、通过本章学习应掌握的内容
1、何谓过滤
2、过滤的基本形式
3、凝聚和絮凝的区别
4、常用的絮凝剂有哪些
5、过滤设备分类
6、常用过滤设备及其特点
二、过滤的基本概念
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。
Filtration separates solid from a liquid by forcing the liquid through a solid support or filter medium. This is a straight forward procedure for well defined crystals.
三、过滤前物料的前处理
However the small size of microorganisms make filtration of fermentation beers or other biological solutions considerably more complicated. Generally, fermentation beers and other biological solutions are notoriously hard to filter. They are often hard to filter because of high non-Newtonian viscosity or highly compressible cakes. That is to say, we must modified these procedures for bio-separations.
通常发酵液和生物溶液是高粘度的和非牛顿流体，是很难过滤的，为了加快过滤速度，通常可采用以下方法：
1、加热（Heating）——降低液体粘度
2、凝聚和絮凝（Coagulation and flocculation）——在电介质作用下，破坏溶质胶体颗粒表面的双电层，破坏胶体系统的分散状态，使胶体粒子聚集的过程
四、影响凝聚作用的主要因素
Simple electrolytes act by screening the electrostatic repulsion, which commonly exists between colloidal particles. When this electrostatic repulsion is reduced, attractive London-vander waals forces predominate. The colloids can then coagulate as larger, dense particles which are more easily filtered. (简单电解质降低胶体间的排斥力。从而范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。)
1、无机盐的种类
2、无机盐的化合价
3、无机盐的用量
常用的凝聚剂有：
Al2(SO4)3.18(H2O)，AlCl3.6(H2O)，
FeCl3，ZnSO4，MgCO3
五、絮凝作用(Flocculation)
概念：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
Synthetic polyelectrolytes added as pretreatments can both reduce electrostatic repulsion and adsorb on adjacent particles, forming bridges between them. As a result, the colloidal particles flocculate as large, less dense aggregates which are more easily filtered. These polyelectrolytes can be anionic, cationic or nonionic.（合成助滤剂既降低静电斥力又吸附周围的微粒，形成桥架作用。胶粒过大，就发生絮凝，低密度聚合的胶粒，容易过滤。聚合电解质有阳离子型、阴离子型或非离子型。
六、常用的絮凝剂
1、天然聚合物
多糖类物质、海藻酸钠、明胶等
2、人工合成聚合物
聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物、聚丙烯酸类等
七、助滤剂
1、目的：助滤剂是一种具有特殊性能的细粉或纤维，它能使某些难以过滤的物料变得容易过滤
2、常用的助滤剂：
硅藻土（Diatomaceous earths）
珍珠岩（Perlites）
八、General Theory for Filtration
Fluid mechanics for filtration Darcy’s law （Darcy方程）for incompressible cake, simplest case（适用于不可压缩和简单的可压缩滤饼）for compressible cake, common for bio-separations（普遍使用于生物分离过程。）
1、Darcy’s law（达西定律）
?V=k △P/μl (2.1) ?where
V－velocity of the liquid
?k—proportionality constant (usually called the Darcy’s law permeability of the bed) （K比例常数,过滤床渗透性的达西方程参数））
△P－the pressure drop across the bed of thickness （压降）
μ－viscosity of the liquid （流体粘度）
*当Re<5时达西定律才成立
?For batch filtration the velocity is（板框式过滤流速方程）
?V=(1/A)*dV/dt (2.2) A－filtration area （过滤面积）
V－the total volume of filtration（滤液总体积）
t－the filtration time（过滤时间）
?有
l/k= Rm + Rc （2.3）
Rm——the resistance of the filter medium RM （过滤介质的阻力）
Rc——the resistance of accumulate cake bio-mass （滤饼的阻力）
2、Incompressible Cakes（不可压缩滤饼）
If the cake is in compressible (rigid), the cake thickness is directly proportional to the filter area. （不可压缩滤饼厚度正比于过滤的体积）
As a result the cake’s resistance Rc is
Rc=αρo(V/A) (2.4) ?where
α－represents the specific cake resistance （滤饼的阻力特性）
ρo－the mass of cake solids per volume of filtrate （单位体积滤液含固体滤饼量）
3、Compressible cake（可压缩的滤饼）
