生物工程下游知识点总结

1、生物工程下游知识点总结一.名词解释.清洁生产(cleaner production )：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。它包括三个方面的内容， 即清洁生产工艺(技术)、清洁产品、清洁能源。.凝聚作用：向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集的 现象。.絮凝作用：絮凝剂通过静电引力范德华力或氢键的作用， 强烈地吸附在胶粒的 表面。当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上， 产生桥架 联接时，就形成了较大的絮团。.下游工程(下游技术，下游加工过程

2、， downstream processing ):对于由自 然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.协萃：两种或两种以上的萃取剂同时萃取某一溶质或其它化合物时，萃取性能 优于它们各自萃取性能之和的效应。.萃取因数：萃取平衡后，溶质在萃取相与萃余相中数量(质量或物质的量)的 比值。(E=DR.带溶剂：在纯气体溶剂中，加入被萃取物亲和力强的组分以提高其对被萃取组 分的选择性和溶解度的一类物质。.离子交换带：溶液的组成和树脂的组成达到平衡时所对应的树脂层的高度。.反胶团(re

3、versed micelles ):两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水基团 自发地向内聚集而成，内含微小水滴的，空间尺度仅为纳米级的集合性胶体。.浓差极化：当溶剂透过膜而溶质留在膜上因而使膜面浓度增大，并高于主体浓度的现象。(指在分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高。在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加， 从而导致溶剂透过 量下降。溶剂向膜面流动引起溶质向膜面的流动，这种流动如果与浓度梯度所驱动的溶质向本体溶液扩散的速度平衡时，在膜面附近就形成一个稳定的浓度梯度 区，这一区域就称为浓度极化

4、边界层， 这一现象称为浓差极化。浓差极化是一个 可逆的过程。)二.计算题.多级错流 1-6=1-1/ (E+1) E=DR=KR.多级逆流 1-6=1-(EAn+1-E)/ (EAn+1-1).杠杆规贝U Vc*AC=Vb*BA三.综合题1.下游工程的发展历程：古代酿造业-第一代生物技术(1860-1940)-第二代生 物技术(青霉素)-第三代生物技术(1970)*2.下游工程技术分类：固液分离技术，细胞破碎技术，初步分离纯化技术，高度 分离纯化技术，其他新型分离技术。.新技术的研究和开发：新型分离介质的研究开发，子代分离技术，其他新兴 下游技术。.分子筛去盐：高交联度的强酸性阳离子H型树脂

5、分子量大小差先筛大分子物质，再筛小分子物质。.色谱分离（层析分离）：物理分离方法。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，分子极性和大小，分子亲和力，分配系数）的差 别，使各组分以不同程度分布在两相。固定相，流动相。.酸性吸附剂（适合对酸稳定的产物）碱性吸附剂（适合对碱稳定的产物）.活性炭 憎水性吸附剂 吸附能力（芳香族脂肪族，大分子 小分子）硅胶多孔性硅氧烷交链结构三氧化二铝三性.凝胶 右旋糖酊+交联剂G25-100网孔由密到疏.洗脱后大分子先出，小分子后出。.生产产物活性 极性，溶解度，稳定性，反应性，化学结构.纸层析Rf值 酸碱中两（s）.纸电泳法 水溶性（正电荷向负

6、极为碱性抗生素）.提炼四条原则：操作时间短，提炼温度低，适宜的 PH避免染菌。.提炼注意的五个问题：遵循四条原则，注意发酵液质量对提料的影响，正确 处理产质量关系，重视设备选型，三废治理及综合利用。.平衡分离-相平衡：蒸发，蒸储，干燥，吸附，萃取，结晶， 离子交换，浮选，升华，吸收拟平衡-分离场：离心，电泳非平衡-速度差，屏蔽效应：过滤类，膜类，气体扩散分离，透过气化.特异性相互作用：共价键，粒子间相互作用，氢键结合，疏水性相互作用， 对金属原子配位，弱共价键结合.预处理要求：菌体分离，固体悬浮物去除，蛋白质去除，金 属离子去除，色素、热原质、毒性物质等有机 杂质去除，改变发酵液的性质，调节适

7、宜 PH值 和温度（一水半粘）.凝聚剂：Al,Fe , Zn, Mg盐絮凝剂：（桥架作用）高分子絮凝剂，聚合盐，高分子聚合物.凝聚：在电解质作用下，由于胶粒之间双电层排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝：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。.凝聚值：使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度。值越小凝聚力越大。.发酵液的相对纯化：高价离子去除（离子交换，沉淀，络合剂），杂蛋白质 去除（沉淀，变性，吸附，超滤，酶解）*22.过滤速度快效率高。滤液质量：滤液澄清，PH适中，一定浓度，温度，杂质含量要求.过滤设备要求板框过滤机（间歇）：固形物含量在 50%

