生化分离工程 (四川大学历年考博真题及答案)-个人整理完整篇

1.等电点沉淀法与盐析沉淀法有什么不同？沉淀法是最古老的分离和纯化生物物质的方法。根据所加入的沉淀剂的不同，沉淀法可以分为：盐析法；等电点沉淀法；有机溶剂沉淀法；非离子型聚合物沉淀法；聚电解质沉淀法；高价金属离子沉淀法。（1）等电点沉淀法：原理：等电点沉淀法主要利用蛋白质溶液的PH值等于其等电点时，溶解度最小，而不同蛋白质离子具有不同等电点，依次改变溶液pH值可将杂蛋白质沉淀除去，最后获得目标产物。等电点沉淀法的优缺点：优点：很多蛋白质的等电点都在偏酸性范围内，而无机酸通常价较廉，并且某些酸，如磷酸、盐酸和硫酸的应用能为蛋白质类食品所允许。同时，常可直接进行其他纯化操作，无需将残余的酸除去。缺点：酸化时，易使蛋白质失活，这是由于蛋白质对低pH比较敏感。（2）盐析沉淀法：原理：在蛋白质溶液中加入中性盐后，既会使蛋白质脱水，又会中和蛋白质所带的电荷，使颗粒间的相互排斥力失去，在布朗运动的互相碰撞下，蛋白质分子结合成聚集物而沉淀析出。常用的中性盐有MgSO4、(NH4)2SO4、Na2SO4、NaH2PO4盐析沉淀法的优缺点：优点：成本低，不需要什么特别昂贵的设备；操作简单，安全；对许多生物活性物质具有稳定作用。缺点：沉淀物中含有大量的盐析剂。（3）有机溶剂沉淀法：原理：加入有机溶剂后，水溶液的介电常数降低，从而使蛋白质分子间的库仑力增大，导致其凝聚和沉淀。有机溶剂沉淀法的优缺点：优点：某些蛋白质沉淀的浓度范围相当宽，所得产品纯度较高，有机溶剂除去方便，而且有机溶剂本身可部分地作为蛋白质的杀菌剂。缺点：需要消耗大量溶剂，且有机溶剂易燃、易爆、安全要求较高，容易引起蛋白质变性失活，操作常需在低温下进行，收率比盐析法低。常用的有机溶剂有：乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇。2.泡沫分馏与泡沫浮选有何异同？泡沫分馏与泡沫浮选都属于泡沫分离（以气泡为介质，利用组分的表面活性差进行分离的一种方法），他们的异同在于：泡沫分馏用于分离溶解物质，他们可以是表面活性物质，也可以是不具有表面活性的物质如金属离子，阴离子，蛋白质，酶等，但他们必须具有和某一类型的表面活性剂结合的能力，当料液鼓泡时能进入液层上方的泡沫层而与液相主体分离。泡沫浮选用于分离不溶解的物质，按照分离对象是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒等，又可分为①矿物浮选②粗粒浮选和微粒浮选③粒子浮选和分子浮选④沉淀浮选⑤吸附胶体浮选3.如果目标产物是基因工程菌的胞内产物，在分离过程中可能出现何特殊性？有哪些主要的技术方式或措施可用？胞内产品需要破碎后才能提取、纯化，细胞颗粒尺寸的变化给固-液分离带来了困难，同时这类产品的活性和功能对PH值、温度和离子强度等环境因素特别敏感，由于他们在有机溶剂中的溶解度低并且会变性，因此传统的溶剂萃取方法并不合适。双水相萃取法：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。该方法能够①操作条件温和，保留产物活性。②不存在相的分离。③溶液分相不依赖有机溶剂，因此无有机相残留、污染。④萃取体系具有较好的可调性⑤易于放大，分配系数K值重复性好，故可直接放大。主要用于蛋白质、酶，特别是胞内蛋白的提取。4．简述蛋白质在水溶液中能稳定的原因及凝聚的可能性。蛋白质的分子量很大,容易在水中形成胶体颗粒,具有胶体性质.在水溶液中,蛋白质形成亲水胶体,就是在胶体颗粒之外包含有一层水化膜.水化膜可以把各个颗粒相互隔开,所以颗粒不会凝聚成块而下沉.所以说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体。以下几种方法可促使蛋白质凝聚：（1）盐析法，此方法并未破坏蛋白质天然状态，沉淀出的蛋白质可不变性，所以盐析法是分离制备蛋白质或蛋白类生物制剂的常用方法。（2）有机溶剂沉淀法，通过破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀，此方法在常温下可使蛋白质变性，低温下可使变性速度减慢。（3）重金属盐沉淀法，可与蛋白质结合形成不溶于水的蛋白质盐沉淀，引起蛋白质变性。临床用于救重金属盐中毒。（4）等电点沉淀法，利用蛋白质溶液的PH值等于其等电点时，溶解度最小，而不同蛋白质离子具有不同等电点，依次改变溶液pH值可将杂蛋白质沉淀除去，最后获得目标产物。（5）生成盐复合物沉淀法，

