《生化分离工程》思考题与答案

第一章 绪论1、 何为生化分别技术？其主要争论那些容？的过程中所承受的方法和手段的总称。2、 生化分别的一般步骤包括哪些环节及技术？4PH、分散和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分别技术；④成品加工，有浓缩、结晶和枯燥等技术。3、 生化分别工程有那些特点，及其重要性？特点：1、目的产物在初始物料〔发酵液〕中的含量低；2、培育液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代物〔几百上千种〕、最终产品的质量要求高5040～8070～90％。明显开发的分别和纯化工艺是提高经济效益或削减投资的重要途径。4、生物技术下游工程与上游工程之间是否有联系？生物技术上游工程与下游工程相耦合。发酵-分别耦合过程的优点是可以解除得的效果。5、为何生物技术领域中往往消灭“丰产不丰收”的现象？其次章 预处理、过滤和细胞裂开1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？分别及后提取工序的顺当进展。解，胞物质外溢，而增加发酵液的简洁性，影响其后的产物分别与纯化；pHpHpH2、何谓絮凝？何谓分散？何谓混凝？各自作用机理是什么？3、常用的分散剂有哪些？常用的絮凝剂有哪些？1mm分散剂的作用机理:分散剂的参与可使胶粒之间双电层电位下降或者使胶体外表系统的分散状态，导致颗粒分散。工业上常用的分散剂大多为阳离子型,无机盐类:AlCl3·6H2O、FeCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、聚合无机盐类：聚合铝、聚合铁强。絮凝作用是利用带有很多活性官能团的高分子线状化合物〔絮凝剂〕10mm带电荷的阴离子〔如—COOH〕或阳离子〔如—NH2〕基团以及不带电荷的非即架桥作用。工业上使用的絮凝剂分类：①有机高分子絮凝剂:聚丙烯酰胺,聚丙烯酸类衍生物主要有蛋白质、粘多糖、纤维素和核酸等.混凝:在实际应用中，絮凝剂与无机电解质分散剂常常搭配在一起使用，参与无机电解质使悬浮粒子间的排斥力气降低而分散成微粒，然后参与絮凝剂，4、何为惰性助滤剂？其使用方法有哪些？塞现象得到减轻，易于过滤。原理:助滤剂能吸附胶体，且形成的滤饼具有网格型构造，不行压缩，滤孔不会被堵塞，从而提高过滤效率。有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍宝岩、白土、炭粒、淀粉等。最常用的是硅藻土助滤剂的使用方法:①将助滤剂在支持介质〔滤布〕的外表上预涂薄层1～2mm;②将助滤剂分散在待过滤的悬浮液中.补充:生化产品固液分别方法：过滤、沉降和。过滤是以某种多孔性物留下来，从而实现固液分别的过程;沉降是依靠外力的作用，利用分散物质〔固〔液相〕的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分别的过程;是利用装置所供给的惯性离心力的作用来实现固液分别的过程。5、深层过滤和饼层过滤的异同点？依据过滤介质所起主要作用不同可分为：饼层过滤或深层过滤。深层过滤:过滤介质(如硅藻土、砂、颗粒活性炭等)起主要过滤作用,当悬浮液通0.001g/mL，颗粒直径在(5～100)μm层起主要过滤作用,过滤介质为滤布，当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布所0.001g/mL6、影响过滤的因素及改善措施？影响过滤性能的因素主要有:①混合物中悬浮微粒的性质和大小;②混合液的粘度;、操作压力、滤饼厚度等;④助滤剂的使用;⑤固液分别设备和技术改善过滤性能的方法:工艺上一般承受降低混合液粘度的方法、增大被分别颗粒增大真空度、降低滤饼层的厚度，或除去滤饼等方法以改善过滤性能。