2023年生物分离题库答案

一、填充题

1.生物产品的分离涉及Removalofinso分bles（固液分离），Isolation（浓缩），P

utification（纯化）和Polishing（精制）；

2.发酵液常用的固液分离方法有离心和过滤等；

3.离心设备从形式上可分为管式，套筒式，碟片式等型式:

4.膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为微滤膜，超滤膜，纳滤膜

和反渗透膜；

5.多糖基离子互换剂涉及葡聚糖离子互换剂和离子互换纤维素两大类:

6.工业上常用的超滤装置有板式，管式，螺旋卷式和中空纤维式；

7.影响吸附的重要因素有吸附剂的性质，温度，溶液PH值，盐浓度吸附物浓度,和吸附

剂用量；

8.离子互换树脂由活性基因和可互换离子组成。

9.电泳用凝胶制备时，过硫酸镂的作用是引发剂；甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂；

TEMED的作用是增速剂；

10影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，PH值和温度；

11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶,刺激起晶法和晶种起晶法；

12.简朴地说，离子互换过程事实上只有外部扩散，内部扩散和化学互换反映三步:

13.在生物制品进行吸附或离子互换分离时，通常遵循Langmuir吸附方程，其形式为Q=q。c/（k+c）；

14.反相高效液相色谱的固定相是槌极怛的，而流动相是极性的:常用的固定相有和Cl8c8；

常用的流动相有甲醇和乙睛；

15.超临界流体的特点是与气体有相似的粘度（扩散系度），与液体有相似的密度；

16.离子互换树脂的合成方法有共聚（加聚）和均聚（缩聚）两大类:

17.常用的化学细胞破碎方法有渗透压冲击法，增溶法，脂溶法，酶消化法和碱解决法；

18.等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其受良的不同；

19.离子互换分离操作中，常用的洗脱方法有PH梯度和离子强度（（盐）梯度）；

20.晶体质量重要指晶体大小，晶体性状和晶体纯度三个方面;

21.亲和吸附原理涉及吸附质的制备，吸附和洗脱三步:

22.根据分离机理的不同，色谱法可分为吸附色谱,分派色谱，离了互换色谱和凝胶色谱；

23.盐析实验中用于关联溶质溶解度与盐浓度的Cohn方程为lgs=B-KsI：

当保持体系温度，PH值不变，仅改变溶液离子强度进行的盐析操作称为Ks盐析法；

当保持离子强度不变，改变温度，PH值进行的盐析操作称为B盐析法；

24.蛋白质分离常用的色谱法有金属螯合色谱,共价色谱,离子互换色谱和疏水作用色谱;

25.SDSPAGE电泳制胶时，加入十二烷基磺酸钠(SDS)的目的是消除各种待分离蛋白的电荷和分子形状

差异，而将分子量作为分离的依据;

26.常用的蛋白质沉析方法有盐板，等电点沉析和有机溶剂沉析;

27.常用的工业絮凝剂有聚丙烯酰胺和聚苯乙烯两大类;

28.典型的工业过滤设备有板框式过滤机、真空转鼓过滤机和垂直片式硅藻土过滤机;

29.常用离心设备可分为离心沉降和离心过滤两大类;

30.根据物化理论，萃取达成平衡时，溶质在萃取相和萃余相中的化学势相等:

31.根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分为物理吸附、化学吸附、互换吸附—

32.影响亲和吸附的因素有配基浓度、空间障碍、载体孔径、微环境和载体与配基结合位点;

33.阳离子互换树脂按照活性基团分类，可分为强酸性,、弱酸性~和中强酸性、;其典型的活性基团分别有

磺酸基团次甲基磺酸基团、竣酸基团、磷酸基团次磷酸基团:

34.阴离子互换树脂按照活性基团分类，可分为强碱性，弱碱性~和中强碱性、;其典型的活性基团分别有

季钱基团、伯镂基团、兼有以上两种基团;

35.DEAESepharose是阴离子互换树脂,其活性基团是二乙基氨基乙基;

36.CMSepharose是皿离子互换树脂，其活性基团是峻甲基；

37.影响离子互换选择性的因素有水合离子半径、离子化合价、溶液PH、离子强度、有机溶剂和交联度;

38.离子互换操作一般分为静态和动态两种；

39.蛋白质等生物大分子，在溶液中呈稳定的分散状态，其因素是由于静电斥力作用和水化膜层;

40.盐析用盐的选择需考虑盐析作用要强、有够大的溶解度、生物学上是惰性的、来源丰富、经济等

41.影响有机溶剂沉淀的因素有温度、旦1、样品浓度、离子强度和金属离子的助沉作用;

42.常用的超滤装置有板式、管式、螺旋卷式和中空纤维式;

