生物分离工程部分习题和答案

第一章导论

一解释名词

生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程

1 、生物下游加工过程（生物分离工程）：从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、分离、纯化和成品化的过程。（ppt 第一章、课本page 1）

2、生物加工过程：一般将生物产品的生产过程叫生物加工过程，包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应工程及目标产物的分离纯化过程。（课本page 1）

二简答题

1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？（生物下游加工过程特点是什么？）答：生物下游加工过程特点：

<1>：发酵液组成复杂，固液分离困难——这是生物分离过程中的薄弱环节

<2>：原料中目标产物含量低，有时甚至是极微量——从酒精的1/10到抗菌素1/100，

酶1/100万左右，成本高。

<3>：原料液中常伴有降解目标产物的杂质——各种蛋白酶降解基因工程蛋白产物，

应快速分离。

<4>：原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质——高效纯化技术进行分离。

<5>：生物产品稳定性差——严格限制操作条件，保证产物活性。

<6>：分离过程常需要多步骤操作，收率低，分离成本高——提高每一步的产物收得

率，尽可能减少操作步骤。

<7>：各批次反应液性质有所差异——分离技术具有一定的弹性。

2 生物分离工程在生物技术中的地位？

答：生物技术的主要目标产物是生物物质的高效生产，而分离纯化是生物产品工程的重要环节，而且分离工程的质量往往决定整个生物加工过程的成败，因此，生物分离纯化过程在生物技术中极为重要。

3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？（ppt）

答：根据分离目的的不同，评价分离效率主要有3个标准：

以浓缩为目的：目标产物浓缩程度（浓缩率m）

以纯度为目的：目标产物最终纯度（分离因子a）

以收率为目的：产品收得率（%）

4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元）

答：生物分离工程分四大部分：

<1>、发酵液预处理与液固分离。基本操作单元：过滤、离心

<2>、初步纯化。基本操作单元：根据产品性质而定

<3>、高度纯化。基本操作单元：根据产品性质而定，技术要有高度选择性

<4>、成品加工。基本操作单元：结晶、干燥

5 在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？(ppt)

答：<1>、目标产物性质及其共存杂质的特性<2>、充分考虑目标产物商业价值

<3>、考虑生物加工过程自身规模<4>、采用步骤次序相对合理

<5>、尽可能采用最少步骤<6>、产品稳定性与物性

<7>、产品规格与型式<8>、生产过程中废水等排放

6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？（ppt）

答：成本控制和质量控制

7 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？

答：得率=产品中目标产物总量/原料中目标产物总量

总收率=（90%）6 =53.1441%

第二章发酵液预处理

一解释名词

凝聚：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。

絮凝：在絮凝剂高分子聚合分子的作用下，基于架桥作用，胶体颗粒和聚合物交连成网，形成10 mm大小的絮凝团过程。是一种以物理集合为主的过程。

凝聚剂：让不稳定的胶体微粒（或者凝结过程中形成的微粒）聚合在一起形成集合体的过

程中所投加的试剂的统称。

过滤：利用多孔介质（如滤布、微孔膜、致密膜）截流悬浮液中的固体粒子，进行液固分离的过程。

离心：在离心力作用下，利用固体和液体之间的密度差达到沉降分离目的。

细胞破碎：利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术包含体：指细胞或细菌中高表达的蛋白质(也可以汇同其他细胞成分)聚集而成的不溶性颗粒。

二简答题

1 为什么要进行发酵液的预处理？常用处理方法有哪几种？

答：提高过滤速度与过滤质量改变发酵液性质(黏度↓、颗粒 、颗粒稳定性↓) 去除部分杂质使产物转入到易处理的相中（通常是液相）

方法：加热、调节、pH凝聚、絮凝

2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？

答：凝集：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。

机制：破坏双电层、水化层解体胶体吸附、氢键结合等。

絮凝剂种类：A、阳离子类：如聚丙烯酰胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺；

B、阴离子类：如聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-)；

C、非离子类：如聚丙烯酰胺(0)、环氧化乙烯。

3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用？絮凝机理是什么？

答：絮凝剂主要起中和电荷、架桥和网络作用（范德华力、氢键）。

在絮凝剂高分子聚合分子的作用下，基于架桥作用，胶体颗粒和聚合物交连成网，形成10 mm大小的絮凝团过程。是一种以物理集合为主的过程。

4 细胞破碎的方法包括哪几类？工业上常用的方法有哪些？为什么？

答：机械法：固体剪切法(珠磨法、压榨法、撞击法) 液体剪切法（高压匀浆法、超声波破碎）

非机械法：酶溶胞作用、化学溶胞作用（酸碱法、表面活性剂法、抗生素）、物理溶胞作用（有机溶剂膨胀法、渗透冲击、冻融、激光、高速切相流撞击、冷冻喷射）、干燥处理

工业常用方法：高压匀浆法、高速珠磨法

5 沉降与离心的异同？

答：沉降：溶液中的颗粒或溶质在重力或离心力作用下发生沉淀的现象。沉降的结果使分散体系发生相分离。可利用悬浮在流体(气体或液体)中的固体颗粒下沉而与流体分离。利用悬浮的固体颗粒本身的重力而获得分离的称做重力沉降。利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降。

离心：在离心力作用下，利用固体和液体之间的密度差达到沉降分离目的。离心力（rω2）大小对固液分离度很有影响，细胞悬浮液和其他颗粒尺寸多不大，并且液体黏度通常较大，因此要通过增大离心力来提高分离效果。

6 离心设备可分为哪两大类？按分离因子Fr不同，离心机一般分为哪几类？

答：管式离心机（最简单，可供较大离心力；可用冷却水冷却；悬浮液由管底进，澄清液由管口出），蝶片式离心机（流速与碟片数、微粒与转鼓轴间距离有关）

按分离因子不同，可分：

1)、常速离心机2)、高速离心机3)、超速离心机

7 常用的离心沉降设备有哪些？常用的过滤设备有哪些？

答：离心沉降设备：管式离心机、多室离心机（管式离心机的变形）、碟式离心机（人工排渣式、喷嘴排渣式、活塞排渣式等）、螺旋卸料沉降离心机、离心过滤机、三足式离心机

过滤设备可分：加压过滤设备（板框过滤机、加压叶滤机）

减压过滤设备（转鼓真空过滤器、圆盘真空过滤器、带式真空过滤器）

重力过滤设备（离心过滤机）

8 固-液分离主要包括哪些方法和设备？

答：1、过滤(重力过滤、加压过滤、减压过滤)

