生化分離工程題目答案僅供參考

1、1. 生化分離工程是生化工程的一個重要組成部分， 它是描述回收生物產(chǎn)品分離過程原理和 方法的一個術(shù)語，指從發(fā)酵液或酶反應(yīng)液或動植物細(xì)胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產(chǎn)品的 過程。2. 生物技術(shù)下游加工過程的一般步驟和單元操作 :（1）發(fā)酵液的預(yù)處理與固液分離 選用的單元操作有限， 一般選用過濾和離心的方法， 有時也伴有沉降操作， 錯流過 濾也較為常用。對非外泌性產(chǎn)物，還需進(jìn)行細(xì)胞破碎。（2）初步純化（或稱產(chǎn)物的提取） 通過一個和幾個單元操作以除去與目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)有很大差異的雜質(zhì)， 提高了產(chǎn)物的濃 度和質(zhì)量。單元操作如吸附、萃取和沉淀。（3）高度純化（或稱產(chǎn)物的精制） 選用的單元操作有限，所用的技術(shù)對產(chǎn)物

2、有高度的選擇性，典型的單元操作有層析、 電泳和沉淀等。（4）成品加工 產(chǎn)物的最終用途和要求，決定了最終的加工方法，濃縮和結(jié)晶常常是操作的關(guān)鍵。3. 工藝設(shè)計(jì)原則是什么？1）技術(shù)路線、工藝流程盡量簡單化、集成化，盡量降低成本；2）將完整工藝劃分為不同的操作單元；3）采用成熟技術(shù)與可靠設(shè)備；4）純化開始前編寫、備好書面標(biāo)準(zhǔn)操作程序等技術(shù)文件；5）適宜的檢測方法。4. 簡述本課程所介紹的公用設(shè)施及設(shè)備。1 ）潔凈空氣制備系統(tǒng)。 空氣調(diào)節(jié)的目的主要是通風(fēng)以及通過各種空氣處理 （如凈化、 加熱 或冷卻、加濕或除濕等）來維持室內(nèi)適宜的溫度環(huán)境。 潔凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成：小規(guī)模、單分區(qū)潔凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)；中大

3、規(guī)模、多分區(qū)潔凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩類 空氣凈化和空氣過濾器： 由于不同的潔凈室對潔凈級別的要求不同， 因此采用不同種類的 空氣過濾器，有初效中效高效靜電過濾四種方式過濾器。2）潔凈室及潔凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測定 潔凈室，包括亂流和層流潔凈室 潔凈室的物理指標(biāo)和生物學(xué)指標(biāo)：溫度、相對濕度、噪度、照度、靜壓差、層流風(fēng)速、換 氣次數(shù)。 潔凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測定和調(diào)整：A:空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空氣平衡測定和調(diào)整：N=QB:潔凈室參數(shù)的測定：a）室內(nèi)溫度和相對濕度的測定b）室內(nèi)靜壓差的測定 c）室內(nèi)潔凈度的測定 d）室內(nèi)浮游菌和沉降菌的測定e）室內(nèi)噪聲的測定f）室內(nèi)噪度的測定3）低溫環(huán)境系統(tǒng)：制冷技術(shù)應(yīng)用的三個溫區(qū)：低

4、溫（-120 C）,中溫（-120 C5C ）、高溫 冷庫制冷系統(tǒng)的基本組成：冷凍壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)皿、水冷卻皿以及其他組件 冷庫的類型： 由保溫圍護(hù)系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、 電控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成的用于冷凍、冷藏的成套 設(shè)備。A:按用途分：生產(chǎn)性冷庫、分配性冷庫、零售消費(fèi)性冷庫。B:按圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分：土建式冷庫和裝配式冷庫。4）生產(chǎn)用水供應(yīng)系統(tǒng)：制藥用工藝用水： 工藝用水中使用的水， 按化學(xué)成分和微生物為純度指標(biāo)的不同分為飲用 水、純化水和注射用水 3 大類：水系統(tǒng)：設(shè)備操作原理為：A:預(yù)處理系統(tǒng)：沙濾、活性碳過濾、微濾B:反滲透系統(tǒng)C:多效蒸餾系統(tǒng)：生產(chǎn)無菌、無熱原水、重現(xiàn)性要好D:純水/注射用水