7、真空过滤机与压力式过滤机的适用围？的悬浮液的分别。由于受推动力(真空度)的限制，真空转鼓过滤机一般不适合于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，而且承受真空转鼓过滤机过滤所得固相的干度不如加压过滤。应用：大规模生物分别的主要过滤设备，用于较难分别的低黏度发酵液板框过滤机1%～10同过滤特性的发酵液的过滤。8、机械法细胞裂开与非机械裂开相比有何特点？9、细胞裂开主要有那几种方法？10、何谓化学法裂开细胞？其原理是什么？包括那几种？细胞裂开技术:〔一〕机械法①珠磨法:在磨腔中装入小玻璃球或小钢球，由电动机带动搅拌碟片高速搅拌微生物细胞悬浮物和小磨球而产生剪切力，将细胞破碎，释放出含物。一般有立式或卧式两种珠磨机;②高速匀浆法:利用高压使悬浮由高压泵和均压阀组成;③超声裂开法:另一种液相剪切裂开法，常为试验室方法.局部的剪切梯度，使细胞裂开。〔二〕非机械方法①酶法溶胞:利用酶分解细胞壁上特别的化学键使之裂开。②化学法:用某些化学试剂溶解细胞壁或抽提细胞pH、有机溶剂法、外表活性剂法等。③物理法如渗透压冲击法、冻融法、枯燥法等。11、何为包涵体？包涵体中分别产物一般包括哪几个步骤？所谓包涵体活性的聚拢体，其局部是克隆表达的目标产物蛋白。分别产物的处理步骤体的洗涤→目标蛋白的变性溶解→目标蛋白的复性。第三章萃取单元萃取是利用溶质在互不相溶的两相之间安排系数的不同而使溶质得到纯化或浓液液萃取取或浸取是以液体为萃取剂，含有目标产物的原料也为固体。:调整水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作。萃取方法分物理萃取(溶质依据相像相溶的原理在两相间到达安排平衡，萃取剂取剂与溶质之间的化学反响，包括离子交换和络合反响等).1溶剂萃取是利用物质在互不相溶的水相与有机相间的安排系抗生素、有机酸、氨基酸等。操作的一般过程:萃取–洗涤–反萃取2‘安排定律及其适用条件是什么？安排定律A相中以一样的分子形态存在,则在两相中的平衡浓度之比为常数,称为安排常数,这就是溶质的安排定律.K=y/x,yAEmol/L,xAmol/L相中并非以同一种分子形态存在2pH〔化学〕萃取？K表与温度压力有关，还pH酸性电解质:K表＝[AH]/[AH]+[A-]=K/1+10(pH-pKp)②碱性电解质:K表＝[AH]/[AH]+[A-]=K/1+10(pKp-pH)化学萃取aa学萃取有阴离子交换萃取和阳离子交换萃取水相条件的选择:pH安排系数Kβ以及稳定性3、何谓乳化现象？生物料液萃取时形成乳化形成的缘由？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。发酵产物的带来困难。产生缘由:发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等物质，这些物质具有W/OO/W萃取中,有蛋白质引起的乳状液是水包油型(O/W)的,此界面乳状液可放数月不分散4、何为反胶团和反胶团萃取？反胶团：是两性外表活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发地向聚拢而成而成的，并具热力学稳定的有序构造。:是利用外表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别技术.其本质仍是液液有机溶剂萃取。反胶团萃取蛋白质的根本原理:反胶团萃取是有机相-水相间的安排萃取,是从主推动力主要包括外表活性剂与pHW影响反胶团萃取的主要因素:水相pH值;离子强度;外表活性剂类型及其浓度5、 反胶团萃取的特点是什么？其中尤其突出的优点(见划线)是什么？