43.依据电泳原理，现有电泳分离系统可分为区带电泳、静态电泳和移动界面电泳;

44.依据建立pH梯度的原理不同，等电聚焦(IEF)可分为载体两性电解质电泳和同相电泳;

45.双相电泳中，第一相是导电聚焦;第二相是SDS；

46.结晶涉及三个过程过饱和溶液形成、晶核的形成和晶体牛长：

47.过饱和溶液的形成方法有热过饱和溶液冷却法、部分溶剂蒸发法、真空蒸发冷却法和化学反映结晶；

48.晶核自动形成时，体系总的吉布斯自由能的改变AG由AGs和AGv组成;

49.物料中所含水分可分为化学结合水、物化结合水和机械结合水三种;

50.根据干燥曲线，物料干燥可分为恒速和隆速两个阶段；

51.工业生产中常用的助滤剂有硅藻土和珍珠岩;

52.液一液萃取从机理上分析可分为物理萃取和化学萃取两类;

53.基本的离子互换过程由、、和组成；

54.吸附涉及将待分离物料通入吸附剂中,吸附质被吸附到吸附剂表面,料液流出和吸附质解析回收后，

吸附剂再生四个过程组成;

55.大孔网状吸附剂有极性,非极性和中档极性三种重要类型;

56.亲和吸附剂表面连接的“手臂链”的作用是减少空间位阻的影响;

57.根据修饰基团的不同，离子互换树脂可分为强碱阳,强强碱阴,强酸阳和强酸阴等四大类;

58.根据聚合方法，离子互换树脂的合成方法可分为加聚法和缩聚法两类;

59.根据聚合单体，离子互换树脂的合成方法可分为共聚法和均聚法两类;

60.影响离子互换速度的因素有颗粒大小、交联度、温度、离子化合价、离子大小、搅拌速度和溶液浓度;

61.分派色谱的基本构成要素有固定相、载体和流动相;

62.反相色谱常用的流动相有异丙醇和乙脂等:63.反相色谱常用的固定相有丝和C18等;

64.Sepharose系列的离子互换树脂的载体是琼脂糖凝胶;

65.分子筛色谱（凝胶色谱）的重要应用是生物大分子的初级分离、脱盐;

66.影响有机溶剂沉析的重要因素有调度、溶液的P1I值、离子强度、样品浓度、金属离子的助沉析作用

和搅拌速度;

67.根据膜材料的不同，常用的膜可分为合成有机聚合物膜和无机材料膜两类;

68.根据膜结构的不同，常用的膜可分为对称性膜、不时称膜和复合膜三类;

69.强制膜分离过程是指超滤和反渗透过程;

70.电泳系统的基本组成有电泳槽、电源、外循环恒温系统、凝胶干燥器、灌胶模具、电泳转移装置、电

泳洗脱仪和凝胶扫描和摄录装置:

71.电泳后，样品的重要染色方法有考马斯亮蓝和银染法;

72.SDS-PAGE电泳中，SDS的加入是为了消除不同样品分子间电荷和分子形状的差异:加入二硫叔糖醇的

目的是使半胱氨酸残基之间的二硫键断裂;

73.电泳过程中，加入溟酚兰的目的是L增大样品密度保证DNA均匀进入样品孔内2.使样品呈现颜色3.

以O5XTBE做电泳液时，漠酚兰的泳动率约与30的双链DNA相同;

74.固体可分为结晶和无定形两种状态:

75.结晶过程涉及过饱和溶液的形成、晶核的形成和晶体生长三个过程:

76.结晶的前提是溶液达成过饱和状态;结晶的推动力是过饱和度;

77.根据晶体生长扩散学说，晶体的生长涉及溶质通过扩散作用穿过靠近晶体表面的一个滞流层，从溶液

中转移到晶体的表面、到达晶体表面的溶质长入晶面，使晶体增大，同时放出结晶热和结晶传递回到溶液

生三个过程；78.影响晶体生长的重要因素有杂质、搅拌和温度;