5、儲罐。5. 錯流過濾：料液給過濾介質(zhì)表面一個平行的大流量沖刷，則過濾介質(zhì)表面積累的濾餅就 會減少到可以忽略的程度，而通過過濾介質(zhì)的流速會比較小，稱切向流過濾。板框過濾： 是工業(yè)上常用的過濾方式， 屬于濾餅過濾， 由多組濾板和濾框交替排列而成， 板與框用機(jī)架支撐， 在濾板的兩邊覆蓋以過濾紙板， 過濾面積大， 過濾推動力能大幅度 調(diào)整，并能耐受較高壓力差，對不同過濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強(qiáng)。6. 如欲提高固體剪切法(珠磨技術(shù))的破碎效率，應(yīng)從哪些方面考慮？珠磨技術(shù)破碎的速率和效率是所有操作參數(shù)的函數(shù)，這些因素包括轉(zhuǎn)盤外緣速度u 、細(xì)胞濃度c、珠粒大小、溫度和流量 Q故欲提高固體剪切法的破碎效率，應(yīng)從這

6、些因素 考慮。1) 轉(zhuǎn)盤外緣速度 u 的影響：在一定的范圍內(nèi)，破碎的比速度與這個外緣速度成正比， 但由于高速能量旋轉(zhuǎn)所引起的能量消耗、 高的熱量產(chǎn)生和珠粒的磨損以及因剪切而 引起的產(chǎn)物的失活，必須限制圓盤外緣的速度，故實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)控制合適的速度。2) 細(xì)胞濃度 c 的影響：產(chǎn)生的熱量隨細(xì)胞濃度的降低而下降，但是單位細(xì)胞重量所 消耗的功率卻會增加，故應(yīng)使細(xì)胞濃度控制在合適的范圍。3) 珠粒大小的影響：磨珠越小，細(xì)胞破碎速度也越快，但磨珠太小又易于漂浮，對于一定的細(xì)胞， 存在適宜的的微珠粒徑， 使細(xì)胞破碎率最高， 故應(yīng)選擇最合適的粒徑。4) 溫度的影響：一般用冷卻夾套和攪拌軸的方式來調(diào)節(jié)磨室的溫度

7、，降低溫度主要是 保證所分離的成分不失活。5) 流量Q的影響：流量增加，破碎量下降，單位質(zhì)量的能耗降低；流量降低，彌散和 返混增加。故使控制合適的流量以提高破碎效率。7. 超聲波的作用： a. 機(jī)械作用：使物質(zhì)作激烈的強(qiáng)迫機(jī)械作用，并產(chǎn)生單向力作用。b. 空化作用 : 在液固兩相的交界處，存在一些小空泡，聲波的稀疏 階段使小空泡迅速地漲大，在聲波的壓縮階段，小泡又突然被極 度地壓縮。在小泡突然被壓縮時，液體以極大的速度來填充空穴， 使小泡附近的液體或固體都受到上千個大氣壓的高壓。這種現(xiàn)象 稱為空化現(xiàn)象。c. 熱作用：媒質(zhì)對超聲的吸收會引起溫度上升，往往造成分界面處 的局部高溫。超聲波破碎細(xì)胞的

8、原理： 在細(xì)胞懸浮液中輸入高的聲能時， 在細(xì)胞周圍會形成許多小氣 泡，在壓縮相中氣泡會被壓縮，直到不能被壓縮時，氣泡破裂，釋放出猛烈的震波。這 種震波通過介質(zhì)傳播， 此時大量聲能被轉(zhuǎn)化成彈性波形式的機(jī)械能， 引起局部的剪切梯 度使細(xì)胞破碎。8. 離心沉降：利用固液兩相的相對密度，在離心機(jī)無孔轉(zhuǎn)鼓或管子中進(jìn)行懸浮液的分離操作離心過濾：利用離心力并通過過濾介質(zhì)，在有孔轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)中分離懸浮液的操作9. Fr表示粒子在離心機(jī)中產(chǎn)生的離心加速度與自由下降的加速度之比；Fr= w 2r/g來定量評價分離的效果：Fr 愈大，愈利于分離。常按分離因數(shù) Fr 的大小對離心機(jī)分類：A) Fr< 3000,常

