生物工程下游技术参考资料(生物分离工程)

《生物工程下游技术》复习资料

一、名词解释

1. 凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。

2. 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。

3. 助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。

4. 浸取：也称之为浸出，用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程。

5. 超临界流体（SF）：是指某种气体（液体）或气体（液体）混合物在操作压力和温度均高于临界点时，使其密度接近液体，而其扩散系数和黏度均接近气体，其性质介于气体和液体之间的流体。

6. 反胶团：是两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发的向内聚集而成，内含微小水滴的空间尺度仅为纳米级的集合型胶体，是一种自我组织和排列而成的，并具有热力学稳定的有序构造。

7. 浓差极化：浓差极化是指，当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。

8. 膜：即死膜，人工合成的无生命的膜，是指分隔两相界面，并以特定形式限制和传递各种化学物质。

9. 超滤：以压力差为推动力，以多孔小薄膜为过滤介质，按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。

10. 软水：利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。

11. 色谱分离：色谱分离也称为色层分离或层析分离，在分析检测中则常称为色谱分析。它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(如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、分配系数等)的差别，使各组分以不同程度分布在固定相和流动相中；当多组分混合物随流动相流动时、由于各组分物理化学性质的差别，而以不同的速率移动，使之分离。

12. 结晶：当溶质从液相中析出时，形成晶形物质的过程称为“结晶”。

13. 干燥：常指借热能使物料中水分(或溶剂)气化，并由惰性气体带走所生成的蒸气的过程。

14. 蒸发：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，而使溶液中溶质浓度提高的过程。蒸发所用设备称为蒸发器。

15. 清洁生产：是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。清洁生产的定义涉及到两个全过程控制：生产全过程控制和产品整

个生命周期控制。

16. 乳化：是一种液体(分散相)分散在另一种不相混溶的液体(连续相)中的现象。

17. 细胞破碎技术：是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内物质包括目的产物成分释放出来的技术。

18. 亲和色谱：利用生物物质间的特异性相互作用，或者说是利用了某些生物物质之间特异的亲和力进行选择性分离的一种色谱分离技术。

19. 吸藏：是指母液中杂质吸附于晶体表面，如果晶体生长过快，杂质甚至会机械地陷入晶体。

20. 表面扩散：是指原子、离子、分子以及原子团在固体表面沿表面方向的运动。当固体表面存在化学势梯度场，扩散物质的浓度变化或样品表面的形貌变化时，就会发生表面扩散。

二、选择题

1.生物工业下游技术是指（ C ）。

A、“物质分离”

B、“产品加工”

C、“物质分离”和“产品加工”

2.在过滤分离中，滤液通过滤饼的速率与其黏度成（ B ）。

A、正比

B、反比

C、无关

3.微生物代谢产物大多（ A ）。

A、分泌到细胞外

B、存在于细胞内

三、判断题

1.分离是混合的逆过程，是一个熵增加的过程，是一个自发的过程（×）。

2.发酵液预处理的目的是浓缩目标产物（×）。

3.絮凝剂须有长链的线性结构，越长越好（×）。

4.细胞壁破碎的主要阻力是连接细胞壁网状结构的共价键（√）。

5.革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌细胞壁要薄。（×）

6.离子交换的推动力是离子浓度差。（√）

7.离子交换树脂的交联度大，其网孔大，机械强度大。（×）

四、填空题

1 以物理学为基础的分离操作，大致可分为以下三类：（平衡分离过程）、（拟平衡分离操作）、（非平衡分离操作）。

2 从工程学的角度来说，物性差异（越大），作为分离基础的实际利用价值越大。

3 一般地说，物质间的化学作用与物质间的物理作用力相比，选择性（更强），在高度选择性的精密分离中占有重要地位。

4 （肽聚糖）是细菌细胞壁的主要化学成分；酵母细胞壁的主要成分是（葡聚糖）；霉菌细胞壁主要由多糖组成，其中大多数的多糖壁是由（几丁质）和葡聚糖构成的。

2 细胞破碎的目的是释放出细胞内目的产物，方法很多。按其是否使用外加作用力可分为（机械法）和（非机械法）两大类。

5 机械法主要有（珠磨法）、（高压匀浆法）、（超声破碎法）和X-press法等。在机械破碎法中，由于消耗的机械能转为热量会使温度上升，在大多数情况下要采用（冷却）措施，以防止生物产品受热破坏。

6 非机械法有（酶溶法）、（化学渗透法）、物理法和干燥法等。

7 细胞破碎率测定方法主要有（直接测定法）、（目的产物测定法）和（导电测定法）三种。

8 按照生成氢键的能力，可将溶剂分成四种类型（N型溶剂）、（A型溶剂）、（B型溶剂）、（AB型溶剂）。

9 溶剂萃取的关键是萃取溶剂的选择，而选择的依据是（相似相溶）的原则。

10 多级逆流萃取和多级错流萃取相比，萃取剂消耗（少），产物收率(高)。

11 制备反胶团系统一般有三种方法：（注入法）、（相转移法）、（溶解法）。

12 根据膜的形式或排列方式，可以把膜区分为（管式）、（中空纤维式）、（平板式）和（螺旋卷绕式）。

13 孔径的测定方法很多，主要有（压汞法）、（泡压法）和（电子显微镜观测法）。

14 孔道特征包括（孔径）、（孔径分布）和（孔隙度），是膜的重要性质。

15 根据离子交换树脂官能团的性质，将其分为（强酸型）、（弱酸型）、（强碱型）、（弱碱型）、（鳌合型）、（两性）及（氧化还原）等7类。

16 按照溶质分子与固定相相互作用的机理不同，色谱分离可大致分成以下5大类：（吸附色谱分离）、（分配色谱）、（离子交换色谱）、（凝胶色谱）和（亲和色谱）。

17根据固定相的形状不同，色谱分离技术可分为（柱色谱）、（纸上色谱）、（薄层色谱）。

18 根据流动相的物态不同，色谱分离技术可分为（气相色谱分离）、（液相色谱分离）、（超临界色谱分离）。

19 根据操作压力不同，色谱分离技术不同可分为（低压色谱分离）、（中压色谱分离）、（高压色谱分离）。

20在色谱分离中，常用的展开方式有（洗脱展开法）、（前沿分析法）、（置换展开法）。

21按照热能供给湿物料的方式不同，干燥可分为以下几类：（导热干燥）、（辐射干燥）、（介电加热干燥）、（对流干燥）。

五、简答题

1 产品的分离提取工艺应考虑那些因素？

答：某一具体产品的分离提取工艺与下列情况有关：

(1)是胞内产物还是胞外产物；

(2)原料中产物和主要杂质浓度；

(3)产物和主要杂质的物理化学特性及差异；

(4)产品用途和质量标准；

(5)产品的市场价格；

(6)废液的处理方法等。

2 与目的产物混合的杂质主要包括那些成分？

答：与目的产物混合的杂质包括：

1.生物反应过程中的副产物；

2.未消耗完毕的原料；

3.生产过程中加入的化学试剂；

4.生产设备材料物质。

3 微生物发酵液有那些特性？

答：微生物发酵液的特性可归纳为：

①发酵产物浓度较低，大多为1％一10％，悬浮液中大部分是水；

②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；

③固体粒子可压缩性大；

④液相粘度大，大多为非牛顿型流体；

⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。

这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难。

4 除去发酵液杂蛋白质的常用方法有那些？

答：杂蛋白质的除去常用方法：

(1) 沉淀法：蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子（三氯乙酸盐、水扬酸盐）形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。(2) 变性法：使蛋白质变性的方法很多，如：加热，调节PH，有机溶剂，表面活性剂等。其中最常用的是加热法。

(3) 吸附法：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。

5 溶剂萃取法有那些优点？

答：有以下优点：

比化学沉淀法分离程度高；比离子交换法选择性好、传质快；比蒸馏法能耗低。另外它还有生产能力大、周期短、便于连续操作、容易实现自动化控制等优点。

6 溶解过程的能量变化分那三个过程？

答：(1)溶质B各质点的分离；原先是固态或液态的溶质B．先分离成分子或离子等单个质点。此过程需要吸收能量，这种能量的大小通常与分子之间的作用力有关；

(2)溶剂A在溶质B的作用下形成可容纳B质点的空位；此过程也需要吸收能量，其大小与溶剂分子A之间的相互作用力有关；该能量还与溶质分子B的大小有关。

(3)溶质质点B进入溶剂A形成的空位；此过程放出能量。

7 反胶团萃取技术有哪些优点？

答：1) 有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性；

2) 分离、浓缩可同时进行，过程简便；

3) 能解决蛋白质（如胞内酶）在非细胞环境中迅速失活的问题；

4) 由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞破壁功效，因而可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶；