〔如胞酶〕在非细胞环境中快速具有活性的蛋白质和酶；⑤本钱低，溶剂可反复使用等。6pH①pH:蛋白质溶入反胶团的推动力是静电引力,而打算蛋白质外表电荷的状态是水相的pHpHpH＞pIpHAOT下，在水相中生成了复合体而变性所造成的。②离子强度对萃取的影响:反胶团相接触的水溶液离子强度以不同方式影响着蛋白质的安排。如添加KCl机理:随着离子强度(即盐浓度)的增大,反胶团外表的双电层变薄,减弱了蛋白质与反胶团外表的静电吸引,从而小,同时增大了离子向反胶团”水池”的迁移并取代其中蛋白质的倾向,蛋白质从反胶团被盐析出来。7、何谓双水相萃取？目前常用的体系有那两种？双水相系统是指某些亲水性高分子聚合物之间或亲水性聚合物与无机盐之间,在水中超过确定浓度后形成不相容的两相，并且两相中水分均占很大比例.典型的例子是聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dex)形成的双水相系统。双水相萃取是利用物质在互不相溶的两个水相之间安排系数的差异实现分别的方法。常用的体系:聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dex)体系和聚合物与无机盐的混合溶PEG/磷酸钾、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等。8、为什么说双水相萃取适用于生物活性大分子物质分别？85%-95%,且成相的高聚物与无机盐都是生物的稳定性。9、影响双水相萃取的因素有那些？pH盐的种类及浓度④菌体或细胞的种类及含量、体系温度等。10、何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？进展萃取，以到达分别和提纯的目的。体液化；临界压力：是指在临界温度下，液化气体所需的压力。流体在超临界状态下,其密度接近液体,具有液体溶剂相当的萃取力气,因此萃取力气强;其粘度接近气体,传质阻力小,传质速率大于其处于液态下的溶剂萃取速率,因此传质性能好11、二氧化碳作为重要的超临界介质的缘由？CO2比，CO2品和自然物产品。第四章膜分别1、何谓膜分别？常用和型膜分别方法那几种？用自然或人工合成的无机或有机薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分溶质和溶剂进展分别、分级、提纯和富集的方法通称为膜分别法.小和分别物质。：微滤、超滤、反渗透、电渗析、纳滤：亲和膜过滤、渗透蒸发、膜蒸馏、膜萃取、液膜分别2、简述各种膜分别技术的原理及其应用!(纲领性语言即可)(见笔记)各种膜分别按动力本质分类:①以静压力差为推动力的过程:微滤〔MF)、反渗透〔RO)、超滤〔UF〕、纳滤〔NF)②以蒸汽分压为推动力的过程:膜蒸馏〔MD)、渗透蒸发〔PV〕③以浓度差为推动力的过程:渗析〔D)④以电位差为推动力的过程:电渗析〔ED)3、膜在构造上可分为那几种？各自的特点？层物质称为膜膜在构造上可分为0.2mm。②不对称膜：非对称膜有一个很薄的(0.2 m)但比较致密的分别层和一个较厚的(0.2mm)多孔支撑层。两层材质一样。上，但表层与底层的材质不同。复合膜的性能受上下两层材料的影响。4、膜组件在形式上主要有那几种？〔毛细管〕式膜组件和平板式膜组件5、何谓截留率和膜截留分子量？截留率：是指对确定相对分子质量的物质，膜能截留的程度。δ=1－CP/CB,是指截留液浓度〔kmol/m3〕。截留分子量〔9095％〕的相对分子质量。6、何谓浓差极化现象和凝胶极化现象？它是如何影响膜分别的？削减浓差极化现象的措施？浓差极化:浓差极化是指在膜分别过程中，全部溶质均被透过液传送到膜外表，四周浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化。