9、速離心機(jī)；B) Fr=300050000，中速離心機(jī)；C) Fr> 50000，咼速離心機(jī)；D) Fr=2'104106，超速離心機(jī)10. 膜的截留相對分子質(zhì)量：在截留曲線上，截留率為90%或 95%的溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量定義為膜的截留相對分子質(zhì)量。11. 超濾和微濾都是利用膜的篩分性質(zhì)， 以壓差為傳質(zhì)推動力， 用于截流高分子溶質(zhì)或固體 顆粒。超濾膜的孔徑比微濾膜小， 是根據(jù)高分子溶質(zhì)之間或高分子與小分子溶質(zhì)之間相對分 子質(zhì)量的差別進(jìn)行分離的方法， 主要用于處理不含固形成分的料液。 微濾一般用于懸浮液的 過濾， 廣泛用于菌體細(xì)胞的分離與濃縮， 微濾過程中膜兩側(cè)的滲透壓差可忽略不計(jì)，

10、 由于膜 孔徑較大，操作壓力比超濾更低。12. 濃差極化指在超濾過程中，由于水透過膜，因而在膜表面的溶質(zhì)濃度增高， 形成梯度，在濃度梯 度的作用下， 溶質(zhì)與水以相反方向擴(kuò)散， 在達(dá)到平衡狀態(tài)時， 膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊 界層，它對水的透過起著阻礙作用。通過改變流速、壓力、溫度和料液濃度等可以降低濃差極化效應(yīng)。方法包括降低壓力， 降低膜表面的濃度，降低溶質(zhì)在料液中的濃度等。13. 聚合物分子量對分配系數(shù)的影響取決于聚合物的化學(xué)性質(zhì)，在PEG/葡聚糖系統(tǒng)中，蛋白質(zhì)的分配系數(shù)隨著葡聚糖相對分子量的增加而增加，但隨PEG相對分子量的增加而降低，后面的結(jié)果是由于 PEG相疏水性升高而造成的。14.

11、超臨界流體： 是一狀態(tài)超過氣液共存時的最高壓力和最高溫度下物質(zhì)特有的點(diǎn)即臨界點(diǎn)后的流體。超臨界流體萃取( Supercritical fluid extraction )：是將超臨界流體作為萃取劑的一 種萃取技術(shù)，它兼有傳統(tǒng)的蒸餾和液液萃取的特征。15. 拖帶劑 又稱夾帶劑、改性劑( modifier )或共溶劑( cosolvent ), 指在流體中的于被萃取物親和力強(qiáng)的組分，以提高其對被萃取組分的選擇性和溶解度的成 分。16. 沉淀法 改變?nèi)芤旱臈l件， 使蛋白質(zhì)以固體形式從溶液中分出的操作技術(shù)稱為固相析出分離法。17. 常用的蛋白質(zhì)沉淀方法有中性鹽鹽析法， 等電點(diǎn)沉淀法， 有機(jī)溶劑沉淀法，

12、 其他沉淀法 如金屬離子沉淀法等。提高鹽析效果的思路：影響鹽析效果的因素有鹽的種類，濃度，溫度，PH,蛋白質(zhì)起始濃度等。欲提高鹽析效果，應(yīng)從這些因素著手：1) 鹽的種類和濃度：在選擇鹽析用鹽時，要考慮不同種類各種離子的鹽析效果，之后 還要考慮： 溶劑度大，能配制高離子強(qiáng)度的溶液； 溶解度受溫度影響??；鹽溶液自身密 度不高，以便蛋白質(zhì)沉降和離心分離。2) 溫度：溫度升高，蛋白質(zhì)溶解度增大，高離子強(qiáng)度時，升高溫度，蛋白質(zhì)溶解度下 降。3) PH:接近等電點(diǎn)時，溶解度最小，調(diào)節(jié)溶液PH在等電點(diǎn)附近有利于提高鹽析效果。4 )蛋白質(zhì)起始濃度：蛋白質(zhì)起始濃度不同，沉淀所需無機(jī)鹽用量也不同，提高蛋白質(zhì) 起始

