生化分離工程題目答案僅供參考

生化分離工程是生化工程的一種重要構(gòu)成部分，它是描述回收生物產(chǎn)品分離過程原理和辦法的一種術(shù)語，指從發(fā)酵液或酶反映液或動植物細(xì)胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產(chǎn)品的過程。生物技術(shù)下游加工過程的普通環(huán)節(jié)和單元操作:(1)發(fā)酵液的預(yù)解決與固液分離選用的單元操作有限，普通選用過濾和離心的辦法，有時也伴有沉降操作，錯流過濾也較為慣用。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）通過一種和幾個單元操作以除去與目的產(chǎn)物性質(zhì)有很大差別的雜質(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)物的最后用途和規(guī)定，決定了最后的加工辦法，濃縮和結(jié)晶經(jīng)常是操作的核心。工藝設(shè)計原則是什么？技術(shù)路線、工藝流程盡量簡樸化、集成化，盡量減少成本；將完整工藝劃分為不同的操作單元；采用成熟技術(shù)與可靠設(shè)備；純化開始前編寫、備好書面原則操作程序等技術(shù)文獻(xiàn)；適宜的檢測辦法。簡述本課程所介紹的公用設(shè)施及設(shè)備。1）干凈空氣制備系統(tǒng)?？諝庹{(diào)節(jié)的目的重要是通風(fēng)以及通過多個空氣解決（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。①干凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成：小規(guī)模、單分區(qū)干凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)；中大規(guī)模、多分區(qū)干凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩類②空氣凈化和空氣過濾器：由于不同的干凈室對干凈級別的規(guī)定不同，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）干凈室及干凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測定①干凈室，涉及亂流和層流干凈室②干凈室的物理指標(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)。③干凈空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測定和調(diào)節(jié)：A：空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空氣平衡測定和調(diào)節(jié):N=QB：干凈室參數(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)干凈度的測定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)：低溫（-120℃），中溫(-120℃~①冷庫制冷系統(tǒng)的基本構(gòu)成：冷凍壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)皿、水冷卻皿以及其它組件②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)等構(gòu)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、分派性冷庫、零售消費性冷庫。B：按圍護(hù)構(gòu)造的特點分：土建式冷庫和裝配式冷庫。4）生產(chǎn)用水供應(yīng)系統(tǒng)：①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：②水系統(tǒng)：設(shè)備操作原理為：A：預(yù)解決系統(tǒng)：沙濾、活性碳過濾、微濾B：反滲入系統(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/注射用水儲罐。錯流過濾：料液給過濾介質(zhì)表面一種平行的大流量沖刷，則過濾介質(zhì)表面積累的濾餅就會減少到能夠無視的程度，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)上慣用的過濾方式，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)節(jié)，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)。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全部操作參數(shù)的函數(shù)，這些因素涉及轉(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)從這些因素考慮。轉(zhuǎn)盤外緣速度u的影響：在一定的范疇內(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)所引發(fā)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發(fā)的產(chǎn)物的失活，必須限制圓盤外緣的速度，故實際生產(chǎn)中應(yīng)控制適宜的速度。細(xì)胞濃度c的影響：產(chǎn)生的熱量隨細(xì)胞濃度的減少而下降，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)胞濃度控制在適宜的范疇。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)選擇最適宜的粒徑。溫度的影響：普通用冷卻夾套和攪拌軸的方式來調(diào)節(jié)磨室的溫度，減少溫度重要是確保所分離的成分不失活。流量Q的影響：流量增加，破碎量下降，單位質(zhì)量的能耗減少；流量減少，彌散和返混增加。故使控制適宜的流量以提高破碎效率。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，存在某些小空泡，聲波的稀疏階段使小空泡快速地漲大，在聲波的壓縮階段，小泡又忽然被極度地壓縮。在小泡忽然被壓縮時，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)對超聲的吸取會引發(fā)溫度上升，往往造成分界面處的局部高溫。超聲波破碎細(xì)胞的原理：在細(xì)胞懸浮液中輸入高的聲能時，在細(xì)胞周邊會形成許多小氣泡，在壓縮相中氣泡會被壓縮，直到不能被壓縮時，氣泡破裂，釋放出激烈的震波。這種震波通過介質(zhì)傳輸，此時大量聲能被轉(zhuǎn)化成彈性波形式的機(jī)械能，引發(fā)局部的剪切梯度使細(xì)胞破碎。