Almost all cakes formed of biological materials are compressible, and so cannot be described with the simple equation just outlined. As these cakes compress, filtration rates drop. （大多数生物滤饼都可压缩，不能仅用作图法描述，滤饼可压缩，则过滤速度降低）
?α=α’(△P)s
?Where
α’－a constant related largely to the size & shape of the particles forming the cake.（α’与粒子大小和形状相关）
S －the cake compressibility
（s是压缩系数）
S=0 a rigid & highly incompressible cake （理想的不可压缩s=0）
S=1 a highly compressible cake （高度可压缩s=1）
S=0.1-0.8 in practice （变化范围从0到1）
V alues of S & α’are most easily determined by plotting the logarithm of αversus the logarithm of △P as shown in fig.(2.1)（计算s和α’可用logα对log△P作图）
九、Continuous Rotary Filter 连续旋转式过滤机
We analyze the operation of these units, a filtration cycle on this filter consists of three chief （过滤有三步组成）
1、cake formation（滤饼的形成）
2、cake washing to remove either or unwanted solutes（滤饼的洗涤）
3、cake discharge（滤饼的卸下）
we assume that the resistance of the filter medium Rm is negligible, so that we can use equation (2.5)（假设滤饼阻力不计），the basic expression for filtration (1/A)*dV/dt = △P/(μRc)
initial condition that（初始条件是）
t=0 v=0
Rc = αρo (V/A)
=α’ρo(V/A)( △P)s t f=(μαρo/(2△P1-s))*(V f/A)
t f——the cake formation time （滤饼形成时间）
V f——the volume of filtrate collected during that period.（滤液流量）
*cake washing（滤饼的洗涤）
作用：
（1）First, it displays the solution-rich broth trapped in pores in the cake.（将滤饼内发酵液洗出）
（2）Second, it allows diffusion of solute out of the biomass in the cake. Such diffusion will enhance recovery, if the desired product is in the biomass.（扩散出生物有机体，这对目标产物在生物有机体很有用）
八、过滤设备及其结构
过滤设备的分类
根据推动力的不同可分为四类
（a）重力过滤自然过滤
（b）加压过滤板框过滤
（c）真空过滤真空过滤器
（d）离心过滤离心过滤器
九、过滤介质
1、无定形颗粒：颗粒活性炭、沙、无烟煤
2、成形颗粒：烧结金属、烧结塑料
3、非金属织物：尼龙、玻璃纤维
4、金属织物：不锈钢丝网
5、无纺品：纸、石棉
十、典型的过滤设备
1、板框压滤机
优点：结构简单、过滤面积大、操作压力高、适用范围广
缺点：设备笨重、间歇操作、劳动强度大、辅助时间长
2、旋转过滤机
可实现连续操作
十一、本章作业
1、何谓过滤
2、过滤的基本形式
3、凝聚和絮凝的区别
4、常用的絮凝剂有哪些
5、过滤设备分类
6、常用过滤设备及其特点
第三讲离心与沉降2学时
一、通过本章学习应该掌握的内容
1、何谓沉降
2、沉降与离心的异同
3、沉降与离心的速度方程
4、离心设备可分为哪两大类
5、常用的离心沉降设备有哪些
6、常用的离心过滤设备有哪些 二、离心的概念
The first step in most industrial bioseparations is the removal of insoluble solids from the fermentation beer. The concentration and size of these in solubles varies widely. （生物分离首先去除不溶物）
The size ranges from microorganisms of perhaps 1 um diameter up to insoluble nutrients characteristically 1mm in diameter （粒径从1um 的到1mm ）
When these insolubles are dilute, large & rigid, they can be easily separated by filtration. In the previous chapter, we described filtration, including the use of filter aids. For many beers, these filter aids facilitate filtration. For other beers, filter aids are ineffective.（不溶物浓度小，粒径大，硬度强时用过滤分离。使助滤剂过滤分离，对一些发酵液很有用）
When the beers are not easily filtered, they sometimes can be separated by centrifugation, which is the subject of this chapter.（不易过滤可用离心）
Centrifugation requires more expensive equipment than filtration. However, it is often effective way even when the solid particles are small & hence hard to filter. 基于固体颗粒和周围液体密度存在的差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程
实际上离心和过滤一样，也是固液分离的一种单元操作
对于一些固体颗粒小、溶液粘度大的生物体系，过滤实际上是很难进行的，必须采用离心技术方能达到目的 三、沉降的概念
沉降：是指当悬浮液静臵时，密度较大的固体颗粒在重力的作用下逐渐下沉，这一过程成为沉降
沉降过程通常是十分缓慢的，对于一些固液密度差异很小的体系沉降往往需要很长时间 四、沉降速率方程
When a solid particle moves through an infinite continuum, its velocity is affected by two forces.