影响:膜外表四周浓度上升，增加了膜两侧的渗透压差，使有效压差减小，渗透通量降低。措施：为了削减浓差极化，通常承受错流操作如错流过滤。凝胶极化：膜外表四周浓度超过溶质的溶解度时,溶质呈最严密排列,或析出形成凝胶层,使流体通过膜的阻力增大,渗透通量降低。在分别喊有菌体、细胞或其它的形成对透过形成附加的传质阻力7、膜性能降低的缘由及清洗方法？缘由:①膜的劣化.包括化学性劣化(水解,氧化)和物理性劣化(挤压,枯燥)以及生物PH②水生物(附生)污垢.形成附着层和堵塞等外因而引起的膜性能变化清洗方法:①物理方法：将海绵球通到管式膜中进展洗涤，或利用供给液本身间歇地冲洗膜组件部，并利用其产生的剪切力来洗涤膜面附着层。EDTA涤剂、酸碱洗涤剂等。膜亲和层析包括两个分支：①亲和膜分别技术：制备带有亲和配基的分别膜，直接进展产物分别；联接一个“间隔臂”分子,适宜的亲和配基与间隔臂分子以共价键结合,形成带有亲和配基的亲和膜。亲和膜分别过程:当样品混合液缓慢地通过膜时,样品中欲分别的目标物与配基产生生物特异性结合,生成复合物而被保存,其它分子则随流淌吸出来从而被分别。分别膜的改性→亲和膜的制备→亲和络合→洗脱→亲和膜再生.需要解决的关键问题:膜外表有足够数量的可利用化学基团,以便接着间隔臂和配基;有足够高的外表积、足够大的孔径;孔分布窄而均匀;有确定机械强度;耐酸、碱、高浓度的缓冲液和有机溶剂。应用:亲和膜分别配体如单克隆抗体、肝素、胶原、胰蛋白酶等配基.其与被分别的生物分子间的亲和作用模拟了生物体发生的特异性作用,可在温存的条件下洗脱,并保存生物分子的自然构象,因此它适应用生物分子的制备.亲和-错流膜过滤将水溶性或非水溶性高分子亲和载体与产物进展特异反响，然后用膜进展错流过滤。将亲和层析与超滤技术结合,高分子底物经专一可逆的亲和反响后,用膜进展错流过滤,兼有亲和层析和膜过滤的优点。原理:基质常是聚合物(多为亲水性聚合物如聚丙烯酰胺等)组成的核;大分子的亲和配基连接在核外表; 配基对目标物专一可逆的吸附，形成复合体;用膜对混合液进展错流过滤,复合体因分子巨大可被保存杂质则随液体透过膜;洗脱分别得到产物。所用的膜需具备的条件:对溶剂具有高渗透压;分子截流围窄;具有相应的机械强第五章泡沫分别1、泡沫分别的定义是以气泡为介质，利用组分的外表活性差进展分别的一种分别方法。2、泡沫分别的原理及其本质：泡沫分别过程是利用待分别物质本身具有外表活性〔如外表活性剂〕〕，在鼓泡塔中被吸附在气泡外表，得到富集，籍气泡上升带出溶剂主体，到达净化主体液、浓缩待分别物质的目的。：组分在气-液界面上吸附的选择性和程度。本质：各种物质在溶液中外表活性的差异。:待分别的物质吸附到气－液界面;被泡沫吸附的溶质进展收集并用化学、热或机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。3、泡沫分别的主要设备和操作方式:泡沫塔和破沫器:间歇式泡沫分别过程和连续式泡沫分别过程第六章蛋白质沉淀1、蛋白质沉淀的主要方法①盐析法②有机溶剂沉淀法③|pH–pI|Value2、盐析法沉淀的作用机理盐析是指在高浓度中性盐存在下，使目标产物的溶解度降低而产生沉淀的过程。:减弱静电斥力;去水化膜.亲水胶体在水中稳定的因素有两个,即电荷和水膜,蛋白质分子外表极性基团越厚,蛋白质分子与溶剂分子的亲和力越大,性盐后,夺走了水分子,破坏了水膜,暴露了疏水区域,同时又中和了电荷,破坏了亲和胶体,蛋白质分子即形成沉淀。“β”分级盐析法？蛋白质沉淀的先后挨次？什么是亲和沉淀？①“Ks”分级盐析法pHI)到达沉淀的目的②“β”分级盐析法pH挨次:一般的初步分别用第①种方法，进一步纯化时用第②种方法。亲和沉淀:利用蛋白质与特定的生物的或合成的分子〔免疫配位体、基质、辅酶等〕之间高度专一的相互作用而设计出来的一种特别选择性的分别技术.