5) 反胶团萃取技术的成本低，溶剂可反复使用等。

8 乳化液膜有哪些优点？

答： (1)具有选择性； (2)较高的浓缩能力； (3)连续运转的可能性； (4)前处理方便或无需前处理； (5)经济性好。

9 亲和色谱中选择理想载体有什么特征？

答：理想载体的特性：

(1)不溶性；

(2)渗透性，即具有疏松的网状结构，容许大分子自由通过；

(3)高硬度及适当的颗粒形式，最好为均匀的珠状；

(4)最低的吸附力；

(5)较好的化学稳定性；

(6)抗微生物和酶的侵蚀；

(7)亲水性；

(8)具有大量的供反应的化学基团，能与大量配基共价连接。

10 按原理分类，色谱分离方法有哪几类？

答：（1）按溶质分子与固定相相互作用的机理不同，色谱分离可大致分成如下5大类：吸附色谱分离，分配色谱，离子交换色谱，凝胶色谱，亲和色谱。

（2）根据固定相的形状不同，色谱分离技术可分为柱色谱分离、纸上色谱分离、薄层色谱分离。

（3）根据流动相的物态不同，色谱分离技术可分为气相色谱分离、液相色谱分离、超临界色谱分离。

（4）根据操作压力不同，色谱分离技术不同可分为低压色谱分离、中压色谱分离、高压色谱分离。

11 结晶过程中，晶核的形成有那几种形式？

答：有三种形式：

(1)初级均相成核：溶液在不含外来物体时自发产生晶核，称为初级均相成核。

(2)初级非均相成核：在外来物体(如大气微尘)诱导下产生晶核的现象称为初级非均相成核。

(3)二次成核：溶液中已有溶质晶体存在的条件下形成晶核的现象称二次成核。二次成核中又以接触成核占主导。

12 影响接触成核速率的因素有那些？

答：影响接触成核速率的因素有：

(1)过饱和度的影响：产生的晶粒数N是过饱和度S的函数。无论哪一类晶体，晶核生成量与晶体生长速率成正比。

(2)碰撞能量E的影响：碰撞能量纯越大，产生的晶粒数越多。

(3)螺旋桨的影响：螺旋桨对接触成核的影响最大，主要体现在它的转速和桨叶端速度上。

(4)晶体粒度的影响：晶体粒度大，碰撞能量大，则晶核生成量增加。当悬浮晶粒随溶液循环而流经桨叶的旋转平面时，并非所有粒度的晶粒都有机会与桨叶相接触。只有当晶体大于某一粒度值后才能和桨叶碰撞产生二次晶核。也就是说小晶粒在循环中难与螺旋桨接触。

(5)螺旋桨材质的影响：聚乙烯桨叶与不锈钢桨叶相比晶核生成量相差4倍以上，软的桨叶吸收了大部分碰撞能量，使晶核生成量大幅度减少(也有晶核的生成与材质无关的报道)，一般情况下，低转速时，桨叶材质的影响要突出些。

13与常压蒸发相比，减压（真空）蒸发有那些优点？有哪些缺点（缺点这点老师没说考）？

答：与常压蒸发相比，它有以下优点：

(1)溶液沸点低，可用温度较低的低压蒸汽或废蒸汽作加热蒸汽。

(2)溶液沸点低，同样蒸汽，所需的传热面小。

(3)沸点低，有利于处理高温下易分解和变质的热敏性物料。

(4)蒸发器的操作温度低，系统的热损失小。

减压（真空）蒸发的缺点：

(1)溶液温度低，粘度大热系数小。

(2)蒸发器和冷凝器的内压力低于大气压，完成液和冷凝水需用泵或大气腿徘出。

(3)需用真空泵抽出不凝性气体，保持一定真空度，需多耗能。

14 “清洁生产”应该包括哪三方面的内容？

答：(1)清洁生产工艺技术和过程：含先进的无废少废技术、高效的装备和完善的管理；

(2)清洁产品：使用中和使用后对人体和环境无害；

(3)清洁能源：包括常规能源清洁利用、采用节能技术、再生

能源和新能源的开发利用。

15双水相萃取技术有哪些优势？

答：ATPE 作为一种新型的分离技术，对生物物质、天然产物、抗生素等的提取、纯化表现出以下优势：

(1)含水量高(70％--90％)，在接近生理环境的体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；

(2)可以直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需的蛋白质（或者酶），还能不经过破碎直接提取细胞内酶，省略了破碎或过滤等步骤；

(3)分相时间短，自然分相时间一般为5min ～15 min ；

(4)界面张力小(10-7～ 10-4mN ／m)，有助于两相之间的质量传递，界面与试管壁形成的接触角几乎是直角；

(5)不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发物质，对人体无害；

(6)大量杂质可与固体物质一同除去；

(7)易于工艺放大和连续操作，与后续提纯工序可直接相连接，无需进行特殊处理；

(8)操作条件温和，整个操作过程在常温常压下进行；

(9)亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的选择性。

六、论述题

1.(书本P59 4)用碟片式离心机分离大肠杆菌基因工程菌悬浮液，已知大肠杆菌的最小颗粒为d=1.0μm （化为10-6m ）；离心机的角速度ω=880rad/s ，碟片数n=72，倾斜角速度θ=38°，碟片内径r 1=0.036m ，外径r 2=0.081m ；固体密度ρS =1050kg/m 3，液体密度ρL =1020kg/m 3，液体粘度μ=1.02×10-3Pa ·s 。

(1)求上述分离条件下离心机最大生产能力。

(2)若细胞破碎后离心，此时料液粘度上升至μ=8.0×10-3Pa ·s ，其余条件不变。如果要分离的最小细胞碎片为d=0.2μm ，试确定其离心机的最大生产能力。

(3)计算结果说明了什么？

解：（1）最大生产能力公式：Z vw Q 2= 单位：s m /3 其中：g L s d v

⋅-=μρρ18)(2 单位：m/s

θπctg r r g

n Z )(323132-= 由上可得：

360038)(3218)(313222⋅⋅-⋅⋅⋅⋅-= ctg r r g

n g d Q L s πμωρρ（A ） 代入相应数值可得 h m Q /426.03=

（2）代入相应数值到A 式可得 h m Q /1017.233-⨯=

（3）说明该碟片式离心机的生产能力不高（仅供参考）。

2.超临界流体萃取-CO ２萃取剂优点有哪些?

答：用超临界萃取方法提取天然产物时，一般用CO 2作萃取剂。这是因为：

(1) 临界温度和临界压力低(Tc=31.1℃，Pc=7.38MPa)，操作条件温和，对有效成分的破坏少，因此特别适合于处理高沸点热敏性物质，如香精、香料、油脂、维生素等；

(2)CO 2可看作是与水相似的无毒、廉价的有机溶剂；

(3)CO 2在使用过程中稳定、无毒、不燃烧、安全、不污染环境，且可避免产品的氧化：

(4)CO 2的萃取物中不含硝酸盐和有害的重金量，并且无有害溶剂的残留；

(5)在超临界CO 2萃取时，被萃取的物质通过降低压力，或升高温度即可析出，不必经过反复萃取操作，所以超临界CO 2萃取流程简单。

因此超临界CO 2萃取特别适合于对生物、食品、化妆品和药物等的提取和纯化。

3.在微生物细胞破碎技术中，机械法与非机械法有什么不同。

答：破碎方式分为机械法与非机械法。机械法包括以固体剪切力作用为机理的珠磨法与压榨法，以液体剪切力为作用机理的高压匀浆和超声波破碎法。非机械法包括干燥处理手段和以溶胞作用为机理的酶溶法、化学法、物理法。二者相比各有特点，同时也有自身局限性，以下是二者之间的不同。

（1）破碎机理：机械法应用高压或研磨剂，使细胞悬液在加速碰撞下迅速破碎，应用剪切作用，相对剧烈的切碎细胞，而非机械法运用化学试剂对细胞壁和膜的作用，改变通透性，以溶解局部壁膜的温和方式。

（2）碎片大小：机械法通过高压碰撞，剪切磨损 已将细胞打成细小碎片，以至于匀浆中成分复杂，不易分离胞内物。非机械法只作用于细胞表面，所以在细胞大小方面，碎片较大，外形较完整，碎片少，易于初步分离。

（3）内含物释放：机械法可以将内含物全部释放，而非机械法部分释放，由微生物结构特性以及不同细胞对化学渗透剂的不同作用所致，破碎难易度不同，对试剂作用不同。

（4）黏度：核酸释放的多少影响到黏度。机械法释放的核酸多，黏度高，非机械法基本不破坏细胞核，因此核酸释放少，浆液黏度低，便于进一步提取。

（5）时间效率：机械法作用时间短，效率高。而非机械法作用时间长，效率低，一般胞内物质释放率不超过百分之五十，而处理时间则长达2小时以上，所以往往需要添加还原剂保护，以防止活性损失太多，通常为提高收率而采用较高实际浓度，试剂用量大，成本高，也给后处理带来不便。

（6）设备：机械法需用专用设备如高压匀浆器，珠磨机。因此在工业生产上应用较广，而非机械法不需用专用设备，只须用化学试剂，控制好温度等条件既可。

（7）通用性：机械法通用性较强，除对仪器有堵塞作用如团状或丝状真菌以及较小的革兰阳性菌不适用高压匀浆器之外，一般大部分微生物细胞可采取机械法处理，而非机械法通用性差，某种试剂只能作用于某些特定类型的微生物细胞。