当一固体微粒通过连续介质时，它的运动速度受到两种力的作用： 1、由于密度差引起的浮力 2、微粒受到的流体阻力
当浮力与阻力达到平衡时，该微粒以恒定的速度沉降
联立二式可得沉降速率方程：
α
ρρπ)](6
[
3
-=s B d F v d F D ρπμ3=微粒所受浮力
微粒所受阻力
当重力沉降时，速度方程为
五、重力沉降式液固分离设备 1、特点：
设备简单、运行成本低、能耗低 体积庞大、分离效率低 2、传统的沉降设备： （a ）矩形水平流动池 （b ）圆形径向流动池 （c ）斜板与斜管式沉淀池 六、离心式沉降分离 1、分类： （a ）离心沉降 （b ）离心过滤
2、离心沉降
利用悬浮液或乳浊液中密度不同的组分在离心力场中迅速沉降分层，实现固液分离
操作方式：间歇式、连续式 型式：管式、套筒、碟片式 （1）管式离心机（Tubular bowl ）
Simple yet, can provide a very high centrifugal force.（最简单，可提供较大离心力）
Tubular centrifuges can be cool, a real advantage in protein work.（可用冷却水冷却），Suspension is usually fed through bottom, and clarified liquid is removed from the top.（悬浮液由管底进，澄清液由管口流出）
离心过程分析：
To begin this analysis, assume that this typical particle is located at (1) A distance Z from the bottom of the centrifuge as show in Fig 3.2.1.
(2) Located at position r from the axis of rotation.（离旋转轴为r 的微粒） (3) This position is between the liquid surface R1 & the bowl radius R 0.（位于液体界面半径r 1和管心半径r 0的微粒 ）
The particle is moving in both the Z & r directions.
Its movement in the Z direction comes from convection of the feed pumped in the
g
d
v s g )(182
ρρμ
-=
r
d
v s w 2
2
)(18ωρρμ
-=
当离心沉降时，速度方程为
bottom of the centrifuge: （Z方向的动力来源于离心机底部泵入料液的对流）dz/dt=Q/[π(R02-R12)] (3.8)
Where Q is the feed flow.（料液流速）
The eq(3.8) implies that gravity has only a negligible effect in the Z direction.（Z 方向重力可忽略）
We will assume that the centrifugal force is so high that the liquid interface R1 is constant, independent of Z.（假定离心力很大，R1是常数）
The particle movement in the r direction is related to its radial position r by (3.7).（r方向上运动与半径r有关）
dr/dt= d2(ρs-ρ)rω2/(18μ) (3.9)
We will rewrite this eq. In terms of the velocity of a particle settling under the influence of gravity:
dr/dt=νg(rω2/g) (3.10)
Whereνg is velocity given by Eq.(3.6).
We combine (3.8) & (3.9) to find the trajectory of a particle within the centrifuge:（得出离心机内部微粒的运动轨迹）
dr/dz=(dr/dt)/(dz/dt)=νg(rω2/g)π(R02-R12)/Q (3.11)
（2）碟片式离心机（Disc type centrifuge.）
dx/dt=ν0-νc sinθ(3.15)
ν0=[Q/(2πrln)]f(y) （3.16）n--- the number of discs（蝶片数）
r--- the distance from the axis of rotation（微粒与转鼓轴线间距离）
l--- the distance between discc
f(y)--- some function giving the velocity variation across the distance between discs . （蝶片间流速变化的函数）
3、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
This is the third, centrifugal filtration; the basket unit shown in fig 3.2-1 d. is really a combination of a centrifuge & a filter. It consists of a perforated basked which rotates rapidly. Suspension is again fed along the axis of the bowl & solid accumulate on the wall of the basket.
We begin the analysis by recalling that the pressure drop Δp in a flat cake is proportional to the fluid velocity v through that cake :
(根据过滤压差Δp和流体通过滤饼的速度成正比)
有：
Δp/l=(μαρ0)ν(3.25)
Where
l--- the thickness of the cake (式中l-滤饼的厚度)
μ--- the fluid velocity (u-料液的粘度)
α--- the specific resistance of the cake(a－滤饼的比阻力)
ρ0 --- the mass of solid per volume of liquid feed (ρ0－单位体积料液所含的
滤渣量)
-dp/dr=(μαρ0)ν(3.26)
2πrlυ=Q (3.27)
由（3.26）和（3.27）
-dp/dr=μαρ0Q/(2πrl) (3.28)
4、常见的离心过滤设备
（a）三足式离心机
是最常见的过滤式离心机，立式有孔转鼓悬挂于三根支足上故而得名
（b）卧式刮刀离心机
可连续生产，使用效率更高，功率消耗小
（c）螺旋卸料离心机
主要用于需耐压的场合，具较高的分散因数
七、本章作业
1、何谓沉降
2、沉降与离心的异同
3、沉降与离心的速度方程
4、离心设备可分为哪两大类
5、常用的离心沉降设备有哪些
6、常用的离心过滤设备有哪些
第四讲细胞破碎2学时
一、通过本章学习应掌握的内容
1、细胞破碎的意义
2、常用的细胞破碎方法
3、渗透压计算方法
4、了解机械破碎法所用设备
5、渗透压的计算
二、细胞破碎的目的
In some cases, the products of interest are not in the broth but are in the biomass. In particular, most proteins produced in quantity by genetically manipulated bacteria are not excreted into the broth, but are precipitated within the cell. Lipids and some antibiotics are also trapped in the biomass. In a few cases, like baker’s yeast, the desired product is the cell mass itself. In a few others, desired products like steroids can be extracted without rupturing the cells. In many cases, the product is trapped in the biomass: It is intracellular.
