生化分离工程期末考试复习资料

第一章

1、什么是生物分离工程？生化分离工程：也称生物技术下游加工过程（Downstream Processing）， 从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。

2、生物产品不同于化工产品的特点（发酵液特点）。A:① 产物浓度低的水溶液 ② 组分复杂 ③ 产物稳定性差，大分子，小分子④ 质量要求高

3、生化分离下游加工过程的一般流程及各流程所包含单元操作。①发酵液的预处理与固液分离（絮凝，离心，过滤，微过滤）② 细胞破碎技术（球磨，高压匀浆，冷冻破碎、化学破碎技术）③ 初步纯化技术（产物提取）（盐析法，有机溶剂沉淀，化学沉淀，大孔吸附树脂，膜分离技术）④ 高度纯化技术 （产物精制）（各类层析，亲和，疏水，聚焦，离子交换，凝胶层析）⑤ 成品加工 （喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥，冷冻干燥，结晶）

4、生物下游加工过程的选择准则

① 步骤少② 次序合理：a应选择不同分离纯化机理的方法联合使用：b应首先选择能除去含量最多杂质的方法：c应尽量选择高效的分离方法：；d应将最费时、成本最高的分离纯化方法安排在最后阶段

③ 产品规格：用成品中各类杂质的最低存在量来表示，它是确定纯化要求的程度及由此而产生的下游加工过程方案选择的主要依据（注射，非注射，去除热原质）；

④ 生产规模：琼脂糖凝胶、冷冻干燥

⑤ 物料组成：丝状菌——适合过滤，不适合中空纤维膜 ⑥ 产品形式：固体 适当结晶；液体 适当浓缩

⑦ 产品稳定性：调节操作条件，使由于热、pH值或氧化所造成的产品降解减少到最低程度。如蛋白质的巯基容易氧化，使用抗氧化剂；

⑧ 物性：溶解度、分子电荷、分子大小、功能团、稳定性、挥发性

⑨ 危害性：溶剂萃取；基因工程菌发酵；干燥过程的防护和粉尘排放；固定化过程溴化氰。

⑩ 废水处理：BOD、COD

第二章

1、发酵液为什么要预处理（目的）？有哪些方法？以及各方法的原理。A、促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：? 改变发酵液的物理性质降低液体黏度；? 相对纯化，去除发酵液中的部分杂质以利于后续各步操作；? 尽可能使产物转入便于后处理的一相中（1）加热法a）加热降低液体粘度；b）加热使蛋白质变性凝固，去除杂蛋白

（2）调节悬浮液的pH值 pH值直接影响发酵液中某些物质的电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。（3）加入惰性助滤剂 a) 助滤剂是一种颗粒均匀，质地坚硬，

不可压缩的粒状惰性物质；b)在发酵液中加入固体助滤剂，则菌体可吸附于助滤剂微粒上，助滤剂就作为胶体粒子的载体，均匀地分布于滤饼层中，降低了滤饼的可压缩性，使滤饼疏松，减小了过滤阻力，使过滤介质堵塞现象得减轻，易于过滤。c)既能使悬浮液中幼小颗粒状胶态物质截留在格子骨架上，又能使清液有流畅的沟道，能大大提高过滤能力和生产效率，改善滤液澄清度，降低过滤成本。（4）加入反应剂加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度。（5）发酵液的相对纯化A高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）Ca2+ ——草酸、草酸钠 →形成草酸钙沉淀（注意回收草酸） ；Mg2+——三聚磷酸钠 →形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物；Fe2+ ——黄血盐，→普鲁士兰沉淀B杂蛋白：沉淀法；变性法；吸附法

（6）凝聚和絮凝①凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）大小块状凝聚体的过程。②絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成10mm大小的絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。

2、什么是絮凝、混凝？常用的絮凝、混凝剂有哪些？答：见上

A）混凝：首先加入无机电解质，使悬浮粒子脱稳而凝聚，然后，再加入絮凝剂。凝聚作用为絮凝剂的架桥创造了良好的条件，从而提高了絮凝效果。这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。B）常用絮凝剂：按来源可分为四类：人工合成有机高分子聚合物；天然有机高分子聚合物 ；无机高分子聚合物；微生物絮凝剂

根据活性基团在水中解离情况不同：阴离子型（含有羧基) ；阳离子型（含有胺基） ；非离子型。凝聚剂：硫酸铝 Al2(SO4)3?18H2O（明矾）； 氯化铝 AlCl3?6H2O;三氯化铁 FeCl3;硫酸亚铁 FeSO4·7H2O ；石灰；ZnSO4；MgCO3