（8）经济方面：机械法只须用特定的仪器，控制条件方便 容易 变化不大，所以成本低。非机械法所用相应的化学试剂，培养时间长，成本高。

（9）应用范围：机械法适用于实验室，工业范围，非机械法适用于实验室范围。

机械法高效，廉价，简单，而得以工业化应用，但敏感性物质失活问题，碎片去除以及杂蛋白太多等问题仍要解决。

4.论述反渗透、超滤、微孔过滤、纳米过滤的异同点。

答：它们的特性论述如下：

（1）反渗透法比其他的分离方法(如蒸发、冷冻等方法)有显著的优点：相态不变，无需加热，设备简单，效率高，占地小，操作方便，能量消耗少等。

应用：如海水的脱盐，食品医药的浓缩，超纯水的制造，以及对微生物的分离控制等许多方面。

（2）超滤：能截留相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程。

优点：相态不变．无需加热，所用设备简单，占地面积小，能量消耗低。操作压力低，泵与管对材料要求不高等。

反渗透法必须施加较高的压力，而超滤的操作压力较小。

问题：与反渗透法相比，水通量大得多，其动力费用较大。和其他浓缩方法相比，通常只能浓缩到一定程度。

（3）微孔过滤主要分离流体中尺寸为0.1—10um的微生物和微粒子。

优点：膜厚度薄，孔径均一，空隙率高，滤速快，吸附少和无介质脱落。

问题：膜性脆易碎，机械强度差，须把它衬贴在平滑的多孔支撑体上。

应用：实验室中，主要用于微生物检测、微粒子检测。

工业上，主要用于灭菌液体的生产；反渗透及超滤的前处理；电子工业中超纯水制造和空气过滤。

（4）纳米过滤：是介于超滤和反渗透之间，以压力差为推动力，从溶液中分离出300-1000相对分子质量物质的膜分离过程。

特点： (1) 能截留小分子的有机物，并可同时透析出盐，即集浓缩与透析为一体。

(2)操作压力比反渗透低，因无机盐能通过。节约动力。

5. 利用离心法和过滤法进行固液分离的原理、常用设备及优缺点。

（一）离心法：

原理：离心机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机械，由于离心力场所产生的强大离心力，所以利用离心分离可分离悬浮液中极少的固体微粒和大分子物质。

常用设备：按其作用原理不同，可分为过滤式离心机和沉降式离心机两大类。前者转鼓上开有小孔，有过滤介质。主要用于处理悬浮液固体颗粒较大、固体含量较高的场合。后者转鼓上无孔，不需过滤介质。主要用于处理固液、液液固等分离。

优点：具有分离速率快，分离效率高、液相澄清度好。

缺点：设备投资高、能耗大，此外连续排料时，固相干度不如过滤设备。

（二）过滤法：

原理：悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒与溶液分离。

根据过滤机理不同，过滤操作分为澄清过滤和滤饼过滤。

在澄清过滤中，所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管子等组成的成型颗粒滤层，当悬浮液通过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清。此法适用于固体含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5~100μm的悬浮液的过滤分离。

滤饼过滤中，过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布;毡、石棉扳、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。滤饼过滤按推动力的不同可以分为四种，即重力过滤、加压过

滤、真空过滤和离心过滤。

优点：固相干度好，无需设备，能耗低，经济成本低。

缺点：容易形成滤饼，分离效率低。

6. 论述细胞壁破碎常用的五种方法。

答：细胞壁破碎常用的五种方法有珠磨法、高压匀浆法、超声波法、酶溶法和化学渗透法。（1）珠磨法：利用进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的研磨剂一起快速搅拌或研磨，研磨剂、珠子与细胞之间的互相剪切、碰撞，使细胞破碎释放出内含物。

优点：珠磨机连续操作时兼具破碎和冷却双重功能，减少了产物失活的可能性，在适当条件下一次操作即可达到较高的破碎率，适合于各种微生物细胞的破碎。

缺点：操作参数多，一般凭经验估计，在大规模操作中，夹套冷却控温难度大。

（2）高压匀浆法：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破裂。

优点：操作参数少，适合于大规模操作，

缺点：不适合于丝状真菌及含有包涵体的基因工程菌。破碎率较低，往往需循环2-4次才能达到较高的破碎率，容易引起产物的失活的可能性，需配备换热器进行级间冷却。

3）超声破碎法：通常采用的超声破碎机在15—25kHz的频率下操作。

优点：操作简便，液量损失少，适合实验室规模。

缺点：易引起温度的剧烈上升，在大规模操作中，声能传递和散热困难，产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物质失活。

4) 酶溶法：利用酶反应,分解破坏细胞壁上的特殊键，从而达到破壁的目的。

优点：选择性释放产物，条件温和，核酸泄漏量少，细胞外形完整。

不足：价格高，限制了大规模应用，通用性差，不同菌种需选择不同的酶，不易确定最佳的溶解条件；产物抑制的存在。

5)化学渗透法：某些化学试剂如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、变性剂等通过改变细胞壁或膜的通透性（渗透性），从而使胞内物质有选择地渗透出来。化学渗透法取决于化学试剂的类型以及细胞壁的结构与组成。

优点：(1)对产物释放具有一定选择性。 (2)细胞外形保持完整，碎片少，浆液粘度低，易于固液分离和进一步提取。

缺点： (1)通用性差，某种试剂只能作用于某些特定类型的细胞。 (2)时间长，效率低，一般胞内物质释放率不超过 50％。(3)有些化学试剂有毒性，在其后的产物提取精制过程中需设法分离除去。

气相色谱中内标法与外标法的应用

一、内标法

1.什么叫内标法?怎样选择内标物?

内标法是一种间接或相对的校准方法。在分析测定样品中某组分含量时，加入一种内标物质以校准和消除出于操作条件的波动而对分析结果产生的影响，以提高分析结果的准确度。

内标法在气相色谱定量分析中是一种重要的技术。使用内标法时，在样品中加入一定量的标准物质，它可被色谱拄所分离，又不受试样中其它组分峰的干扰，只要测定内标物和待测组分的峰面积与相对响应值，即可求出待测组分在样品中的百分含量。采用内标法定量时，内标物的选择是一项十分重要的工作。理想地说，内标物应当是一个能得到纯样的己知化合物，这样它能以准确、已知的量加到样品中去，它应当和被分析的样品组分有基本相同或尽可能一致的物理化学性质(如化学结构、极性、挥发度及在溶剂中的溶解度等)、色谱行为和响应特征，最好是被分析物质的一个同系物。当然，在色谱分析条什

下，内标物必须能与样品中各组分充分分离。需要指出的是，在少数情况下，分析人员可能比较关心化台物在一个复杂过程中所得到的回收率，此时，他可以使用一种在这种过程中很容易被完全回收的化台物作内标，来测定感兴趣化合物的百分回收率，而不必遵循以上所说的选择原则。

2.在使用内标法定量时，有哪些因素会影响内标和被测组分的峰高或峰面积的比值?

影响内标和被测组分峰高或峰面积比值的因素主要有化学方面的、色谱方面的和仪器方面的三类。

由化学方面的原因产生的面积比的变化常常在分析重复样品时出现。

化学方面的因素包括：

1、内标物在样品里混合不好；

2、内标物和样品组分之间发生反应，

3、内标物纯度可变等。

对于一个比较成熟的方法来说，色谱方面的问题发生的可能性更大一些，色谱上常见的一些问题(如渗漏)对绝对面积的影响比较大，对面积比的影响则要小一些，但如果绝对面积的变化已大到足以使面积比发生显著变化的程度，那么一定有某个重要的色谱问题存在，比如进样量改变太大，样品组分浓度和内标浓度之间有很大的差别，检测器非线性等。进样量应足够小并保持不变，这样才不致于造成检测器和积分装置饱和。如果认为方法比较可靠，而色谱固看来也是正常的话，应着重检查积分装置和设置、斜率和峰宽定位。对积分装置发生怀疑的最有力的证据是：面积比可变，而峰高比保持相对恒定，

3.在制作内标标准曲线时应注意什么?

在用内标法做色话定量分析时，先配制一定重量比的被测组分和内标样品的混合物做色谱分析，测量峰面积，做重量比和面积比的关系曲线，此曲线即为标准曲线。在实际样品分析时所采用的色谱条件应尽可能与制作标准曲线时所用的条件一致，因此，在制作标准曲线时，不仅要注明色谱条件(如固定相、柱温、载气流速等)，还应注明进样体积和内标物浓度。在制作内标标准曲线时，各点并不完全落在直线上，此时应求出面积比和重量比的比值与其平均位的标准偏差，在使用过程中应定期进行单点校正，若所得值与平均值的偏差小于2，曲线仍可使用，若大于2，则应重作曲线，如果曲线在铰短时期内即产生变动，则不宜使用内标法定量。

二、外标法

用待测组分的纯品作对照物质，以对照物质和样品中待测组分的响应信号相比较进行定量的方法称为外标法。此法可分为工作曲线法及外标一点法等。工作曲线法是用对照物质配制一系列浓度的对照品溶液确定工作曲线，求出斜率、截距。在完全相同的条件下，准确进样与对照品溶液相同体积的样品溶液，根据待测组分的信号，从标准曲线上查出其浓度，或用回归方程计算，工作曲线法也可以用外标二点法代替。通常截距应为零，若不等于零说明存在系统误差。工作曲线的截距为零时，可用外标一点法(直接比较法)定量。

外标一点法是用一种浓度的对照品溶液对比测定样品溶液中i组分的含量。将对照品溶液与样品溶液在相同条件下多次进样，测得峰面积的平均值，用下式计算样品中i组分的量：

W＝A(W)／(A)