Releasing this trapped material usually involves rupturing the cell wall, and is the subject of this short chapter. The methods of cell rupture have largely been developed in biochemistry, and hence are of small scale. Their application to the larger scale operations implied by genetic engineering is speculative. The equipment which is used is not designed for biotechnology. Some equipment is borrowed from the dairy
industry , where it was developed for the homogenization of milk; other equipment is taken from the paint industry , where it is used for the size reduction of pigments.
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，使胞内物质释放到液相中，然后方可进行提取
三、细胞膜
At this point, we pause briefly to explore the physical structure of microbial membranes and the complexity of the problems which we face. At present, knowledge of this general structure does not provide a direct guide to methods of cell rupture. In the future, it may . As a result, we feel that a synopsis has merit. In this synopsis, we emphasize Gram-negative procaryotes.
本节主要探寻细胞膜的物质结构及我们所面对的几个复杂问题。现在所有的关于细胞膜结构的基本知识，并不能为细胞破碎方法提供基本的引导。也许将来可以。正因如此，对此进行提纲切领的介绍很有必要。主要强调的是革兰氏阴性原核生物。其细胞结构中没有细胞核：基因物质位于单链DNA 上。典型的生物是大肠杆菌，是生物技术研究的主体。通过这种细胞生产了很多细胞重组的产物 三、细胞破碎的主要方法 1、化学法
The chemical methods of cell rupture listed in Table 4.0-1 are dominated by osmotic shock, detergent so1ubilization, and lipid dissolution. These three methods are described in the following paragraphs. Before this description, we want to give some brief generalizations about the other two methods: enzyme digestion and alkali treatment.
渗透冲击：无论动物还是植物细胞，胞内物质都是由膜组织包裹起来的，因此，
破坏细胞膜系统是胞内物质释放的关键步骤
通常细胞膜系统强度较差，易受渗透压冲击而破碎
The simplest of the three major chemical methods is osmotic shock. This is nothing more than dumping a given volume of cells into pure water- often about twice the volume of cells. The cells swell because they contain solutes which cause an osmotic flow of water into the cells. In some cases, they swell so much that they burst. Their contents, released into the surrounding solution, can now be separated using the methods in following chapters.
（最简单的是渗透冲击法。此法将一定体积的细胞液加到2倍体积的水中，细胞中溶质浓度高，水不断进入细胞，使细胞膨胀，最后导致破裂。细胞破裂后释放到周围环境中的胞内物可用后面章节介绍的方法分离。） 渗透压的计算方法
酶消化：酶法破坏细胞膜系统
)
1ln(12x V
RT
p p O
H in out -=
--
The disadvantage of enzyme digestion is the cost of the enzymes which. Frequently makes this method prohibitive at a large scale. This is unfortunate, because the method is both gentle and selective. It is nothing more than adding to a cell suspension enzymes which react quickly with the cell walls and destroy them. Because the enzymes selectively catalyze these cell wall reactions, they react only sparingly with other solutes within the cell
（酶消化法的缺点在于酶的消耗限制了在大规模生产中的使用，虽然条件温和、具有选择性。细胞悬浮液中加入酶能迅速和细胞壁反应并破坏它们。酶选择性的催化细胞壁反应，不破坏细胞内的其它物质。）增溶：利用表面活性剂的增溶作用，将体积为细胞体积2倍的某浓度的表面活性剂溶液加入到细胞中去，表面活性剂能将细胞破碎，制成的悬浮液可通过离心分离除去细胞碎片
The second major method of chemically rupturing cells is solubilization by detergents. Typically,a concentrated detergent solution is added to about half the solution’s volume of cells. The detergent disrupts the cell mem-brane. The resulting suspension can be centrifuged to remove cell frag-ments, and then run through an adsorption column or an extractor to isolate the product.
(最典型的是将体积为细胞体积两倍的某浓度的表面活性剂加入到细胞中。表面活性剂能将细胞壁破碎，制成的悬浮液可用离心分离除去细胞碎片，再用吸附柱或萃取剂分离制得产品。)
脂溶：在细胞悬浮液中加入一定量的有机溶剂，细胞壁脂质层吸收后，导致胞壁膨胀，最后裂开，细胞质中的物质就释放到周围溶液中了
碱处理：
Alkali treatment is the antithesis of enzyme digestion, for it is harsh rather than gentle, nonselective rather than specific, and cheap rather than expensive. Alkali added to a cell suspension reacts with the cell walls in a number of ways, including the saponification of lipids in the cell walls.