2、离心沉降（各种离心机）

3、重力沉降

4、气悬浮

过滤设备类型：加压过滤设备：板框过滤机、加压叶滤机

减压过滤设备：转鼓真空过滤器、圆盘真空过滤器、带式真空过滤器

重力过滤设备：离心过滤机

离心设备：生物工业所用的离心机多为高速离心机。离心机主要包括以下几类：管式离心机：多室离心机（管式离心机的变形）

碟式离心机：（人工排渣式、喷嘴排渣式、活塞排渣式等）

螺旋卸料沉降离心机

离心过滤机

三足式离心机

9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。

答：过滤在结晶体类、颗粒相对较大时（非粘性物料）的处理时较好用。离心在颗粒细微（最小可达到纳米级别），或是粘性物料处理时比较合适。

10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点？

答：高压匀浆：优点是细胞经历了高速造成的剪切、碰撞、高压到常压的变化，从

而造成细胞破碎。

缺点是较容易造成堵塞的丝状真菌、放线菌以及较小的G+菌不适合用本法。

?能耗：蛋白质与酶的失活主要是由于匀浆过程中产生热所至。将温度控制在35?C以下，损失可以忽略不计。

?高压匀浆一般需多级循环操作，每次循环前需要进行级间冷却。

?压力可提高细胞破碎效果，但同时需要增加能耗和带走热量付出的代价。

?主要能耗是高压和维持低温操作能量消耗。

高速珠磨破碎法：

破碎率与能耗成正比。增加装珠量或延长破碎时间或增加转速均可提高破碎率，但同时能量消耗和产热增加，提高了制冷费和总能源消耗量。当破碎率≥

80%，能耗急剧增加。

11 比较工业常用的过滤设备优缺点。离心与过滤各有什么优缺点？

答：板框过滤机的优点是过滤面积大、过滤压力可较大幅度调整和耐受较高压力差，应用范围广；结构简单，价廉，动力消耗少；

缺点是不能连续操作，劳动强度大，卫生条件差，非生产周期长。

加压叶滤机：在密闭条件下操作，适应无菌过滤；机械装卸简单，清洗容易；

价高，更换过滤介质困难。

转鼓真空过滤机：能连续操作和自动化生产；

压差小，主要适应于霉菌发酵液。

离心法分离液体和固体的优点是技术容易掌握，分离结果重复性好，通过增加转速和延长离心时间可以使得一些难以过滤的物质（细胞碎片等）沉降下来，但缺点是难以除去一些密度较小的物质。生产投资较高，噪声较大等。

过滤技术难以掌握，影响因素很多，常出现颗粒泄漏和膜堵塞等问题，生产中稳定性不如离心好，常需要有经验的工人从事操作。但如果分离介质选择恰当和掌握好技术，对于一些密度差小离心难以分离的颗粒物质常可全部除去。

第三章沉淀与结晶

一解释名词

沉淀: 由于物理环境变化（加入试剂、加热等），改变溶剂和溶质的能量平衡来降低溶质溶解度，使溶质生成固体颗粒沉降析出的现象。

结晶: 从均匀液相或气相形成一定形状、大小的分子、原子或离子有规则排列的固体颗粒的过程。（工业结晶一般以液相为主）

盐析: 蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低产生沉淀的现象。

盐溶: 低盐离子强度下，随着离子强度增加蛋白质溶解度升高的现象。

盐析结晶: 在高离子强度溶液中,蛋白质形成一定形状、大小的分子、原子或离子有规则排列的固体颗粒的过程。

盐析沉淀: 由于溶液中离子的加入试剂，改变溶剂和溶质的能量平衡来降低溶质溶解度，使溶质生成固体颗粒沉降析出的现象。

硫酸铵饱和度: 指在100g硫酸铵溶液中硫酸铵在溶液中所占质量分数。

晶种: 在结晶法中，通过加入不溶的添加物即晶种，形成晶核，加快或促进与之晶型或立体构型相同的对映异构体结晶的生长。

晶核：晶体的生长中心。

晶型：

饱和溶液：如果向溶剂中加入足够量的固体溶质，一定时间后溶剂中的溶质浓度不再升高，溶质在固液之间达到平衡，此时溶液中的浓度称为溶解度或饱和浓度；该溶液称为饱和溶液。过饱和溶液：一定温度、压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下溶质的溶解度，而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象，此时的溶液称为过饱和溶液。

饱和度：某种溶液的饱和度是指在100g该溶液中溶质在溶液中所占质量分数。

二简答题

1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类？

答：沉淀分离的主要方法：

1）盐析沉淀法

2）有机溶剂沉淀法

3）|pH水–p I| Value调节法

4）亲水聚合物沉淀法

5）聚电解质絮凝法

6）高价金属离子沉淀法

7）亲和沉淀法

2 常用的蛋白质沉淀方法有哪些？有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么？用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？

答：①常用的蛋白质沉淀方法有：

蛋白质盐析沉淀、蛋白质等电点沉淀、有机溶剂沉淀法及运用沉淀动力学沉淀法等。

②有机溶剂沉淀蛋白质的机理是：

向蛋白质溶液中加入有机溶剂，水的活度降低。随着有机溶剂溶度的增大，水对蛋白质分子表面荷电基团的水化程度降低，液体的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。

③用乙醇沉淀蛋白质时应注意的事项：

1、低温条件下操作可以提高收率和减少蛋白质失活变性（加入有机溶剂为放热反应）；

2、采用的有机溶剂必须与水互溶，与蛋白质不发生作用；

3、蛋白质分子量越大，需要加入的溶剂量越少；

4、一种蛋白质的溶解度常会因为另一种蛋白质存在而降低；

5、沉淀的蛋白如果不能再被溶解，可能已经变性；

6、很多酶和蛋白质在20-50%（V/V）就能产生沉淀；当溶剂量达到50%时，通常只有分子量≤1500的蛋白留在溶液中；

7、PH=PI时，需要加入的溶剂量减少；

8、盐析法沉淀的蛋白质采用有机溶剂精制时必须与先进行透析。

3 影响盐析的主要因素有哪些？在工艺设计中如何应用？

答：用Cohn经验公式来看

lgS=-β--KsI

影响盐析的主要因素有:

β：与蛋白质种类、温度、pH有关，与无机盐种类无关

Ks：与无机盐种类、蛋白质种类（不同蛋白之间溶解度相差不超过1倍）有关，与温度、pH无关.

