生物分离原理及技术

1、其次章 过滤器的效率。2多数为液相3、去除发酵液中局部杂质，以利于后续各步操作预处理的方法：1、加热2、分散和絮凝3、助滤剂上的吸附分散指在投加的化学物质如铝、铁的盐类或石灰等作用下，胶体脱稳并使离1mm 大小块状分散体的过程。分散剂的作用有：中和电荷、消退双电荷层、通过氢键或其他形式与离子结合而产生分散。絮凝常为自然或合成的大分子量聚电解质将胶体离子交联成网，10mm 大小絮凝团的过程。絮凝剂的主要作用起架桥作用。：胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下脱稳相互聚拢成大粒子1mm机理：a 中和粒子外表电荷b 消退双电层构造絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程10mm机

2、理：架桥作用发酵液的带电现象：的粒于即正离子被吸附在其四周，在界面上形成了双电层。stern 平面以内，正离子被严密束缚在胶核外表，称为吸附层层的构造模型。 s是整个双电层的电位，Stern平面上的电位为 d，在滑移面上的电位为 ,称 电位或称电动电位。这三种电位中只有 的电位，用来表征双电层的特征，并作为争辩分散机理的重要参数。分散价或分散值： 电位和脱除胶粒外表的表示，使胶粒发生分散作用的最小电解质浓度毫摩尔升，称为分散价或分散值。叔米-哈第法则：A1Fe3+Ca2 十Mg2KNa+LiAl2(SO4)318H2明矾33 MgCO3等。分散预处理方法： 高价无机离子的去除除硅藻土的用途：1

3、、作为深层过滤介质过滤悬浮液,多孔性及吸附性,参加到溶液中.2、在扰性或刚性支持介质外表上预先形成硅藻土薄层(预涂层),形成毛细孔道并保护介质.,提高过滤速度并延长过滤操作周期.过滤好的定形的晶体，这是一种最直接的步骤。悬浮液过滤3种方式。滤渣层过滤截留，例如板框压滤机的过滤。孔道。过滤时，颗粒进入后被吸附在孔道内，例如多孔砂滤器的过滤。式经常是同时或相继消灭。However the small size of microorganisms make filtration of fermentation beers or other biological solutions considera

4、bly more complicated. If we attempt to filter these beers using purely conventional technology, the filtration is often too slow to be practical.依据推动力的不同可分为四类重力过滤 自然过滤加压过滤 板框过滤真空过滤 真空过滤器过滤介质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、石棉承受连续旋转真空过滤机进展过滤，整个过程包括哪几步？1、滤饼的形成2、洗涤滤

5、饼去除常用的过滤设备有哪几种？1、板框压滤机2、垂直叶片式硅藻土过滤机空转鼓过滤机第三章 离心与沉降一、传统的沉降设备：矩形水平流淌池圆形水平径向流淌池垂直流淌式沉降池斜板式沉降池Fr2rFr2rgFr 的大小对离心机分类：Fr50000 高速离心机Fr 20220-1000000 超速离心机 3000-6000rpm。四、利用试验室小试数据对现有型号的离心机的生产力量进展估算推测 ,有两种估算方法:1te 的近似方法；2、应用离心机的几何特征参数进展定量分析。te=2R0t/gt-分别时间，ste，再估算五、以离心力作为推动力，在具有过滤介质(如滤网、滤布)的有孔转鼓中参加悬 浮液，固体粒子

6、截留在过滤介质上，液体穿过滤饼层而流出，最终完成滤液和滤饼分别的过滤操作。六、常用于生物分别的离心装备有哪几种？一类是离心沉降设备：管式离心机 碟片式离心机一类是离心过滤设备：三足式离心机卧式刮刀卸料离心机 螺旋卸料离心机第四章细胞裂开胞裂开常用的方法有哪些，并分别表达其特点化学法：渗透冲击法 增溶法脂溶法机械裂开法：匀浆法 研磨法超声波法 珠磨裂开法其中匀浆法、珠磨裂开法适用于大规模生产。除此之外，还有冻结-溶化法、枯燥法、自溶法等冻结溶化法：一是：在冷冻过程中会促使细胞膜的疏水键构造破坏，从而增加枯燥法可承受空气枯燥、真空枯燥、喷雾枯燥和冷冻枯燥。枯燥、喷雾枯燥简洁抽提。冷冻枯燥适用于较稳