该技术“吸附”有特别蛋白质的聚合物的溶解度大小。4、盐析法中常用无机盐是什么?为何选用它们?abcdef最常用(NH4)2SO4pH降低，在高pH下产氨，腐蚀性强，有异味，有毒，终产物必需除尽。次常用Na2SO4. 缺点：在400C以下溶解度较低，主要用于热稳定蛋白。盐析法影响因素:Ks;离子半径小，带电pH(pHCohnx值)；④温度(T值,T,T)Cohnx阅历公式: ;式中,S为蛋白质的溶解度(g/L);Imβ值0pHKspH第七章吸附1、吸附的概念及类型吸附剂外表的过程。吸附的类型:①物理吸附：吸附剂和吸附物通过分子力〔德华力〕产生的吸附;②交换吸附：吸附剂与吸附物之间发生离子交换而吸附。2、吸附过程的流程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3、大孔吸附树脂的吸附规律:非极性吸附树脂;中等极性吸附树脂;极性吸附剂：①非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质;②极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质;③中等极性吸附剂兼有以上两种力气.4、吸附等温线？当固体吸附剂从溶液中吸附溶质到达平衡时,其吸附量与溶液组成和温度有关,当吸附等温线。5、亲和吸附的概念？亲和技术在生化分别中的应用综述？由载体(载体通常是惰性的,须先活化然后与配基偶联)和配位体组成.6、固定床、流化床、膨胀床吸附的特点及区分？7、离子交换的定义？离子交换〔静电引力〕吸附在树脂上，然后利用适宜的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，到达分别的目的。8、离子交换树脂的构造组成？①具有三维空间立体构造的网络骨架;②联接在骨架上的活性基团〔可交换离子〕9、离子交换树脂的预处理方法、再生及洗脱？:树脂预处理→离子交换吸附→洗脱:①物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；8-10脂:酸—碱—酸;阴离子树脂:碱—酸—碱.最终以去离子水或缓冲液平衡洗脱方式pH树脂再生是指使离子交换树脂重具有交换力气的过程。酸性阳离子树脂:生和逆流再生。平衡,上样吸附,洗脱,再生第八章色谱分别1、色谱法的概念也称色谱层析、色谱、色层,是指样品中各组成依据其在固定相与流淌相之间作用行为的差异进展屡次分别的过程。2法、金属螯合色层分别法和共价作用色层分别法四种。3、各色谱技术的作用机理？；①常用柱色谱介质分无机物色谱介质(氧化铝、硅胶、活性炭、膨润土、磷酸钙(凝胶型和晶型)、氧化钛和氢氧化锌凝胶等)和聚合物色谱介质洗脱方法:恒定洗脱法;逐次洗脱法;梯度洗脱法(最常用)⑵纸层析法:是一种常用的快速分别、鉴定方法，可用于定性分析以及确定分别端向另一端流淌，开放完毕后，取下滤纸，晾干，染色显迹⑶薄层色谱法:将固定相涂布在惰性固体上，形成薄层进展色谱分别的方法操作要点:铺板,点样,点样量开放,显色⑷吸附色谱:指混合物随流淌相通过固定相〔吸附剂〕时，由于固定相对不同物质的吸附力不同而使混合物分别的方法。，如疏水作用色谱、金属螯合作用色谱和共价作用色谱等，理，即疏水作用、螯合作用和共价作用。⑹亲和色谱(AFC):是将与目的产物具有特异亲和力的生物分子固定化后作为固过程:载体活化、配基连接、吸附、洗脱数不同而分别。要素：固定相、载体、流淌相⑻凝胶色谱5系统组成:气路系统;进样系统;分别系统;温控系统;检测记录系统⑽高效液相色谱(HPLC)与经典液相色谱法的区分是填料颗粒小而均匀，小颗粒4、柱色谱系统的组成？5、凝胶色谱的定义？:以确定孔径的凝胶为固定相，是一种依据各物质分子大小不同而进展分别的色谱技术，因