上海海洋大学试卷-现代生化分离技术-2016

上海海洋大学试卷现代生化分离技术姓名：杨景丰学号：M150103094专业班名：生研三班一.列出并解释常用的生化分离技术（至少写出10种）（10分）。1.盐析法：当蛋白质溶液中逐渐加入中性盐时，会产生两种现象：低盐情况下，随中性盐离子强度的增高，蛋白质溶解度增大，称之为盐溶现象；但是，在高盐浓度时，蛋白质溶解度随之减少，发生了盐析现象。2.等电点沉淀:不同离子强度下，同种蛋白质的溶解度与PH相关。两性溶质在等电点及等电点附近仍有相当的溶解度，所以等电点沉淀往往不完全，加上生物分子的等电点比较接近，故很少单独使用等电点沉淀法作为主要的纯化手段，往往与盐析、有机溶剂沉淀等方法联合使用。3.有机沉淀法：向水溶液中加入一定量的亲水性的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出的分离纯化方法。4.溶剂萃取：溶剂萃取是溶质从一种溶剂中转移到另一种溶剂中的过程。它是利用溶质组分在两个互不混溶的液相中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行的分离操作。5.离子交换法：离子交换法是使用离子交换剂作为吸附剂，将水溶液中的离子依靠静电引力吸附在吸附剂上，同时从吸附剂上置换出另一种离子，然后用适当的溶液将吸附物从吸附剂上置换下来，进行浓缩富集，从而达到分离的目的。6.色层分离：也称色谱分离或层析分离，已成为生物大分子分离和纯化技术中极其重要的组成部分。层析技术分离纯化的生物技术产品种类包括：干扰素、疫苗、抗凝血因子、生长激素、单克隆抗体、凝血因子等等。7.电泳分离法：带电粒子在电场中的迁移速率的不同是电泳分离的基础。电泳技术的基本原理都相同，但在实际应用中，由于研究对象及目的等的不同，电泳又可分为许多种类。例如按展开方式可分为:区带电泳、移界电泳、等速电泳、等电聚焦；按照是否使用支持物可分为：支持物电泳、无支持物电泳；按照操作方式可分为：一维电泳、二维电泳、交叉电泳、连续或不连续电泳。8.超声强化生化分离技术：将超声波的空化作用、热效应、机械作用应用于生化分离技术中,可提高分离效率、缩短时间、简化操作过程。9.磁分离技术：具有分离效率高、分离速度快、占地面积小等优点。磁分离技术与絮凝技术、磁种洗选回收技术、生化技术的结合,是目前污水处理中磁分离技术的发展方向,它大大扩展了磁分离技术的处理对象和应用领域。10.液膜分离技术：液膜通常由膜溶剂、表面活性剂、流动载体和膜增强添加剂组成。膜溶剂是成膜的基体物质,一般为水或有机溶剂,选择的依据是液膜的稳定性和对溶质的溶解性。表面活性剂能明显降低液体的表面张力或两相的界面张力,对液膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜的重复使用有直接影响。流动载体的作用是选择性迁移指定的溶质或离子,常为某种萃取剂。二.总结生化产品的特点（10分）。答：生物技术产品有些是胞内产品，有些是胞外产物;通常是由产物浓度很低的发酵液或培养液中提取的;生物技术产品的稳定性差，易随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质水解、自身水解等;生物技术产品的生产多为分批操作，生物变异性大，各批发酵液或培养液不尽相同，且对最终产物要求质量高。三.总结植物组织中RNA的提取时的干扰物质及处理对策（20分）。1.酚类化合物的干扰及对策：防止酚类化合物被氧化或去除酚类化合物。2.多糖的干扰及对策：用低浓度乙醇沉淀多糖是一个去除多糖效果较好的方法。另一个常用的方法是醋酸钾沉淀多糖法。3.蛋白杂质的影响及对策：常规的方法是在冷冻的条件下研磨植物材料以抑制RNase等的活性；;提取缓冲液中含有蛋白质变性剂,如苯酚、胍、SDS、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等,这样在匀浆时可以使蛋白质变性,凝聚；有的方法是利用蛋白酶K来降解蛋白杂质。进一步可以用苯酚、氯仿抽提去除蛋白质。4.次级代谢产物的影响及对策：。