生物工程下游技術

生物工程下游技術

生物工程下游技術的定義

指從動植物與微生物的有機體或器官、生物工程產物（發(fā)酵液、培

育液）與其生物化學產品中提取、分別、純化有用物質的技術過程。

實質：是探討如何從混合物中把一種或幾種物質分別出來的科學技

術。

1.生化工程分別技術

預處理

結晶干燥

離心法：離心過濾、離心沉降、超離心

萃取法：有機溶劑、雙水相、液膜、反膠團、超臨界

層析法：凝膠過濾層析、反相層析、親和、疏水相互作用、聚焦、離子交

換

膜分別：微濾、超濾、

反滲透、透析、電滲透

2.生物物質常用的分別技術

氨基酸：結晶和離子交換法

蛋白質和多肽：離子交換層析、電泳

糖類：吸附層析

脂質：有機溶劑萃取、超臨界流體萃取和層析

抗生素：有機溶劑萃取、離子交換、結晶和吸附層析

3.生物分別方法的選擇與評價

原則:

步聚少，次序合理，產品規(guī)格(注射，非注射)，生產規(guī)模，物料組成,

產品形式，產品穩(wěn)定性，危害性，物性：溶解度、電荷、分子大小、功

能團、穩(wěn)定性、揮發(fā)性，廢水處理

4.濃縮率：濃縮程度一般用濃縮率(concentrationfactor)表達，是一個以

濃縮為目的的分別過程的最重要指標。濃縮率為m,mt=mx則目標產物

未得到任何程度的分別純化。

濃縮程度一般用液縮率(concentrationfactor)表達

,是一個以濃縮為目的的分離過程的最重要指標

0濃縮率為m

如果歷7=Wv,則目標產物未得到任何程度的

分離純化。

5.分別因子：分別因子又稱分別系數(shù)。產品中目標產物濃度越高，雜質濃

度越低，則分別因子越大，分別效率越高。

目標產物的分離純化程度用分離因子

（separationfactor）。表達:

_Cjp/C_m

cc-----------TC-------T-

CAP/CXCmx

分離因子又稱分離系數(shù)。產品中目標產物濃度

越高，雜質濃度越低，則分離因子越大，分離

效率越高。

如果a=l,則目標產物未得到任何程度的分

離純化。

6.回收率：無論是以濃縮還是以分別為目的操作過程，目標產物均應以較

大的比例回收，回收率R：生物分別操作多為間歇過程（分批操作），若

原料液和產品溶液的體積分別為VC和VPO

無論是以濃縮還是以分離為目的操作過程，目標

產物均應以較大的比例回收，回收率R：

RFpCrpX100%

FcCK

生物分離操作多為間歇過程（分批操作），

若原料液和產品溶液的體積分別為Vc和Vp

則回收率為

火=〃vcHxl00%

VcCTC

1生物產品與一般化工產品分別過程有何不同？

2設計生物產品的分別工藝應考慮哪些因素？

3分別純化的回收率與濃縮率如何計算？

4現(xiàn)代生物分別工程探討方向有哪些特點？

5分別純化指標有哪些？

簡述pH對發(fā)酵液過濾特性的影響，并舉例說明。

答：（1）pH干脆影響發(fā)酵液中某些物質的電離程度和電荷性質，因此

適當調整pH值可以改善發(fā)酵液的過濾特性。（2）氨基酸和蛋白質在酸

性條件下帶正電，堿性條件下帶負電，等電點時凈電荷為零，兩性物質在

等電點下的溶解度最小，等電點沉淀法在生物工業(yè)分別中廣泛運用。（3）

如味精生產，利用等電點沉淀法提取谷氨酸，一般蛋白質也在酸性范圍達

到等電點；膜分別中可通過調整pH值變更易吸附分子的電荷性質，削減

膜堵塞和膜污染；此外，細胞、細胞碎片與某些膠體物質等在特定pH下

也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于過濾進行。

其次章

1.預處理的目的：促進從懸浮液中分別固形物的速度，提高固液分別的效

率：

⑴變更發(fā)酵液的物理性質，包括增大懸浮液中固體粒子的尺寸，降低液體

黏度。

⑵相對純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質（高價無機離子和雜蛋白質），以

利于后續(xù)各步操作。

⑶盡可能使產物轉入便于后處理的一相中（多數(shù)是液相）；

2.預處理的方法

凝合和絮凝

加熱法

調整懸浮液的pH值

雜蛋白的去處

高價無機離子的去處

助濾劑

反應劑

3凝合與絮凝：.凝合與絮凝處理過程就是將化學藥劑預先投加到懸浮液

中，變更細胞、菌體和蛋白質等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，使

其聚集起來，增大體積以便固液分別。

凝合和絮凝技術常用于菌體細小而且黏度大的發(fā)酵液的預處理中。

凝合和絮凝是兩種方法，兩個概念。

凝合：指在投加的化學物質（鋁、鐵的鹽類）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子

相互聚集成1mm大小塊狀凝合體的過程。

機理：

1）中和粒子表面電荷

2）消退雙電層結構

3）破壞水化膜

膠體雙電層結構

發(fā)酵液中菌體表面帶有負電荷，由于靜電引力使溶液中反離子被吸附在其

四周，在界面上形成了雙電層。

正離子同時受到使它們勻稱分布的熱運動影響，具有離開膠粒表面的趨

勢。兩種相反作用力下，雙電層分裂成兩部：

1）吸附層或stern層；2）擴散層。

擴散雙電層的結構模型(Gouy-Chapman-Sternmodel)。

兩種相反作用力下，雙電層分裂成兩部：

1)吸附層或steci層；2)擴散層。

擴散雙電層的結構模型(Gouy-Chapman-Sternmodel)。

絮凝：指運用絮凝劑(自然的和合成的大分子量聚電解質)將膠體粒子交

聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小絮凝團的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。

機理：架橋作用

采納絮凝法可形成粗大的絮凝體，使發(fā)酵液較易分別。

人工合成有機高分子聚合物、自然有機高分子聚合物、無機高分子聚合物

聚丙烯酰胺類絮凝劑的優(yōu)點

用量少，一般以mg/L計量；

絮凝體粗大，分別效果好；

絮凝速度快；

種類多，適用范圍廣。

聚丙烯酰胺類絮凝劑的缺點：

存在肯定的毒性，特殊是陽離子型聚丙烯酰胺，用于食品和醫(yī)藥工業(yè)時應

謹慎。

自然有機高分子絮凝劑具有無毒，易生物降解，原料來源廣等優(yōu)點。

自然有機高分子改性絮凝劑依據(jù)其原料來源不同可分為淀粉類、纖維素

類、植物膠類和聚多糖類。

其中淀粉改性絮凝劑的探討開發(fā)最引人注目o

微生物絮凝劑是近年來探討和開發(fā)的新型絮凝劑，

由微生物或其分泌物產生的具有絮凝細胞功能的代謝產物。

主要成分是糖蛋白、粘多糖、纖維素與核酸等高分子物質。

微生物絮凝劑和自然絮凝劑最大的優(yōu)點是平安，無毒和不污染環(huán)境。

4.助濾劑：一種不行壓縮的多孔微粒，

菌體可吸附于助濾劑微粒上，降低了濾餅的可壓縮性，減小了過濾阻力。

常用的助濾劑是硅藻土，其次是珍寶巖粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纖

維素等。

⑴粒度

依據(jù)懸浮液中的顆粒和濾液的澄清度確定，一般顆粒較小的濾餅應采納細

小的助濾劑。

⑵助濾劑的品種

依據(jù)過濾介質選擇助濾劑品種。運用粗目濾網(wǎng)時易泄漏，可選擇石棉粉、

纖維素；采納細目濾布時，可運用細硅藻土；

⑶用量

間歇操作時，過濾介質表面預涂助濾劑，其厚度應不小于2mm。連續(xù)過

濾機中依據(jù)過濾速度確定。運用硅藻土時，通常細粒為500g/m3,中等

粒度700g/m3,粗粒700-1000g/m3o

5.反應劑：加入某些不影響目標產物的反應劑，可消退發(fā)酵液中的一些雜

質對過濾的影響，從而提高過濾速度。

1）反應劑與某些可溶性鹽類發(fā)生反應生成不溶性沉淀，生成的沉淀能防止

菌絲體粘結，使菌絲具有塊狀結構，又能使蛋白質凝固，過濾性能上升,

沉淀本身可作為助濾劑.