7、定的生化物质。将冷冻枯燥后的菌体在冷冻条件下磨成粉，然后用缓冲液抽提。真空枯燥适用于细菌的枯燥。自溶法是利用微生物自身产生的酶来溶菌，而不需要外加其他酶， 影响自溶过程的因素有温度、时间、pH、缓冲液浓度、细胞代谢途径。微生物细胞的自溶常承受加热或枯燥法。八、选择裂开方法时，需要考虑以下因素： 一、细胞的数量和细胞壁的强度；温度、化学试剂、酶等)的敏感性；三、要到达的裂开程度及裂开所必要的速度等。五、还应把裂开条件和后面的提取步骤结合起来考虑进展权衡。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，从而到达分别的目的。按反响机理分为：物理萃取和化学萃取。律。物理萃取利用溶剂对需分别

8、组分有较高的溶解力量，分别过程纯属物理过程化学萃取溶剂有选择性地与溶质化合或络合从而在两相中重安排而到达分别目的。萃取体系的构成溶质：被萃取的物质：原先溶解溶质的溶剂萃取剂：参加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安排系数-萃取体y合理的重要参数：y-平衡时溶质在轻相中的浓度X平衡时溶质在重相中的浓度应用前提条件稀溶液溶质对溶剂互溶没有影响必需是同一分子类型，不发生缔合或离解l和重相(h)中的化学势相等。 ( l ) ( h )安排系数为y (h) (l)k expxRT要提高溶质的安排系数可以实行的方法：有些萃取剂价高、易挥发、易燃或有生物毒性，故难于使用转变溶质的特性生

9、成有用离子对可溶于萃取剂的离子对。三丁胺盐等pH值。有机溶剂的选择：黏度小，外表张力适中，相分散和相分别简洁，简洁回收，毒性低，腐蚀性小，不与目标产物反响。常用于萃取的有机溶剂有环己烷,石油醚,苯,氯仿,乙醚,乙酸乙酯,正丁醇,丙酮,乙醇,甲醇等。比水重的有机溶剂：氯仿极性最大的有机溶剂：甲醇极性最小的有机溶剂：环己烷溶解范围最广的有机溶剂：乙醇环己烷,石油醚,苯,氯仿,乙醚,乙酸乙酯,正丁醇,丙酮,乙醇,甲醇推举的化学萃取剂：转移。氨基酸萃取剂：氯化三辛基甲铵。抗生素萃取剂：月桂酸、其它有机酸或胺类。烷、十二烷、四氯化碳、苯。液和溶剂接触和流淌状况，可以将萃取操作过程分成：单级萃取过程多级萃

10、取过程多级萃取可分为错流接触和逆流接触萃取过程。依据操作方式不同，萃取操作又可分成间歇萃取和连续萃取操作。 多级逆流萃取：分别效率高产品回收率高溶剂用量少混合沉降器 离心萃取器旋转圆盘塔于其临界点的温度和压力之下则称之为超临界流体。密度接近液体萃取力量强粘度接近气体传质性能好超临界萃取工艺具有如下特点：1、由于超临界流体的黏度低、集中系数高，因此，超临界萃取体系的传质效率大大高于液-液两相体系。2、由于超临界流体的外表张力极低，其在固态物料中的渗透速度格外快。3、超临界萃取同时具有精馏和液相萃取的特点，即在萃取过程中由于被分别物生相际分别效果。4、超临界萃取具有独一无二的优点是它的萃取力量的大

11、小取决于流体的密度，而流体密度很简洁通过调整温度和压力来加以把握。5、超临界萃取的溶剂回收方法简洁并且大大节约能源。被萃取物可通过等温降压或等压升温的方法与萃取剂分别；而萃取剂只需再经压缩便可循环使用。6、高沸点物质往往能大量地、有选择性地溶解于超临界流体中而形成超临界流解的物质。超临界萃取常用萃取剂：极性萃取剂：乙醇、甲醇、水难剂：二氧化碳易超临界二氧化碳萃取：优点：缺点：临界条件温存产品分别简洁不燃无腐蚀性价格廉价萃取设备选择考虑的原则： (1)稳定性和停留时间； (2)溶剂物系的澄清特性；(3)所需要的理论级数； (4)设备投资费和修理整；(5)设备装置所占的场地面积和建筑高度(6)处理

12、量和通量；(7)各种萃取设备的特性；(8)系统的物理性质。超临界萃取典型流程：等温法等压法吸附法双水相萃取： 双水相现象是当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于同一溶剂值时，就会分成不互溶的两相。因使用的溶剂是水，因此称为双水相，在这两相中水分都占很大比例 (85一95)这就抑制了有机溶剂萃取中蛋白简洁失活和强亲水性蛋白难溶于有机溶剂的缺点。双水相萃取是利用物质在不相溶的两水相间安排系数的差异进展萃取的方法是否分层或混合成一相，取决于：熵增与分子数目有关可以构成双水相的体系有：离子型高聚物非离子型高聚物分子间斥力PEGDEXTRAN高聚物相对低分子量化合物盐析作用PEG硫酸铵双水相萃取的优点：1