讨论题

1.请结合图示简述凝胶排阻色谱（分子筛）的分离原理；

答：凝胶排阻色谱的分离介质（填料）具有均匀的网格结构，其分离原理是具有不同分

子量的溶质分子，在流经柱床是，由于大分子难以进入凝胶内部，而从凝胶颗粒之间流

出，保存时间短；而小分子溶质可以进入凝胶内部，由于凝胶多孔结构的阻滞作用，流

经体积变大，保存时间延长。这样，分子量不同的溶质分子得以分离。

2.绘制结晶过程中饱和曲线和过饱和曲线图，并简述其意义；

答:结晶过程中的饱和温度曲线和不饱和温度曲线的简图

褪

如右图所示：林

S-S曲线为饱和温度曲线，在其下方为稳定区，在该区域

溶液为不饱和溶液，不会自发结晶；温度

T-T曲线为过饱和温度曲线，在其上方为不稳定区，可以图10.1-1饱和曲线与过饱和曲线

自发形成结晶；

S-S曲线和T-T曲线之间为亚稳定区，在该区域，溶液为过饱和溶液，但若无晶种存在，

也不能自发形成晶体；

3.何谓亲和吸附，有何特点？

答：亲和吸附是吸附单元操作的一种，它是运用亲和吸附剂与目的物之间的特殊的化学

作用实现的高效分离手段。亲和吸附剂的组成涉及：惰性载体、手臂链、特异性亲和配

基。亲和吸附的特点是高效、简便、合用范围广、分离速度快、条件温和，但载体制备

难度大，通用性差，成本较高。

4.简述结晶过程中晶体形成的条件;

答：结晶过程涉及过饱和溶液的形成、晶核的形成及晶体的生长三个过程，其中溶液达

成过饱和状态是结晶的前提，过饱和度是结晶的推动力。

5.试比较常规聚丙稀酰胺凝胶电泳与SDSPAGE的分离原理；

答：常规聚丙烯酰胺凝胶电泳和SDS均为凝胶电泳的一种。

聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质是依据其电荷（性质、荷电量）、分子形状和分子大小（分

子量）差异实现分离的；

SDS由于加入了SDS和强还原剂（DTT等），破坏了蛋白质分子的高级（二级、三级、

四级）结构，并与蛋白质形成荷大量负电荷的聚合物，消除了不同蛋白质分子电荷及分

子形状差异，而仅将分子量差异作为分离依据，常用于测定未知蛋白质的亚基分子量。

6.简述生物分离过程的特点；

答：1.产品多种多样2.生物分离难于化工分离3.生物分离起源于化学分离

7.试比较凝聚和絮凝两过程的异同；

答：凝胶：在某些电解质作用下，使扩散双电层得排斥电位减少，破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒

子聚集的过程。

8.简述超临界流体萃取的原理及其特点；

答：是运用超临界流体具有类似气体的扩散系数，以及类似液体的密度的特点，运用其为萃取剂进行的萃

取单元操作.特点：安全，无毒，产品分离简朴，设备投资大

9.何谓反微团，反微团萃取？其特点有哪些？

答：反微团：表面活性剂的极性头朝内，疏水尾部朝外，中间形成极性的核。表面活性剂在非极性有机溶

剂中形成的一种聚集体。

反微团萃取：表面活性剂溶于水中，使其浓度超过临界微团浓度。

特点：1.极性“水核”具有较强的溶解能力2.生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性水核中，

防止与外界有机溶剂接触，减少变性做用3.由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，增长

其结构的刚性，提高反映性能

10.何谓色谱的理论塔板数，如何计算？

答：指反映不同时刻溶质在色谱柱中的分布以及分离度与柱高之间的关系。

N=5.54（tR/Wl/2）2或N=16（tR/Wb）2

11.简述疏水层析的原理，并说明基本操作环节；

答：原理：在载体表面连接上疏水的直链碳或其他疏水基团，如苯基，可以与蛋白质的某些疏水基团互相

作用，从而实现多组分的分离

在高盐环境下，蛋白质表面的疏水区域暴露，固定相表面修饰了一些疏水基团，这样蛋白质的疏水部

分即可与固定相发生较强的疏水互相作用，从而被结合在固定相表面，而一但减少流动相的盐浓度即可实

现蛋白质洗脱

12.简述等电点层析的基本原理；

答：蛋白质等电点下的溶解度最低，根据这一性质，在溶液中加入一定比例的有机溶剂，破坏蛋白质表面

的水化层和双电层，减少分子之间斥力，加强了蛋白质分子间的疏水互相作用，从而使得蛋白质分子得以

聚集成团沉淀下来。

13.简述有机溶剂沉析的原理；

答：概念：在具有溶质的水溶液中加入一定量亲和的有机溶剂，减少溶质的溶解度，使其沉淀析出。

原理：1.减少了溶质的介电常数，使溶质之间的静电引力增长，从而出现了聚集现象，导致沉淀。

2.由于有机溶剂的水合作用，减少了自由水的浓度，减少亲水溶质表面水化层的厚度，减少了亲水

性，导致脱水凝聚。

14.简述盐析原理；

答：1.无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对，部分中和了蛋白质的电性，使蛋白质之间的排斥力