在工艺设计中如何应用？

4 如何确定盐析过程中需要加入硫酸铵的量？

答：0～300C 溶解度变化很小，加入水中后溶液体积会变大（必须考虑到）。

200C 1L加至饱和浓度时体积变大为：1.425L(实际应加入) 761g

因此，要使1L溶液浓度由M1增加到M2需要加入多少克（NH4）2SO4需要按下式计算：

200C时——G=533（M2-M1）/（4.05-0.3M2）或533（S2-S1）/（100-0.3S2）

00C时——G=505（M2-M1）/（3.825-0.285M2）或505（S2-S1）/（100-0.285S2）5 简述有机溶剂沉淀的原理。

答：有机溶剂沉淀的原理：①亲水性有机溶剂加入溶液后降低了介质的介电常数，使溶质分子之间的静电引力增加，聚集形成沉淀；②水溶性有机溶剂的水合作用降低了自由水的浓度，压缩了亲水溶质分子表面原有水化层的厚度，降低了它的亲水性，导致脱水凝集。6沉淀与结晶有何不同？

答：结晶为同类分子或离子以有规则排列形式析出，沉淀为溶质分子或离子以无规排列形式析出，构成成分复杂（目标分子、杂质、溶剂等）。

（沉淀与结晶的联系：在本质上都是新相析出的过程，主要是物理变化，当然也存在化学反应的沉淀或结晶。）

7 结晶操作的原理是什么？常用结晶器包括哪两种类型？如何选择结晶设备？

答：结晶操作的基本原理：使溶液处于过饱和状态。

工业结晶设备主要有：冷却式、蒸发式（常压蒸发、减压蒸发）

结晶器的选择：根据目标产物溶解度曲线确定——目标产物溶解度随温度升高而显著升高则可选用其中任何一类；否则只能选用蒸发式结晶设备。

8 粒子大小与溶解度有何关系？

答：粒子大小与溶解度：颗粒直径越小，溶解度越大。

溶解度还与颗粒大小有关，微小颗粒的溶解度大于较大直径的颗粒。从热力学方法可得到颗粒大小与溶解度的关系：

（C 普遍晶体溶解度Cs半径为rc的晶体溶解度σ结晶界面张力Vm晶体摩尔体积R气体常数T绝对温度）

9 有哪些方法造成溶液过饱和？

答：冷却；蒸发结晶；加溶质。

10绘制饱和温度曲线和过饱和温度曲线，并标明稳定区、亚稳定区和不稳定区。并简述其意义

11 影响硫酸铵盐析效果的主要因素有哪些？公式Ig S=β- Ks I 中β、Ks各与什么因素有关？

答：影响硫酸铵盐析的因素：Ig S=β- Ks I。式中,

S为蛋白质的溶解度(g/L)；

I为离子强度；

m 为盐的摩尔浓度；

β值为蛋白质在纯水中(I=0时)的假想溶解度对数值，是pH值和温度的函数。在蛋白质pI 时最小，与蛋白质种类、温度、pH有关，与无机盐种类无关；

Ks 为盐析常数，与盐和蛋白质种类有关，与温度和pH值无关。

第四章萃取

1萃取：是利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同，使溶质得到纯化或浓缩，从而提取原料中目标产物的方法。

2反萃取(Back extraction) ：调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作过程。3分配系数：溶质在两相中的总浓度之比。

4有机溶剂萃取：用与水互不相溶的有机溶剂作为萃取剂，利用生物物质在两相中分配系数的差异进行分离的过程

5分离因子：衡量分离的程度用分离因子表示

6乳化：水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象。

7胶团(micelles): 表面活性剂在连续的水相自发缔合形成纳米尺度水溶性聚集体。是一种透明的、热力学稳定的体系。

8临界胶束浓度：是S在水溶剂中形成胶束的最低浓度。

9.反胶团(reverse micelles): 表面活性剂在连续有机溶剂中自发缔合形成纳米尺度水溶性聚集体，是一种透明的、热力学稳定的体系。

10

11溶解度参数:是衡量液体材料相容性的一项物理常数。其物理意义是材料单位体积内聚能密度的开平方

12介电常数:是化合物mol极化程度的量度，又称电容率。表征电介质极化性质的宏观物理量。定义为电位移D和电场强度E之比D=ε E

13 HLB值：亲水—亲油平衡值。=(亲水基团的分子量/ 疏水基团的分子量)*20

14萃取因数:也称萃取比，其定义为被萃取溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余相中总量之比。

15带溶剂: 带溶剂是指易溶于溶剂中并能够和溶质形成复合物且此复合物在一定条件下又容易分解的物质，也称为化学萃取剂。对于水溶性强的溶质，可利

用脂溶性萃取剂与溶质间的化学反应生成脂溶性复合分子，使溶质向有机

相转移。这种溶剂称为带溶剂

16超临界流体:是指超过临界温度与临界压力状态的流体.