(碱处理法和酶消化法相反，反应激烈，不具选择性，而且较便宜。碱加入细胞悬浮液中后和细胞壁进行了多种反应，包括使磷脂皂化。)
2、械法
匀浆法
研磨法
超声波法：利用频率高、波长短的超声波进行细胞破碎，效率更高
球磨破碎法
3、其它破碎方法
冻结－融化法（亦称冻融法）
干燥法
四、本章作业
1、简述细胞破碎的意义
2、细胞破碎方法的大致分类
3、渗透压的计算方法
第五讲 萃取 6学时
一、通过本章学习因掌握以下内容：
1、什么是萃取过程？
2、萃取平衡的条件？
3、液－液萃取的分类？
4、常见物理萃取体系由那些构成要素？
5、何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？
6、掌握多级萃取萃取级数的计算方法。
7、萃取设备的选择方法
8、何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？
9、何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 10、反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理 11、反应萃取的基本原理 二、萃取过程
利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的
物理萃取、化学萃取 三、物理萃取
利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程 溶质：被萃取的物质
原溶剂：原先溶解溶质的溶剂 萃取剂：加入的第三组分
萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶解度
1、分配系数：衡量萃取体系是否合理的重要参数-------- X/Y
2、萃取分离的基本方程
由物化理论可知：萃取操作达到平衡时，溶质在轻相和重相中的化学势相等。即
由上式可知，分配系数的对数值与标准状态下的化学势的差值有关
因此，要提高溶质的分配系数，必须提高标准状态下，其在重相与轻相的化学势之差。
可以采取的方法有： （a ）改变溶剂
（b ）改变溶质的特性
)
()(h l μμ=]
)
()(exp[
RT
l h x
y k θ
θμμ-==
●生成有用离子对－－可溶于萃取剂的离子对
将强酸弱碱盐或强碱弱酸盐生成弱酸弱碱盐
●通过改变原溶剂中的pH值，改变溶质的解离
3、单级萃取：使含溶质的溶液（h）和萃取剂（L）解出混合，静止后分成两层。
4、多级萃取：是工业生产最常用的萃取流程
分离效率高
产品回收率高
溶剂用量少
5、常用的萃取设备
混合－沉降器
旋转圆筒萃取塔
离心萃取器
填充塔
喷雾塔
旋转圆盘塔
四、超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）
1、超临界流体：当一种流体处于其临界点的温度和压力之下，则称之为超临界流体。特点：
（a）密度接近液体－－萃取能力强
（b）粘度接近气体－－传质性能好
2、超临界流体萃取的基本思想
利用超临界流体的特殊性质，使其在超临界状态下，与待分离的物料接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，使萃取物得到分离
常用萃取剂：
（1）极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）
（2）非极性萃取剂：二氧化碳（易）
3、超临界二氧化碳萃取
临界点：
T：304.1 P：73.8 bar
优点：缺点：
临界条件温和设备投资大
产品分离简单
无毒、无害
不燃
无腐蚀性
价格便宜
超临界CO2萃取流程图
超临界流体的应用
（1）咖啡因萃取
（2）植物油：胚芽油、玉米油、γ亚麻酸
（3）天然香料：杏仁油、柠檬油
（4）啤酒花
（5）尼古丁
五、双水相萃取（Aqueous Two Phase）
1、概念：利用物质在不相溶的，两水相间分配系数的差异进行萃取的方法
2、可以构成双水相的体系：
（1）离子型高聚物－非离子型高聚物
PEG－DEXTRAN
（2）高聚物－相对低分子量化合物
PEG－硫酸铵
3、双水相萃取的原理
依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相互作用：
（a）氢键
（b）电荷力
（c）疏水作用
（d）范德华力
（e）构象效应
4、双水相系统中目标物分配系数的影响因素
（1）成相高聚物浓度－－界面张力
（2）成相高聚物的相对分子量
一般来说，蛋白等高分子量物质易集中于低分子量相
（3）电化学分配
双水相萃取时，蛋白质的分配系数受离子强度的影响很小
（4）疏水反应
（5）生物亲和分配
（6）温度及其它因素
5、双水相萃取的优点
（1）平衡时间短、含水量高、截面张力小，特别适合于生物活性物质的分离纯化
（2）操作简便
（3）易于放大
六、反胶束萃取（Reversed Micelles Extraction）
胶束是表面活性剂在非极性有机溶剂中形成的一种聚集体
当表面活性剂浓度超过临界微团浓度时，表面活性剂会在水溶液中形成聚集体
微团和反微团
1、微团：表面活性剂的
极性头朝外，疏水的尾部
朝内，中间形成非极性的
“核”
2、反微团：表面活性剂
的极性头朝内，疏水的尾
部向外，中间形成极性的
“核”
3、反微团的优点
（1）极性“水核”具有较
强的溶解能力。
（2）生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性水核中，防止与外界有机溶剂接触，减少变性作用。
（3）由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能。
因此，可作为酶固定化体系，用于水不溶性底物的生物催化
4、构成反胶团的表面活性剂种类
（1）阴离子表面活性剂
AOT
（2）阳离子表面活性剂
季铵盐
七、化学萃取
1、概念：利用可与被萃目标物发生反应的非极性物质作为萃取剂进行的反应
2、络合萃取分离有机酸（醋酸）
季铵盐
叔胺
3、络合萃取体系构成
萃取剂 稀释剂
八、本章作业 1、什么是萃取过程？
2、液－液萃取从机理上分析可分为哪两类？
3、常见物理萃取体系由那些构成要素？
4、何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？