用于多种化合物，特别是小分子物质的沉淀。（6）聚电解质沉淀法。5.离心过滤与离心沉降都是利用离心力来促进固液分离，但两者有何不同？离心过滤：以离心力作为推动力，在具有过滤介质(如滤网、滤布)的有孔转鼓中加入悬浮液，固体粒子截留在过滤介质上，液体穿过滤饼层而流出，最后完成滤液和滤饼分离的过滤操作。离心沉降：在离心力的作用下，使固体下沉而液体上升从而达到分离。6.液体膜有哪几类？与固体膜相比，液体膜有何特点？液体膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。按其构型和操作方式的不同，主要分为乳状液膜和支撑液膜。特点：通量大，穿过膜的扩散系数增大，具有巨大的传质比表面，使萃取速率大大提高，膜的厚度减小，使透过速度增大；具有更高的选择性。7.电动分离的类型和各自的特点及适用对象？8.结晶与沉淀有何不同？结晶：溶液过饱和，溶质从饱和溶液中以晶体的形式析出沉淀：利用沉析剂使生化物质在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体沉淀的过程。共同点：在本质上同属于新相析出的过程，主要是物理变化。不同点：形态的不同，同类分子或离子以有规则的排列形式而析出称结晶，同类分子或离子以无规则的紊乱形式而析出称沉淀。9.在生物及制药分离过程中，有哪些固液分离的方法？试简要叙述其基本原理、适用特点及发展状况。固液分离方法有：过滤、离心、沉降、泡沫浮选过滤：过滤是以某种多孔性物质作为介质，在外力的作用下，悬浮液中的流体通过介质孔道，而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离的过程。适用特点：固体颗粒大、含量多的悬浮液的分离。过滤法不但是传统的化工单元操作，也是目前工业生产中分离细胞和不溶性物质的主要方法离心：是利用装置所提供的惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同来实现固液分离的过程。适用特点：主要用于固体粒子含量较少、颗粒细小，液体黏度大，过滤速度慢，甚至难以过滤的悬浮液的分离。该方法也是目前实验室中常用的分离方法。沉降：是依靠外力的作用，利用分散物质（固相）与分散介质（液相）的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分离的过程。分为重力沉降和离心沉降。泡沫浮选：以气泡为介质，利用组分的表面活性差进行分离的一种方法。按照分离对象是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒等，又可分为①矿物浮选②粗粒浮选和微粒浮选③粒子浮选和分子浮选④沉淀浮选⑤吸附胶体浮选。泡沫分离技术除了在选矿方面比较成熟外，其它方面尚属开发阶段。10.试简要分析生物、制药领域中任意两种新分离技术的不足或缺陷，简要论述改进和发展这些技术的措施或途径。膜分离技术：是以特殊的膜为分离介质，以膜两侧的压力差为推动力，将不同分子量的物质进行选择性分离。优点：①操作在常温下进行；②是物理过程，不需加入化学试剂；③不发生相变化（因而能耗较低）；④在很多情况下选择性较高；⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；⑥设备易放大，可以分批或连续操作。缺点：①在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低。改进措施：进料液的预处理：预过滤、pH及金属离子控制；选择合适的膜材料：减轻膜的吸附；改善操作条件：加大流速。选择合适的膜孔径，选用不对称膜②膜的耐药性、耐热性、耐溶剂能力都有限，故使用范围有限。改进措施：开发高性能的抗性膜③单独采用膜分离技术效果有限，改进措施：与其他分离工艺组合使用超临界流体萃取：是一种将超临界流体作为萃取剂，把一种成分从另一种成分中分离出来的技术，一般用CO2作萃取剂。优点：

1)传质速率快，达到萃取平衡的时间短；2)

操作条件易于控制；

3)溶质和溶剂分离容易，萃取效率高；4)溶剂不需回收，费用低；

5)

具有萃取和精馏的双重特性，可分离难分离物质；6）超临界流体具有化学稳定、无毒无腐蚀性、萃取温度不高等特性，可用于天然产物的分离。缺点：1)

高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏；

2)

高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求亦高；3)

超临界流体中溶质浓度相对还是较低，故需大量溶剂循环；

4)