17超临界流体萃取:利用超临界流体为萃取剂的萃取操作。

18双水相萃取：利用生物物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行分离的过程

19液膜萃取：以液膜为分离介质、以浓差为推动力的液-液萃取与反萃过程结合为一体的分离过程。

20多级逆流萃取：P105

二简答题

1 生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？

答：生物萃取要尽可能保证分离目标产物的活性。目标分离物量少。还有超临界流体萃取

等新萃取技术的使用。

2 溶剂萃取按参与溶质分配的两相不同而分为哪5类？有机溶剂萃取中产生乳化后使有机相和水相分层困难，一般会出现哪两种夹带？各产生什么后果？

答：有机溶剂萃取，双水相萃取，液膜萃取，反胶团萃取，超临界流体萃取

两种夹带及后果：①发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；

②有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难。

3 萃取过程（方式）设计分为哪几种类型？

答：混合-澄清式，多级错流接触萃取，多级逆流接触萃取，分馏萃取，微分萃取

4pH 对弱电解质的萃取效率有何影响？

答：弱酸性电解质分配系数虽ph减小而增大，弱碱性电解质相反。

5发酵液乳化现象是如何产生的？对分离纯化产生何影响? 影响乳浊液稳定的因素主要有哪些？如何有效消除乳化现象？

答：是发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等物质，这些物质具有表面活剂性的作用，使有机溶剂和水的表面张力降低（乳化剂），产生两种乳浊液：

油包水型W/O乳浊液、水包油型O/W型乳浊液。

乳化后使有机相和水相分层困难，出现两种夹带：

①发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；

②有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难。

影响因素：表面活性剂的种类，浓度影响表面张力，介质黏度：较大时能增强保护膜的机械强度。液滴带电：相同电荷的颗粒互相排斥而维持乳浊液稳定。

如何消除：P101在操作前，对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理，可除去大部分蛋白质及固体微粒，防止乳化现象的发生。

乳化产生后，采取适当的破乳手段——

物理方法：过滤或离心沉降——乳化现象不严重，可采用的方法。

加热稀释吸附加电解质

化学方法：

对于O/W型乳浊液，加入亲油性表面活性剂，可使乳浊液从O/W型转变成W/O 型，对于W/O型乳浊液，加入亲水性表面活性剂，如SDS（十二烷基磺酸钠）或PPB（溴代十五烷基砒碇）可达到破乳的目的。

6 液－液萃取从机理上分析可分为哪两类？

答：物理萃取（Physical extraction) ：根据相似相溶原理，溶质在两相之间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应的萃取操作。

化学萃取（Physical extraction) ：利用脂溶性萃取剂与溶质之间发生化学反应生成脂溶性复合分子，使溶质优先向有机相分配的萃取操作。

7 常见物理萃取体系由那些构成要素？

答：萃取剂，原溶剂（稀释剂），溶质（被萃取的物质）

8 何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？

答：溶质在两相中的总浓度之比。影响因素：水相ph，温度，无机盐，有机溶剂或稀释剂种类。

9 何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？提高超临界流体萃取选择性的原则是什么？

答：它是利用超临界流体（supercritical fluid，SCF），即其温度和压力略超过或靠近临界温度（Tc）和临界压力（pc），物理性质介于气体和液体之间的流体作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和提纯的目的萃取操作。特点：1）具有与液体同样的凝聚力、溶解力。2）黏度小、扩散系数接近气体，有很高的萃取速度；渗透性好，可简化预处理过程。3）密度随T、P产生较大变化，对物质萃取具有良好的选择性，萃取后容易分离。提高超临界流图选择性的基本原则：1）操作温度与临界温度接近

2）超临界流体化学性质与目标产物接近

10何谓双水相萃取? 影响生物分子在两水相中分配的因素有哪些？常见的双水相构成体系有哪些？

答：双水相萃取是利用生物物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行分离的过程

影响因素：成相聚合物分子量与浓度，无机盐的种类和浓度，PH值，温度

双聚合物系统聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)体系。

聚合物与无机盐的混合溶液，例如，PEG/磷酸钾、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等常用于生物产物的双水相萃取。

11 影响生物分子在两水相中分配的因素有哪些？两水相萃取应用中最突出的问题是什么？答：因素（成相聚合物分子量与浓度，无机盐的种类和浓度，PH值，温度）

突出问题：表面张影响分配系数的因素好很多，给双水相系统的选择和设计带来很大困难，成本，回收。

12 反胶团萃取特点有哪些？反胶团溶解作用机理有哪几种理论模型？

答：P149，P151

13 图示单级萃取、多极错流萃取、多极逆流萃取设备流程。

答：P101,102,105

14 图示反胶束萃取多步间歇混合—澄清和连续萃取—反萃取设备流程。

答：P162,163

15 图示或简述超临界流体萃取的操作方法。P173

答：等温法：改变压力、温度不变；高压萃取低压分离。

等压法：改变温度实现萃取。

吸附法：利用选择性吸附剂吸附目标产物，有利于提高萃取选择性。

第五章 吸附与离子交换

一 解释名词

吸附(adsorption)：溶质从液相或气相转移到固相的现象。

吸附剂

(adsorbent)： 用于吸附操作的、在表面上能发生吸附作用的固体。

吸附等温线：即在一定温度下，固体吸附量是浓度的函数。

大网格树脂吸附剂：有机高分子聚合物的多孔网状结构。具有选择性好、解吸容易、机械强

度好、流体阻力较小、价格高的特点。

离子交换剂：一种含有可解离基团的物质，常用作离子交换层析介质，其解离基团能与溶液

中的其他离子起交换作用，可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。

离子交换树脂：带有官能团、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。

交换容量(exchange capacity) ：指单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所

能吸附的一价离子的毫摩尔数(mmol)。

交联度：合成树脂中单体中DVB （二乙烯苯）的百分含量。（通常为8～12%）交联度越大，

树脂越坚固，在水中越不容易膨胀；达到平衡速度慢，选择性高。

穿透点(breakthrough point):出口处溶质浓度开始上升的点

穿透曲线(breakthrough curve)：指吸附塔中溶质浓度的变化曲线

二简答题

1 影响吸附过程因素有哪些？如何选择吸附分离的操作条件（包括吸附与解吸）？

答：固体在溶液中的吸附比较复杂，影响因素也较多，主要有吸附剂、吸附质、溶剂的性质以及吸附过程的具体操作条件等。主要因索简述如下（1.）吸附剂的特性（组成结构、容量、稳定性）