8、-80 %,单批处理总时间应在菌丝体自 溶前，对同一批次物料应一次过滤完（n台工作）抗生素用明流式，其余用暗流式真空转鼓过滤机（连续）过程：吸滤-洗涤-吸洗液-刮除固形物硅藻土过滤机：密度100-250Kg/m3,滤降0.1-1.0微米，预涂层 离心分离机：普通，高速，超高速.助滤剂要求：不可压缩性，惰性物质，能悬浮于液相，成本.细胞壁细菌（G+）:肽聚糖酵母菌（G-）:葡聚糖+蛋白层+甘露糖层霉菌：多糖（几丁质，纤维素）+蛋白质+脂质.典型细胞破碎方法：珠磨法（s剪切）兼具破碎冷却，破碎率高，范围广。 高压匀浆法（L剪切）大规模操作不适合 G+,丝状菌及含包含体的工程菌，外 加冷却液。.外加

9、酶法：（溶菌酶用于细菌）价格，通用性差，产物抑制 自溶法：因素：T,PH,激活剂，控制代谢途径缺点：蛋白质易变性，粘度增大，过滤速率下降.机械法（A）与非机械法（B）区别：A:有一定的冷却装置，防止生物产品受热破坏。B:应用受限。.溶剂分配定律（稀液，互不反应，同分子） k=C1/C2.萃取因数：E=KR=DR.工业萃取过程：混合，分离，溶剂回收。.多级错流每级加新鲜萃取剂；多级逆流最后加新鲜萃取剂。.影响萃取因素：乳化和去乳化。乳化剂多为表面活性剂，由亲水基和亲油基 组成，且能降低界面张力的物质。稳定性因素：界面上是否形成保护膜；液滴 是否带电；介质的粘度。. HLB数即亲水与亲油平衡程度。

10、数越大，亲水性越强，形成O/W型乳浊液；数越小，亲水性越弱，形成 W/O型乳浊液。.阳离子表面活性剂：十二烷基三甲基澳化钱（1231）-易溶于水浅黄色粘稠 状液体，含量为50%在酸性下不溶于有机溶剂，破坏W/O型乳浊液。作用机理： 其离子为正电荷，与蛋白质负电荷中和，形成沉淀；和蛋白质形成蛋白质复合 物，即提高了蛋白质分子的等电点（盐溶即促乳化，盐析即沉淀）。十五烷基 澳化叱噬（PPB -棕褐色黏稠状半固体，含量 55%Z上，在水中的溶解度约为 7%使用时先加热溶解，然后再稀释，在有机溶剂中溶解度较小，破坏 W/O型 乳浊液。作用机理：消除表面活性及降低界面水侧的界面张力。阴离子表面活性剂：亚

11、油酸钠，十二烷基磺酸钠（DS ,石油磺酸钠，十二烷基 硫酸钠（SDS ,破坏 W/C型乳浊液。.影响萃取的6个因素：膜技术-超滤，ph值，稳定性，溶剂的质与量、萃取 方式，带溶剂，盐析。.抗生素萃取中为什么有乳化？.超临界流体：温度和压力越略超过或靠近临界温度（ Tc）和临界压力（Pc） 介于气体和液体之间的流体作为萃取剂。.超临界萃取方法：等温（绝热），等压，吸附，添加惰性气体。.影响萃取因素：温度，压力；溶剂的流量；助溶剂（拖带剂、夹带剂）。.双水相：聚乙二醇+葡聚糖，聚乙二醇+无机盐。.道南电位：U2-U1=RT/（Z+ + Z-）lnKBz-/KAz+U2-U1:相2电位-相1电位 Z

12、+ + Z- :盐的正负离子的离子价KBz-/KAz+:正负离子不带电时的两相间的分配系数.影响两相系统的因素：多聚物分子量的影响，温度的影响，时间的影响，低 分子物质能调节系统的平衡。.影响分配的因素：盐类的种类及浓度，聚合物分子量和浓度的影响，PH值,温度，荷电作为成相聚合物，体系中微生物的影响。.反胶团的微小界面和微小水相具有的两个特异性功能：具有分子识别并允许选择性透过的半透膜的功能；在疏水性环境中具有使亲水性大分子如蛋白质等 保持活性。*46.反胶团萃取优点：有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性；分离、浓缩可 同时进行，过程简单；能解决蛋白质（如胞内酶）在非细胞环境中迅速失活的问 题

13、；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；反胶团萃取技术成本低，溶剂可反复使用等。.反胶团表面活性剂的种类：阳离子型，阴离子型（分离蛋白质时常用AOT ,非离子型。.反胶团含水率W=CK/C表 W越大半径越大.反胶团制备方法：注入法，相转移法，溶解法。.影响反胶团萃取因素：水相 PH的影响（PH PI,反萃取； ,萃取），水 相离子强度的影响，助表面活性剂的影响，溶剂的体系。.离子交换树脂：强酸性阳离子树脂，弱酸性阳离子树脂，强碱性阳离子树脂， 弱碱性阳离子树脂，两性离子交换树脂，选择性离子交换树脂（螯合性），电子 交换树脂（氧化还原性）