如新生霉素發(fā)酵液中加入CaC12和Na3PO4,生成Ca3(PO4)2沉淀。

2)發(fā)酵液中含有不溶性多糖物質時，用酶將其轉化為單糖，以提高過濾

速率。

如萬古霉素用淀粉作培育基，發(fā)酵液過濾前加入0.025%的淀粉酶，攪

拌30min后，再加2.5%硅藻土助濾劑，可提高過濾效率5倍。

6.雜蛋白的去除方法

沉淀法

A等電點沉淀法(運oelectricprecipitation)

蛋白質的等電點大都在酸性范圍內(pH4.。?5.5),調整發(fā)酵液的pH到蛋

白質的等電點是除去蛋白質的有效方法。

B.酸堿調整，使蛋白質與離子形成沉淀

在酸性溶液中，蛋白質與一些陰離子形成沉淀，如三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、

苦味酸鹽等；

在堿性溶液中，蛋白質與一些陽離子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、

Fe3+等。

變性

蛋白質從有規(guī)則的排列變成不規(guī)則結構的過程稱為變性。變性蛋白質溶解

度較小。

加熱,

大幅度調整pH值，

加酒精、丙酮等有機溶劑或表面活性劑等。

不足之處：

加熱法只適合于對熱較穩(wěn)定的目的產物；

極端pH值也會導致某些目的產物失活，且要消耗大量酸堿；

有機溶劑法通常只適用于所處理的液體數(shù)量較少的場合。

1.沉淀法主要包括鹽析法,有機溶劑沉淀法,等電點沉淀法,結晶法等

等。

2.依據(jù)一般的習慣，析出物為晶體時稱為結晶，析出物為無定形固體則

稱為沉淀。

3.影響鹽析的因素有：無機鹽的種類、溶質(蛋白質等)種類的影響、蛋

白質濃度的影響、溫度的影響、pH的影響。

吸附法

加入某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質而除去。

四環(huán)類抗生素生產中，采納黃血鹽和硫酸鋅的協(xié)同作用生成亞鐵氟化鋅鉀

K2Zn3[Fe(CN)5]2的膠狀沉淀來吸附蛋白質，利用此法除蛋白質已取得

很好的效果。

在枯草桿菌發(fā)酵液中，常加入氯化鈣和磷酸氫二鈉，這兩者本身生成浩大

的凝膠，把蛋白質、菌體與其它不溶性粒子吸附并包袱在其中而除去，從

而加快了過濾速度。

1發(fā)酵液為何須要預處理？處理方法有哪些？其簡要機理如何？

2凝集與絮凝過程有何區(qū)分？如何將兩者結合運用？

3除去發(fā)酵液中雜蛋白常用方法有哪些？

4簡述膠體雙電層結構與穩(wěn)定性機理？

5什么是助濾劑和反應劑？能列舉1-3個應用的例子

1.鹽析法：是利用各種生物分子在濃鹽溶液中溶解度的差異，通過向溶液

中引入肯定數(shù)量的中性鹽，使目的物或雜蛋白以沉淀析出，達到純化目的

的方法。

2.Ks鹽析：在肯定的pH和溫度下變更離子強度（鹽濃度）進行鹽析，

稱作Ks鹽析法。Ks鹽析法多用于提取液的前期分別工作。

3.0鹽析：在肯定離子強度下僅變更pH和溫度進行鹽析，稱作0鹽析法。

在分別的后期階段，為了求得較好的辨別率，或者為了達到結晶的目的，

有時應用B鹽析法。B鹽析法由于溶質溶解度變更緩慢且變更幅度小，沉淀

辨別率比公鹽析法好。

4.親和沉淀：利用親和反應原理，將配基與可溶性的載體偶聯(lián)后形成載體

-配基復合物（親和沉淀劑），該復合物可選擇性地與蛋白質結合，在肯定

條件下沉淀出來。

四問答

1.什么是鹽析作用？鹽析的原理是什么?