式中W与A分别代表在样品溶液进样体积中所含i组分的重量及相应的峰面积。(W)及

(A)分别代表在对照品溶液进样体积中含纯品i组分的重量及相应峰面积。外标法方法简便，不需用校正因子，不论样品中其他组分是否出峰，均可对待测组分定量。但此法的准确性受进样重复性和实验条件稳定性的影响。此外，为了降低外标一点法的实验误差，应尽量使配制的对照品溶液的浓度与样品中组分的浓度相近。

外标法external standard method

色谱分析中的一种定量方法，它不是把标准物质加入到被测样品中，而是在与被测样品相同的色谱条件下单独测定，把得到的色谱峰面积与被测组分的色谱峰面积进行比较求得被测组分的含量。外标物与被测组分同为一种物质但要求它有一定的纯度，分析时外标物的浓度应与被测物浓度相接近，以利于定量分析的准确性。

三、定量分析中怎样选择内标法或外标法(来源：药物分析网）

选一与欲测组分相近但能完全分离的组分做内标物（当然是样品中没有的组分），然后配制欲测组分和内标物的混合标准溶液，进样得相对校正因子。再将内标物加入欲测组分的样品中，进样后测得欲测组分和内标物的定量参数。用内标法公式计算即可。

内标法是将一定量的纯物质作内标物，加入到准确称量的试样中，根据被测试样和内标物的质量比及其相应的色谱峰面积之比，来计算被测组分的含量。

选择内标物有四个要求：1.内标物应是该试样中不存在的纯物质；2.它必须完全溶于试样中，并与试样中各组分的色谱峰能完全分离；3.加入内标物的量应接近于被测组分；4.色谱峰的位置应与被测组分的色谱峰的位置相近，或在几个被测组分色谱峰中间。

内标法的优点是测定的结果较为准确，由于通过测量内标物及被测组分的峰面积的相对值来进行计算的，因而在一定程度上消除了操作条件等的变化所引起的误差。内标法的缺点是操作程序较为麻烦，每次分析时内标物和试样都要准确称量，有时寻找合适的内标物也有困难。

外标法简便，但进样量要求十分准确，要严格控制在与标准物相同的操作条件下进行，否则造成分析误差，得不到准确的测量结果。

内标与外标都是定量的一种方法而已，至于哪一种方法好与不好不能一概而论，做不同的分析，面对着不同的要求，再加上分析成本分析效率等等问题，我想简单而有效进行定量分析来满足要求才是最重要的。

1、以前做过很多医药、农药中间体的芳香族卤代化合物的常量定量分析，没有自动进样器，用外标法定量，确实重现性与稳定性非常差，结果经常受到搞合成同事的质疑。其实，仔细分析原因不一定就是外标法不适合这种定量分析，首先我们的实验室仪器和手段是否调整到一种稳定而合理的状态了，比如，衬管是否洁净，玻璃棉的位置是否合适恰当（能否使样品尽可能的汽化）、汽化温度是否合适、色谱峰形是否对称（也就是样品与色谱柱健合相是否匹配）、附近有没有其它色谱峰的干扰、选用什么进样方式（如快速进样还是热针进样）等等因素的影响都需要考虑，如果这些因素都考虑了，按照GMP方法验证对于精密度的要求，同一样品进6针以上的RSD和配制6个样品的定量结果RSD都能满足小于1.5%的要求，那么这个方法用外标法就是完全适用的，但是前面的影响因素是一定要都考虑到的，否则谈论

这个方法是否适用就有失偏颇了。在做过的许多出口产品的定量分析方法当中有许多是一些医药公司提供的比较完善而验证过的方法，内标与外标都有（他们用的都是自动进样）精密度都能满足RSD小于1.5%的要求，当一个方法能够满足测试要求的时候，无论内标外标，都是可行的，当然有一个分析成本和分析时间的问题，内标的成本和控制溶液、样品溶液的配制当然要比外标要高和麻烦一些了。而有些时候，可能受你实验室现有仪器和附属设备的影响，达不到一定的要求，而还必须进行定量分析，有时外标的结果可能就要差一些，这时，你可能就要考虑用内标法了，可以排除手动进样的误差、分流歧视的影响、包括一些未知因素平行误差的影响，这时内标可能就显示出它的优势来了。

2、上面已经提到当做方法验证的时候，当同一样品配制6个样品溶液用所选用的外标法进行定量的时候，RSD都满足1.5%的要求时，也分为两种情况，小于1%和大于1%小于1.5%。如果RSD的结果小于1%，那这个方法就没有什么可以怀疑的了；如果RSD的结果大于1%而在1.5%略低一些的范围活动时，这个方法的可行性就将受到质疑，毕竟这是方法验证，你就要考虑上面1所提到的影响因素的影响了，如果排除掉以上的影响因素，RSD还是在1.5%附近，就要尝试内标了，如果内标结果的RSD很好，就证明你的这个方法受实验条件的影响很大，只能用内标了，或者干脆将原方法做大的变动，再尝试用外标法测试。

3、而对于微量分析，比如农药和兽药残留的分析、环境分析等，根据不同的限量标准要求对于精密度的要求也比常量分析的要求要宽松的多，RSD有时可以允许达到10%甚至更高，这时可能外标法有更大的应用空间。

4、单从精密度方面去考虑，排除其它成本和效率的因素，个人认为还是内标优于外标。曾经做过一个中间体二氨基丙醇的常量定量分析，以二乙醇胺为内标，RTX-5

amine（碱改性）

15m*0.32mm*1.0um色谱柱分析，将配制好的控制溶液（含有内标物）自动进样器进6针，目的物（二氨基丙醇）与内标物（二乙醇胺）峰面积比率的RSD为0.18%，而只对这六针样品的目的物峰（二氨基丙醇）面积求RSD，结果为0.71%，通过这一实例的结果大家就会发现到底哪个方法精密度更好了，当然是内标更好了。当然这个化合物的检测方法最后根据上面的验证数据用内标和外标定量都是可以的，实验室可以自由选择。但内标与外标精密度结果的差异是显然存在的事实。

结论：应用外标法能够满足要求，首选还是外标法了，毕竟简单而省事。对于精密度要求比较高、结果准确度会产生重大影响、实验室条件不是很理想的等等条件下，用内标法还是必要的。无论应用那种方法，方法的验证和确认都是很重要的，只要是按照程序经过验证和确认的方法，都有其应用的空间的。

生物分离工程

第一章绪论 1.生物分离工程是指从发酵液、酶反应也活动植物培养液中分离、纯化生物产品的过程。 2.生物分离的一般流程：发酵液的预处理；提取；精制；成品加工。 第二章发酵液的预处理 1.过滤和离心是最基本的单元操作。 2.凝集是指在投加的化学物质作用下，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.絮凝是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.调节pH法：在进行pH调节时，一般采用草酸等有机酸或某些无机酸来进行。Ca+经常选用酸化剂为 草酸；Mg+的去除是采用加入磷酸盐，如三磷酸钠；Fe+通常加入黄血盐。 5.影响发酵液过滤的因素：菌种；发酵液粘度。 6.发酵液的过滤设备形式很多，按过滤的推动力分为：重力式过滤器、压力式过滤器、针孔式过滤器和 离心式过滤器。 7.目前国内外对过滤液的分离和过滤常采用的设备为：板框式压滤机；板式压滤机；自动板框式压滤机 和真空过滤机。 第三章细胞分离技术 1.细胞破碎的方法可分为：机械破碎发、物理破碎法、化学渗透法及酶溶法。 2.变性剂的加入，可削弱氢键的作用，使胞内产物相互之间的作用力减弱，从而易于释放。 3.包埋病毒粒子具一定形状和大小的蛋白结晶体，在相差显微镜下呈现强的折光性，由单一多肽构成。第四章沉淀技术 1.盐析：蛋白是在搞离子强度溶液中溶解度降低，以致从溶液里沉淀出来的现象称为盐析。 2. 常用脱盐处理的方法有：透析法、超滤法及凝胶过滤法。 3．有机溶剂沉淀法的原理：①传统观点认为向蛋白质溶液中加入丙醇或乙醇等有机溶剂，水的活度程度降低，水对蛋白子表面的水化程度降低，即破坏了蛋白子表面的某水化蹭；另外，溶液的介电常数下降，蛋白子分之间的静电引力增大，从而聚集和沉淀。②新观点认为，有机溶剂可能破坏蛋白质的某种键，使其空间结构发生某种程度的变化，致使一些原来包在内部的疏水基团暴露于表面并与有机溶剂的疏水基团结合形成疏水层，从而是蛋白子沉底，而当蛋白子的空间结构发生变形超过一定程度时，使会导致完全的变性。 第五章萃取技术 1.萃取是利用溶质在互不相容的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成 的溶液中萃取出来的方法。 2.工业上液液萃取的基本过程包括：混合；分离，溶剂回收。 3.单机萃取的计算，Hxf+Lyf=Hx+Ly K=y/x E=KL/H ￡=1/(1+E) 1-￡=E/(1+E) 4.在生化工程中得到广泛应用的双水相体系主要是聚乙二醇-葡聚糖体系和聚乙二醇-无机盐系统。 5.液膜组成：莫溶剂；表面活性剂；流动载体；膜真强剂。 6.夜魔分类：乳状液莫；支撑液膜；流动液膜。 7.液膜萃取机理：单膜迁移机理，又称物理渗透，是根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度和扩散 系数的不同而进行的萃取分离；促进迁移机理，又称反萃相化学促进迁移；载体输送机理，利用 膜相中流动载体选择性输送作用的传质机理称为载体输送，又称Ⅱ型促进迁移。根据向流动载体 功能方式不同，载体输送又分为3种类型：载体促进扩散传递；载体促进你留传递；载体促进并 流传递。 8.反胶团：若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其溶度超过临界胶束溶度，便会在有机 溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶团。 9.反胶团萃取蛋白质，萃取过程是静电引力、疏水力、亲和力或几种力协同作用的结果，其中蛋白

