课后习题

1.何为生化分离工程？其特点有哪些？解释：指从生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料中分离、纯化生物产品（生物制品）的过程。特点：目标产品浓度低生物产物的原料构成成分复杂目标产品收率低生化产品的稳定性差、易失活目标产品提取操作需及时快速对最终目标产品的质量要求很高2.简述生化分离工程的一般工艺流程和单元操作，影响生化分离过程的因素有哪些？影响因素：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦废液的处理方法等。工艺流程：⑴培养液预处理与固液分离⑵初步纯化⑶高度纯化⑷成品制作3.生化分离技术依据的分离原理有哪些？并举例。原理：物理性质、化学性质、生物学性质4.生化分离技术的本质是什么？本质：有效识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和扩大这些差别的分离设备实现溶质间的分离或目标组分的纯化。5.生化分离工程发展的趋势是什么？合成生物学和生物学的3D打印6.什么叫原位分离技术？目前较为成熟的有哪些？就是在生物反应发生的同时，选择一种合适的分离方法及时地将对生物反应有抑制或毒害作用的产物或副产物选择性的从原位移走，即要实现产物从其生产性细胞周围的及时分离。1.发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？①分离菌体和其他悬浮颗粒②除去部分可溶性杂质③改变滤液的性质加热、加水稀释、调节PH2.凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？凝聚：指在投加电解质作用下，胶体粒子间双电层排斥电位降低，并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。3.助滤剂的作用原理是什么？具体使用时要注意些什么？原理：悬浮液中的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，滤饼的结构改变，可压缩性下降，过滤阻力降低，过滤速率提高。（1）根据目的产物选择助滤剂品种（2）根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂品种（3）粒度选择4.掌握管式离心机和碟片式离心机的有关计算。作业：管式离心机的转筒内径为12cm,筒长70cm，转数为15000r/min。利用其浓缩酵母细胞悬浮液，处理能力4L/min。（1）计算酵母细胞的重力沉降速度；（2）破碎该酵母细胞后，细胞碎片直径减小到原细胞的二分之一，液体粘度上升3倍，在相同条件下离心浓缩该细胞破碎液，试计算此时离心机的处理能力。5.何为滤饼比阻？滤饼比阻α与颗粒比表面积和压力降之间的关系如何？6.简述各类真空过滤器的工作原理。并比较转鼓真空过滤器、圆盘真空过滤器和水平带式真空过滤器的优缺点。转鼓真空过滤器：优点：操作连续，处理量大，适合于固形物含量大于10%的悬浮液的分离。缺点：不适合于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，所得固相的干度不如板框过滤。圆盘真空过滤器：优点：增大了过滤面积缺点：卸料困难7.离心设备放大的方法有哪些？如何应用这些方法放大设备？（1）等价时间Gt法（2）∑因子法作业：珠磨法破碎大肠杆菌细胞，破碎速率常数k=0.048min-1。（1）若采用间歇破碎操作，试计算破碎率达到0.90所需时间；（2）若采用连续破碎操作，破碎室的有效体积为10L，在稳定操作条件，试计算使破碎率达到0.90以上的最大料液流量。1.细菌细胞壁与酵母菌细胞壁在组成有何区别？细菌：肽聚糖、脂蛋白、脂多糖、磷脂、蛋白质酵母：葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质、脂质2.细胞破碎的主要有哪几种方法?它们的破碎原理分别是什么？3.机械法与非机械法破碎细胞相比有何特点？选择破碎方法的依据有哪些？