5、何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？
6、何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？
7、反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理
第六讲 吸附与离子交换 6学时
一、通过本章学习应掌握的问题 1、什么是吸附过程？
2、吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？
3、常用的吸附剂种类有哪些？
4、什么是吸附等温线？其意义何在？
5、影响吸附过程的因素有哪些？
6、什么是亲和吸附？其特点有哪些？
7、常用的吸附单元操作有哪些方式？
8、什么是离子交换？
9、离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？ 10、离子交换的机理是什么？
11、什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？ 12、基本的离子交换操作是怎样的？ 13、如何利用离子交换法分离蛋白质？ 二、什么是吸附？（Adsorption ）
离子对(ion-pair)
-
+
-
+
??+AC
NH
R AC
NH
R 33氢键(H-bonding) HAC
N R HAC N R ??+33离子交换(ion exchange)
-
+
-
-
+
??+AC
NH
R AC
Cl
NH R 33
1、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。
2、吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。
三、常见的吸附类型及其主要特点
1、物理吸附：吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。
2、化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。
四、常用吸附剂种类
吸附剂通常应具备以下特征：对被分离的物质具有较强的吸附能力、有较高的吸附选择性、机械强度高、再生容易、性能稳定、价格低廉。
1、活性炭：是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力
针对不同的物质，活性炭的吸附规律遵循以下规律：
（1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物
（2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物;
（3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物;
（4）pH值的影响碱性中性吸附酸性洗脱;
酸性中性吸附碱性洗脱;
（5）温度未平衡前随温度升高而增加;
2、大孔网状吸附剂
特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。
但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。
大孔网状吸附树脂的种类：
（1）非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。
（2）中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。
（3）极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。
吸附机理：
非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律：
生物分离工程实验
PART B 生物分离工程实验 实验十二香菇多糖的分离提取 一、实验目的 让学生了解香菇多糖的理化性质及提取工艺流程，掌握真空浓缩技术。 二、实验原理 香菇是一种药食两用真菌，具有提高免疫力、抗癌、降糖等多种生理功能。水溶性多糖作为香菇主要活性成分之一，主要以β-1,3-葡聚糖的形式，分子量从几万到几十万不等。通过有机溶剂提取，真空浓缩技术进行分离提取。 三、实验材料与试剂 原料：干香菇500g 试剂：氯仿、正丁醇、医用纱布、浓硫酸、重蒸酚、工业酒精 四、实验仪器 组织捣碎机、水浴锅、旋转蒸发器、1cm比色皿、751分光光度计、电子天平、台式离心机、试管、量筒、烧杯、玻璃棒 五、提取工艺流程 1. 1kg干香菇切成小块，以1：10（重量比）加入水，用组织捣碎机进行均质； 2. 取200mL均质液放入1L烧杯中，再加入300mL蒸馏水，加热至沸后，温 火煮沸1小时，（注意：煮沸过程中用玻璃棒不断搅拌，以免烧杯底部发生糊结；并间歇加入少量水，使杯内液体体积保持在500mL左右； 3. 加热完毕后，将杯内液体用8层纱布过滤，除去残渣，上清液转入另一烧杯 中； 4. 将上清液倒入圆底烧瓶中，在旋转浓缩仪上进行浓缩，浓缩条件为-0.1MPa 、 60℃，浓缩液体积至100mL左右停止； 5. 将浓缩液在1×10000g离心10min，将上清液转入另一烧杯，除去残渣； 6. 上清液中加入等体积的氯仿正丁醇浓液（体积比为4：1），搅拌5min，静置 30分钟； 7. 将混合液体在1×5000g下离心20min,分离水相；
8. 在水相中加入终浓度为80%的酒精，搅拌均匀，静置20min，1×5000g下离 心10min； 9. 取出沉淀物，放入已称重的干燥表面皿中，在真空干燥箱中80℃下真空干燥； 10. 干燥后，称重，计算多糖的产率； 11. 准确称取干燥后多糖20mg于500ml容量瓶中，加水定容； 12. 取定容液2ml加入6%苯酚1ml，混匀，再加入浓硫酸5ml，混匀，放置20min 后，于490nm测吸光度； 13. 葡萄糖标准曲线的制定：准确称取葡萄糖20mg定容于500ml容量瓶中，分 别取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6及1.8ml，补水至2ml，依12步骤反应液，并分别测吸光度，根据葡萄糖浓度和吸光度绘制标准曲线； 14. 根据香菇多糖吸光度和葡萄糖标准曲线，计算多糖纯度。 六、思考题 1. 根据以上实验步骤，表达多糖产率及纯度的计算公式； 2. 利用所学生物化学知识，分析多糖沉淀原理。