生物工业下游技术

1.生物分离工程： 由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，称为分离工程，也称为下游技术或下游工程。 主要内容包括预处理、提取（初步分离）、精制（高度纯化）、成品制备。不确定 2.生物产品特点： （1）粗料发酵：酒精、柠檬酸、酶制剂等。 （2）产物浓度低； （3）组分复杂； （4）产物稳定性差（化学微生物降解）； （5）质量要求高（食品或药品）； （6）分批操作，生物变异性大。 3.生物分离过程的选择准则 （1）步骤少 （2）次序合理（例如盐析、离子交换） （3）产品规格（注射、非注射） （4）生产规模 （5）物料组成 （6）产品形式（固体适当结晶，液体适当浓缩） （7）产品稳定性 （8）物理性质：溶解度、分子电荷、分子大小、功能团、挥发性等 （9）危害性 （10）废水处理 具体： （1）尽可能简单、低耗、高效、快速。 （2）分离步骤尽可能少。 （3）避免相同原理的分离技术多次重复出现。 比如，分子筛和超滤技术按分子量大小分离，重复应用两次以上，意义就不大了。（4）尽量减少新化合物进入待分离的溶液。 A)引起新的化学污染； B)蛋白质的变性失活 （5）合理的分离步骤次序。 原则是：先低选择性，后高选择性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。 （6）要掌握的产物物化性质： (A)溶解度及影响因素(温度、pH值、有机溶剂和盐等)； (B)分子量和分子形状(高分子物质)； (C)沸点和蒸汽压(对于热稳定的小分子物质) ； (D)极性大小； (E)分子电荷及影响因素，包括pH值和盐等； (F)功能团(萃取剂和特异性吸附的选择) ； (G)免疫原性,设计亲和色谱； (I)稳定性及其影响因素(温度、pH值、毒性试剂)； (J)等电点pI；

生物下游技术复习资料

生物下游技术复习资料 第一章 一.生物分离工程的概念：是生物化学工程的一个重要组成部分，指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程，因它处于整个生物产品生产过程的后端，又称为生物工程下游技术。它描述了生物产品分离、纯化过程的原理、方法和设备。 二.生物分离工程的一般流程包括四步：发酵液的预处理、提取、精制和成品加工。 1.发酵液的预处理：离心和过滤是该步骤最基本的单元操作，凝聚和絮凝可加速固液两相的分离。 2.产物的提取：主要是去除与目标产物性质有很大差异的杂质，使目标产物的纯度和浓度有较大程度的提高，这步可选的操作范围较广，如吸附，萃取，沉淀。 3.产物的精制：用于去除与目标产物有类似化学功能和物理性质的杂质，所选用的操作具有高选择性，但可选用的操作技术有限，首选色谱分离技术，目前这一阶段的单元操作涉及色谱技术有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱等。 4.成品的加工处理：产品的加工方式是由产物的最终用途和要求所决定的，常用的方法有浓缩、结晶和干燥。 三.生物分离过程的特点：（2010考过，） （一）、生物分离过程的体系特殊 1、原料液的特点： 1）、原料液体系复杂2）、存在与目标分子结构相近的分子及异构 3）、产物浓度很低；4）、产物活性易降低或失活 2、对产物的要求 1）、要求目标物具有活性；2）、要求产物高纯度；3）、副作用小 （二）、生物分离过程的工艺流程特殊 1、工艺设计 1）、操作条件特殊；2）、多种高选择技术结合使用；3）、优化设计分离过程和各个单元操作；4）、要求设计工艺流程具有一定的适用范围。 2、单元操作 1）、单元操作的种类多；2）、同一单元操作可以在不同工艺阶段使用；3）、不同单元操作可以结合使用。 （三）、生物分离过程的成本特殊

生物分离工程

第一章 1.生物分离工程定义 是生物化学工程的一个重要组成部分，它是描述回收生物产品分离过程原理和方法的一个术语，指从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。 2.生物产品定义 生物产品是指在生产过程的某一阶段，应用生化反应制得的产品。它包括传统的（常规的）生物技术产品（如用发酵生产的有机溶剂，氨基酸，有机酸，抗生素）和现代生物技术产品（如用重组DNA技术生产的医疗性多肽和蛋白质）。 3.下游加工选择准则 （1）采用步骤数量少；（2）采用步骤的次序要相对合理；（3）产品的规格；（4）产品的生产规模；（5）进料组成；（6）产品的形式、稳定性、物性；（7）危害性，废水；（8）分批或连续过程， 第二章 1.预处理常见方法 预处理的目的：改变发酵液的物理性质促进固液分离，有利于产物的回收，并能够去除发酵液中的杂质； 方法：1)加热;最简单、最经济的预处理方法是加热，加热不仅可以增加料液的操作特性，也可以对其进行灭菌。但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。 2)调节pH; 3)凝聚和絮凝;通过电解质的加入促进原始溶液的凝聚和絮凝，试剂有简单的电解质、酸、碱、合成的聚合电解质。 4)助滤剂上的吸附; 这些方法也适用于对于离心和沉淀过程。 2.凝聚与絮凝的比较 1）凝聚：简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位，从而使得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。 凝聚值：使胶粒发生凝集作用的最小电解质浓度（mmol/L）。 反离子的价数越高，凝聚值就越小。A13+＞Fe3+＞H+……常用的有明矾（硫酸铝）、石灰、硫酸亚铁、三氯化铁等 2）絮凝：预处理时加入合成聚合电解质既能降低排斥电位，又吸附了周围的微粒，形成桥架作用，促使胶粒形成粗大，密度低的絮凝团。这些絮凝团很容易被过滤得到。 3.过滤操作计算 见书本P20 4.助滤剂定义 助滤剂是一种颗粒均匀，质地坚硬、不可压缩的颗粒物质，过滤时能够防止介质堵塞。1）硅藻土：硅藻土是百年前水生植物沉淀下来的遗骸。2）珍珠岩：珍珠岩是处理过的膨胀火山岩。 第三章

生物分离工程

绪论 1、生物分离工程的定义：从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物 产品的过程。 2、生物分离工程特点：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 生化产品的稳定性差；4 对最终产品的质量要求高。 3、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 答：1、发酵液的预处理与固液分离，过滤(filtration) 、离心(centrifugation) 2、初步纯化，沉淀(precipitation) 、萃取(extraction) 、吸附( adsorption )、膜分离(membrane separation) 3 、高度纯化，色谱 ( chromatography )、电泳(electrophoresis) 4、成品加工，结晶(crystallization) 、干燥(drying) 。 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？ 答：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、产品和主要杂质独特的物化性质6、不同分离方法的技术经济比较。 5、阐述生物分离工程的发展动向。 答、1、基础理论研究2、提高分离过程的选择性3、开发分离介质4、提高分离纯化技术5、清洁生产 6 、规模化、工程化研究 6、分离效率的评价：目标产物的浓缩程度、分离纯化程度、回收率 第二章细胞分离与破碎Cell isolation and disruption 1 如何预处理发酵液? 答：1. 高价无机离子的去除方法去除钙离子：通常使用草酸。去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。去除铁离子: 加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。2、杂蛋白质的除去：沉淀、 吸附法、变性法、凝聚Coagulation 和絮凝flocculation 3. 有色物质的去除及其他：使用吸附剂去除有色物质(离子交换剂、离子交换纤维、活性炭等) 、用工业酶制剂可净化发酵产物，除去干扰性浑浊物、使用惰性助滤剂、加入反应剂 2 凝聚和絮凝的区别 答：凝聚：向胶体悬浮液中加入电解质，由于双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集( 1mm 左右)的现象。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( 10mm)的絮凝团的过程。 絮凝剂可分为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。 3 滤饼的重量比阻rB ：滤饼的重量比阻rB：表示单位滤饼厚度的阻力系数，是衡量过滤特性的主要指 标。对于不可压缩滤饼，比阻值为常数，但对于可压缩滤饼，rB = f(p)。 4 常用固- 液分离方法、设备及其特点