减弱，从而能互相靠拢

2.中性盐的亲水性大，使蛋白质脱去水化膜，疏水区暴露，由于疏水区的互相作用导致沉淀

15.结合SDSPAGE电泳的分离原理说明未知蛋白质分子量的测定方法；

答：其分离原理基于不同分子量的蛋白质（亚基）在电场中的迁移率不同，因此运用该技术测定未知蛋白

质（亚基）的分子量是十分方便的。

具体的方法是：运用标准分子量Mark与样品一同电泳，染色后根据标准分子Mark中已知分子量蛋白

质的迁移率与其分子量的对数值作图，可得一标准曲线并拟令方程，再结合未知蛋白的迁移率即可计算。

16.请说明在进行SDSPAGE电泳之前，样品的解决方法，并解释其因素；

答：样品的解决方法：加SDS和还原剂DTT

因素：SDS由于加入了SDS和强还原剂（DTT等），破坏了蛋白质分子的高级（二

级、三级、四级）结构，并与蛋白质形成荷大量负电荷的聚合物，消除了不同蛋白质分

子电荷及分子形状差异，而仅将分子量差异作为分离依据，常用于测定未知蛋白质的亚

基分子量。

17.简述载体两性电介质梯度等电聚焦（IEF）的分离原理;

答：载体两性电介质梯度等电聚焦是在支持介质加入载体两性电解质，通以直流电后在两极之间形成稳定,

连续和线性的PII梯度，当带电的蛋白质分子进入该体系时，便会产生移动，并聚集于相称于其等电点的

位置。

18.何谓反渗透膜分离，其特点是什么？

答：反渗透：过程类似于超滤，只是纯溶剂通过膜，而低分子量的化合物被截留，故操作压力比超滤大得

多。Pp>Po»Patm.故常称为“强制膜分离过程”

19.结晶的必备条件是什么？

答：溶液达成过饱和状态（前提）

20.请绘制典型的物料干燥速率曲线简图，并说明恒速干燥阶段及降速干燥阶段的特点；

三.计算题

1、用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3,萃取平衡常数为K=40,解

决能力为H=0.5m3/h,萃取溶剂流量为L=0.03m3/h,若要产品收率达96%,试计算理论上所需萃取级数。

解：由题设，可求出萃取系数E,即

n+i

kL40x0.03-nE

——==24P==96%

n+i

H11"0.5J'根+日据用二E,得n=4

2、应用离子互换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌

素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素

0.ZKg/n?时的吸附量。

解：由题设，根据Langmuir吸附等温式可求出K值，即：

则当料液含抗菌素O.2Kg/m3时的吸附量可计算如下：

3、一种耐盐细胞其能积累细胞内低分子量卤化物，适应高渗透压，能在具有0.32mol/LNaCl,

0.02mol/LMgC12,0.015mol/LCaC12,0.01mol/LFeCI3的培养基这培养，当其从含盐量高的培养基中转移至

清水中，在数分钟内能将胞内产物释放出来，试估计细胞膜所受渗透压的大小。（设操作温度为25℃）

解:细胞所受渗透压按照下式计算:Pout-Pin=-RTCi=-8.314X298X（0.32X2+0.02X3+0.015X3+

0.01X4)X103=-1.94X106Pa

管式离心机从发酵液中分离大肠杆菌细胞，已知离心管的内径为0.15m,高0.8m,转速为18,000r/min,

生产能力为Q=0.3m3/h»

求细胞的离心沉降速度V。

V=Qg/2nR2LW2=(0.3/3600)X9.81/(2nX0.8X0.152X(18000X2n/60)2=2.038X10-9m/s

应用转鼓真空过滤机解决柠檬酸发酵液，已知发酵液柠檬酸含量为86Kg/m3,过滤面积15m2,转鼓转速

0.75r/min,过滤压强降0.08Mpa,过滤介质阻力可忽略不计。滤饼属不可压缩的，其过滤常数为8.5X

105s/m2,滤饼洗涤收率为60%,过滤结束时滞留在滤饼的滤液占7%,工艺规定通过洗涤把滞留于滤饼

上的柠檬酸洗出90%。求：解决量为2.5m3/h时，过滤机回转一周的过滤时间和洗涤时间。

tf=[Ua'P0/2(Ap)l-s](Vf/A)2

tf-滤饼形成时间；Vf-滤饼形成期间被集中的滤液体积(滤液流量)

转鼓回转一周需除去的滤液量为：

Vf=(2.5/3600)X(60/0.75)=0.056mintf=8.5X105X(0.056/15)2=11.8s

⑵根据方程「=(l-e)n0.1=(1-60%)nn=2.5tw/11.8=2X2.5X0.07tw=4.13s

有一双菌种混合发酵液具有某种酵母和某种细菌，其中酵母细胞平均直径为5X10—6m,细菌细胞平均直

径为0.6X10-6m。经实验测定，单纯酵母细胞组成的比阻力为1.5X109kg/(m3.s),而细菌滤饼比阻力为

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