（2）.吸附物的性质（熔点、缔合、离解、氢键等）

（3.）溶剂（单、混合）

2 亲和吸附的原理和特点是什么？

答：亲和吸附原理：亲和吸附依靠于涪质和树脂之间特殊的化学作用，这不同于依靠范德华力的传统吸附及离子交换静电吸附。亲和吸附具有更高的选择性，吸附剂由载体与配位体两部分组成。载体与配位体之间以共价键或离子簇相连，但载体不与溶质反应。相反，被束缚的配位体有选择地与溶质反应，当涪质为大分子时，这种作用表示为“钥匙和钥匙”的机制，大致可分为三步：

①配基固定化选舞合适的配基与不溶性的支撑载体偶联，或共价结合成具有特异亲和性的分离介质。

②吸附样品亲和吸附介质选择性吸附酶或其他生物活性物质，杂质与层折介质问没有亲和作用，故不能被吸附而被洗涤去除。

②样品解析选择适宜的条件，使被吸附的亲和介质上的酪或其他生物活性物质解吸。

亲和吸阳的特点：

亲和吸附酌最大优点在于，利用它从租提液中经过一次简单的处理便可得到所需的高纯度活性物质。此外亲和吸附具有对设备要求不高、操作简便、适用范围广、特异性强、分离速度快、分离效果好、分离条件温和等优点，其主要缺点是亲和吸附剂通用性较差，要分离一种物质得重新制备专用的吸附剂；由于洗脱条件较苛刻，须很好地控制洗脱条件，以避免生物活性物质的变性失话。

3 常用的离子交换树脂类型有哪些？影响离子交换速度的因素有哪些？

答：离子交换树脂有多种分类力浊，主要有四种：第—种按树脂骨架的主要成分分类，如聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸测树脂、环氧氯丙烷型多烯多胺型树脂、酚－醛型树脂等；第二种按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；第三种按骨架的物理结构分类，可分为凝胶型树脂亦称微孔树脂、大网格树脂亦称大孔树脂、以及均孔树脂；第四种按活性基团分类，分为含酸性基团阳离子交换树脂和含碱性基闭的阴离子交换树脂。由于活性基团的电离程度强弱不同又可分为强酸性和弱酸性阳离子交换树脂及强碱性和弱碱性阴离子交换树脂。此外，还有含其他功能基团的整合树脂、氧化还原树脂以及两性树脂等。

影响交换速度的因素有：①颗粒大小；②交联度；③温度；④离子的化合价；⑤离子的大小；⑥搅拌速度；⑦溶液浓度

4、用于蛋白质提取分离的离子交换剂有哪些特殊要求，主要有哪几类？

答：蛋内质是高相对分子质量化合物，它的体积比无机离子大很多；蛋白质是带有许多可解高基团的多价的两性电解质，在不同的pH值下，可以带不同数目的正电荷或负电荷；蛋白质有四级结构，只有在温和条件下，才能维持高级结构，否则将遭到破坏而变性。因此，陈一般树脂具备的性能外，适用于蛋白质分离纯化用树脂还需有特殊的性能，首先，必须具备良好的亲水性；其次需具备均匀的大网结构，以容纳大体积蛋白质；选择适当电荷密度的交换剂，以免引起蛋白质空间构象变化导致失活‘粒度越小，分辨率越高，一般分为租、中粗、细、超细等不同规格，要求粒径均匀；根据应用目的的不同可选用工业级、分析级、生物级、分子生物级等不同级别的交换别。

用于蛋白质提取分离的离子交换剂主要有：

①多糖类，以多糖为母体的离子交换剂是经典的分离生物大分子的材料。纤维素、交联葡萄糖、交联琼脂糖树脂均为具有网状结构的亲水性骨架，可允许生物大分子透过而不发生变性；

②聚乙烯酵类；

③聚丙烯酸经乙酯类；

④Ｍｏｎｏ系离子交换树脂

5 试比较固定床、膨胀床、流化床的优缺点。

固定床：优点：流体在介质层中基本上呈平推流，返混小，柱效率高。

缺点：无法处理含颗粒的料液，因会堵塞床层，造成压力降增大而最终使操作无法进行。

流化床：优点：压降小，可处理高黏度或固体颗粒的粗料液。不需要特殊吸附剂，设备操作简单。

缺点：存在严重的返混，特别是高径比很小的流化床，使床层理论塔板数降低，吸附剂的利用率低。

膨胀床：优点：综合固定床和流化床的优点，使吸附颗粒实现稳定分级，顺利通过床层。

可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液，提高目标产物收率，降低分离纯化过

程成本。

缺点：操作较复杂和繁琐，需要一定的手工控制，多操作人员的技能和熟练程度要求较高；必须控制料液在适当浓度范围内；介质的污染严重，需要严格的清

洗和再生操作。

6 离子交换剂性能评价主要包括哪些方面？各有什么意义？

1．外观)

大多数商品树脂多制成球形，其直径为0.2~1.2mm。球形的优点是增大比表面积、提高机械强度和减少流体阻力。

2．膨胀度：膨胀是可逆地进行的，其程度随树脂的交联度、相反离子的种类和浓度、外部溶液的浓度而变化，交联度大的树脂，膨胀度小，因而由于实验条件的变化而引起的膨胀度的差异就小。但交联度小的树脂，会显著膨胀或收缩，往往造成操作上的种种困难。

3．交联度：树脂的性质随着作为交联剂的DVB的含量不同而有所差异。合成树脂时，单体中DVB 的含量百分数称为交联度，在商品树脂中，通常是8%~12%。但合成时，通过改变它和苯乙烯的混合比，可制出不同含量的产品。一般说来，交联度越大，树脂越坚固，在水中不易溶胀。而交联度减少，树脂变得柔软，容易溶胀。

4．交换容量

交换容量是单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数，是表征树脂交换能力的主要参数。

7 如何测定离子交换剂的交换容量？

答：阳离子交换剂：

用HCl将其处理成氢型，称重并测定其含水量；称数克交换剂，加入到过量已知浓度的NaOH溶液，发生交换反应，待反应达到平衡后(强酸性的需要静置24h，弱酸性的需静置数日)，测定剩余的NaOH摩尔数，就可求得阳离子交换剂的交换容量。