生物工程下游技术

名词解释 1.生物分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现的生物物质制备的过程。 2.膜分离：利用膜的选择性，以膜两侧存在的能量差为推动力，由于溶液中各组分使其膜的迁移率不同，而实现分离的一种技术。 3.穿透曲线：吸附过程中吸附柱出口的溶质浓度变化的曲线。 4.乳化：水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象。 5.絮凝：使用絮凝剂将将胶体粒子胶连成网，形成10mm大小絮凝块的过程。填空 1.色谱展开技术可以分 为（加试样）、（展开） 和（分部收集）三个操 作部分。 2.电泳按分离原理和操 作的不同可分为（区带 电泳）、（等电点电泳） 和(等速电泳)。 3.常用的沉淀操作技术 有盐析法（等电点沉淀 法）和（有机溶剂沉淀 法）三种方法。 4.离心机按功能和用途 的不同可以分为（制备 型离心机）和（分析型 离心机）。 简答 1.膜分离技术的优点？ 答：1）处理效率高，设 备易于放大2）可在适 湿或低温下操作3）化 学强度和机械损害最小 4）无相的转变，节能5） 有相当好的选择性，可 在分离浓缩时，可达到 部分纯化的目的6）选 择合适的膜与操作参 数，可获得较高的回收 率7）处理系统可密闭 循环，防止外来污染8） 不外加化学物质，从而 降低成本 2.膨胀床吸附介质应满 足的条件？ 答：1）吸附剂的尺寸和 密度应保持其于料液中 需除去的固型颗粒间有 明显的差异2）吸附剂 具有良好的孔道结构， 不易被料液中的大分子 所污染3）吸附剂应具 有活性基团，且对目标 产物具有较高的吸附能 量4）应具有较高的化 学稳定性和良好的机械 程度。 3.细胞破碎方法选择的 依据？ 答：1）根据细胞处理量 2）根据细胞壁的强度和 结构3）根据目标产物 对破坏方法的敏感度 4）破坏程度5)目标产物 的选择性释放 计算 三级萃取计算题 利用乙酸乙酯萃取发酵 液中的防线菌素D，当 pH为3.5时分配系数为 57，采用三级错流萃取， 料液的流量H=450L/h， 三级萃取剂的流量之和 为39 L/h，分别计算：1） L1=L2=L3时和L1=20， L2=10,L3=9时的萃取 率。 解：（１）当L1=L2=L3 时，萃取因子E=ｍｌ /H=［57*(39/3)］／４５ ０＝１．６５萃取率１ －φ＝１－［１／（１ ＋Ｅ）3］＝１－［１／ （１＋１．６５）3］＝ ９４．６２％（２）当 L1=20，L2=10,L3=9时： E１=ｍｌ１ /H=(57*20)/450=2.53;E2 =ｍｌ 2 /H=(57*10)/450=1.27;E 3 =ｍｌ 3 /H=(57*9)/450=1.14萃 取率１－φ＝１－［１ ／（１＋E１）*（１＋ E2）*（１＋E3）］=１－ ［１／（１＋2.53）*（１ ＋1.27）*（１＋1.14）］ =87.41% 论述 比较吸附操作过程与萃

生物分离工程复习

生物分离工程复习题 第一章导论 一解释名词 生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程 二简答题 1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？（生物下游加工过程特点是什么？生物分离工程的特点是什么？） 2 生物分离工程在生物技术中的地位？ 3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？ 4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元） 5 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？ 6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？ 7 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步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？ 第二章发酵液预处理 一解释名词 凝聚，絮凝，凝聚剂，过滤，离心，细胞破碎，包含体 二简答题 1 为什么要进行发酵液的预处理？常用处理方法有哪几种？ 2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？ 3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用？絮凝机理是什么？ 4 细胞破碎的方法包括哪几类？工业上常用的方法有哪些？为什么？ 5 沉降与离心的异同？ 6 离心设备可分为哪两大类？按分离因子Fr不同，离心机一般分为哪几类？ 7 常用的离心沉降设备有哪些？常用的过滤设备有哪些？ 8 固-液分离主要包括哪些方法和设备？ 9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。 10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点？ 11 比较工业常用的过滤设备优缺点。离心与过滤各有什么优缺点？

第三章沉淀与结晶 一解释名词 沉淀，结晶，盐析，盐溶，盐析结晶，盐析沉淀，硫酸铵饱和度，晶种，晶核，晶型, 饱和溶液，过饱和溶液，饱和度 二简答题 1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类？） 2 常用的蛋白质沉淀方法有哪些？有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么？用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？ 3 影响盐析的主要因素有哪些？在工艺设计中如何应用？ 4 如何确定盐析过程中需要加入硫酸铵的量？ 5 简述有机溶剂沉淀的原理。 6沉淀与结晶有何不同？ 7 结晶操作的原理是什么？常用结晶器包括哪两种类型？如何选择结晶设备？ 8 粒子大小与溶解度有何关系？ 9 有哪些方法造成溶液过饱和？ 10 绘制饱和温度曲线和过饱和温度曲线，并标明稳定区、亚稳定区和不稳定区。并简述其意义 11 影响硫酸铵盐析效果的主要因素有哪些？公式Ig S=β- Ks I 中β、Ks各与什么因素有关？ 第四章萃取 一解释名词 萃取，反萃取，分配系数，有机溶剂萃取，分离因子，乳化，胶团，反胶团，反胶团萃取，临界胶束浓度，溶解度参数，介电常数，HLB 值，萃取因素，带溶剂，超临界流体，超临界流体萃取，双水相萃取，液膜萃取，多级逆流萃取 二简答题 1 生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？ 2 溶剂萃取按参与溶质分配的两相不同而分为哪5类？有机溶剂萃取中产生乳化后使有机相和水相分层困 难，一般会出现哪两种夹带？各产生什么后果？ 3 萃取过程（方式）设计分为哪几种类型？ 4 pH 对弱电解质的萃取效率有何影响？ 5 发酵液乳化现象是如何产生的？对分离纯化产生何影响? 影响乳浊液稳定的因素主要有哪些？如何有 效消除乳化现象？

生物工程下游技术参考资料(生物分离工程)

《生物工程下游技术》复习资料 一、名词解释 1. 凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。 2. 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。 3. 助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。 4. 浸取：也称之为浸出，用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程。 5. 超临界流体（SF）：是指某种气体（液体）或气体（液体）混合物在操作压力和温度均高于临界点时，使其密度接近液体，而其扩散系数和黏度均接近气体，其性质介于气体和液体之间的流体。 6. 反胶团：是两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发的向内聚集而成，内含微小水滴的空间尺度仅为纳米级的集合型胶体，是一种自我组织和排列而成的，并具有热力学稳定的有序构造。 7. 浓差极化：浓差极化是指，当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。 8. 膜：即死膜，人工合成的无生命的膜，是指分隔两相界面，并以特定形式限制和传递各种化学物质。 9. 超滤：以压力差为推动力，以多孔小薄膜为过滤介质，按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。 10. 软水：利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。 11. 色谱分离：色谱分离也称为色层分离或层析分离，在分析检测中则常称为色谱分析。它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(如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、分配系数等)的差别，使各组分以不同程度分布在固定相和流动相中；当多组分混合物随流动相流动时、由于各组分物理化学性质的差别，而以不同的速率移动，使之分离。 12. 结晶：当溶质从液相中析出时，形成晶形物质的过程称为“结晶”。 13. 干燥：常指借热能使物料中水分(或溶剂)气化，并由惰性气体带走所生成的蒸气的过程。 14. 蒸发：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，而使溶液中溶质浓度提高的过程。蒸发所用设备称为蒸发器。 15. 清洁生产：是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。清洁生产的定义涉及到两个全过程控制：生产全过程控制和产品整

生物分离工程

单元操作及其适用范围。 1.固液分离：过滤（真菌，细菌，细胞碎片），离心（真菌、病毒、细胞） 2.细胞破壁：机械法，酶法，化学法（胞内产品、酶、实验） 3.产品分离纯化：蒸馏（乙醇和溶剂回收）萃取（抗生素、酶、精制油）、沉淀（酶），吸 附（抗生素），膜技术（脱盐和除热原、蛋白质溶液脱盐），液相色谱（干扰素、血制品、蛋白质和多肽抗生素和多肽） 4.水和溶剂的去除浓缩（抗生素，咖啡喝果汁），干燥（多数药物，a-淀粉酶和单细胞蛋 白）。 哪些单元操作适用于生物小分子物质的提取？哪些单元操作生物大分子的提取？ 答：适用于生物小分子的单元操作有：液体萃取、非活性基吸附、低压亲和色谱逆同、高效液相色谱、蒸发、反渗透、超滤。 适用于大分子的单元操作有：过滤、离心、双水相萃取、沉淀，电渗析液相色谱、电泳、等电聚焦、干燥。 生物技术下游加工过程的发展动向：①基础理论研究：选择性分离剂、数学模型 ②应用研究：提高分离过程选择性、开发新介质、提高分离纯化技术 ③工程问题研究 ④改善环境相容性 发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？ 答：因为发酵液中发酵产物浓度较低，含有许多杂质，悬浮颗粒，细胞的相对密度与培养液相似，液相粘度大，大多为非牛顿型液体，需要预处理。此外，预处理可达到如下 目的：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。促进从悬浮液中固形物的分离速度，提高固液分离的效率。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） 处理方法：加热法；絮凝和凝聚；调节PH；杂蛋白的去除；高价无机离子的去除；助滤剂和反应剂。 凝聚和絮凝过程有何区别？