13、、操作条件温存，在常温常压下进展；不会引起生物活性物质的失活或变性。2、两相的界面张力小，萃取时两相能高度分散，传质速度快。分的脱水变性4、溶质对目标组分选择性强，大量杂质能与全部固形物一同除去，使分别操作5、过程简化，易于连续操作，处理量大，适合工业应用。缺点：系统易乳化，成相聚合物的本钱较高，水溶性高聚物大多数粘度较大，不易定量把握，高聚物回收困难。双水相萃取的原理：浮粒子与其四周物质具有的简单的相互作用静电作用疏水作用和生物亲和作用氢键、电荷力、疏水作用范德华力构象效应双水相系统中目标物安排系数的影响因素： 成相高聚物浓度界面张力电化学安排疏水反响生物亲和安排 ：在非极性溶液中，外表活性

14、剂的极性头朝内，疏水的尾部向外，中间形反微团的优点：1、极性“水核”具有较强的溶解力量。剂接触，削减变性作用。3、由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体构造，增加其构造的刚性，提高其反响性能。构成反胶团的外表活性剂种类：阴离子外表活性剂活性剂第六章吸附与离子交换吸附吸附剂外表的过程。吸附过程通常包括：待分别料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂外表、 料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。常见的吸附类型及其主要特点：物理吸附： 吸附作用力为分子间引力(范德华力、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。择性强、吸附和解吸附速度较慢。上的吸附力就越强。

15、常用吸附剂种类：活性炭类树脂吸附剂通常应具备以下特征：有较高的吸附选择性机械强度高价格低廉。活性炭对物质的吸附规律：最强。针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：氨基酸大于对中性氨基酸。对芳香族化合物的吸附力量大于脂肪族化合物氨基酸，多糖单糖。pH碱性洗脱使用活性炭应留意：在首次分别料液时，一般先选用颗粒状活性炭；如待分别的物质不易被吸附，则改用粉末状活性炭；不集中时，则改用锦纶活性炭。大孔网状吸附剂：特点：脱色去臭效果抱负；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、再生简洁。大孔网状吸附树脂的种类：非极性吸附树脂：以苯乙烯为单体，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附

16、剂。又称脂肪族吸附剂。大孔吸附树脂的吸附机理：的化学构造、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律：极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质； 中等极性吸附剂兼有以上两种力量遵循“类似物简洁吸附类似物”的原则常用的解吸方法：低级醇、酮或水溶液解吸碱解吸附 原理：成盐，主要针对弱酸性溶质,酚-氢氧化钠酸解吸附原理同上水洗解吸原理如吸附是在高浓度盐类溶液中进展时降低体系中的离子强度，降低溶质的吸附量吸附等温线：c间的函数关系称为吸附等温线。0Kcqkg溶质/kg吸附剂C溶液中溶质浓度，kg溶质/m3溶液 Km3溶液/kg吸附剂qoK是阅历常数， qo为饱和吸附量k11qqcq00截距是q

17、o-1，斜率是 Kqo提纯时适合此吸附方程。影响吸附的主要因素：吸附剂的性质：比外表积粒度大小pH 值、盐浓度是利用溶质和吸附剂之间特别的化学作用，从而实现分别。吸附剂由载体Carrier和配位体(Ligand)组成载体吸附的效果有亲热的关系。这种作用表示为“钥匙和锁”的机制： 配基固定化的配基与不溶性的支撑载体偶联或共价结合成具有特异亲和性的分别介质。 吸附样品附介质选择性吸附酶或其他生物活性物质杂质与介质间没有亲和作用，故不能被吸附而被去除。样品解析 选择适宜的条件，使被吸附的亲和介质上的酶或其他生物活性物质解吸。亲和吸附的特点：以8000 倍通用性较差，洗脱条件苛刻亲和吸附剂的组成是由惰