生物分离工程期末考试试卷B
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
生物分离工程试题
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
生物分离工程实验
生物分离工程实验 实验一茶多酚标准曲线的测定 仪器：紫外分光光度计，比色皿，天平，容量瓶，移液管，pH计、试管 药品：没食子酸丙酯或茶多酚，酒石酸钾钠，硫酸亚铁，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾。 方法： A溶液配制 没食子酸丙酯标准溶液配制 准确称取25mg没食子酸丙酯，蒸馏水溶液，移入25mL容量瓶并稀释至刻度，摇匀，配制成1mg/mL的标准溶液 酒石酸亚铁溶液配制 准确称取0.1g硫酸亚铁，和0.5g酒石酸钾钠，混合，蒸馏水溶解后移入100mL容量瓶，稀释至刻度，摇匀。 pH7.5磷酸盐缓冲液配制 磷酸氢二钠：准确称取分析纯磷酸氢二钠2.969g，蒸馏水稀释溶解，移入250mL容量瓶，加水稀释至刻度，摇匀，为a液 磷酸二氢钾：准确称取分析纯磷酸二氢钾，、2.2695g，蒸馏水溶解，移入250mL容量瓶，定容，B。 取A液体85mL，B液体15mL混合均匀，即成。 B．标准曲线绘制 分别吸取0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25mL的没食子酸丙酯标准液于25mL容量瓶中，加入蒸馏水4mL，再加入酒石酸亚铁溶液5mL，用pH7.5的磷酸盐缓冲溶液稀释至刻度，摇匀，分光光度计在540nm处，1cm比色皿，分别测定吸光度。空白参比操作同上，不加没食子酸丙酯。以容量瓶中没食子酸丙酯的绝对含量mg为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，做线性回归。 C 样品测定 取适量样品加入容量瓶，操作同上，没食子酸丙酯含量乘以换算系数1.5，求得茶多酚。
实验二超声法和回流法提取茶多酚的比较 实验仪器： 超声提取器、布氏漏斗、抽滤瓶、真空泵、烧瓶、量筒、分光光度计、比色皿、容量瓶等、实验试剂 茶叶、纯净水、茶多酚（没食子酸丙酯）、硫酸亚铁、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等 操作方法 1、材料准备 称取一定量的茶叶，研钵粉碎。备用 2、提取 A、超声提取法 称取5g粉碎后茶叶末，放入烧瓶（塑料袋密封），加入100mL水，于超声提取器，50℃提取20min，抽滤，定容至100mL，待测。 B、回流提取法 称取10g粉碎后茶叶末，放入圆底烧瓶，加入100mL水，80℃提取40min，分别在1、3、5、7、10、15、20、30、40min取3mL样品，小漏斗过滤后，待测。测得茶多酚含量（mg/mL）以茶多酚含量为纵坐标，时间为横坐标绘制曲线。 3. 含量测定 按照标准曲线的方法测定含量。 所需试剂及仪器 试剂： 没食子酸丙酯或者茶多酚，酒石酸钾钠，硫酸亚铁，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾， 仪器： 紫外分光光度计，水浴锅，电子天平，pH计，超声提取器，量筒（100mL*1），容量瓶（25mL*8，100mL*4, 250mL*2），比色皿*5，移液管（1.0mL*2, 0.5mL*2, 2mL*2, 5mL*4） 三角瓶250mL*2，小漏斗*2，试管架
生物分离工程期末复习
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。
生物分离工程期末复习题
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 ；
生物分离工程题库+答案
《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；
生物分离工程期末复习资料
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
生物分离工程复习题库
生物分离工程复习题 一、名词解释 1.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。 2.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。 3.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 4.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。 5.萃取过程：利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 6.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。 7.反渗析：当外加压力大于渗透压时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。 8.离心沉降：利用悬浮液或乳浊液中密度不同的组分在离心力场中迅速沉降分层，实现固液分离 9.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 10.离子交换：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂 上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。 11.固相析出技术：利用沉析剂（precipitator）使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定 形固体沉淀的过程。 12.助滤剂：助滤剂是一种具有特殊性能的细粉或纤维，它能使某些难以过滤的物料变得容易过滤 13.色谱技术：是一组相关分离方法的总称，色谱柱的一般结构含有固定相（多孔介质）和流动相，根据物质在两 相间的分配行为不同（由于亲和力差异），经过多次分配（吸附-解吸-吸附-解吸…），达到分离的目的。 