答：鹽析作用：向蛋白質溶液中漸漸加入中性鹽，在高鹽濃度時，蛋白質

溶解度隨之減小，發(fā)生了鹽析作用。產生鹽析作用的一個緣由是由于鹽離

子與蛋白質表面具相反電性的離子基團結合，形成離子對，因此鹽離子部

分中和了蛋白質的電性，使蛋白質分子之間電排斥作用減弱而能相互靠

攏，聚集起來。鹽析作用的另一個緣由是由于中性鹽的親水性比蛋白質大,

鹽離子在水中發(fā)生水化而使蛋白質脫去了水化膜，暴露出疏水區(qū)域，由于

疏水區(qū)域的相互作用，使其沉淀。

2.如何選擇鹽析所用中性鹽？

(1)鹽析作用要強。一般來說多價陰離子的鹽析作用強，有時多價陽離

子反而使鹽析作用降低。

(2)鹽析用鹽要有足夠大的溶解度，且溶解度受溫度影響應盡可能小。

這樣便于獲得高濃度鹽溶液，有利于操作，尤其是在較低溫度下的操作，

不致造成鹽結晶析出，影響鹽析效果。

(3)鹽析用鹽在生物學上是惰性的，不致影響蛋白質等生物分子的活性,

最好不引入給分別或測定帶來麻煩的雜質。

(4)來源豐富、經濟。

3.有機溶劑沉淀的原理是什么？

答：親水性有機溶劑加入溶液后降低了介質的介電常數(shù)，使溶質分子之間

的靜電引力增加，聚集形成沉淀；水溶性有機溶劑本身的水合作用降低了

自由水的濃度，壓縮了親水溶質分子表面原有水化層的厚度，降低了它的

親水性，導致脫水凝集。

4.有機溶劑沉淀影響沉淀效果的因素有那些？

答：(1)有機溶劑種類與用量

(2)pH的影響

(3)溫度無機鹽的含量

(4)某些金屬離子的助沉淀作用

(5)樣品濃度

第三章

1.影響發(fā)酵液固液分別的因素

1)發(fā)酵液中懸浮離子的大小

2)發(fā)酵液的黏度v運cosity：

固液分別速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分別越困難。影響粘

度的因素：

菌體的種類和濃度(重要因素)

培育液中蛋白質、核酸大量存在

培育基成分

此外，某些染菌發(fā)酵液，如染細菌，則粘度會增大。

發(fā)酵過程的不正常處理，如大量過剩的培育基和消沫油加入，都會使粘

度增大。

2.常見的固液分別方法

過濾filtration

過濾操作是借助于過濾介質，在肯定的壓力差AP作用下，使懸浮液中

的液體通過介質的孔道，而固體顆粒被截留在介質上，從而實現(xiàn)固液分

別的單元操作。

離,小Centrifugation

離心分別是基于固體顆粒和四周液體密度存在差異，在離心場中使不同

密度的固體顆粒

加速沉降的分別過程。

擴張床吸附EBA(ExpandedBedAdsorption)

一種新型的生物分別技術：集成化分別技術，即對已有的兩種或兩種以

上的單元操作進行有效的組合，組成一種有效的單元操作，以達到提高

產品收率、縮短純化步驟、降低純化費用和投資成本的目的

2.固液分別過濾設備

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

典型過濾設備：

試驗室用抽濾裝置

板框壓濾機(間歇操作)板框壓濾機的過濾推動力來自泵產生的液壓或

進料貯槽中的氣壓。

轉筒真空過濾機（連續(xù)操作）真空過濾設備以大氣與真空之間的壓力

差作為過濾操作的推動力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉筒式真空過濾

機和帶式真空過濾機。

過濾式離心機:由于離心力作用，液體產生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)