13、濃度可減少鹽用量。 但過高的蛋白質(zhì)濃度會導(dǎo)致沉淀中雜質(zhì)增多。 故應(yīng)控制合適的 蛋白濃度以提高鹽析效果。18吸附層析：劑對組分的吸附能力的差別進(jìn)行分離。離子交換層析： 以離子交換劑作為柱的填充物， 以適當(dāng)?shù)娜軇┳鳛橐苿酉啵?使組分按他 們的離子交換親和力的不同而得到分離。疏水作用層析：靠疏水基團(tuán)的疏水力來分離生物大分子。 凝膠過濾層析：根據(jù)分子分子量的不同來分離生物大分子。親和層析： 子化合物可以和它們相對應(yīng)的配基進(jìn)行特異并可逆結(jié)合的原理來分離目 標(biāo)化合物。金屬螯合層析：利用金屬離子與有關(guān)蛋白殘基的特異螯合作用來分離純化高分子化合 物。共價作用層析： 利用溶質(zhì)分子與層析劑凝膠之間的共價吸附作用將

14、目的產(chǎn)物與其他溶質(zhì) 分子分離開來的層析方法。正相與反相層析： 是分配層析的擴(kuò)展， 基于流動相與固定相之間分配系數(shù)的差異來分離 純化化合物。19. 帶電荷的目標(biāo)分子通過離子交換， 與離子交換固定相上帶固定電荷的功能基團(tuán)之間發(fā)生 靜電作用，因不同目標(biāo)分子與固定相的靜電作用力不同而導(dǎo)致相互分離的層析方式稱為 離子交換層析。通過提高洗脫劑的 PH和離子強(qiáng)度可使交換到介質(zhì)上的蛋白質(zhì)逐步洗脫下來。 一般的洗脫展開層析方式有靜態(tài)洗脫和動態(tài)洗脫兩種方式。20. 色譜裝置主要有哪幾個部件組成？ 溶劑儲存器，溶劑過濾器，進(jìn)樣室，層析柱，檢測器，收集器，記錄儀21. 如何理解灌注色譜？ 灌注色譜的誕生是從分離介質(zhì)的

15、突破開始的，由美國 Perseptive Biosystems 公司開發(fā)、 取名為POROS勺系列灌注色譜介質(zhì)是由苯乙烯（ST）和二乙烯基苯（DVB）通過懸浮聚合、乳液聚合等方法制備的多孔型高度交聯(lián)的聚合物微球。顆粒內(nèi)包含有：1）貫穿孔，孔徑在600-800nm, 它允許液體對流到分離介質(zhì)的內(nèi)表面，2）擴(kuò)散孔，孔徑在50-150nm, 兩種孔隙結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)介質(zhì)的孔結(jié)構(gòu)相比有許多獨(dú)特性。這些顆粒的粒徑規(guī)格有粒徑規(guī)格為 10卩m（H型）和20卩m（M型）及50卩m（F型）三種。通過 介質(zhì)表面的衍生化反應(yīng)，連接不同的官能團(tuán)，構(gòu)成多種模式的介質(zhì)類型。PORO分離介質(zhì)具有抗壓性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定、操作溫

16、度低等優(yōu)點(diǎn)，所以適應(yīng)性廣。灌注色譜具有以下特點(diǎn)：a 灌注色譜 打破了傳統(tǒng)的流速與分辨率，容量間的三角關(guān)系，在流速增加的情況下，柱 容量，分辨率均不會下降，且柱壓力也不會升高。b分離速度與傳統(tǒng)色譜相比快了10- 100倍，并且保證了一定的分辨率和柱容量c 分離速度的加快減少了溶質(zhì)分子在柱內(nèi)的保留時間，提高了分離物分子的生物活性，灌 注色譜法是一種快速高分辯分離生物大分子的方法d 分析時間的縮短和高的柱容量，降低了大規(guī)模色譜分析的成本22 . 影響蛋白質(zhì)結(jié)晶的因素：1） 樣品濃度：樣品濃度越高越容易結(jié)晶，而且一般控制在3%5%的范圍內(nèi)2）樣品純度：采用高純度的蛋白質(zhì)是對其進(jìn)行結(jié)晶的前提，樣品純度越高越容易結(jié)晶，而且結(jié)晶母液的純度一般接近或超過50%。溶液中某些外來的微?？赡茏鳛槌珊酥行亩咕Ш烁?, 影響晶體純度 , 因此應(yīng)該盡量避免過飽和溶液中有塵粒 , 或在結(jié)晶前將準(zhǔn)備結(jié)晶的 蛋白質(zhì)溶液高速離心將其除去 , 而且要盡可能避免產(chǎn)生小的氣泡。3） 溶液的pH值：蛋白質(zhì)之間的相互作用是使蛋白質(zhì)排入晶