18、性的载体,经活化,再与配基偶联而成。 活化的方法主要有：高碘酸活化法：氧化多糖，生成烷基胺甲苯磺酰氯法：双功能试剂法 二乙烯砜载体经活化后，就可以进展与配基的偶联反响。具体方法如下： 碳二亚胺缩合法(脱水)酸酐法叠氮化法重氮化法影响亲和吸附的因素：配基浓度 配基浓度高有利于它在配基上的吸附和浓集；配基与载体的结合位点质等大分子作为配基时与载体连接的键越少越好，利于保持高级构造载体孔径：孔道大小，应适宜微环境：载体或“手臂链”的极性、电性常用的吸附单元操作方式：间歇吸附连续搅拌吸附固定床吸附离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进展交换而到达的，都可使其带电，所以离子交换法已广

19、泛用于生物大分子的分别纯化技术。洗脱下来，到达分别、浓缩和提纯的目的。大孔树脂、亲和吸附、离子交换分别利用吸附剂和溶质间的范德华力、特别的 亲和力、库仑力作用的。离子交换树脂：其构造由三局部组成：载体活性基团平衡离子离子交换树脂构造由三局部组成：树脂骨架为载体,与骨架相联的活性基团,及其平衡活性离子离子交换的分类：-醛型等。按聚合的化学反响分类，有共聚型和缩聚型。微孔型大孔树脂离强弱程度具体又可以分为：强阳、弱阳；强阴、弱阴对于阳离子交换树脂，pK 越小，酸性越强 对于阴离子交换树脂，pK 越大，碱性越强位键；主要用于脱除金属离子；*多糖基离子交换树脂：固相载体为生物来源的多糖类物质，亲水性强

20、、交换空间大、对生物大分子无致变性作用离子交换树脂的理化性能：外观：球形、浅色为宜，粒度大小为 1660 目90%机械强度：商品树脂90%；生物分别95%含水量：0.30.7g/g 树脂；湿态密封包装，防冻在某一条件下；稳定性：化学稳定性、热稳定性；度、骨架构造等因素影响孔度、孔径、比外表积滴定曲线：鉴别树脂的酸碱度及其强弱性，即功能团性质,估量交换总量.影响交换速度的因素：颗粒大小：愈小越快交联度：交联度小，树脂易膨胀,交换速度快温度：越高越快离子化合价：化合价越高，库仑力越大，交换越快,集中越慢离子大小：越小交换越快,集中越快,分子筛作用.搅拌速度：在肯定程度上，越大越快影响离子交换选择性

21、的因素：离子化合价：稀溶液中高价离子易于被吸附；溶液 pH：影响树脂交换基团和交换离子的解离程度，;由于水合作用降低交换速度。越低越好；,对难洗脱溶质有益.交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分力量增大,吸附量大,交换常数大；交联度小，膨胀度大，吸附量削减。粒子间的关心力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等关心力；离子交换操作方法：树脂预处理离子交换吸附洗脱树脂预处理：先用物理方法，再用化学方法化学处理：转型氢型或钠型方式有：顺流再生和逆流再生蛋白质离子交换分别的根本步骤：平衡 上样吸附洗脱第七章 色谱技术色谱分别技术反复屡次的安排，从而使各物质到达分别。流淌相：指色谱过程中携带组分

22、向前移动的物质。体。色谱法的优点：分别效率高。简单混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 400的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分别分析。分析速度快。一般在几分钟或几格外钟内可以完成一个试样的分析。样品用量少。灵敏度高。可以检测出g.g-1 (10-6 )级甚至 ng.g-1(10-9)级的物质量。分别和测定一次完成。可以和多种波谱分析仪器联用缺乏之处：难。dc对于不同的分别机理，K 的含义不同:吸附色谱称吸附系数安排色谱称安排系数离子交换色谱称离子交换系数分子排阻色谱称分子排阻系数Kd-安排系数q、c-溶质在固相和液相中的浓度阻滞因子是在色谱系统中溶质的移

23、动速度和标准物与固定相没有亲和力的流动相 Kd=0的迁移率之比 溶质的迁移距离Rf流淌相在色谱系统中的迁移距离其意义在于表达某一种溶质与固定相之间的亲和力大小保存时间tR和保存体积VR溶质通过色谱柱所需时间，即待测组分从进样到消灭峰最大值所需的时间。 在值一样的作用，可作为色谱定性分析的依据。 反响样品在柱子中的保存或阻滞t力量，是色谱过程的根本热力学参数之一tt：N 5.54 (WR)21/ 2N 16 (R)2WbN-理论塔板数tR-保存时间HLNW1/2-半峰宽Wb -峰底宽度L-柱长一般色谱系统的操作程序：依据要分别组分的性质包括极性、分子量、分子结 构选择适宜的固定相和流淌相吸附操作