Baker等综合Hughes等的选择性沉淀法、Chirgwin的氯化铯梯度离心法和Iversen等的RNA回收方法纯化了松树种子、成熟松树针叶等植物组织的RNA。四．写出分离过程中初级阶段、中间阶段和精制阶段对分离技术的要求（10分）。答：1）初始阶段，主要任务在于从相对较大体积的抽提液中除去大量杂质,同时能浓缩样品和保障样品处于稳定的环境中.侧重点放在速度和处理量上，方法有匀浆和沉淀，膜过滤等-离子交换或亲和层析等。2）中间阶段，主要任务是进一步除去大量杂质,但这些杂质与目的物的性质差异相对较小，所以选择分离方法要有较高的分辨率。侧重点放在分辨率和处理量上，进一步除杂，方法有离子交换，亲和，制备级等电聚焦。3）精制阶段，主要任务是除去微量杂质,使最后的产品获得高纯度.侧重点放在分辨率上。最后除杂，方法有得到高纯度离子交换，凝胶层析等。五．查阅至少10篇2016年生化分离技术方面主题的文献进行综述（主题自选，英文文献，附文献，大于2000字。50分）分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科，随着社会的发展，对分离技术的要求越来越高，不但希望采用更高效的节能、优产的方法，而且希望所采用的过程与环境友好。正是这种需求，推动了人们对新型分离技术不懈的探索。近十余年来，新型分离技术发展迅速，其应用范围已涉及化工、环保、生化、医药、食品、电子、航天等领域，不少技术已趋成熟。本文对分子蒸馏技术、膜分离技术、超临界萃取技术、新型生物膜技术进行综述。1、分子蒸馏技术1.1分子蒸馏过程技术的基本原理分子蒸馏(moleculardistillation)是指在高真空的条件下，液体分子受热从液面逸出，利用不同分子平均自由程差导致其表面蒸发速率不同，而达到分离的方法。分子分离过程如图1所示，经过预热处理的待分离料液从进料口沿加热板自上而下流入，受热的液体分子从加热板逸出。由于冷凝和蒸发表面的间距一般小于或等于蒸发分子的平均自由程，逸出分子可以不经过分子碰撞而直接到达冷凝面冷凝，最后进入轻组分接收罐。重组分分子由于平均自由程小，不能到达冷凝板，从而顺加热板流入重组分接收罐中，这样就实现了轻重组分的分离。图1分子蒸馏过程1.2分子蒸馏过程理论的研究国内外许多学者在过去几十年里，尝试建立了两种不同方法来研究分子蒸馏过程。一种是蒸发系数法，即把各种阻力对分子蒸馏速率的影响归纳于参数蒸发系数E，但是由于在某种条件下得到的E值并不能用于另一种条件下的分子蒸馏速率的预测，所以采用该方法研究分子蒸馏并无太多的现实意义。另一种方法是数学模型化法，即对分子蒸馏过程各个阶段产生的阻力进行研究，分别建立数学模型并求解，计算出分子蒸馏的速率。ReesGJ针对离心式分子分馏器从传质传热机理出发，建立了一维数学分析模型，提出了蒸发面温度、液膜厚度与蒸发速率相关联的有限元方程，从微观方面分析了分子蒸馏过程。M等[5]用高质量流量下膜理论描述了静止式分子蒸馏器液体内部传递过程对液相温度和组成分布的影响，理论和实验结果取得了一致。对于分子蒸馏过程的二维数学模型的研究，目前还具有很大的局限性。主要是因为模型假设条件的一个基本前提是：液膜流动必须为充分发展的稳态层流，因此在高Re数下对模型的求解是非常困难并且无法实现的。B等对降膜式分子蒸馏器建立了相应的二维模型并且模拟计算，与实验数据对比良好。NguyenAD等]对刮膜式分子蒸馏器的边界条件进行了一定的简化和假设，忽略液膜内部的温度梯度与径向浓度梯度变化，只考虑了轴向液膜组成的变化，建立了质量衡算方程并求解。实际上迄今为止，由于刮膜分子蒸馏器内液膜传质传热的研究仍然是一个难点。我国分子蒸馏技术的研究起步较晚，50年代末期，国内引进分子蒸馏生产线，用于硬脂酸单甘油酯的生产，但由于软、硬件技术不配套及其他各种原因，许多装置均在搁置。国内有些研究单位进行了实验室装置研究，但未见工业化应用的报道。总之，我国的分离技术有了很大的发展，但总体水平，尤其是工业化水平与发达国家相比，差距较大，急需在生产技术、工业组件、制造、示范装置的建立等方面统一协调，组织攻关，以求短期内我国的分离技术在工业应用上走上一个新台阶。1.3分子蒸馏过程技术的应用与展望分子蒸馏过程技术作为近年来发展起来的一种新型的分离技术，在国内的工业化应用处于刚刚起步阶段。