生物分離工程部分習(xí)題和答案

1、2 生物分離工程在生物技術(shù)中的地位？ 答：生物技術(shù)的主要目標(biāo)產(chǎn)物是生物物質(zhì)的高效生產(chǎn)，而分離純化是生物產(chǎn)品工程的重要環(huán)節(jié)，而且分離工程的質(zhì)量往往決定整個生物加工過程的成敗，因此，生物分離純化過程在生物技術(shù)中極為重要。3 分離效率評價的主要標(biāo)準(zhǔn)有哪些？各有什么意義？（ppt）答：根據(jù)分離目的的不同，評價分離效率主要有3個標(biāo)準(zhǔn)：以濃縮為目的：目標(biāo)產(chǎn)物濃縮程度（濃縮率m）以純度為目的：目標(biāo)產(chǎn)物最終純度（分離因子a）以收率為目的：產(chǎn)品收得率（%）5 在設(shè)計下游分離過程前，必須考慮哪些問題方能確保我們所設(shè)計的工藝過程最為經(jīng)濟、可靠？(ppt)答：<1>、目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)及其共存雜質(zhì)的特性 <

2、;2>、充分考慮目標(biāo)產(chǎn)物商業(yè)價值<3>、考慮生物加工過程自身規(guī)模 <4>、采用步驟次序相對合理<5>、盡可能采用最少步驟 <6>、產(chǎn)品穩(wěn)定性與物性<7>、產(chǎn)品規(guī)格與型式 <8>、生產(chǎn)過程中廢水等排放6 下游加工過程的發(fā)展趨勢有哪些方面？（ppt）答：成本控制 和 質(zhì)量控制第二章 發(fā)酵液預(yù)處理一 解釋名詞凝聚劑：讓不穩(wěn)定的膠體微粒（或者凝結(jié)過程中形成的微粒）聚合在一起形成集合體的過程中所投加的試劑的統(tǒng)稱。 過濾：利用多孔介質(zhì)（如濾布、微孔膜、致密膜）截流懸浮液中的固體粒子，進行液固分離的過程。離心：在離心力作用下，利用

3、固體和液體之間的密度差達到沉降分離目的。細(xì)胞破碎：利用外力破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來的技術(shù)包含體：指細(xì)胞或細(xì)菌中高表達的蛋白質(zhì)(也可以匯同其他細(xì)胞成分)聚集而成的不溶性顆粒。二 簡答題1 為什么要進行發(fā)酵液的預(yù)處理？常用處理方法有哪幾種？答：提高過濾速度與過濾質(zhì)量 改變發(fā)酵液性質(zhì)(黏度、顆粒­、顆粒穩(wěn)定性) 去除部分雜質(zhì) 使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入到易處理的相中（通常是液相）方法： 加熱、調(diào)節(jié)、pH、凝聚、絮凝2 凝集與絮凝過程有何區(qū)別？如何將兩者結(jié)合使用？常用的絮凝劑有哪些？答：凝集：在中性鹽作用下，由于雙電層排斥電位降低使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。機制：破壞雙電層、水化

4、層解體膠體吸附、氫鍵結(jié)合等。絮凝劑種類：A、陽離子類：如聚丙烯酰胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺；B、陰離子類：如聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-)；C、非離子類：如聚丙烯酰胺(0)、環(huán)氧化乙烯。3 發(fā)酵液預(yù)處理中凝聚劑主要起什么作用？絮凝機理是什么？答：絮凝劑主要起中和電荷、架橋和網(wǎng)絡(luò)作用（范德華力、氫鍵）。在絮凝劑高分子聚合分子的作用下，基于架橋作用，膠體顆粒和聚合物交連成網(wǎng)，形成10 mm大小的絮凝團過程。是一種以物理集合為主的過程。4 細(xì)胞破碎的方法包括哪幾類？工業(yè)上常用的方法有哪些？為什么？機械法：固體剪切法(珠磨法、壓榨法、撞擊法) 液體剪切法（高壓勻漿法、超

5、聲波破碎）非機械法：酶溶胞作用、化學(xué)溶胞作用（酸堿法、表面活性劑法、抗生素）、物理溶胞作用（有機溶劑膨脹法、滲透沖擊、凍融、 激光、高速切相流撞擊、冷凍噴射）、干燥處工業(yè)常用方法：高壓勻漿法、高速珠磨法6 離心設(shè)備可分為哪兩大類？按分離因子Fr不同，離心機一般分為哪幾類？答：管式離心機（最簡單，可供較大離心力；可用冷卻水冷卻；懸浮液由管底進，澄清液由管口出），蝶片式離心機（流速與碟片數(shù)、微粒與轉(zhuǎn)鼓軸間距離有關(guān)）按分離因子不同，可分：1)、常速離心機 2)、高速離心機 3)、超速離心機8 固-液分離主要包括哪些方法和設(shè)備？答：1、過濾 (重力過濾、加壓過濾、減壓過濾) 2、離心沉降（各種離心機）

6、3、重力沉降4、氣懸浮過濾設(shè)備類型：加壓過濾設(shè)備： 板框過濾機、加壓葉濾機減壓過濾設(shè)備： 轉(zhuǎn)鼓真空過濾器、圓盤真空過濾器、帶式真空過濾器重力過濾設(shè)備： 離心過濾機離心設(shè)備：生物工業(yè)所用的離心機多為高速離心機。離心機主要包括以下幾類： 管式離心機： 多室離心機（管式離心機的變形） 碟式離心機：（人工排渣式、噴嘴排渣式、活塞排渣式等） 螺旋卸料沉降離心機 離心過濾機 三足式離心機沉 淀: 由于物理環(huán)境變化（加入試劑、加熱等），改變?nèi)軇┖腿苜|(zhì)的能量平衡來降低溶質(zhì)溶解度，使溶質(zhì)生成固體顆粒沉降析出的現(xiàn)象。結(jié)晶: 從均勻液相或氣相形成一定形狀、大小的分子、原子或離子有規(guī)則排列的固體顆粒的過程。（工業(yè)結(jié)晶