14、。.离子交换树脂按树脂的物理结构分类：凝胶型树脂，大网格型树脂。.树脂命名：D110*4表示大网格型树脂+弱酸性+苯乙烯系+顺序号*4交联度.影响树脂膨胀度因素：树脂的交联度，交换基团的数量和性质，介质的性质。.离子交换树脂在极性降低时膨胀度降低，树脂体积收缩。.树脂的选择：交换树脂的类型选择（强碱性生物产物宜用弱酸性阳离子交换 树脂），交换树脂型的选择，提取生物产物用的树脂应具备的条件。. H Na CI OH.离子交换机理：A+子自溶液中扩散到树脂表面，A+离子透过树脂表面与树 脂内部的活性基团接近，A+子和树脂R.B上的活性离子B隹交换反应，交换 下来的B+K子通过树脂孔道扩散到树脂表面

15、，B+离子再从树脂表面扩散到溶液 中。（抗生素中，2,4位控制步骤，即内部控制）（进 2换出2）.离子水化半径规律（水化半径较小的离子易交换，后取代前）一价阳离子：li , na, k （NH4 , Rib, CS Ag, Ti二价阳离子：Mg（Zr） , Cu（Ni） , Co, Ca, Sr, Pb, Ba一价阴离子：F, HCO3 CI,HSO3, Br, CrO4, NO,I,Ba.高价易被低价树脂交换.当有机溶剂存在，易交换无机离子（洗脱用）.离子交换的质量判断：流出曲线越陡越好（提高交换树脂的饱和度；减少离子流失，提高收率；提高洗脱液的纯度和浓度）.软水制备：钠型磺酸基阳离子交换树

16、脂除钙镁离子.无盐水制备：先氢型后羟型（强酸用弱碱，强碱用弱酸，强酸用弱碱强碱，强酸用弱碱强酸强碱）.混合床再生混合床中阴、阳树脂的再生有以下四种方法。（1）酸、碱分别流经阳、阴树脂层的两步法体内再生，这种混合床体内再生的 步骤为：反洗分层后，从上部送入NaOFW生液先再生阴树脂，废液从阴、阳树 脂分界处的排液管排出；为防止碱液污染阳树脂，再生的同时，由底部通入清水 通过阳树脂由中间管排出。从下部通入再生阳树脂用的酸液，废液同样由分界处 排液管排出、同样为防止酸液污染阴树脂，由上部送入清水通过阴树脂层由中间 排液管排出。用除盐水分别从底部和上部通入自下而上清洗阳树脂层至排水酸度 降至0.5mm

17、ol/L为止。由上而下清洗阴树脂层至排水碱度降至 0.5mmol/L为止0,（2）酸、碱同时流经阳、阴树脂层体内再生，这种混合床再生的步骤为：树脂 反洗分层后，再生时，由交换器上下同时送入再生用的碱液和酸液，分别流经阴阳树脂层后，由中间排液装置同时排出；清洗同样由上下同时送入，分别流经阴 阳树脂层后，由中间排水装置同时排出。（3）阴树脂移出体外再生阴树脂移出体外再生法是将阴树脂移出混合床至专用 的阴树脂再生罐，然后送入再生液进行再生。（4）阴、阳树脂外移体外再生 阴、阳树脂外移体外再生是将阴树脂和阳树脂全 部移出混合床至专用的阴树脂再生罐和阳树脂再生罐，然后分别送入碱液和酸液对阴树脂和阳树脂进

18、行再生。体外再生的优点是：再生效率高，保证出水不被再生剂污染；交换器可不设 中排装置，使运行流速增大，由于混合床的运行周期长，可以几台混合床共用一 个再生罐。体外再生的缺点是：树脂磨损率较大。.制备无盐水树脂再生时100%抗生素再生必须达到100%.逆流再生水质好.生物膜的分类：对称膜，非对称膜，复合膜，荷电膜（即离子交换膜，对称 膜的一种），液膜，微滤膜，超滤膜，动态膜.浓差极化可逆，膜污染（附着层+堵塞）不可逆.截断曲线（分子形状，吸附）：陡好.膜分离装置的核心部件是膜组件，即膜的规则排列。（较高剪切率，比表面 大，价格低，清洗更换方便，设计无死角）.反渗透膜（非对称膜，复合膜，动态膜）用于海水淡化，超纯水制造，截留 无机盐类小分子超滤截留分子量500-2000,费用高.结晶实质：新相形成。结晶三过程：过饱和，晶核形成，晶体生长。过程推 动力为浓度差。.成核方式，工业以二次成核（接触成核（晶体与搅拌