與濾筐而流出。

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2.離心分別設備優(yōu)缺點

優(yōu)點：

分別速度快，分別效率高、

液相澄清度好；

缺點：

與過濾設備相比，設備投資高、能耗大、

離心產生的固體濃縮物和過濾產生的濃縮不同。

通常離心只能得到一種較為濃縮的懸浮液或漿體。而過濾可獲得的水

分含量較低的濾餅。

3.離心的幾種原理類型

（一）差速離心

特點：

介質密度均一；速度由低向高，逐級離心。

用途：分別大小相差懸殊的細胞和細胞器。

沉降依次:核——線粒體——溶酶體與過氧化物酶體——內質網(wǎng)與高基

體——核蛋白體。

可將細胞器初步分別，常需進一步通過密度梯離心再行分別純化。

（二）密度梯度離心

用介質在離心管內形成一連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度，將細胞混懸液或勻

漿置于介質的頂部,通過離心力場的作用使細胞和細胞成分分層、分別O

類型：速度沉降、等密度沉降。

常用介質：氯化鈉、蔗糖、多聚蔗糖。

分別活細胞的介質要求：

1）能產生密度梯度，且密度高時，粘度不高；

2）pH中性或易調為中性；

3）濃度大時滲透壓不大；

4）對細胞無毒。

4.膨脹床吸附原理和固相分級特性

膨脹床與傳統(tǒng)固定床的區(qū)分在于：膨脹床的床層上部安裝有調整器，當

料液或清洗液從床底輸入時，吸附劑床層產生膨脹，高度調整器上升，

膨脹床狀態(tài)下床層高度一般為固定床狀態(tài)的2-3倍，可干脆處理菌體

發(fā)酵液或細胞勻漿液，提高目標產物收率。

膨脹床與流化床的區(qū)分：后者的吸附型粒子和液體在床層內混合程度

高，吸附效率低，而前者的吸附劑粒子基本懸浮于固定的位置，液體的

流淌與固定床相像，接近平推流，吸附效率高。

第四章

細胞破裂的目的:破壞細胞外圍，使細胞內容物釋放出來。

意義：破裂細胞，提取其中的各種物質，分析細胞的結構，遺傳物質的

探討，對人類的發(fā)展具有重要的意義。

細胞破砰?方法分類

表今2

分類作用機理適應性______________

可達較高破碎率，可較大規(guī)模操作，大

固體剪切作用

珠磨法分子目的產物易失活，漿液分離困難

機可達較高破碎率，可大規(guī)模操作，不適

高壓勻漿法液體剪切作用

合絲狀菌和革蘭氏陽性菌

械

對酵母菌效果較差，破碎過程升溫劇烈，

超聲破碎法液體剪切作用

不適合大規(guī)模操作

法

破碎率高，活性保留率高，對冷凍敏感

法固體剪切作用

X-press目的產物不適應

具有高度專一性，條件溫和，漿液易分

酶溶法酶分解作用

離，溶酶價格高，通用性差

非具一定選擇性，漿液易分離，但釋放率

化學滲透法改變細胞膜的滲透性

機較低，通用性差

滲透壓法破碎率較低，常與其他方法結合使用

械滲透壓劇烈改變

破碎率較低，不適合對冷凍敏感的目的

法凍結融化法反復凍結-融化

產物

干燥法改變細胞膜滲透性條件變化劇烈，易引起大分子物質失活

包含體可用密度梯度離心機收集，收集的包含體用變性劑溶解，再除去

變性劑即可得到復原活性的蛋白質產品。

1.非機械破裂方法有酶溶破裂法、化學破裂法、去垢劑破裂法、滲透壓沖

擊破裂法'凍融破裂法。

2.破裂率的測定：干脆測定法'目的產物測定法'導電率測定法

3.3因工程包涵體的純化過程為洗滌—、—溶解―和—復性

....,

目標蛋白的變性溶解通常運用的變性劑是—鹽酸服—和―尿素―;目標

蛋白復性的方法通常有—稀釋法—、—膜分別法—和—層析法

4.氣流干燥主要適用于酵母菌,一般在25-30℃的氣流中吹干；真空干燥

多用于細菌，冷凍干燥適用于不穩(wěn)定的生化物質

5.細胞破裂常用的表面活性劑：十二烷基硫酸鈉（SDS,陰離子型）；。

非離子型如TritonX-10。和吐溫（Tween）等對疏水性物質具有很強的

親和力，能結合并溶解磷脂，破壞內膜的磷脂雙分子層,使某些胞內物質

釋放出來

第五章

1.萃?。‥xtraction）指隨意兩相之間的傳質過程。在液液萃取過程中

常用有機溶劑作為萃取試劑，因而經常稱液液萃取為溶劑萃取。

溶劑萃取法是生物工業(yè)中一種重要的分別提取方法。它是利用一種溶質

組分（如產物）在兩個互不相溶的液相（如水相和有用機溶劑相）中競

爭性溶解和安排性質上的差異來進行分別操作的。有機溶劑萃取法廣泛

應用于抗生素、有機酸、維生素、激素等發(fā)酵產物工業(yè)規(guī)模的提取上。

2.溶劑萃取法有以下一些優(yōu)點：比化學沉淀法分別程度高；比離子交換

法選擇性好、傳質快；比蒸儲法能耗低。另外它還有生產實力大、周期

短、便于連續(xù)操作、簡單實現(xiàn)自動化限制等優(yōu)點。

2.一個良好的溶劑要滿意以下幾方面的要求：

①有很大的萃取容量，即單位體積的萃取溶劑能萃取大量的產物;

②有良好的選擇性，志向狀況是只萃取產物而不萃取雜質；

③與被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、界面

張力小或適中；

④溶劑的回收和再生簡單；

⑤化學穩(wěn)定性好，不易分解，對設備腐蝕性??；

⑥經濟性好，價廉易得；

⑦平安性好，閃點高，對人體無毒性或毒性低。

生物工業(yè)上常用的溶劑有酯類、醇類和酮類等.