24、：选择适宜的操作条件pH测定穿透样品含量以调整操作参数洗脱：承受有机溶剂洗涤、调整pH值以及体系离子强度，最大限度地回收目标产物色谱柱：装柱 平衡 上样量和上样体积 洗脱流速及把握集洗脱方式有三种：一步洗脱、阶段洗脱、梯度洗脱吸附色谱：利用溶质与吸附剂之间的分子吸附力(范德华力，包括色散力、诱导力、定向力以及氢键)的差异而实现分别(固体外表的吸引力)关键要素：吸附剂和开放剂的选择吸附剂：氧化铝、硅胶、聚酰胺等，均含有不饱和的(未公用的氧原子或氮原子以及能够形成氢键的基团，如-OH和-NH2色散力:在非极性或弱极性分子之间由于分子内电子运动所产生的瞬时偶极而引起的作用力即色散力。极性吸附剂与极性

25、吸附分子永久偶极之间的作用力称为定向力。吸附在吸附剂外表上，这种作用力就是诱导力。XHY表示。4 种作用力的强弱次序是吸附剂的选择对吸附剂的要求：(2)不应与流淌相发生化学反响。度要细，一般要200 目(0.1mm)。常用的吸附剂：氧化铝 硅胶聚酰胺吸附剂的活度及其调整吸附剂的活性取决于它们含水量的多少，活性最强的吸附剂含有最少的水。示活性越小，一般常用。去吸附剂中的局部水，则可以增加其活性，后者称为吸附剂的活化。开放剂的选择：性质等状况综合而定。Rf 值大；极性小的溶 也小。二是开放剂对被分别的组分有肯定的溶解度，由于被解吸下来的组分只有能溶解在开放剂中才能随开放剂向前移动。可用于确定开放剂

26、的大致范围。选择的具体方法：微园环试验和小板试验确定Rf值太大，选开放剂极性比原来的小的溶剂。Rf值太小，选开放剂极性比原来的大的溶剂。之间分布状况不同而使混合物得到分别。这种分别不经过吸附程序，仅由溶剂提取而完成，因此叫安排色谱法分别作用。用作冲洗的液体称流淌相。到分别。载体种类：硅胶 硅藻土 纤维素 葡聚糖凝胶流淌相的吸附色谱中，由于硅胶SiO2XH2O外表大量硅羟基的存在，其极色谱。反相高效液相色谱是应用最广的一类高效液相色谱法。由固体刚性基质和键合在基质上的配基组成。疏溶剂理论： 一个分子有亲水局部和疏水局部两类基团。亲水基团如 OH、-NH2、-COOH 和-SH 等极性官能团，疏水

27、基团如苯环-CH3、-CH2-即疏水性基团溶剂的接触面积的效应叫做疏水作用或疏溶剂效应。子保存在柱子上时，样品分子与配基接触，两者之间结合面上的溶剂化分子被Z 个。当样品分子被洗脱下Z个，与保存时被“挤”走的溶剂分子相等。质依据其离子交换亲合力的不同而得到分别的方法。使不同相对分子量的组分得以分别。凝胶色谱的特点：分别介质一一(凝胶)完全不需要像离子交换剂那样简单的再生过程便可重复使 用。100。分别物的活性没有不良影响。纯化，脱盐、浓缩以及分析测定等。难以到达很好的分别。此外，凝胶层析要求样品粘度不宜太高。凝胶颗粒有时还有非特异吸附现象。定的固定配基之间的亲和力不同而使生物分子得以分别。亲和

28、色谱原理1、原理间构造的识别。亲和色谱优点高选择性，待分别物质与配基专一性结合，区分率高。具有浓缩作用，可纯化几千倍，适用于含量极少的活性物质分别。亲和配基的分类依据配基的特性可分为有机小分子类、生物大分子类和染料化合物三类。仅对某种生物物质具对某类化学基团或某一类生物分子具有结合作用两类。亲和色谱制备选择适宜的活化剂和活化方法 活化载体配基偶联亲和色谱法的操作过程配基固相化样品制备、装柱、平衡亲和吸附解吸附色谱柱再生HPLC具有如下特点：高压以上。(15)mL100mLmin 以上。高灵敏度 承受了基于光学原理的检测器，如紫外检测器灵敏度可达 (510-10)mgL的数量级；荧光检测器的灵敏度可达10-11g。高压液相色谱的高灵敏度还表现在所需试样很少，微升数量级的样品就足以进展全分折。5000 100 个以上的组分。膜分别的概念：利用膜的选择性孔径大小动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分别的一种技术。膜的分类按外形可分为：平板膜、管式膜、中空膜等。按相态分：固体膜和液体膜。按来