（1）细胞处理量：大规模生产多采用机械法（通用性强，破碎效率高），实验室规模多选用非机械法（选择性好，固液易分离）。（2）细胞壁的强度与结构（3）目标产物对破碎条件的敏感性（4）破碎程度4.什么叫包含体？包含体形成的机理是什么？外源基因在寄主细胞中表达后形成的一种不具生物活性的蛋白质产物。多为克隆表达产物，这些产物在一级结构上是完全正确的，但在高级结构上是错误的，因而不具有生物活性。亲水基在里面，疏水基在外面。机理:外源蛋白质在合成过程中缺乏某些协助因子或周围环境不适，使其次级键（氢键等）的形成受影响，最终形成不具活性的包含体产品。5.包含体产品的分离工艺路线有哪些？各自的优缺点是什么？（1）路线Ⅰ:机械破碎（珠磨法）→离心法提取包含体（固相）→加变性剂溶解包含体（液相）→除变性剂复性（具活性产品）优点：利用包含体与细胞碎片的密度差分离，可获得干净的包含体，使后面的分离纯化简单化。缺点：需经多次离心分离除细胞碎片，加工时间长，投资较大。（2）路线Ⅱ:机械破碎（珠磨法）→膜分离除可溶性蛋白（浓缩相）→加变性剂溶解包含体（液相）→除变性剂复性（具活性产品）特点：（1）投资省，能耗低；（2）封闭操作，不受污染；（3）细胞碎片与包含体在一起，后处理困难，若包含体溶解复性后，较易与细胞碎片及大分子蛋白质分离，可考虑。（3）路线Ⅲ:化学破碎（加变性剂）→离心法除细胞碎片（液相）→除变性剂复性（具活性产品）特点：（1）细胞破碎与包含体溶解两道工序合二为一，节省设备和时间。（2）适合于实验室操作。（3）目标产物与细胞内的大量可溶性杂质在一起，后处理过程复杂。若包含体产品分子量较大，较易与可溶性杂蛋白质分离，可考虑。6.蛋白质复性的方法有哪些？各自的特点是什么？稀释法:溶液稀释，回收成本较大。透析法:蛋白质浓度不变，但时间较长，易形成蛋白质的不可逆沉淀。膜过滤法:将变性剂的除去与浓缩过程相结合，克服了稀释法和透析法的缺点，但同样存在蛋白质的失活问题。1.萃取分离的机理是什么？萃取操作的基本条件有哪些？机理：是利用物质溶解于某种液体的一种提取方法，它基于混合物中各组分在同种溶剂中的溶解度不同而使所需组分得以分离和浓缩。基本条件：①目的产物在所选溶剂中的溶解度较大，所选溶剂与混合液溶剂互不相溶②目的产物大部分转移到溶剂2.溶剂萃取分配定律的适用条件是什么？①只适合于稀溶液的萃取系统；②溶质对原溶剂（料液）和溶媒（萃取剂）之间的互溶度没有影响；③溶质在两相中为同一种分子类型，即不发生缔合或离解。3.会计算多级错流和多级逆流萃取的理论收得率.4.何谓双水相萃取？双水相体系可分为哪几类？由于不同的溶质与两种聚合物的相溶性有所不同，其各自的分配系数也就有所不同，因而可产生分离，此即为双水相萃取。聚合物/无机盐、两种非离子型聚合物、其中一种为带电荷的聚电解质、两种聚电解质、5.影响双水相萃取的因素有哪些？盐类是如何影响双水相萃取的？盐类、PH不同蛋白质所带电荷数量和性质不同，盐类对其K值的影响亦不同，利用此性质，可使蛋白质相互分离。6.简述双水相萃取分离蛋白质（酶）的一般工艺流程7.超临界萃取的基本原理是什么？超临界CO2萃取的优缺点是什么？原理：利用超临界流体（supercriticalfluid,SCF），即温度和压力略超过或靠近临界温度（TC）和临界压力（PC）、介于气体和液体之间的流体，作为萃取剂，从固体和液体中萃取出某种高沸点或热敏性的成分，以达到分离和纯化的目的。优点：临界条件温、产品分离简单、无毒、无害、不易燃烧、无腐蚀性价格便宜缺点：设备投资大8.影响超临界CO2萃取的因素有哪些？夹带剂在萃取过程中有什么作用？压力、萃取温度、萃取时间、CO2流量、原料颗粒度、夹带剂夹带剂作用：①可以大大增加被分离组分在超临界流体中溶解度；②在加入与溶质起特定作用的适宜夹带剂时，可使该溶质的选择性（或分离因子）大大提高；③使用夹带剂拓宽了超临界CO2萃取技术的应用范围。9.何谓反胶束萃取？反胶束萃取的推动力是什么？是利用表面活性剂在有机相中形成的反胶束，从而在有机相内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶束的亲水微环境中，消除了生物分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解在有机相中或在有机相中发生不可逆变性的现象。