生物分离工程复习资料

《生物分离工程》复习资料 一、名词解释 1、双电层：偏离等电点的蛋白质的净电荷或正或负，成为带电粒子，在电解质溶液中就、吸引相反电荷的离子，由于离子的热运动，反离子层并非全部整齐的排列在一个面上，而是距表面由高到低有一定的浓度分布，形成分散双电层简称双电层。 2、层（吸附层）：相距胶核表面有一个离子半径的平面以内，反离子被紧密束缚在胶核表面。 3、扩散层：在平面以外，剩余的反离子则在溶液中扩散开去，距离越远，浓度越小，最后达到主体溶液的平均浓度。 4、超临界流体萃取：利用超临界流体为萃取剂的萃取操作。 5、细胞破碎：指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来 8、凝聚：在化学物质（铝、铁盐等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１大小块状凝聚体的过程。 9、絮凝：絮凝剂（大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10大小絮凝团的过程。 10、错流过滤：液体的流向和滤膜相切，使得滤膜的孔隙不容易堵塞。被过滤的发酵液在压力推动下，带着混浊的微粒，以高速在管状滤膜的内壁流动，而附着在滤膜上的残留物质很薄，其过滤阻力增加不大，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。

凝聚沉淀法：，废水中悬浮固体浓度也不高，但具有凝聚的性能，在沉淀的过程中，互相粘合，结合成为较大的絮凝体，其沉淀速度是变化的。 道南（）效应：离子和荷电膜之间的作用即相同电荷排斥而相反电荷吸引的作用。电渗析：利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法。 高效液相色谱：高效液相色谱是色谱法的一个重要分支，以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析 电渗析：利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法。 14、截留率：表示膜对溶质的截留能力,可用小数或百分数表示,在实际膜分离过程中,由于存在浓度极化,真实截留率为 R。=1 透过液浓度截留液浓度。 15、截断曲线：通过测定相对分子质量不同的球形蛋白质或水溶性聚合物的截留率，可获得膜的截留率及溶质相对分子质量之间关系的曲线。 16、截断分子量：截留曲线上截留率为0.90（90%）的溶质的相对分子质量叫截断分子量。 17、泡点法：用修正的 M 方程计算液相组成，内层循环用 S 方程迭代计算级温度，外层循环用 H 方程迭代气相流率。 18、浓差极化：在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象。当溶剂透过膜而溶质留在膜上，因而使膜面上溶质浓度增大的现象.

生物分离工程

生物分离工程 生物分离工程是指采用物理、化学和生物学方法将生物体或其组成部分从混合物中分 离出来，并纯化得到目标物质的一种工程领域。该领域涉及到许多专业知识，包括生物学、生化学、物理化学等多个学科的理论和技术，应用广泛。 生物分离工程的目的是将生物体中的目标物分离出来，以便进行药物发现、分析化学 以及生命科学研究等方面的应用。生物分离工程包括生物分离过程、分离器设备及工艺控 制等多个方面。 生物分离过程是将混合物中的目标物通过特定的工艺流程进行分离，得到纯化的目标 物质。一般包括以下几个步骤： （1）前处理：对样品进行初步处理，如细胞破碎、离心、过滤等。 （2）初步分离：将混合溶液通过某些技术方法进行初步分离，如各种色谱技术、电泳分离、凝胶柱分离等。 （3）中间分离：在初步分离的基础上，对样品进一步处理，如双向电泳、反渗透膜分离、超重力分离等。 （4）终极分离：最后通过某些技术，将目标物质从混合物中完全分离出来，如聚集素层析、反转移层析、凝胶电泳等。 分离器设备是指在生物分离过程中使用的各种设备，根据不同的分离过程，分离器设 备也有所不同。例如，在分离蛋白质时，最常用的分离器设备是各种色谱技术和电泳分离 设备，而在分离细胞时，采用的设备则主要是离心机、过滤器等。 工艺控制是指对生物分离工程中各个步骤进行控制和调节，以确保分离工艺的有效性 和纯化度的提高。常用的工艺控制手段包括调节温度、压力、流量等系列参数的控制，并 且可以采用自动化操作，进一步提高生物分离工程的自动化程度。 生物分离工程的应用非常广泛，包括生命科学研究、药物研发、食品工业以及纯化工程、环境保护等方面。例如，在药物研发中，生物分离工程用于分离制备药物，提高药物 纯度和效果；在食品工业中，生物分离工程用于提高食品的品质和安全性；在环境保护中，生物分离工程可用于处理污水和有害气体等。 总之，生物分离工程是一项复杂、细致的研究领域，在各个行业都有广泛的应用。随 着科技的发展和人们对生命科学研究的不断深入，生物分离工程将会越来越得到关注和重视，为人们的生活和健康做出更大的贡献。

090210生物工程下游技术

《生物工程下游技术》课程（）教学大纲 一、课程基本信息 课程中文名称：生物工程下游技术 课程代码： 学分与学时：72学时，4学分 课程性质：专业必修 授课对象：生物技术及应用专业 二、课程教学目标与任务 《生物分离工程》是为生物工程本科专业学生开设的一门专业必修课，是培养学生今后从事生物技术产业领域应该具备的思考、分析和解决问题能力的主干课程。通过本课程的学习： 1、使学生掌握生物产品的提取、分离、纯化、精制加工等技术的科学本质、原理、方法、规律。 2、使学生了解生物工程下游技术的科学前沿及其发展趋势。 3、培养学生应用所学理论知识、分析和解决生产及科研中的实际问题的基本能力。 三、学时安排 四、课程教学内容与基本要求 第一章绪论（4学时） 教学目的：了解生物工业下游技术的发展历史。 基本要求：对生物工程下游分离技术的流程和发展趋势大致了解

重点与难点：下游技术的一般工艺过程 教学方法：多媒体教学 主要内容： 1、生物工程下游技术的工作领域 2、生物工业下游技术的一般工艺过程 3、生物工业下游技术的发展动态 第二章下游技术的理论基础（4学时） 教学目的：使学生了解下游技术的理论基础，为学习具体有技术奠定基础 基本要求：了解下游技术的基本理论基础，了解下游技术常见的分离手段，掌握分离效率的评价标准。 重点与难点：分离机理、分离效价的评价标准 教学方法：多媒体讲授 主要内容： 1、分离机理 2、分离操作 3、分离效价的评价 第三章发酵液的预处理（4学时） 教学目的：学习并掌握发酵液预处理的一般方法 基本要求：掌握发酵液的过滤特性，掌握改善发酵过滤特性的方法，掌握高价无机离子与杂蛋白质去除的方法，掌握常见的固液分离技术（离心、过滤）的原理重点与难点：改善发酵液过滤特性的方法，无机离子的去除方法，澄清过滤和滤饼过滤的差别。 教学方法：多媒体课件教学与课堂讨论相结合 主要内容： 1、发酵液过滤特性的改变 2、发酵液的相对纯化 3、固液分离工程及设备 第四章微生物细胞的破碎（4学时） 教学目的：学习并掌握细胞破碎的基本方法 基本要求：掌握细胞破碎的阻力来源于细胞壁，掌握常用的细胞破碎的方法及原理，了解包含体的概念及其分离、复性。掌握细胞破碎的发展方向。 重点与难点：机械破壁的原理、化学法破碎细胞的方法及原理 教学方法：多媒体讲授与实例讲解相结合 主要内容： 1、细胞破碎的阻力 2、细胞破碎及产物释放原理 3、包含体的分离及蛋白质的复性 4、破碎技术的研究方向 第五章溶剂萃取和浸取（4学时） 教学目的：学习溶剂萃取的原理及操作方式

生物分离工程分

第一章绪论 一、生物分离工程在生物技术中的地位？ 生物技术的主要目标是生物物质的高效生产，而分离纯化是生物产品工程的重要环节。 因此，生物分离是生物技术的重要组成部分。生物分离工程是生物技术的下游技术，用于目标产物的提取、浓缩、纯化以及成品化。 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 三、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 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a回收率REC 第二章细胞分离与破碎 、细胞破碎的目的意义

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B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pl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； (5)温度：低盐浓度下，温度升高蛋白质溶解度升高；高盐浓度下，温度升高，多数蛋白质