7、一般以液相為主）硫酸銨飽和度: 指在100g硫酸銨溶液中硫酸銨在溶液中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)。晶 種: 在結(jié)晶法中，通過加入不溶的添加物即晶種，形成晶核，加快或促進與之晶型或立體構(gòu)型相同的對映異構(gòu)體結(jié)晶的生長。晶 核：晶體的生長中心。飽和溶液：如果向溶劑中加入足夠量的固體溶質(zhì)，一定時間后溶劑中的溶質(zhì)濃度不再升高，溶質(zhì)在固液之間達到平衡，此時溶液中的濃度稱為溶解度或飽和濃度；該溶液稱為飽和溶液。過飽和溶液：一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、壓力下溶質(zhì)的溶解度，而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象叫過飽和現(xiàn)象，此時的溶液稱為過飽和溶液。 飽和度：某種溶液的飽和度是指在100g該溶液中溶質(zhì)在溶液中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)

8、。二 簡答題2 常用的蛋白質(zhì)沉淀方法有哪些？有機溶劑沉淀蛋白質(zhì)的機理什么？用乙醇沉淀蛋白質(zhì)時 應(yīng)注意哪些事項？答：常用的蛋白質(zhì)沉淀方法有：蛋白質(zhì)鹽析沉淀、蛋白質(zhì)等電點沉淀、有機溶劑沉淀法及運用沉淀動力學(xué)沉淀法等。有機溶劑沉淀蛋白質(zhì)的機理是：向蛋白質(zhì)溶液中加入有機溶劑，水的活度降低。隨著有機溶劑溶度的增大，水對蛋白質(zhì)分子表面荷電基團的水化程度降低，液體的介電常數(shù)下降，蛋白質(zhì)分子間的靜電引力增大，從而凝聚和沉淀。用乙醇沉淀蛋白質(zhì)時 應(yīng)注意的事項：1、低溫條件下操作可以提高收率和減少蛋白質(zhì)失活變性（加入有機溶劑為放熱反應(yīng)）；2、采用的有機溶劑必須與水互溶，與蛋白質(zhì)不發(fā)生作用；3、蛋白質(zhì)分子量越大，需

9、要加入的溶劑量越少；4、一種蛋白質(zhì)的溶解度常會因為另一種蛋白質(zhì)存在而降低；5、沉淀的蛋白如果不能再被溶解，可能已經(jīng)變性；6、很多酶和蛋白質(zhì)在20-50%（V/V）就能產(chǎn)生沉淀；當(dāng)溶劑量達到50%時，通常只有 分子量1500的蛋白留在溶液中；7、PH=PI時，需要加入的溶劑量減少；8、鹽析法沉淀的蛋白質(zhì)采用有機溶劑精制時必須與先進行透析。5 簡述有機溶劑沉淀的原理。答：有機溶劑沉淀的原理： 親水性有機溶劑加入溶液后降低了介質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)分子之間的靜電引力增加，聚集形成沉淀；水溶性有機溶劑的水合作用降低了自由水的濃度，壓縮了親水溶質(zhì)分子表面原有水化層的厚度，降低了它的親水性，導(dǎo)致脫水凝集。6

10、沉淀與結(jié)晶有何不同？答：結(jié)晶為同類分子或離子以有規(guī)則排列形式析出，沉淀為溶質(zhì)分子或離子以無規(guī)排列形式析出，構(gòu)成成分復(fù)雜（目標(biāo)分子、雜質(zhì)、溶劑等）。（沉淀與結(jié)晶的聯(lián)系： 在本質(zhì)上都是新相析出的過程，主要是物理變化，當(dāng)然也存在化學(xué)反應(yīng)的沉淀或結(jié)晶。）而提取原料中目標(biāo)產(chǎn)物的方法。2反萃取(Back extraction) ： 調(diào)節(jié)水相條件，將目標(biāo)產(chǎn)物從有機相轉(zhuǎn)入水相的萃取操作過程。4有機溶劑萃取：用與水互不相溶的有機溶劑作為萃取劑，利用生物物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)的差異進行分離的過程5分離因子：衡量分離的程度用分離因子表示6乳化：水或有機溶劑以微小液滴形式分散于有機相或水相中的現(xiàn)象。9.反 膠 團(re

11、verse micelles): 表面活性劑在連續(xù)有機溶劑中自發(fā)締合形成納米尺度水溶性聚集體，是一種透明的、熱力學(xué)穩(wěn)定的體系。18雙水相萃取：利用生物物質(zhì)在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異進行分離的過程二 簡答題5發(fā)酵液乳化現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？對分離純化產(chǎn)生何影響? 影響乳濁液穩(wěn)定的因素主要有哪些？如何有效消除乳化現(xiàn)象？答：是發(fā)酵液中存在的蛋白質(zhì)和固體顆粒等物質(zhì)，這些物質(zhì)具有表面活劑性的作用，使有機溶劑和水的表面張力降低（乳化劑），產(chǎn)生兩種乳濁液： 油包水型W/O乳濁液、水包油型O/W型乳濁液。乳化后使有機相和水相分層困難，出現(xiàn)兩種夾帶：發(fā)酵液中夾帶有機溶劑微滴，使目標(biāo)產(chǎn)物受到損失；有機溶劑中夾