阴离子交换剂：

用HCl将阴离子交换剂转换成Cl型后，取一定量的Cl型交换剂，通入Na2SO4,用铬酸钾作指示剂，用硝酸银溶液滴定流出液的Cl-，根据Cl-量计算交换容量。

2R+Cl- + Na2SO4 ? R+2SO4=+ 2 Na+Cl-

第六章膜分离

一解释名词

1膜：在一个流体相内或两个流体相之间将流体分隔成两个部分的薄层聚合物2膜分离：利用具有一定选择性的过滤介质（半透膜）作为选择性障碍层，允许某些物质通过，而截流混合物中的其他组分达到分离目的的操作单元

3膜污染：膜在使用过程中尽管操作条件不变，但通量仍然下降的现象

4膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物和收容这些部件的容器构成的膜分离装置

5膜生物反应器：是将生物降解作用与膜的高效分离技术结合而成的一种新型高效的水处理设备与回用工艺。

6微滤：又称微孔过滤，一般精度范围在哦微米以上，能过滤微米级的物质，而大量溶剂小分子及大分子溶质都能透过的膜分离过程。

7超滤：利用膜的筛分性质压差为推动力，根据高分子溶质间或高分子与小分子

溶质间相对分子质量的差别进行分离的方法。

8纳米过滤：以致密膜（也有人认为纳米膜是多孔膜，平均孔径2nm，介于UF 与RO之间），以压力差为传质推动力，从溶液中分离分子量为200-1 000D小分子物质的膜分离操作

9渗透：水分子或其他熔剂分子通过半透膜，从相对浓度高的地方向相对浓度低的地方扩散的现象

10反渗透：对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂逆着自然渗透的方向渗透，这种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作为反渗透

11透析：利用具有一定孔径大小高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高分子溶质和其他小分子溶质的溶液与纯水或缓冲液分隔，在浓差的作用下，高分子溶液中的小分子溶质透向另一侧，而另一侧的水透向高分子侧。

12渗透气化：以渗透选择性膜为介质，基于溶质膜透过性差别，在膜两侧蒸汽分压差作用下，使溶液混合物质部分蒸发从而达到分离目的

13截留率：膜对溶质的截留能力，可用小数或百分数表示

二简答题

1 简述膜分离技术的优点

答：1）处理效率高，设备易放大；操作方便，易于自动化；设备结构紧凑、维修成本低。

2）分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要；

3）化学与机械损害小，有利于减少产物失活；

4）膜分离不涉及相变，能耗低。对能量要求低，与蒸馏、结晶和蒸发相比有较大的差异；

5）有良好的选择性，浓缩的同时可达到部分纯化的效果；

6）选择适当的膜与操作参数，可得到较高的产品收率；

7）系统可在密闭的环境下操作，有利于防止外来污染；

8）不需外加化学物质，节约成本减少环境污染。

2 膜分离型式包括哪几主要类型（简述或图示过滤的基本形式）？各有何

特点？

答：A,微滤：同一般过滤，膜两侧的操作压在0.05-0.5Mpa，除去0.1um～14um 的颗粒

B超滤：消除了滤饼的阻力，过滤效率高；超滤回收率高；滤液的质量好；减少处理步骤

C反渗透：对膜一侧的料液施加压力溶剂逆着自然渗透的方向渗透，可用于海水淡化，

抗生素和氨基酸等浓缩，回收有机溶剂等

D纳米过滤：截留小分子物质的同时能透析出盐（集透析与浓缩为一体）；操作压力低，节约动力

E透析：透析方法和设备简单，价格低廉；实验室最常用的样品脱盐方法透析的速度缓慢；溶质稀释

F电透析:设备简单;透析速度极快（提高几十倍）;电流直接指示电透析终点;减轻溶质的稀释

G电渗析:可大规模生产;能耗高

H渗透气化:单级选择性好;过程操作简单，易于掌握;操作中无需加压，不会造成膜压密;有相变，耗能高;蒸发通量小（＜2 000g/m2.h，选择性高的膜＜100g/m2.h）

3 常用的膜分离组件有哪些类型？请画出四种市售膜分离装置结构示意

图。

答：管式膜组件平板式膜组件中空纤维式膜组件螺旋卷式膜组件

4 膜污染有哪些途径造成？如何有效防止和清除膜污染？

答：污染的原因有A、凝胶极化引起的凝胶层，阻力为Rg B、溶质在膜表面的吸附层，阻力为Ras C、膜孔堵塞，阻力为Rp D、膜孔内溶质吸附，阻力为Rap 膜的清洗一般选择水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清洗剂，一般采用的清洗方法有反向清洗，试剂置换，化学降解消化。具体采用何种清洗剂和清洗方法根据具体的膜确定。

在采用有效清洗的同时，需要采取必要措施预防或减少膜污染，一般可从膜的预处理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液预处理(调pH，预过滤)，开发抗污染膜，临界压力操作等方面进行。

5 错流微滤与传统过滤相比有何优点？如何使用助滤剂?

答：与传统过滤性比，错流过滤有如下优点：A 透过通量大；B 滤液澄清，菌体回收率高；C 不须添加助滤剂或絮凝剂，回收的菌体纯净，有利于进一步分离操作（如菌体的破碎、胞内产物的回收等）。D 适合于大规模连续操作；E 易于进行无菌操作，防止杂菌污染

助滤剂的方法：当滤浆中含有极细的颗粒时，在滤过介质上构成了致密的细孔道的滤饼，或梗塞过滤介质的孔道，使滤过无法进行。别的当滤浆中含有粘性或胶凝性或高度可紧缩性颗粒时，构成的滤饼对滤液的阻力很大。这时可将助滤剂加入滤浆，形成松散的滤饼，使滤液畅流。