生物分离工程重点

1.生物分离工程：是指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。它描述了生物产品分类里、纯化过程的原理、方法和设备。因为它处于整个生物产品过程的后端，所以也称为生物工程下游技术。 2.生物分离工程的一般流程： （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。过滤和离心是发酵液预处理最基本的单元操作。 （2）产物的提取：可采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。 （3）产物的精制：（高度纯化）主要是除去与目标物性质相近的杂质。这一阶段的单元操作涉及色谱分离技术有层析（包括柱层析和薄层层析）、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。 （4）成品的加工处理：单元操作主要由浓缩、结晶和干燥。 3.生物分离过程的体系特殊： （1）原料液的特点：生物分离与纯化处理的原料液体系十分复杂，含有为生物细胞、菌体、代谢产物、未耗用的培养基以及各种降解目标产物的杂质；原料液中常存在与目标分子在结构等理化性质上及其相似的分子及异构体，形成用普通方法难于分离的混合物；除少数特定的生化反应系统，原料液是产物浓度很低的水溶液；原料液低于环境变化（热、pH药物等）的能力差，溶液发生活性降低甚至丧失（变性失活）。 （2）对产物的要求：在分离纯化过程中必须保持目标物的生物活性；粗产物的纯度较低，而最终产品要求的纯度却极高；用作医药、食品和化妆品的生物产物与人类生命息息相关，要求最终产品的质量必须符合药典、试剂标准和食品规范等国家标准。 4.发酵液预处理的方法：按预处理的目的分为：提高过滤速度的方法（凝集和絮凝）、改变发酵液性质的方法（调节pH法）和杂质去除的方法三类。其具体的方法有凝集和絮凝、加热法、调节pH法、加水稀释法、加入助滤剂法、加吸附剂法或加盐法、高价态无机离子去除的方法、可溶性杂蛋白质去除的方法、色素及其他杂质去除的方法等。 5.凝集：是指在投加的化学物质（如水解的凝集剂，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。其中凝集剂的作用，有些是对初始粒子表面电荷的简单中和，有些是消除粒子表面稳定的双电荷层，还有些是通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合，并最终使胶体粒子的排斥电位降低而发生聚沉。 6.絮凝：是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。絮凝在发酵液预处理中的作用是增大发酵液中悬浮粒子的体积，提高固液分离速度和滤液质量。 7.p14.发酵液的预处理方法中的调节pH法，在进行pH调节时，一般采用草酸等有机酸或某些无机的酸碱来进行。调解室还要尽量避免过酸或过碱，防止发酵产物的破坏和损失。 8.p15.高价态无机离子去除的方法：a.Ca2+的去除经常采用的酸化剂为草酸；b.Mg2+的去除是采用磷酸盐，使之生成磷酸镁沉淀的方法；c.Fe3+的去除通常采用加入黄血盐，生成普鲁士蓝沉淀的方法而除去。也可采用加入碱化剂（如NaOH、Na2CO3、NH4OH等）生成Fe(OH)3沉淀而除去铁离子。 9.p17.对于发酵液中体积较小的细菌和酵母菌体一般采用离心分离的方法；而对细胞体积较大的丝状菌，如霉菌和放线菌的分离，一般采用过滤的方法。 10.发酵液的过滤速度与菌体细胞的体积大小、发酵时的条件有关外，还与发酵本身有密切的关系，其主要影响因素是菌种和发酵液黏度两个方面。通常发酵液黏度越大，分离速度越慢。 11.p18.错流过滤：是指料液流动的方向与过滤介质平行的过滤。其常用的过滤介质为微孔滤膜或超滤膜，主要适用于悬浮粒子细小的发酵液，如细菌发酵液的过滤。但其滤膜易被污染

生物工程下游技术1

生物工程下游技术1

★等电点沉淀法：对于氨基酸和蛋白质等两性物质，在酸性条件下带正电荷，在碱性条件下带负电荷，而在某一pH值下净电荷为零，称为等电点，此时两性物质的溶解度最小，此即为等电点沉淀法。 ★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。 ★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。 ★离心分离因素：将离心加速度和自由落体加速度的比值称为离心分离因素或离心力与重力比，用公式表示为：K＝Rω2/g。 ★高压匀浆破壁法：将细胞悬浮在适宜的匀浆液中制成匀浆，在其尚未沉降之前，很快以高压泵将其以很高的流速喷出，这种高速喷出的浆液经过碰撞被迫改变方向而流出，细胞在这一系列过程中经历了高流速下的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，使细胞产生较大的形变，导致细胞

壁的破坏。 ★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，表示。 以R f ★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。 ★有机溶剂沉淀法：利用有机溶剂与蛋白质水溶液互溶，在溶解于蛋白质水溶液的同时从蛋白质分子周围的水化层中夺走水分子，降低水溶液的介电常数，破坏蛋白质分子表面的水化膜，从而导致蛋白质分子相互聚集发生沉淀作用。 ★膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件或膜装置。 ★膜的水通量：即膜通量，指单位时间内通过单位膜面积的水体积流量。 ★膜的孔隙率：孔总面积在单位膜上所占面积的比例，空隙率越大强度越差，膜透量越大。 ★膜的孔径分布： ★膜的截留分子量：膜壁上微孔的形状和大小并非完全一致，常使用截留率和截留分子量两个参

生物物质分离工程

第一章 1、什么是生物分离工程？生化分离工程：也称生物技术下游加工过程（Downstream Processing），从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。 2、生物产品不同于化工产品的特点（发酵液特点）。A:①产物浓度低的水溶液②组分复杂③产物稳定性差，大分子，小分子④质量要求高 3、生化分离下游加工过程的一般流程及各流程所包含单元操作。①发酵液的预处理与固液分离（絮凝，离心，过滤，微过滤）②细胞破碎技术（球磨，高压匀浆，冷冻破碎、化学破碎技术）③初步纯化技术（产物提取）（盐析法，有机溶剂沉淀，化学沉淀，大孔吸附树脂，膜分离技术）④高度纯化技术（产物精制）（各类层析，亲和，疏水，聚焦，离子交换，凝胶层析）⑤成品加工（喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥，冷冻干燥，结晶） 4、生物下游加工过程的选择准则 ①步骤少②次序合理：a应选择不同分离纯化机理的方法联合使用：b应首先选择能除去含量最多杂质的方法：c应尽量选择高效的分离方法：；d应将最费时、成本最高的分离纯化方法安排在最后阶段 ③产品规格：用成品中各类杂质的最低存在量来表示，它是确定纯化要求的程度及由此而产生的下游加工过程方案选择的主要依据（注射，非注射，去除热原质）； ④生产规模：琼脂糖凝胶、冷冻干燥 ⑤物料组成：丝状菌——适合过滤，不适合中空纤维膜 ⑥产品形式：固体适当结晶；液体适当浓缩 ⑦产品稳定性：调节操作条件，使由于热、pH值或氧化所造成的产品降解减少到最低程度。如蛋白质的巯基容易氧化，使用抗氧化剂； ⑧物性：溶解度、分子电荷、分子大小、功能团、稳定性、挥发性 ⑨危害性：溶剂萃取；基因工程菌发酵；干燥过程的防护和粉尘排放；固定化过程溴化氰。⑩废水处理：BOD、COD 第二章 1、发酵液为什么要预处理（目的）？有哪些方法？以及各方法的原理。A、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降低液体黏度；⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂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（1）加热法a）加热降低液体粘度；b）加热使蛋白质变性凝固，去除杂蛋白（2）调节悬浮液的pH值pH值直接影响发酵液中某些物质的电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。（3）加入惰性助滤剂a) 助滤剂是一种颗粒均匀，质地坚硬，不可压缩的粒状惰性物质；b)在发酵液中加入固体助滤剂，则菌体可吸附于助滤剂微粒上，助滤剂就作为胶体粒子的载体，均匀地分布于滤饼层中，降低了滤饼的可压缩性，使滤饼疏松，减小了过滤阻力，使过滤介质堵塞现象得减轻，易于过滤。c)既能使悬浮液中幼小颗粒状胶态物质截留在格子骨架上，又能使清液有流畅的沟道，能大大提高过滤能力和生产效率，改善滤液澄清度，降低过滤成本。（4）加入反应剂加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度。（5）发酵液的相对纯化A高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）Ca2+ ——草酸、草酸钠→形成草酸钙沉淀（注意回收草酸）；Mg2+——三聚磷酸钠→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物；Fe2+ ——黄血盐，→普鲁士兰沉淀B杂蛋白：沉淀法；变性法；吸附法 （6）凝聚和絮凝①凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）大小块状凝聚体的过程。②絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成10mm大小的絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。

天津科技大学-生物分离工程总结

生物分离工程复习资料 一、绪论 从发酵液、反应液和培养液中分离、精制有关产品的过程称为生物分离工程（Bio-Separations Engineering）亦称下游技术（Downstream Processing） 生物产品的成本构成 •传统液体混合物产品（分离成本约10%） •啤酒、葡萄酒等发酵饮料（简单固液分离和无菌处理） •小分子生物产品（分离成本约30%，分离、精制部分的投资占整个投资的60% ） •酒精，丙酮，丁醇，抗生素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞蛋白 •) •生物活性产品（分离成本约占整个生产费用的80%-90%） •动物细胞培养 •植物细胞培养 •基因工程发酵产品 如：疫苗、单克隆抗体（规模小，纯度要求高） 原料及产品特性：成分复杂（细胞、代谢物、培养基残余物）目标产物浓度低（1%---10%，杂质含量高）收率低易失活不稳定性 收率计算：由于起始浓度低，杂质多，而产品要求纯度高，因此常需好几步操作，其结果使得生物产品的收率较低。例：假设每步操作的收率为90%，若包含3步操作，则总收率为（）=%，若包含6步操作，则总收率真为%。 【 生物分离过程设计的原则：时间短(放罐后必须尽快提取) 温度低PH适中清洁卫生，勤清洗消毒。生物安全（bio-safety）问题，要在密闭状态下将菌体排放到指定位置防止菌体扩散。 生物下游技术的一般操作流程：发酵液→预处理→固液分离→固：细胞（液：发酵液）→细胞破碎→细胞碎片分离→初步纯化→高度纯化（精制）→成品加工 工业应用的生物分离技术 回收技术: 絮凝，离心，过滤，微过滤。 细胞破碎技术: 球磨，高压匀浆，化学破碎技术超声波酶 初步纯化技术: 沉淀，离子交换，萃取，膜分离技术，盐析法，有机溶剂沉淀