12、帶發(fā)酵液給后處理操作帶來困難。影響因素：表面活性劑的種類，濃度影響表面張力，介質(zhì)黏度：較大時能增強保護膜的機械強度。液滴帶電：相同電荷的顆?；ハ嗯懦舛S持乳濁液穩(wěn)定。如何消除：P101在操作前，對發(fā)酵液進行過濾或絮凝沉淀處理，可除去大部分蛋白質(zhì)及固體微粒，防止乳化現(xiàn)象的發(fā)生。乳化產(chǎn)生后，采取適當(dāng)?shù)钠迫槭侄?物理方法：過濾或離心沉降乳化現(xiàn)象不嚴(yán)重，可采用的方法。 加熱 稀釋 吸附 加電解質(zhì)化學(xué)方法： 對于O/W型乳濁液，加入親油性表面活性劑，可使乳濁液從O/W型轉(zhuǎn)變成W/O型， 對于W/O型乳濁液，加入親水性表面活性劑，如SDS（十二烷基磺酸鈉）或PPB（溴代十五烷基砒碇）可達到破乳的目的。乳化

13、是一種液體（分散相）分散在另一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象。當(dāng)有機溶劑（通稱為油）和水混合加以攪拌時，可能產(chǎn)生兩種形式的乳濁液，一種是油滴分散在水中，稱為水包油型（O/W）乳濁液；另一種是水滴分散在油中，稱為油包水（W/O）型乳濁液。但油與水是不相溶的，二者混在一起很快會分層，不能形成穩(wěn)定的乳濁液。只有第三種物質(zhì)乳化劑存在時，才容易形成乳濁液。乳化劑多為表面活性劑，它一般是由親油基和親水基兩部分組成，且能降低界面張力的物質(zhì)。表面張力也可以表示為增加單位表面積所需要的功。所以表面張力降低，液體容易分散成微滴而發(fā)生乳化。在乳濁液中，界面積大，物系的自由能大，故為熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。時間一長，乳

14、濁液會自行破壞。因此，要形成穩(wěn)定的乳濁液，還應(yīng)具備使其穩(wěn)定的條件。其穩(wěn)定性和下列幾個因素有關(guān)：界面上是否形成保護膜；液滴是否帶電；介質(zhì)的粘度。其中以為最重要。在發(fā)酵液中，蛋白質(zhì)是引起乳化的最重要的表面活性物質(zhì)。生產(chǎn)過程出現(xiàn)的乳濁液是水包油（O/W），還是油包水型（W/O），主要由表面活性劑的性質(zhì)決定。當(dāng)表面活性劑的親水基團強度大于親油基團，易生成水 包油型（O/W）乳濁液；反之，則易生成油包水型（W/O）乳濁液。2.乳化的防止和破乳化為了保證溶劑萃取操作的正常進行，措施要分兩方面：一方面為萃取之前去除蛋白質(zhì)，使發(fā)酵濾液中的蛋白質(zhì)含量達到最低濃度；另一方面為在萃取過程中如何破壞生物產(chǎn)物發(fā)酵濾液中

15、蛋白質(zhì)經(jīng)酸化變性后所引起的乳化作用。一般采用的措施如下：(1)乳化的防止嚴(yán)格發(fā)酵過程的代謝控制，合理確定發(fā)酵周期，準(zhǔn)確判斷放罐時間。加強發(fā)酵液預(yù)處理和過濾操作。常用的方法：a.過濾和離心分離b.熱處理c.等電點法d.加重金屬鹽法e.加絮凝劑法(2)破乳化a.電解質(zhì)中和法b.吸附法c.頂替法d.轉(zhuǎn)型法加入表面活性劑做去乳劑，改變界面的表面張力，促使乳濁液轉(zhuǎn)型，就是使W/O型的乳濁液變?yōu)镺/W型的過程或者是相反的過程，但又不穩(wěn)定，從而達到破乳的目的。.解決乳化的其他途徑（1）膜技術(shù)-超濾一般選用能去除分子量在10000以上孔徑的超濾膜進行過濾。（2）反應(yīng)萃?。?）篩選其他萃取劑a.中性萃取劑b.脂

16、肪醇類萃取劑6 液液萃取從機理上分析可分為哪兩類？答：物理萃?。≒hysical extraction) ：根據(jù)相似相溶原理，溶質(zhì)在兩相之間達到分配平衡，萃取劑與溶質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的萃取操作?；瘜W(xué)萃?。≒hysical extraction) ：利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子，使溶質(zhì)優(yōu)先向有機相分配的萃取操作。7 常見物理萃取體系由那些構(gòu)成要素？答：萃取劑，原溶劑（稀釋劑），溶質(zhì)（被萃取的物質(zhì)）8 何謂萃取的分配系數(shù)？其影響因素有哪些？答：溶質(zhì)在兩相中的總濃度之比。影響因素：水相ph，溫度，無機鹽，有機溶劑或稀釋劑種類。10何謂雙水相萃取? 影響生物分子在兩水相中

17、分配的因素有哪些？常見的雙水相構(gòu)成體系有哪些？答：雙水相萃取是利用生物物質(zhì)在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異進行分離的過程影響因素：成相聚合物分子量與濃度，無機鹽的種類和濃度，PH值，溫度雙聚合物系統(tǒng)聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)體系。聚合物與無機鹽的混合溶液，例如，PEG/磷酸鉀、PEG/磷酸銨、PEG/硫酸鈉等常用于生物產(chǎn)物的雙水相萃取。第五章 吸附與離子交換交聯(lián)度：合成樹脂中單體中DVB（二乙烯苯）的百分含量。（通常為812%）交聯(lián)度越大，樹脂越堅固，在水中越不容易膨脹；達到平衡速度慢，選擇性高。 3 常用的離子交換樹脂類型有哪些？影響離子交換速度的因素有哪些？答：離子交換樹脂有多種