超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。改进措施：加大对超临界流体性质及其混合物相平衡热力学的深入研究，降低选用压力。11.在生物分离过程中，有哪些减轻或避免蛋白质变性失活的方法？试简述其基本原理、适用特点及发展状况。蛋白质是由多种氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质的变性或失活。减轻或避免蛋白质变性、失活的方法：1）低温下操作，作用机制：温度升高促进了肽键的展开，从而破坏其稳定性导致变性2）控制适当的压力，特点：可逆，作用机制：主要是蛋白质是柔性的和可压缩的3）避免剧烈震荡和搅拌，特点：不可逆4）避免紫外线照射，特点：不可逆，作用机制，导致蛋白质构象改变5）控制pH值.避开强酸强碱和等电点.特点：多数是可逆的6）尽量减少和有机溶剂及变性剂的接触.特点：不可逆7）添加蛋白酶抑制剂,减少蛋白分解.8）盐浓度适宜,不能太高.作用机制：通过改变蛋白质分子的表面性质，改变蛋白分子自身的结构状态而使蛋白变性9）增加抗氧化物质,防止蛋白质被氧化.12.膜分离过程中的浓缩、透析过滤以及纯化有何异同？试举例说明合理的组合运用更具有优势。膜分离技术：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性，以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。浓缩：主要用于以菌体或蛋白质浓缩为目的的膜分离。在浓缩悬浮粒子或大分子的过程中，产物被截留在料液罐中。透析过滤：在悬浮粒子或大分子的透析过滤中，产物被膜截留住，低相对分子量溶质（盐、蔗糖和醇）则通过膜。主要以除去菌体或高分子溶液中的小分子溶质为目的。纯化：采用这一工作模式纯化不同分子量的蛋白质，分子量较小的溶质进入透过液中，分子量较大的物质被截留。13.对于生物分离过程，试就有机溶剂萃取、反胶束萃取以及双水相萃取各自的特点，相互联系及适用对象等进行简要比较和分析。有机溶剂萃取：利用化合物在有机相和水相中溶解度或分配系数的不同，使化合物从水相中转移到有机相中的过程。特点：①操作可连续化、速度快，生产周期短。②对热敏物质破坏少。③采用多级萃取时，溶剂浓缩倍数大、纯化度高。主要用于有机酸、氨基酸、维生素等生物小分子的分离纯化。反胶束萃取:利用表面活性剂在有机相中形成分散的亲水微环境,使蛋白质类生物活性物质溶解于其中的一种生物分离技术.其本质仍是液液有机溶剂萃取。特点：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表面活性剂往往具有细胞破壁功效，可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶；⑤成本低，溶剂可反复使用等。主要用于氨基酸、肽和蛋白质等生物分子的分离纯化。双水相萃取法：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。特点：①保留产物活性。②不存在相的分离。③溶液分相不依赖有机溶剂。④固液分离。⑤易于放大，分配系数K值重复性好，故可直接放大。主要用于蛋白质、酶，特别是胞内蛋白的提取。14.试简要分析膜分离过程中的主要问题及产生的原因，有哪些可能的简述措施？最大问题是膜污染，膜污染通常是指由于膜与溶质的相互作用而在膜表面或膜孔内吸附，或者膜表面溶质浓度超过饱和浓度而在膜表面产生沉淀或结晶、形成“凝胶层”，引起膜性能变化的现象，膜污染是一个不可逆过程。膜污染不仅会造成透过通量的大幅度下降，使其截留分子量变小，甚至会影响目标产物的回收率。

膜污染主要原因：凝胶极化；溶质在膜表面的吸附层；膜孔堵塞；膜孔内的溶质吸附。

防止膜污染的方法：①进料液的预处理：预过滤、pH及金属离子控制；②选择合适的膜材料：减轻膜的吸附；③改善操作条件：加大流速。15.在生物分离纯化过程中，蛋白质可能出现变性、失活等问题。试对于能够减少或避免此类问题发生的几种相关的分离提纯技术，分析和比较他们的特点。膜分离技术：是以特殊的膜为分离介质，以膜两侧的压力差为推动力，将不同分子量的物质进行选择性分离。优点：①操作在常温下进行；②是物理过程，不需加入化学试剂；③不发生相变化（因而能耗较低）；④在很多情况下选择性较高；⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；⑥设备易放大，可以分批或连续操作。反胶束萃取技术:利用表面活性剂在有机相中形成分散的亲水微环境,使蛋白质类生物活性物质溶解于其中的一种生物分离技术.其本质仍是液液有机溶剂萃取。优点：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表面活性剂往往具有细胞破壁功效，可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶；⑤成本低，溶剂可反复使用等。16.就1-2种在生物、制药领域中的新分离技术的特点、目前状况及发展方向，进行简要论述。膜分离技术：是以特殊的膜为分离介质，以膜两侧的压力差为推动力，将不同分子量的物质进行选择性分离。优点：①操作在常温下进行；②是物理过程，不需加入化学试剂；③不发生相变化（因而能耗较低）；④在很多情况下选择性较高；⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；⑥设备易放大，可以分批或连续操作。反胶束萃取技术:利用表面活性剂在有机相中形成分散的亲水微环境,使蛋白质类生物活性物质溶解于其中的一种生物分离技术.其本质仍是液液有机溶剂萃取。优点：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表面活性剂往往具有细胞破壁功效，可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶；⑤成本低，溶剂可反复使用等。双水相萃取法：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。特点：①保留产物活性。②不存在相的分离。③溶液分相不依赖有机溶剂。④固液分离。⑤易于放大，分配系数K值重复性好，故可直接放大。主要用于蛋白质、酶，特别是胞内蛋白的提取。17．将液液萃取基本原理应用于生物和制药分离过程，发展形成了一些分离方法。试就这些方法各自的特点、相互联系及适用对象等进行简要比较和分析。有机溶剂萃取：利用HYPERLI