3、固液分离的方法有哪些？过滤操作的一些基本设备及其原理，离心分离碟片机工作原理答： 固液分离方法主要是过滤和离心 。1）按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机

按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤2）典型过滤设备：a实验室用抽滤装置：压差作为推动力b板框压滤机（间歇操作）：板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压；c真空过滤机（连续操作）：真空过滤设备以大气与真空之间的压力差作为过 滤操作的推动力。d过滤式离心机 ：(转动离心)3）碟片式离心机工作原理（好好看看）

悬浮液由位于转鼓中心的进料管加入转鼓，从碟片外缘进入碟片间隙内缘流动。由于碟片的高速旋转，便产生了惯性离心力，其中密度较大的固体颗粒在离心力作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液层）。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位。液体则由于密度小，在后续液体的推动下沿着碟片的隙道向转子中心流动，然后沿中心轴上升，从套管中排出，达到分离的目的。

第三章

1、细菌细胞壁的基本结构？哪些易破碎？答：

2、一般的细胞破碎方法及其原理，和基本特点（并且适用于何情况）？

3、什么是包含体？包含体的分离、纯化路线？答：A、（1）包含体形成的原因：主要是高水平表达的结果①在高水平表达时，新生肽链的聚集速率一旦超过蛋白正确折

叠的速率就会导致包含体的形成。（（2）包涵体表达形式的优点：a能简化外源基因表达产物的分离操作

b能在一定程度上保持表达产物的结构稳定性c使宿主细胞免受有毒性的外源蛋白的伤害。

B、包含体获取路线1、机械破碎→离心提取包涵体→加变性剂溶解→除变性剂复性2、机械破碎→膜分离获得包涵体→加变性剂溶解包涵体→除变性剂复性3、化学破碎（加变性剂）→离心除细胞碎片→除变性剂复性

第四章

1、什么是膜分离技术？答：利用膜的选择性，以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。

2、膜的分类（根据膜结构）答：a、对称性膜：又称为均质膜，各向同性膜，膜两侧截面的结构及形态相同，且孔径与孔径分布也基本一致的膜。b、不对称膜：指膜的化学结构或物理结构随膜的部位而异，即各向异性的膜。c、复合膜：： 在多孔支撑层上覆盖一层不同材料的致密皮层构成。复合膜也是一种对称膜

3、膜技术分类（根据推动力不同），各分类里单元操作概念答：根据推动力不同，分为

以静压力差为推动力的过程：微滤、超滤、纳滤、反渗透；以蒸气分压差为推动力的过程：膜蒸馏、渗透蒸发；以浓度差为推动力的分离过程：渗析；以电位差为推动力的膜分离过程：电渗析。

4、膜过滤装置类型？各自特点是什么？答：①平板式：优点: 结构紧凑、简单，能承受高压；保留体积小，你通过能稳定，工艺简单缺点: 投资费用大，浓差极化严重，易堵塞，单位体积中所含过滤面积较小②卷式（螺旋式）：优点: 单位体积中所含过滤面积大，换新膜容易，价格低缺点: 料液需预处理，压力降大,易污染,清洗困难③管式：优点：易清洗，无死角，耐高压，适宜于处理含固体较多的料液，单根管子可以调换缺点: 保留体积大，单位体积中所含过滤面积较小，压力降大，成本高④中空纤维式:优点: 保留体积小，单位体积所含过滤面积大，可以逆洗，操作压力较低，动力消耗较低，价格低缺点: 料液需要预处理，单根纤维损坏时需调换整个模件，易堵塞，不易清洗

5、表征膜性能的参数有哪些？答：a水通量：一定条件下（一般压力为0.1MPa，温度为20℃）通过测量透过一定纯水所需的时间测定。b孔的性质（孔径、孔分布、孔隙度）c截断分子量（MMCO）：相对于一定截留率(通常为90％或95％)的分子量d抗压能力e pH适用范围

f对热和溶剂的稳定性

6、什么是浓差极化？什么是凝胶极化？答：1、浓差极化：在分离过程中，料液中溶剂在压力驱动下透过膜，大分子溶质被带到膜表面，但不能透过，在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高，产生膜面到主体溶液之间的浓度梯度，形成边界层，这种膜面溶质浓度高于主体浓度的现象称为浓差极化。2、凝胶极化：当膜表面的溶质浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层；当分离含有菌体、细胞或其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层，这种现象称为凝胶极化。