18、分類力濁，主要有四種：第種按樹脂骨架的主要成分分類，如聚苯乙烯型樹脂、聚丙烯酸測樹脂、環(huán)氧氯丙烷型多烯多胺型樹脂、酚醛型樹脂等；第二種按聚合的化學(xué)反應(yīng)分為共聚型樹脂和縮聚型樹脂；第三種按骨架的物理結(jié)構(gòu)分類，可分為凝膠型樹脂亦稱微孔樹脂、大網(wǎng)格樹脂亦稱大孔樹脂、以及均孔樹脂；第四種按活性基團分類，分為含酸性基團陽離子交換樹脂和含堿性基閉的陰離子交換樹脂。由于活性基團的電離程度強弱不同又可分為強酸性和弱酸性陽離子交換樹脂及強堿性和弱堿性陰離子交換樹脂。此外，還有含其他功能基團的整合樹脂、氧化還原樹脂以及兩性樹脂等。 影響交換速度的因素有： 顆粒大?。唤宦?lián)度； 溫度；離子的化合價；離子的大

19、?。粩嚢杷俣?；溶液濃度6 離子交換劑性能評價主要包括哪些方面？各有什么意義？1外觀：大多數(shù)商品樹脂多制成球形，其直徑為0.21.2mm。球形的優(yōu)點是增大比表面積、提高機械強度和減少流體阻力。2膨脹度：膨脹是可逆地進行的，其程度隨樹脂的交聯(lián)度、相反離子的種類和濃度、外部溶液的濃度而變化，交聯(lián)度大的樹脂，膨脹度小，因而由于實驗條件的變化而引起的膨脹度的差異就小。但交聯(lián)度小的樹脂，會顯著膨脹或收縮，往往造成操作上的種種困難。3交聯(lián)度：樹脂的性質(zhì)隨著作為交聯(lián)劑的DVB的含量不同而有所差異。合成樹脂時，單體中DVB 的含量百分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度，在商品樹脂中，通常是8%12%。但合成時，通過改變它和苯乙烯的混

20、合比，可制出不同含量的產(chǎn)品。一般說來，交聯(lián)度越大，樹脂越堅固，在水中不易溶脹。而交聯(lián)度減少，樹脂變得柔軟，容易溶脹。4交換容量交換容量是單位質(zhì)量的干燥離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價離子的毫摩爾數(shù)，是表征樹脂交換能力的主要參數(shù)。11透析：利用具有一定孔徑大小高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜將含有高分子溶質(zhì)和其他小分子溶質(zhì)的溶液與純水或緩沖液分隔，在濃差的作用下，高分子溶液中的小分子溶質(zhì)透向另一側(cè)，而另一側(cè)的水透向高分子側(cè)。13截留率：膜對溶質(zhì)的截留能力，可用小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示二 簡答題1 簡述膜分離技術(shù)的優(yōu)點答：1）處理效率高，設(shè)備易放大；操作方便，易于自動化；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、維修成本低

21、。2）分離條件溫和，對于熱敏感物質(zhì)的分離很重要；3）化學(xué)與機械損害小，有利于減少產(chǎn)物失活；4）膜分離不涉及相變，能耗低。對能量要求低，與蒸餾、結(jié)晶和蒸發(fā)相比有較大的差異；5）有良好的選擇性，濃縮的同時可達到部分純化的效果；6）選擇適當(dāng)?shù)哪づc操作參數(shù)，可得到較高的產(chǎn)品收率；7）系統(tǒng)可在密閉的環(huán)境下操作，有利于防止外來污染；8）不需外加化學(xué)物質(zhì)，節(jié)約成本減少環(huán)境污染。2 膜分離型式包括哪幾主要類型（簡述或圖示過濾的基本形式）？各有何特點？ A,微濾：同一般過濾，膜兩側(cè)的操作壓在0.05-0.5Mpa，除去0.1um14um的顆粒 B超濾：消除了濾餅的阻力，過濾效率高；超濾回收率高；濾液的質(zhì)量好；減

22、少處理步驟 C反滲透：對膜一側(cè)的料液施加壓力溶劑逆著自然滲透的方向滲透，可用于海水淡化，抗生素和氨基酸等濃縮，回收有機溶劑等 D納米過濾：截留小分子物質(zhì)的同時能透析出鹽（集透析與濃縮為一體）；操作壓力低，節(jié)約動力 E透析：透析方法和設(shè)備簡單，價格低廉；實驗室最常用的樣品脫鹽方法透析的速度緩慢；溶質(zhì)稀釋 F電透析:設(shè)備簡單;透析速度極快（提高幾十倍）;電流直接指示電透析終點;減輕溶質(zhì)的稀釋 G電滲析:可大規(guī)模生產(chǎn);能耗高 H滲透氣化:單級選擇性好;過程操作簡單，易于掌握;操作中無需加壓，不會造成膜壓密;有相變，耗能高;蒸發(fā)通量?。? 000g/m2.h，選擇性高的膜100g/m2.h）7 影響膜

23、截留率的因素有哪些？答：A、分子特征：分子量相同時，線形分子截留率較低；支鏈分子較高，球狀分子最大B、電荷：對于荷電膜，膜相同的分子截留率低；反之，截留率較高C、膜吸附：溶質(zhì)與膜有相互吸附的，截留率高；相反，截留率較低D、其他高分子的影響：a、競爭性抑制；b、濃度的極現(xiàn)象使膜表面的濃度高于主體濃度E、操作條件：溫度升高，黏度下降，則截留率降低膜面流速增大，則濃度極化減低，截留率升高F、pH 值：當(dāng)料液的pH值等于蛋白質(zhì)的pI時，溶質(zhì)的截留率高于其他pH下的截留率8 簡述濃差極化模型理論要點答：1濃度極化現(xiàn)象：在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表面，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的