3、單級萃取

單級萃取是運用一個混合器和一個分別器的萃取操作。

料液F與萃取溶劑S一起加入混合器內攪拌混合萃取，達到平衡后的溶液

送到分別器內分別得到萃取相L和萃余相R,萃取相送至回收器，萃余相

R為廢液。

在回收器內產物P與溶劑分別(如蒸儲、反萃取等)，溶劑S

則可循環(huán)運用。

目的物在兩相中的數(shù)量比：

E=K?VS/VF=K/m

其中m為濃縮比，即：m=VF/VS

令未被萃取的分率為甲，貝IJ：

甲=1/(E+1)

而理論收(得)率：1一年=E/(E+1)

脅施素在骯柳H2.5時的分繇數(shù)為35,若用等體積的乙笛進行

單除取一丸則

占35.

理論解為

1=嬴=97。%

因為這種雕辟取一次,所以-麟取效率福,陶在率余相的含翱

A段嬴如果增懈劑的用最會腳取鏟麟度過氏增加產物回收雕

㈱魅,也會增加溶劑回收的工作品為魏送些腦,工業(yè)上多采取多解

取的魏，

4、多級萃取

1）多級錯流萃取

圖5-5多級錯流萃取流程

多級錯流萃取流程的特點是：每級均加簇新溶劑，故溶劑消耗量大，得到

的萃取液產物平均濃度較稀，但萃取較完全。多級錯流萃取流程收率

l-cp=l-l/(El+l)(E2+l)---(En+l)

例如,對赤雷索果用二級錯果用取時,K為35,第一級用體積乙胤

第二級用1/10體積乙酯，則有

Ei=35x1/2=17.5E2=35x140=3.5

11

可以看到，在二級錯流莓取中，當乙雷總用量為3/5體積時，理論得率為

98.79%,比乙酯用量為【體積的單級萃取得率97.2%還要高一些。

多級錯液萃取的特點是在每級中都加入新鮮的溶劑，故萃取推動力較大，萃

取較完全且效果好。缺點是溶劑用量大，萃取液平均濃度較稀，溶劑回收需要用

耗較多的能量，

2）多級逆流萃取

圖5-6多級逆流萃取流程

多級逆流萃取流程的特點是：料液走向和萃取劑走向相反，只在最終一級

中加入萃取劑，故和錯流萃取相比，萃取劑消耗少，萃取液產物平均濃度

高,產物收率最高。

多級逆流萃取流程收率

l-cp=（En+l-E）/（En+l-l）

赤霉素二級逆流萃取的K為35,乙酯用量為1〃體積，則有

E]=35x172=17.5w=2

1

i="溜）Ff=99-7%

可以看到，三種萃取流程中,以逆流萃取收率最高，溶劑用量最少，因而

普遍采用。

5.乳化和去乳化

乳化：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。乳化發(fā)生后，兩相分層困難，出現(xiàn)夾帶現(xiàn)象，影響收率和分

別效果。

乳化的結果可能形成兩種形式的乳濁液。一種是水包油型（O/W）,

另一種為油包水型（W/O）。

由蛋白質引起的乳化，構成形式為O/W型，液滴粒徑再.5?30微米。

形成穩(wěn)定的乳濁液，一般應有第三種物質即表面活性劑的存

在。乳濁液的穩(wěn)定性與下列因素有關：

①界面上愛護膜是否形成；

②液滴是否帶電；

③介質的粘度。

其中①最重要。在發(fā)酵液中，蛋白質是引起乳化的最重要的表

面活性物質。

表面活性劑親水性強，乳化時易形成水包油。

表面活性劑疏水性強，乳化時易形成油包水。

6、破乳化

破乳方法：

1）過濾或離心分別破乳法，

2）化學法（加電解質中和離子型乳濁液的電荷）

3）物理法（加熱、稀釋、吸附等）

4）頂替法（加入表面活性更大，但因其C鏈較短難以形

成堅實的愛護膜的物質，取代界面上的乳化劑，如戊醇）

5）轉型法（如在O/W中加入親油性乳化劑，使乳化液有

生成W/O的傾向，但又不穩(wěn)定，從而達到破乳目的）

7.浸?。河媚撤N溶劑把有用物質從固體原料中提取到溶液中的過程稱為

浸取，也稱之為浸出。

溶劑從固體顆粒中浸取可溶性物質的過程一般包括以下一些步驟：

1）溶劑從溶劑主體傳遞到固體顆粒的表面；

2）溶劑擴散滲入固體內部和內部微孔隙內；

3）溶質溶解進入溶劑；

4）通過固體微孔隙通道中的溶液擴散至固體表面并進一步進入溶劑主

體。

其中，第3和4步是浸取過程總速率的限制性步驟。

溶質從固體內部向溶劑主體的傳遞受各種因素的影響。包括幾個方面：

1）通常狀況，為一般的擴散傳遞。

2）對于生物大分子，傳遞通道的空間尺度影響較大。

3）溶液中的凝膠物質形成的框架結構會影響分子的擴散。

4）在固體內部的分子擴散包含兩種不同的機理（溶解擴散和多孔內擴

散）。

8、安排定律和安排系數(shù)