8.離心沉降：運(yùn)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：運(yùn)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表達(dá)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=ω2r/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，常速離心機(jī)；B）Fr=3000～50000，中速離心機(jī)；C）Fr≥50000，高速離心機(jī)；D）Fr=2′104～106，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.超濾和微濾都是運(yùn)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)行分離的辦法，重要用于解決不含固形成分的料液。微濾普通用于懸浮液的過濾，廣泛用于菌體細(xì)胞的分離與濃縮，微濾過程中膜兩側(cè)的滲入壓差可無視不計，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)成平衡狀態(tài)時，膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊界層，它對水的透過起著妨礙作用。通過變化流速、壓力、溫度和料液濃度等能夠減少濃差極化效應(yīng)。辦法涉及減少壓力，減少膜表面的濃度，減少溶質(zhì)在料液中的濃度等。13.聚合物分子量對分派系數(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)的分派系數(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減少，背面的成果是由于PEG相疏水性升高而造成的。14.超臨界流體：是一狀態(tài)超出氣液共存時的最高壓力和最高溫度下物質(zhì)特有的點即臨界點后的流體。超臨界流體萃?。⊿upercriticalfluidextraction）：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性。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.沉淀法變化溶液的條件，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.慣用的蛋白質(zhì)沉淀辦法有中性鹽鹽析法，等電點沉淀法，有機(jī)溶劑沉淀法，其它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，要考慮不同種類多個離子的鹽析效果，之后還要考慮：溶劑度大，能配制高離子強(qiáng)度的溶液；溶解度受溫度影響小；鹽溶液本身密度不高，方便蛋白質(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:靠近等電點時，溶解度最小，調(diào)節(jié)溶液PH在等電點附近有助于提高鹽析效果。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)起始濃度可減少鹽用量。但過高的蛋白質(zhì)濃度會造成沉淀中雜質(zhì)增多。故應(yīng)控制適宜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，以適宜的溶劑作為移動相，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：子化合物能夠和它們相對應(yīng)的配基進(jìn)行特異并可逆結(jié)合的原理來分離目的化合物。金屬螯合層析：運(yùn)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：運(yùn)用溶質(zhì)分子與層析劑凝膠之間的共價吸附作用將目的產(chǎn)物與其它溶質(zhì)分子分離開來的層析辦法。正相與反相層析：是分派層析的擴(kuò)展，基于流動相與固定相之間分派系數(shù)的差別來分離純化化合物。19.帶電荷的目的分子通過離子交換，與離子交換固定相上帶固定電荷的功效基團(tuán)之間發(fā)生靜電作用，因不同目的分子與固定相的靜電作用力不同而造成互相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。普通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.色譜裝置重要有哪幾個部件構(gòu)成？溶劑儲存器，溶劑過濾器，進(jìn)樣室，層析柱，檢測器，收集器，統(tǒng)計儀21.如何理解灌注色譜？灌注色譜的誕生是從分離介質(zhì)的突破開始的，由美國PerseptiveBiosystems公司開發(fā)、取名為POROS的系列灌注色譜介質(zhì)是由苯乙烯(ST)和二乙烯基苯(DVB)通過懸浮聚合、乳液聚合等辦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,兩種孔隙構(gòu)造與傳統(tǒng)介質(zhì)的孔構(gòu)造相比有許多獨特性。這些顆粒的粒徑規(guī)格有粒徑規(guī)格為10μm(H型)和20μm(M型)及50μm(F型)三種。通過介質(zhì)表面的衍生化反映，連接不同的官能團(tuán)，構(gòu)成多個模式的介質(zhì)類型。POROS分離介質(zhì)含有抗壓性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定、操作溫度低等優(yōu)點，因此適應(yīng)性廣。灌注色譜含有下列特點：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，在流速增加的狀況下，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，并且確保了一定的分辨率和柱容量c分離速度的加緊減少了溶質(zhì)分子在柱內(nèi)的保存時間，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辦法d分析時間的縮短和高的柱容量，減少了大規(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，并且普通控制在3%~5%的范疇內(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，并且結(jié)晶母液的純度普通靠近或超出50%。溶液中某些外來的微粒可能作為成核中心而使晶核更多,影響晶體純度,因此應(yīng)當(dāng)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,并且要盡量避免產(chǎn)生小的氣泡。3）溶液的pH值：蛋白質(zhì)之間的互相作用是使蛋白