由于分子蒸馏设备为高真空设备，一次性投资大，连续化生产能力低，目前主要应用于高附加值产品的制造与加工。随着分子蒸馏过程技术研究的不断深入和发展，应大力加强各企业单位与高校之间的广泛技术交流与合作，向节能与高效的方向开发设计分子蒸馏设备，深入研究过程机理，揭示其规律性，从理论与实践两方面结合使分子蒸馏过程技术不断完善和发展，推动工业化的应用进程，以便带来更好的社会效益和经济效益。2、膜分离技术2.1膜分离技术的基本原理膜分离技术是一种使用半透膜分离方法，其分离原理是依据物质分子尺度的大小，借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级提纯和富集，从而达到分离、提纯和浓缩的目的。现已应用的膜过程有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等，其中在食品工业中常用的有微滤、超滤和反渗透三种。图2膜分离过程示意图2.2膜分离技术的特点膜分离技术具有如下特点:（1）膜分离技术是一种节能技术，膜分离过程不发生相变化。（2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离过程，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品分离、浓缩、精制等。（3）膜分离技术适用分离范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级等都有其用武之地，其关键在于选择不同的膜类型。（4）膜分离技术由于只是以压力差作为驱动力。因此，该项技术所采用装置简单，操作方便。2.3膜分离技术的应用膜分离技术，作为一种新型的分离技术，既能对废水进行有效的净，高效地去除污染物，又能回收一些有用物质，同时具有节能、无相变、安全性高、生物稳定性好、设备简单、操作方便等特点，因此在生产生活中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。2.3.1在化工生产中的应用在合成氨方面，可用于高压机后新鲜气油分离采用超滤，技术除去新鲜气中的油水尘等杂质，大大改善了冷交换器的油污和积炭堵塞现象，进一步优化了操作条件，降低了能耗，有效保护了合成塔触媒。联碱生产过程中经常会产生重碱、食盐、纯碱等有用物质的母液泄漏及生产设备冲洗水外排，既造成了浪费，又对环境造成了污染。徐昌松等]采用电渗析技术处理联碱含盐废水，可将含盐质量分数为1%的联碱废水浓缩到10%，而淡液含盐的质量分数0.05%。结果表明采用电渗析技术处理联碱废水是可行的，可实现联碱生产废水零排放。大多数有机溶剂(如醇类、酮类、酯类等)常含有少量水会形成共沸物，用恒沸精馏、萃取精馏等特殊精制工艺脱水，存在工艺复杂、能耗高等问题。使用膜选择分离技术进行脱水就不再受恒沸点制约，容易从有机溶剂混合物中脱除微量水，可大幅度降低分离过程能耗。2.3.2工业有机蒸汽的净化及回收石油、化工、喷涂等行业的生产过程中，每天都在释放出大量的有机蒸汽(VOC)，石油工业的排放气中也含有许多有机化合物，如氯乙烯、苯、多环芳烃等毒性大，而且易燃易爆，但排放气中也含有烃类气体如烯烃等，为了净化有机蒸汽并回收有经济价值的烃类气体，可以采用气体膜分离技术。如采用无机光催化膜用于光催化反应器，除去挥发性有机物质(地下水中的三氯乙烯)，以及应用于微电子产品中超纯水中总有机化学物质的去除，可用于分离石油提炼厂残留氢蒸汽中碳氢化合物，使纯化后的氢气可在高压下循环使用。将疏水性的聚丙烯中空纤维膜涂上超薄的硅橡胶，在100cm2而的小型纤维膜组件可以除去甲醇、苯、丙酮、二氯甲烷等，采用2537cm2。时的中型纤维膜组件可除去制药厂反应器中排出废气中甲醇和苯；Majumdar等研究了涂硅橡胶的聚合物膜组件，原料在常压下走管程，被分离的气体从抽真空的管外流出，在原料气中有机物质量分数为14%的情况下，可除去98%(质量分数)的有机物，在有机物含量较低的废气中可达到95%的回收率]。2.3.3在中药制药中的应用中药提取液有效成分的含量低，提取常使用大量有机溶剂，存在提取成本高，提取过程复杂，提取率低，污