從料液中提取出來的物質稱為溶質；

用來萃取產物的溶劑常稱為萃取劑；

溶質轉移到萃取劑中與萃取劑形成的溶液稱為萃取液；

被萃取出溶質后的料液稱萃余液。

在肯定溫度肯定壓力的條件下，溶質安排在兩個互不相溶的溶劑

中，達到平衡時溶質在兩相中的活度之比為一常數(shù)，這個現(xiàn)象即為安排

定律，比例常數(shù)為安排系數(shù)。

安排定律成立的條件：

1）稀溶液

2)溶質對溶劑互溶性沒有影響

3)必需是同一分子類型

不同溶質在不同溶劑中有不同的K值。K值越大，表示該溶質在上層

液相中溶解度愈大，K值越小，表示該溶質在下層液相中溶解度愈大。

9.分別因數(shù)

含有兩個與兩個以上的溶質時，萃取劑對溶質A和B分別實力的大小

可用分別因數(shù)網(wǎng)來表征：

B=(C1A/C1B)/(C2A/C2B)=(C1A/C2A)/(C1B/C2B)

=KA/KB

式中：C代表濃度，下標1、2代表萃取相和萃余相，A、B為溶質。

假如A是產物，B為雜質，分別因數(shù)可寫為：

B=K產/K雜

B越大，A、B的分別效果越好，即產物與雜質越簡單分別。

10.弱電解質表觀安排系數(shù)

(1)pH值

假如溶質是弱酸，表觀安排系數(shù)為K=KO[H+]/(Kp+[H+]),假如

是弱堿，則K=K0Kp/(Kp+[H+])o可見pH干脆影響表觀安排系數(shù)。

pH除影響K外，還可能對選擇性有影響。

pH值還應盡量選擇在使產物穩(wěn)定的范圍內。

(2)溫度

溫度會影響生化物質的穩(wěn)定性，所以一般在室溫或低溫下進

行。

溫度會影響安排系數(shù)K,因為溫度通過影響溶質的化學位而影響溶

質在兩相中的安排。

(3)鹽析

無機鹽類可降低產物在水中的溶解度而使其更易于轉入有機

溶劑相中。

無機鹽類還能減小有機溶劑在水相中的溶解度。

鹽析劑用量要相宜，用量過多也有可能促使雜質一起轉入溶劑相，

同時還要考慮其經濟性，必要時要回收。

(4)帶溶劑

帶溶劑是指這樣一種物質，它們能和產物形成復合物，使產物更易

溶于有機溶劑相中，提高安排系數(shù)K,該復合物在肯定條件下又要簡單

分解。

第七章

1.雙水相系統(tǒng)

雙水相系統(tǒng)就是當兩種聚合物或一種聚合物與一種鹽溶于水中而形成

溶液時，由于聚合物溶液間或聚合物與無機鹽溶液間具有不相容性，致

使當聚合物和無機鹽的濃度達到肯定值以上時，就會分成互不相溶的兩

相系統(tǒng)，由于其共同溶劑是水，就稱此系統(tǒng)為雙水相系統(tǒng)。常見的用于

生物物質分別的聚合物/聚合物系統(tǒng)有聚乙二醇（PEG）/葡聚糖，聚

合物/無機鹽系統(tǒng)有PEG/磷酸鹽，PEG/硫酸錢等。相對于葡聚糖來

說，無機鹽價格便宜，所以聚合物/無機鹽系統(tǒng)在工業(yè)應用上具有更為

廣袤的前景。

雙水相萃取技術的應用舉例

生物物質種類典型例子相體系

酶過氧化氫酶PEG/Dextran

核酸有活性的DNAPEG/Dextran

生長索人生長激素PEG/鹽

病毒脊儲病毒和線病毒PEG/NaDS（硫酸簡聚糖:

干擾素B-干擾索PE號磷酸酯/鹽

細胞組織含有膽堿受體的細胞三甲胺-PEG/Dextran

2.要勝利地運用雙水相萃取方法，應滿意下列條件：

1）欲提取的酶和細胞碎片應安排在不同的相中；

2）酶的安排系數(shù)應足夠大，使在肯定的相體積比時，經過一

次萃取，就能得到較高的收率；

3）兩相用離心機很簡單分別。

3.相圖

水溶性兩相的形成條件和定量關系常用相圖來表示。圖1所示是

由兩種聚合物和水組成的體系（如PEG/Dextran體系，這兩種聚合

物都能與水無限混合），以聚合物PEG的濃度（重量％）為縱坐標，

以聚合物Dextran的濃度（重量％）為橫坐標所作相圖。只有在這兩

種聚合物達到肯定濃度時才會形成兩相。

Dextran

圖1PEG/Dextran體系的相圖

（參考嚴?？?，1998:俞俊棠等，1997）

圖中曲線TCB把勻稱區(qū)域和兩相區(qū)域分隔開來，稱作雙節(jié)線。處于

雙節(jié)線下面的區(qū)域時是勻稱的，當它們的組成位于上面的區(qū)域時，體系

才會分成兩相。例如，點M代表整個系統(tǒng)的組成，輕相（或上相）組

成用T點表示，重相（或下相）組成用B點表示。T、M、B三點在一

條直線上，其連接的直線稱系線。

T和B代表成平衡的兩極在同一條系線上

在以上的財相系斛,各種轆、

的各點分成的兩相，具有相同的組分，但

體積比不同。若令%、％分別代表上相觸料的分繇數(shù)或大于100,或小于

和下相的體積，則有

血;蛋白質或前的分陽系數(shù)在

%MT（M點與T點之間的距離）001?10

VB-BM（B點與M點之間的距離）之間;無觸的M系教-雌近于1.0。

（14-1）這種不醐質分繇致睚杲懶了財

即服從于習知的杠桿規(guī)吼若總組成點在

相就分離的翱,

雙節(jié)線的下方，體系只能形成均-的-相。

第九章

膜分別：利用膜的選擇性（孔徑大?。?，以膜的兩側存在的能量差作為推

動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實現(xiàn)分別的一種技術。

濃差極化：是指但溶劑透過膜，而溶質留在膜上，因而使膜面濃度增大，

并高于主體中濃度。

1.膜分別過程中所運用的膜，依據(jù)其膜（孔徑）不同可分為（微濾膜），

（超濾膜），（納濾膜）和（反滲透膜）。

2.工業(yè)上常用的膜裝置有（板式），（管式），（螺旋卷式）和（中空

纖維式）。

3.依據(jù)膜結構的不同，常用的膜可分為（對稱性膜）、（非對稱膜）和（復

合膜）三類

4.膜的污染主要有兩種狀況，一種是化學污染；另一種是物理污

1.區(qū)分滲透與反滲透？舉例說明反滲透的應用。

答：滲透是由于存在化學勢存在梯度而引起的自發(fā)擴散現(xiàn)象。

因此，通常狀況下，

其結果是水從純水一側透過半透膜向溶液側滲透，使后者的液位抬高。

假如在溶液一側施加壓力4,外界力做功使溶液中水的化學勢上升，則純

水通過膜的滲透就會漸漸減小，并最終停止（條件？），此時的壓力差就

是溶液的滲透壓萬。

當6-乙＞"時，水將從溶液一側向純水一側移動，此種滲透稱之為反滲透。

2.膜分別過程中，有那些緣由會造成膜污染，如何處理？

答：（1）膜污染主要有兩種狀況：一是附著層被濾餅、有機物凝膠、無

機物水垢膠體物質或微生物等吸附于表面；另一種是料液中溶質結晶或沉

淀造成堵塞。（3分）

（2）膜污染是可以預防或減輕的，措施包括料液預處理、膜性質的改善、

操作條件變更等方式。（2分）

（3）膜污染所引起的通量衰減往往是不行逆的，只能通過清洗的處理方

式消退，包括物理方法沖洗和化學藥品溶液清洗等。（2分）

1.膜分別技術的類型和定義？

答：膜分別過程的實質是物質透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程,

依據(jù)濾膜孔徑大小而達到物質分別的目的，故而可以按分別粒子大小進行

分類:

(1)微濾：以多孔細小薄膜為過濾介質，壓力為推動力，使不溶性物質

得以分別的操作，孔徑分布范圍在。.025~14Hm之間；

(2)超濾：分別介質同上，但孔徑更小，為。.001~0.02Rm,分別推

動力仍為壓力差，適合于分別酶、蛋白質等生物大分子物質；

(3)反滲透：是一種以壓力差為推動力，從溶液