24、截留作用，在膜表面附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象謂之濃度極化2透過膜的通量（m3/s）一般表示為:Jv=P- 由于不能完全通過膜的溶質(zhì)受到膜面阻力吸附在膜上形成極化層也會形成阻力， 故有：當(dāng)達到穩(wěn)態(tài)時，溶質(zhì)對流進入膜單元的速度等于透過膜的速度和反擴散速度之和： 邊界條件為：C=Cb X=0 JvCp=JvC-D*dc/dx C=Cm X= 利用上述邊界條件積分的濃差極化方程： 一、名詞解釋：7五對親和配基：抗原與單克隆抗體；荷爾蒙與受體蛋白；酶與輔酶；凝集素與糖，糖蛋白，細(xì)胞等；免疫球蛋白與A蛋白和G蛋白1、什么是生物分離工程？生化分離工程：也稱生物技術(shù)下游加工過程（Do

25、wnstream Processing）， 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、生物產(chǎn)品不同于化工產(chǎn)品的特點（發(fā)酵液特點）。A: 產(chǎn)物濃度低的水溶液 組分復(fù)雜 產(chǎn)物穩(wěn)定性差，大分子，小分子 質(zhì)量要求高 3、生化分離下游加工過程的一般流程及各流程所包含單元操作。發(fā)酵液的預(yù)處理與固液分離（絮凝，離心，過濾，微過濾） 細(xì)胞破碎技術(shù)（球磨，高壓勻漿，冷凍破碎、化學(xué)破碎技術(shù)） 初步純化技術(shù)（產(chǎn)物提?。}析法，有機溶劑沉淀，化學(xué)沉淀，大孔吸附樹脂，膜分離技術(shù)） 高度純化技術(shù) （產(chǎn)物精制）（各類層析，親和，疏水，聚焦，離子交換，凝膠層析） 成品加工 （噴霧干燥，氣流干燥，沸

26、騰干燥，冷凍干燥，結(jié)晶）4、生物下游加工過程的選擇準(zhǔn)則 步驟少 次序合理：a應(yīng)選擇不同分離純化機理的方法聯(lián)合使用：b應(yīng)首先選擇能除去含量最多雜質(zhì)的方法：c應(yīng)盡量選擇高效的分離方法：；d應(yīng)將最費時、成本最高的分離純化方法安排在最后階段 產(chǎn)品規(guī)格：用成品中各類雜質(zhì)的最低存在量來表示，它是確定純化要求的程度及由此而產(chǎn)生的下游加工過程方案選擇的主要依據(jù)（注射，非注射，去除熱原質(zhì)）； 生產(chǎn)規(guī)模：瓊脂糖凝膠、冷凍干燥 物料組成：絲狀菌適合過濾，不適合中空纖維膜 產(chǎn)品形式：固體 適當(dāng)結(jié)晶；液體 適當(dāng)濃縮 產(chǎn)品穩(wěn)定性：調(diào)節(jié)操作條件，使由于熱、pH值或氧化所造成的產(chǎn)品降解減少到最低程度。如蛋白質(zhì)的巰基容易氧化，

27、使用抗氧化劑； 物性：溶解度、分子電荷、分子大小、功能團、穩(wěn)定性、揮發(fā)性 危害性：溶劑萃取；基因工程菌發(fā)酵；干燥過程的防護和粉塵排放；固定化過程溴化氰。 廢水處理：BOD、COD第二章1、發(fā)酵液為什么要預(yù)處理（目的）？有哪些方法？以及各方法的原理。A、促進從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離的效率： 改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)降低液體黏度； 相對純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)以利于后續(xù)各步操作； 盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的一相中（1）加熱法a）加熱降低液體粘度；b）加熱使蛋白質(zhì)變性凝固，去除雜蛋白（2）調(diào)節(jié)懸浮液的pH值 pH值直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電荷性質(zhì)，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值可改善其過濾特性。

28、（3）加入惰性助濾劑 a) 助濾劑是一種顆粒均勻，質(zhì)地堅硬，不可壓縮的粒狀惰性物質(zhì)；b)在發(fā)酵液中加入固體助濾劑，則菌體可吸附于助濾劑微粒上，助濾劑就作為膠體粒子的載體，均勻地分布于濾餅層中，降低了濾餅的可壓縮性，使濾餅疏松，減小了過濾阻力，使過濾介質(zhì)堵塞現(xiàn)象得減輕，易于過濾。c)既能使懸浮液中幼小顆粒狀膠態(tài)物質(zhì)截留在格子骨架上，又能使清液有流暢的溝道，能大大提高過濾能力和生產(chǎn)效率，改善濾液澄清度，降低過濾成本。（4）加入反應(yīng)劑加入某些不影響目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)劑，可消除發(fā)酵液中的一些雜質(zhì)對過濾的影響，從而提高過濾速度。（5）發(fā)酵液的相對純化A高價無機離子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）Ca2+ 草

29、酸、草酸鈉 形成草酸鈣沉淀（注意回收草酸） ；Mg2+三聚磷酸鈉 形成三聚磷酸鈉鎂可溶性絡(luò)合物；Fe2+ 黃血鹽，普魯士蘭沉淀B雜蛋白：沉淀法；變性法；吸附法（6）凝聚和絮凝凝聚：膠體粒子在中性鹽促進下脫穩(wěn)相互聚集成大粒子（1mm）大小塊狀凝聚體的過程。絮凝：大分子聚電解質(zhì)將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)狀，形成10mm大小的絮凝團的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。2、什么是絮凝、混凝？常用的絮凝、混凝劑有哪些？答：見上A）混凝：首先加入無機電解質(zhì)，使懸浮粒子脫穩(wěn)而凝聚，然后，再加入絮凝劑。凝聚作用為絮凝劑的架橋創(chuàng)造了良好的條件，從而提高了絮凝效果。這種包括凝聚和絮凝機理的過程，稱為混凝。B）常用絮凝劑：按