6 制造膜的材料种类主要包括哪3大类？为实现高效膜分离，对膜材料有些什么要求？超滤、微滤的MWCO大致分别在什么范围？

答：高分子材料（包括天然和合成），无机材料，复合材料

对膜材料的要求:A、起过滤作用的有效膜厚度小，超滤和微滤的孔隙率高，过滤阻力小；

B、不吸附被分离物质，从而膜不易污染和堵塞；

C、使用的pH和温度范围广，耐高温灭菌，耐酸碱清洗，稳定性高；

D、使用寿命长：经济；

E、易通过清洗恢复透过性能；

F、适应性广：满足实现分离的各种要求，如对菌体细胞的截留，对生物大分子的通透性或截留作用

超滤MWCO大概为0.001～0.02 μm ，1～20 nm 微滤为0.025～20 μm

7 影响膜截留率的因素有哪些？

答：A、分子特征：分子量相同时，线形分子截留率较低；支链分子较高，球状分子最大B、电荷：对于荷电膜，膜相同的分子截留率低；反之，截留率较高C、膜吸附：溶质与膜有相互吸附的，截留率高；相反，截留率较低D、其他高分子的影响：a、竞争性抑制；b、浓度的极现象使膜表面的浓度高于主体浓度E、操作条件：温度升高，黏度下降，则截留率降低膜面流速增大，则浓度极化减低，截留率升高F、pH 值：当料液的pH值等于蛋白质的pI时，溶质的截留率高于其他pH下的截留率

8 简述浓差极化模型理论要点

答：1浓度极化现象：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象谓之浓度极化

2透过膜的通量（m3/s）一般表示为:Jv=P-

由于不能完全通过膜的溶质受到膜面阻力吸附在膜上形成极化层也会形成阻力，

故有：

当达到稳态时，溶质对流进入膜单元的速度等于透过膜的速度和反扩散速度之和：

边界条件为：C=Cb X=0 JvCp=JvC-D*dc/dx C=Cm X= ?

利用上述边界条件积分的浓差极化方程：

第七章层析

一、名词解释：

层析：是利用混合物中各组分在两相中分配系数不同，当流动相推动样品中的组分通过固定相时，在两相中进行连续反复多次分配，从而形成差速移动，达到分离的方法。

色谱峰：一种组分通过色谱柱时由于迁移速度和分子离散，再流出层析柱过程的峰形浓度分布称为色谱峰。

色谱图：一种组分通过色谱柱时由于迁移速度和分子离散，再流出层析柱过程的峰形浓度分布称为色谱峰。

峰高：色谱峰顶与基线间的垂直距离

比移值：溶质谱带平均移动速度与流动相平均移动速度之比

相对保留值：某组份2与组份1的校正保留值之比，试样从进样到柱后出现峰极大点时所经历的时间与不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间之差为校正保留时间。

峰底分离度：两个相邻组分保留值之差与峰底平均宽度之比。

凝胶层析：利用凝胶粒子为固定相，依据筛分原理，根据料液中溶质分子的相对分子质量进行分离。

离子交换层析：利用离子交换剂为固定相，根据荷电溶质与离子交换剂之间静电相互作用力

的差别进行溶质分离的洗脱层析法。

疏水相互作用层析：是利用表面偶联弱疏水性基团（疏水性配基）的疏水性吸附剂为固定相，根据蛋白质与疏水性吸附剂之间的弱疏水性相互作用的差别进行蛋白质类生物大分子分离纯化的一种层析法。

层析聚焦：基于离子交换的原理。根据两性电解质分子间等电点的差别进行分离纯化的洗脱色谱法。

反相层析：利用表面非极性的反相介质为固定相，极性有机溶剂的水溶液为流动相，是根据溶质极性的差别进行分离纯化的洗脱色谱法。

亲和层析：利用生物分子之间的亲和作用进行分离纯化的洗脱色谱法.

二、简答题：

1层析装置的基本部件

A：色谱柱

B：恒流泵

C：检测器

D：记录仪

F ：部分收集器

书上P250有柱层析装置简图

2层析技术分类：凝胶过滤层析，离子交换层析，反相层析，疏水性相互作用层析和亲和层析。

3常用的层析介质：有机基质介质

1）：凝胶介质，利用凝胶粒子为固定相，依据筛分原理，根据料液中溶质分子的相对分子质量进行分离。适合于凝胶过滤层析

2）：离子交换剂，利用离子交换剂为固定相，根据荷电溶质与离子交换剂之间静电相互作用力的差别进行溶质分离。利用离子交换层析

3）：疏水性吸附介质（反相色谱），是利用表面偶联弱疏水性基团（疏水性配基）的疏水性吸附剂为固定相，根据蛋白质与疏水性吸附剂之间的弱疏水性相互作用的差别进行蛋白质类生物大分子分离纯化。适合于疏水性相互作用层析

无机基质介质适合于吸附层析

1）：硅胶介质，根据物质在硅胶上的吸附力不同而得到分离，适合于分配柱色谱法

2）：羟基磷灰石介质，HAP的吸附主要基于钙离子和磷酸根离子的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面，分别起阴、阳离子交换作用

4凝胶层析分离机理：利用凝胶粒子为固定相，依据筛分原理，根据料液中溶质分子的相对分子质量进行分离。

5凝胶排阻色谱原理：书本P262页

生物分离工程试题

山科大生物分离工程试题（ A ）卷 一、填充题（40分，每小题2分） 1. 生物产品的分离包括R ，I ，P 和P 。 2. 发酵液常用的固液分离方法有和等。 3. 离心设备从形式上可分为，，等型式。 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为，和； 5. 多糖基离子交换剂包括和两大类。 6. 工业上常用的超滤装置有，，和。 7. 影响吸附的主要因素有，，，，和。 8. 离子交换树脂由，和组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是；甲叉双丙烯酰胺的作用 是；TEMED的作用是； 10 影响盐析的因素有，，和； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有，和； 12.简单地说，离子交换过程实际上只有，和三个步骤； 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir吸附方程，其形式为； 14. 反相高效液相色谱的固定相是的，而流动相是的；常用的固定相有和；常用的流 动相有和； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的，与液体有相似的； 16.离子交换树脂的合成方法有和两大类； 17.常用的化学细胞破碎方法有，，，和； 18.等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其的不同； 19.离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有和； 20. 晶体质量主要指，和三个方面； 三.计算题（30分） 1、用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3，萃取平衡常数为K=40，处理能力为H=0.5m3/h，萃取溶剂流量为L=0.03m3/h，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数？（10分） 2、应用离子交换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量（10分） 3、一种耐盐细胞其能积累细胞内低分子量卤化物，适应高渗透压，能在含有0.32mol/LNaCl, 0.02mol/LMgCl2, 0.015mol/LCaCl2, 0.01mol/LFeCl3 的培养基这培养，当其从含盐量高的培养基中转移至清水中，在数分钟内能将胞内