推动力：静电作用力和空间相互作用。10.掌握反胶束萃取分离混合物的方法。（1）多步间歇混合／澄清萃取过程（2）连续循环萃取-反萃取过程1.常用的沉淀方法有哪几种？简述各自的沉淀机理。①盐析法：②有机溶剂法：③等电点沉淀法：等电点沉淀法主要是利用两性物质分子在电中性时的溶解度最低，而各种两性物质具有不同的等电点而进行分离的一种方法④非离子型聚合物沉淀法：⑤生成盐类复合物沉淀法：⑥选择变性沉淀法：2.生产中常用的盐析剂有哪些？其选择依据是什么？硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、磷酸钠、磷酸钾、氯化钠、氯化钾、醋酸钠和硫氰化钾依据：①能和水混溶；②用量少；③生物物质活性的损失少；④最好无毒性。3.有机溶剂沉淀法与盐析沉淀法相比有何优缺点？优点：①分辨能力比盐析法高。②溶剂容易蒸发除去。③有机溶剂密度低，过滤和离心分离都较容易。④容易使某些生物大分子变性失活。缺点：①操作常需在低温下进行。4.非离子多聚物沉淀法常用的沉淀剂有哪些？PEG沉淀法的特点有哪些？聚乙二醇（PEG）、葡聚糖（DX）、壬苯乙烯化氧（NPEO）、右旋糖酐硫酸钠特点：（1）操作条件温和，变性失活少。（2）具有极高的沉淀效果，用量较少，PEG浓度一般为10%左右。（3）沉淀后多聚物较易除去，对后继分离影响较小。1.何谓膜分离？主要有那几种膜分离方法？概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。方法：①微滤②超滤③反渗透④透析2.简述微滤、超滤膜、反渗透膜在膜材料、结构、性能、分离机理及其应用等方面的异同点。略3.3.简述电渗析膜分离的基本原理电渗析是以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。电渗析主要组成部分是离子交换膜，分为阳膜，阴膜。阳膜只充许阳离子通过而阴离子被阻挡；阴膜只允许阴离子通过而阳离子被阻挡。4.膜分离的表征参数有那些？何谓膜截留分子量？水通量、截留率、截留分子量截留分子量：通常所说的截留分子量是指截留率为95%时的分子量5.何谓浓差极化现象？它是如何影响膜分离的？减少浓差极化现象的措施？当溶剂透过膜时，大分子溶质被膜所滞留在膜附近而形成浓度梯度，越接近膜表面浓度越高，形成一层凝胶状薄膜或沉积层，这种现象称为浓差极化。6.膜污染的原因及清洗方法有哪些？7.7.掌握各种膜分离技术及其组合的应用。1.大孔网状吸附剂与活性炭吸附剂相比有何优缺点？优点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。缺点：价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。2.什么是吸附等温线？吸附等温线有什么用处？在恒定温度下，当溶质在液固两相间达到吸附平衡时，吸附剂上吸附的吸附质量与液相中游离溶质浓度C*关系曲线。是一种函数关系，是吸附平衡的表达方法。用处：①确定吸附量；②推断吸附剂结构；③吸附热的理化性质。3.何谓离子交换吸附？什么叫道南平衡？1.何谓色层分离？有哪些特点？可分为那几大类？它是一种物理的分离方法。当多组分混合物随流动相流经固定相时，由于各组分物理化学性质的差别，使各组分以不同的速度随流动相移动，使之分离。特点：（1）分离效率高（2）应用范围广（3）操作参数多（4）高灵敏度的在线检测（5）快速分离（6）过程自动化操作分类按分离机理不同分类：（1）吸附色谱（2）分配色谱（3）离子交换色谱（4）凝胶色谱（5）亲和色谱按固定相形状不同分类（1）柱色谱分离（2）纸上色谱分离（3）薄层色谱分离2.分析色谱与工业(制备)色谱是如何区分的？具体的有何不同？（1）应用色谱技术范围的不同（2）操作上的不同（3）色谱分离理论上的不同3.何谓阻滞因数（Rf值）？Rf与溶质的洗脱速率有何关系？4.在凝胶色谱中，分配常数Kd与物质的流出顺序有何关系？当Kd=1时，意味着溶质分子可以自由进入所有凝胶颗粒的微孔中，在洗脱过程中将最后流出色谱柱外；当Kd=0时，意味着