30、來源可分為四類：人工合成有機高分子聚合物；天然有機高分子聚合物 ；無機高分子聚合物；微生物絮凝劑根據(jù)活性基團在水中解離情況不同：陰離子型（含有羧基) ；陽離子型（含有胺基） ；非離子型。凝聚劑：硫酸鋁 Al2(SO4)318H2O（明礬）； 氯化鋁 AlCl36H2O;三氯化鐵 FeCl3;硫酸亞鐵 FeSO4·7H2O ；石灰；ZnSO4；MgCO33、固液分離的方法有哪些？過濾操作的一些基本設(shè)備及其原理，離心分離碟片機工作原理答： 固液分離方法主要是過濾和離心 。1）按操作方式分類：間歇過濾機、連續(xù)過濾機按操作壓強差分類：壓濾、吸濾和離心過濾2）典型過濾設(shè)備：a實驗室用抽濾裝置：

31、壓差作為推動力b板框壓濾機（間歇操作）：板框壓濾機的過濾推動力來自泵產(chǎn)生的液壓或進料貯槽中的氣壓；c真空過濾機（連續(xù)操作）：真空過濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過 濾操作的推動力。d過濾式離心機 ：(轉(zhuǎn)動離心)3）碟片式離心機工作原理（好好看看）懸浮液由位于轉(zhuǎn)鼓中心的進料管加入轉(zhuǎn)鼓，從碟片外緣進入碟片間隙內(nèi)緣流動。由于碟片的高速旋轉(zhuǎn)，便產(chǎn)生了慣性離心力，其中密度較大的固體顆粒在離心力作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液層）。沉渣沿碟片表面滑動而脫離碟片并積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑最大的部位。液體則由于密度小，在后續(xù)液體的推動下沿著碟片的隙道向轉(zhuǎn)子中心流動，然后沿中心軸上升，從套管中排出，達到分離的目的。

32、第四章1、什么是膜分離技術(shù)？答：利用膜的選擇性，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動力，允許某些組分透過而保留混合物中其它組分，從而達到分離目的的技術(shù)。2、膜的分類（根據(jù)膜結(jié)構(gòu)）答：a、對稱性膜：又稱為均質(zhì)膜，各向同性膜，膜兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)相同，且孔徑與孔徑分布也基本一致的膜。b、不對稱膜：指膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)隨膜的部位而異，即各向異性的膜。c、復(fù)合膜： 在多孔支撐層上覆蓋一層不同材料的致密皮層構(gòu)成。復(fù)合膜也是一種對稱膜3、膜技術(shù)分類（根據(jù)推動力不同），各分類里單元操作概念答：根據(jù)推動力不同，分為以靜壓力差為推動力的過程：微濾、超濾、納濾、反滲透；以蒸氣分壓差為推動力的過程：膜蒸餾、滲透蒸發(fā)

33、；以濃度差為推動力的分離過程：滲析；以電位差為推動力的膜分離過程：電滲析。4、膜過濾裝置類型？各自特點是什么？答：平板式：優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，能承受高壓；保留體積小，你通過能穩(wěn)定，工藝簡單缺點: 投資費用大，濃差極化嚴(yán)重，易堵塞，單位體積中所含過濾面積較小卷式（螺旋式）：優(yōu)點: 單位體積中所含過濾面積大，換新膜容易，價格低缺點: 料液需預(yù)處理，壓力降大,易污染,清洗困難管式：優(yōu)點：易清洗，無死角，耐高壓，適宜于處理含固體較多的料液，單根管子可以調(diào)換缺點: 保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大，成本高中空纖維式:優(yōu)點: 保留體積小，單位體積所含過濾面積大，可以逆洗，操作壓力較低，

34、動力消耗較低，價格低缺點: 料液需要預(yù)處理，單根纖維損壞時需調(diào)換整個模件，易堵塞，不易清洗5、表征膜性能的參數(shù)有哪些？答：a水通量：一定條件下（一般壓力為0.1MPa，溫度為20）通過測量透過一定純水所需的時間測定。b孔的性質(zhì)（孔徑、孔分布、孔隙度）c截斷分子量（MMCO）：相對于一定截留率(通常為90或95)的分子量d抗壓能力e pH適用范圍f對熱和溶劑的穩(wěn)定性6、什么是濃差極化？什么是凝膠極化？答：1、濃差極化：在分離過程中，料液中溶劑在壓力驅(qū)動下透過膜，大分子溶質(zhì)被帶到膜表面，但不能透過，在膜表面與臨近膜面區(qū)域濃度越來越高，產(chǎn)生膜面到主體溶液之間的濃度梯度，形成邊界層，這種膜面溶質(zhì)濃度高

35、于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃差極化。2、凝膠極化：當(dāng)膜表面的溶質(zhì)濃度超過溶質(zhì)的溶解度時，溶質(zhì)會析出，形成凝膠層；當(dāng)分離含有菌體、細(xì)胞或其他固形成分的料液時，也會在膜表面形成凝膠層，這種現(xiàn)象稱為凝膠極化。7膜污染是怎么造成的？如何清除和有效防止膜污染？答：A、（1）膜的污染大體可分為沉淀污染、吸附污染、生物污染 （2）處理物料中的微粒，膠體或溶質(zhì)大分子與膜存在物理化學(xué)作用或機械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附，沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。（濃差極化加劇了膜污染）B、減輕膜污染的方法預(yù)處理：預(yù)先處理使膜發(fā)生變化的因素。選擇合適的抗污染的膜材料，改變膜的性質(zhì)改善操

36、作條件開發(fā)抗污染的膜C、膜污染的清洗方法物理清洗(機械刮除; 沖洗及浸泡)：借助液體流動產(chǎn)生的機械力將膜面上的污染物沖刷掉?；瘜W(xué)清洗：根據(jù)所形成的附著層的性質(zhì)，采用合適的化學(xué)試劑清洗。選擇化學(xué)清洗劑要注意三點：1要盡量判別是何種物質(zhì)引起污染；2清洗劑要不致于對膜或裝置有損害， 8、膜分離操作方式，各自特點？答：1、開路式操作：料液一次性通過組件，透過液的體積非常少，回收率低，要求非常大的膜。僅用于濃差極化效應(yīng)忽略不計和流動速率要求不高的情況。2、間歇式操作：截留需回流進料罐中，以達到循環(huán)的目的。這是濃縮一定量物質(zhì)的最快方法。要求的膜面積小，在整個操作時間內(nèi)的平均濃度要低得多，平均通量較高，所需