14.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。 15.等电点沉淀：调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀。 16.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。 17.化学渗透破壁法：某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞 壁或细胞膜的通透性，从而使胞内物质有选择地渗透出来。 18.超临界流体：超临界流体是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点——临界点后的流体。 19.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。 20.树脂工作交换容量：单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数称为树脂交换容量，在 充填柱上操作达到漏出点时，树脂所吸附的量称为树脂工作交换容量。 21.色谱阻滞因数：溶质在色谱柱（纸、板）中的移动速率与流动相移动速率之比称为阻滞因数，以Rf表示。 22.膜的浓差极化：是指但溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度。 23.超滤：凡是能截留相对分子量在500以上的高分子膜分离过程称为超滤，它主要是用于从溶剂或小分子溶质中 将大分子筛分出来。 24.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。 25.物理萃取：即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。 26.化学萃取：则利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。 27.盐析：是利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度的差异，向溶液中加入一定量的中性盐，使原溶解的物质沉 淀析出的分离技术。 28.有机聚合物沉析：利用生物分子与某些有机聚合物形成沉淀而析出的分离技术称为有机聚合物沉析。 29.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。 30.功能基团：离子交换树脂中与载体以共价键联结的不能移动的活性基团，又称功能基团 31.平衡离子：离子交换树脂中与功能基团以离子键联结的可移动的平衡离子，亦称活性离子。 32.树脂的再生：就是让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程，树脂的再生反应是交换吸附的逆反应。 33.层析分离：是一种物理的分离方法，利用多组分混合物中各组分物理化学性质的差别，使各组分以不同的程度 分布在两个相中。 34.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。 35.正相色谱：是指固定相的极性高于流动相的极性，因此，在这种层析过程中非极性分子或极性小的分子比极性 大的分子移动的速度快，先从柱中流出来。
生物分离工程期末复习题
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
生物分离工程试卷C
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’）
生物分离工程期末总复习
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；
《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。 2.判断：当蛋白质周围双电层的ζ点位足够大时，静电排斥作用抵御蛋白质分子之间的分子间力，使蛋白质溶液处于稳定状态而难以沉淀。（√） 3.降低蛋白质周围的水化层和双电层厚度，可以破坏蛋白质溶液的稳定性，实现蛋白质沉淀。
生物分离工程计算
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？
生物分离工程实验.
PART B 生物分离工程实验 实验九硅胶色谱法分离甘油三酯 一、实验目的 通过从粗油中分离甘油三酯，学习运用凝胶色谱法分离油脂中各个成分的方法。 二、实验原理 吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用溶剂或气体洗脱，以使组分分离。常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。硅胶色谱频繁使用在脂质中的单一脂质，糖脂质以及磷脂质的分离。各种脂质被硅胶吸附，随着洗脱溶液的极性增加，各种极性不同的化合物被分离出来。 三、实验仪器 1. 层析柱(1.5×75cm) 2. 250mL 三角容量瓶 3. 分析天平（0.001g） 4. 真空浓缩装置 5. 搜集瓶 6. 氮气 四、实验材料与试剂 1. 正己烷 200mL 2. 乙醚15mL 3. 蒸馏水 1.3mL 4. 硅胶（100目左右） 25g 五、实验步骤 1. 活化硅胶（110度，6小时干燥）25g中加入5%蒸馏水使其部分钝化并充分混 匀放置30分钟。加入正己烷至刚好淹没硅胶为止并用超声波脱气3分钟。2. 层析柱底部放入脱脂棉少许（防止硅胶泄漏），将硅胶放入到层析柱中正己烷 溶液要没过硅胶层表面。
3. 准确称取食用油1±0.001 g加入到硅胶层析柱中用150mL正己烷/乙醚 （87∶13，v/v）洗脱，洗脱速度为2-3滴/min。洗脱时表面不能干和。 4. 收集的洗脱液用真空浓缩装置浓缩至无有机溶剂气味为止。 5. 准确称取浓缩物质量。 六、回收率计算 回收率= Ws/W×100% Ws：回收的甘油三酯质量（g） W：食用油质量（g） 七、思考题 1. 实验中加水的目的是什么？ 2. 怎样验证洗脱液中收集的甘油三酯的纯度。
ZXM生物分离工程期末复习
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。