37、膜面積較小，裝置簡單，成本較低。但需要較大的儲槽，適用于規(guī)模較小，藥物和生物制品中。3、進料和排放式操作（連續(xù)式操作）特點：產(chǎn)品在系統(tǒng)中停留時間較短，對熱敏或剪切力敏感的產(chǎn)品有利，容易實現(xiàn)自動化，主要用于大規(guī)模生產(chǎn)，如奶制品工業(yè)中。連續(xù)操作中，級數(shù)愈多，則所需的總膜面積就愈小。 第五章1、萃取、反萃取等的基本概念答：萃取：利用溶質(zhì)在互不相溶的兩相之間分配系數(shù)的不同而使溶質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中，從而得到純化或濃縮的方法。反萃?。喝苜|(zhì)從萃取劑轉(zhuǎn)移到反萃劑的過程。料液：在溶劑萃取中，被提取的溶液；溶質(zhì)：其中欲提取的物質(zhì)；萃取劑：用以進行萃取的溶劑；萃取液：經(jīng)接觸分離后，大部分溶

38、質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃取劑中得到的溶液；萃余液：被萃取出溶質(zhì)的料液。2、什么是分配定律？其使用條件？答：分配定律：是指在一定溫度、壓力下，溶質(zhì)分子分布在兩個互不相溶的溶劑里，達到平衡后，如果其在兩相中的相對分子質(zhì)量相等，則它在兩相中的平衡濃度之比為一常數(shù)Ko，這個常數(shù)稱為分配常數(shù)，即： K o 萃取相濃度/萃余相濃度 XY注：液液萃取是以分配定律為基礎(chǔ)。分配系數(shù)表征萃取劑對溶質(zhì)的萃取能力。應(yīng)用條件：(1)稀溶液；(2)溶質(zhì)對溶劑之互溶度沒有影響；(3)必須是同一種分子類型，即不發(fā)生締合或離解。3、pH對弱電解質(zhì)萃取的效率有何影響？答：水相pH值對弱電解質(zhì)分配系數(shù)具有顯著影響。物理萃取時，弱酸性電解質(zhì)的分配

39、系數(shù)隨pH值降低而增大，弱堿性電解質(zhì)隨pH值降低而減少。4、發(fā)酵液乳化現(xiàn)象產(chǎn)生原因及影響？如何消除？發(fā)酵液中的乳化現(xiàn)象主要是由蛋白質(zhì)和其它固體顆引起的乳化，構(gòu)成型式為o/w型。這一方面是由于蛋白質(zhì)分散在兩相界面，形成無定形黏性膜起保護作用，另一方面，發(fā)酵液中存在著一定數(shù)量的固體粉末，對已產(chǎn)生的乳化層也有穩(wěn)定作用。在形成乳化的過程中，一定存在某種表面活性物質(zhì)HLB親水親油平衡值：表示表面活性劑親水性的一個參數(shù)，可理解為表面活性劑分子中親水基和憎水基之間的平衡數(shù)值。a、HLB=（親水基部分的相對分子質(zhì)量/表面活性劑的相對分子質(zhì)量）*100/5b、HLB=3-6油包水型乳化劑；LB=8-15水包油型

40、乳化劑。影響：兩種夾帶,a發(fā)酵液廢液中（萃余相）夾帶有機溶劑微滴，造成發(fā)酵單位的損失，使目標(biāo)產(chǎn)物受到損失。b溶劑相（萃取相）中夾帶發(fā)酵液微滴，給以后的精制造成困難。5、什么是液膜萃?。堪男┙M成？答：它是一種以具有選擇透過性的液態(tài)膜為分離介質(zhì),以濃度差為推動力的液體混合物的膜分離操作。它與溶劑萃取的傳質(zhì)機理雖然不同，但都屬于液-液系統(tǒng)的傳質(zhì)分離過程。液膜分離涉及三種液體：a、通常將含有被分離組分的料液作連續(xù)相，稱為外相；b、接受被分離組分的液體，稱為內(nèi)相；c、成膜的液體處于兩者之間，稱為膜相。在液膜分離過程中，被分離組分從外相進入膜相，再轉(zhuǎn)入內(nèi)相，濃集于內(nèi)相。6、液膜分離的機理是什么？液膜分

41、離有哪些類型？答：A液膜分離的傳質(zhì)機理，按液膜滲透中有無流動載體分為兩類：無流動載體液膜分離機理；有載體液膜分離機理1、無流動載體液膜選擇性滲透：即單純靠待分離的不同組分在膜相液中的溶解度和擴散系數(shù)的不同導(dǎo)致透過膜的速度不同來實現(xiàn)分離的。滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)（型促進遷移）： 2、載體液膜分離膜相化學(xué)反應(yīng)（ 型促進遷移）：在膜相加入可與目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng)的萃取劑S，目標(biāo)產(chǎn)物與該萃取劑在膜相的料液一側(cè)發(fā)生正向反應(yīng)生成中間產(chǎn)物。此中間產(chǎn)物在濃差作用下擴散到膜相的另一側(cè)，釋放了目標(biāo)產(chǎn)物。載體輸送分為兩種：反向遷移（即供能物質(zhì)與目標(biāo)溶質(zhì)遷移方向相反）；同向遷移（即供能物質(zhì)與目標(biāo)溶質(zhì)遷移方向相同。）7、液膜

42、分離的基本操作過程有哪些？答：1、制備液膜： 2、液膜萃取3、澄清分離4、破乳： a、化學(xué)破乳 B、靜電破乳8、什么是膠束、反膠束？什么是反膠束萃??？反膠束萃取的影響因素有哪些？答：A、膠束：表面活性劑的極性頭朝外，疏水的尾部朝內(nèi)，中間形成非極性的“核心”。在此核心可以溶解非極性物質(zhì)。反膠束：向有機溶劑中加入表面活性劑，當(dāng)表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度時，其在有機溶劑中也會形成膠束。是兩性表面活性劑在非極性有機溶劑中親水性基團自發(fā)地向內(nèi)聚集而成的，內(nèi)含微小水滴的，空間尺度僅為納米級的集合型膠體反膠團。B、反膠團萃取的本質(zhì)仍是液-液有機溶劑萃取，但與一般有機溶劑萃取所不同的是，反膠團萃取利用表

43、面活性劑在有機相中形成的反膠團，從而在有機相內(nèi)形成分散的親水微環(huán)境；使生物分子在有機相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團的親水微環(huán)境中，消除了生物分子，特別是蛋白質(zhì)類生物活性物質(zhì)難于溶解在有機相中或在有機相中發(fā)生不可逆變性的現(xiàn)象。C、影響因素：1、水相pH值對萃取的影響；2、鹽濃度；3、鹽種類對萃取的影響；4、表面活性劑種類的影響；5、表面活性劑濃度的影響；6、助表面活性劑的影響；7、有機溶劑的影響；8、溫度的影響9、什么是超臨界流體？它有哪些性質(zhì)？簡述超臨界萃取的原理。答：1、超臨界流體：當(dāng)一種流體處于其臨界點以上的的溫度和壓力時，物質(zhì)處于既非液體也非氣體的超臨界狀態(tài)，稱之為超臨界流體。a、超臨界流體

44、具有氣體和液體之間的性質(zhì)，且對許多物質(zhì)均具有很強的溶解能力，分離速率遠(yuǎn)比液體萃取快，可以實現(xiàn)高效的分離過程。b、特點：密度接近液體萃取能力強；粘度接近氣體傳質(zhì)性能好2、用SCF作萃取劑時，是在臨界點附近，壓力和溫度微小的變化都可以引起流體密度很大的變化，并相應(yīng)地表現(xiàn)為溶解度的變化。因此，可以利用壓力、溫度的變化來實現(xiàn)萃取和分離的過程。在較高壓力下，將溶質(zhì)溶解于流體中，然后降低流體溶液的壓力或升高流體溶液的溫度，使溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)因密度下降，溶解度降低而析出，從而實現(xiàn)特定溶質(zhì)的萃取。10、超臨界萃取的主要流程。答：超臨界流體萃取的過程是由萃取階段和分離階段組合而成的。11、什么是雙水相萃

45、??？它有哪些優(yōu)點？包括哪些類型？答： 1、雙水相的形成：雙水相現(xiàn)象是當(dāng)兩種聚合物或一種聚合物與一種鹽溶于同一溶劑時，當(dāng)聚合物或無機鹽濃度達到一定值時，就會分成不互溶的兩相。2、雙水相萃取與水-有機相萃取的原理相似,都是依據(jù)物質(zhì)在兩相間的選擇性分配。當(dāng)萃取體系的性質(zhì)不同時,物質(zhì)進入雙水相體系后,使其在上、下相中的濃度不同。K= C上/ C下 ；其中K為分配系數(shù)，C上和C下分別為被分離物質(zhì)在上、下相的濃度。 分配系數(shù)K等于物質(zhì)在兩相的濃度比,由于各種物質(zhì)的K值不同,可利用雙水相萃取體系對物質(zhì)進行分離。3、優(yōu)點使固液分離和純化兩個步驟同時進行，一步完成；操作條件溫和；生物活性蛋白質(zhì)在兩相中不會失活，

46、且以一定比例分配于兩相中。兩相的界面張力小，兩相易分散，分相時間短,目標(biāo)產(chǎn)物有較高的收率。雙水相分配技術(shù)易于連續(xù)化操作，處理量大，適合工業(yè)應(yīng)用。4、雙水相體系的類型A、兩種非離子型聚合物B、非離子型聚合物-聚電解質(zhì)C、兩種聚電解質(zhì)D、聚合物-無機鹽第六章1、蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的原因有哪些？答：水化層：由于膠粒表面的水化作用，形成了水化層，也能阻礙直接聚集。水化膜主要是伴隨膠粒帶電而引起，一旦電位降低或消失，水化層也會隨之減弱或消失。靜電排斥：產(chǎn)生電排斥作用，阻止了粒子的聚集。電位越大，電排斥作用就越強，膠粒的分散程度也越大。2、常用的蛋白質(zhì)陳定方法有哪些？各自有什么原理？答：（1）鹽析：1.高濃度

47、鹽離子使蛋白質(zhì)表面雙電層厚度降低，靜電排斥作用減弱，從而相互靠攏；2.中性鹽比蛋白質(zhì)具更強的親水性，因此將與蛋白質(zhì)爭奪水分子，使蛋白質(zhì)脫去水化膜，疏水區(qū)暴露，由于疏水區(qū)的相互作用導(dǎo)致沉淀；（2）等電點沉淀：當(dāng)溶液pH值為蛋白質(zhì)的等電點時，分子表面的凈電荷為零，導(dǎo)致蛋白質(zhì)表面雙電層和水化膜的削弱或破壞，分子間引力增加，形成蛋白質(zhì)聚集體，進而產(chǎn)生沉淀。（3）有機溶劑沉淀：1、降低了溶質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)之間的靜電 引力增加，從而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀。2、由于有機溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質(zhì)表面水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。 （4）非離子型聚合物沉淀法：聚合物的作用認(rèn)為與有機溶劑相似，能降低水化度，使蛋白質(zhì)沉淀。 聚合物的空間排斥作用使蛋白質(zhì)被迫擠靠在一起