生物分离工程期末考试试卷B

试卷编号： 一、名词解释题（本大题共3小题，每小题3分，总计9分） 1.Bioseparation Engineering：回收生物产品分离过程原理与方法。 2.双水相萃取：某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相， 并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统(two aqueous phase system)。 利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质，Albertsson于50年代 后期开发了双水相萃取法(two aqueous phase extraction)，又称双水相分配法(two aqueous phase partitioning)。 3.电渗：在电场作用下，带电颗粒在溶液中的运动。 二、辨别正误题并改正，对的打√，错的打×（本大题共15小题，每小题2分，总计30分） 1.壳聚糖能应用于发酵液的澄清处理是由于架桥作用。错（不确定） 2.目前国内工业上发酵生产的发酵液是复杂的牛顿性流体,滤饼具有可压缩性。错 3.盐析仅与蛋白质溶液PH和温度有关，常用于蛋白质的纯化。错 4.超临界流体是一种介于气体和液体之间的流体，可用于热敏性生物物质的分离。 对 5.膜分离时，当截留率δ=1时,表示溶质能自由透过膜。错 6.生产味精时，过饱和度仅对晶体生长有贡献。对 7.阴离子纤维素类离子交换剂能用于酸性青霉素的提取。对 8.卡那霉素晶体的生产可以采用添加一定浓度的甲醇来沉淀浓缩液中的卡那霉 素。 9.凝胶电泳和凝胶过滤的机理是一样的。错 10.PEG-硫酸钠水溶液能用于淀粉酶的提取。对 11.乙醇能沉淀蛋白质是由于降低了水化程度和盐析效应的结果。对 12.冷冻干燥一般在-20℃—-30℃下进行，干燥过程中可以加入甘油、蔗糖等作为保 护剂。对 13.反相层析的固定相和流动相都含有高极性基团，可用来分离生物物质。错 14.大网格吸附剂由于在制备时加入致孔剂而具有大孔径、高交联度，高比表面积 的特点。错（不确定） 15.PEG沉淀蛋白质是基于体积不相容性。错 三、选择题（本大题共10小题，每小题2分，总计20分） 1.对于反胶束萃取蛋白质，下面说法正确的是：A A 在有机相中，蛋白质被萃取进表面活性剂形成的极性核里 B 加入助溶剂，可用阳离子表面活性剂CTAB萃取带正电荷的蛋白质 C 表面活性剂浓度越高越好 D 增大溶液离子强度，双电层变薄，可提高反胶束萃取蛋白质的能力 2.能进行海水脱盐的是：C A 超滤 B 微滤

生物分离工程期末复习

生物分离工程复习题 第一章绪论 简答题： 1、简述生物分离技术的基本涵义及内容。 答：基本涵义：生物分离技术是指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。 内容主要包括：离心分离、过滤分离、泡沫分离、萃取分离、沉淀（析）分离、膜分离、层析（色谱）分离、电泳分离技术以及产品的浓缩、结晶、干燥等技术。 2、物质分离的本质是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。请从物质的理化性质和生物学性质几个方面简述生物活性物质分离纯化的主要原理。 答：生物大分子分离纯化的主要原理是： 1）根据分子形状和大小不同进行分离，如差速离心与超离心、膜分离、凝胶过滤等； 2）根据分子电离性质（带电性）差异进行分离，如离子交换法、电泳法、等电聚焦法； 3）根据分子极性大小及溶解度不同进行分离，如溶剂提取法、逆流分配法、分配层析法、盐析法、等电点沉淀及有机溶剂分级沉淀等； 4）根据物质吸附性质的不同进行分离，如选择性吸附与吸附层析等； 5）根据配体特异性进行分离，如亲和层析法等。 填空题： 1.为了提高最终产品的回收率：一是提高每一级的回收率，二是减少操作 步骤。 2、评价一个分离过程效率的三个主要标准是：①浓缩程度②分离纯化程

度③回收率。 判断并改错： 原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。(×)改：原料目标产物的浓度越低。 选择题： 1. B 可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率2．分离纯化早期，由于提取液中成分复杂，目的物浓度稀，因而易采用（ A ） A、分离量大分辨率低的方法 B、分离量小分辨率低的方法 C、分离量小分辨率高的方法 D、各种方法都试验一下，根据试验结果确定 第二章细胞分离与破碎 概念题： 过滤：是在某一支撑物上放多孔性过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒被截留，是固液分离的常用方法之一。 离心过滤：使悬浮液在离心力作用下产生离心压力，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高。 填空题： 1.在细胞分离中，细胞的密度ρ S 越大，细胞培养液的密度ρ L 越小，则细 胞沉降速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占主导作 用。 3.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，摩擦阻力的作用，当 固体匀速下降时，三个力的关系重力=浮力+摩擦阻力。 4.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。

(完整版)ydm生物分离工程复习题一(第1-9章16K含答案),推荐文档

《生物分离工程》复习题一（第1~3章） 一、选择题 1、下列物质不属于凝聚剂的有（C）。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括（C） A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（B） A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、那种细胞破碎方法适用工业生产（A） A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法 5、为加快过滤效果通常使用（C） A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为（C） A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（D ） A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（C） A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏 9、从四环素发酵液中去除铁离子，可用（B） A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化 10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（B） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点 11、使蛋白质盐析可加入试剂（D） A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵 12、盐析法纯化酶类是根据（B）进行纯化。 A.根据酶分子电荷性质的纯化方法 B.调节酶溶解度的方法 C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法 D.根据酶分子专一性结合的纯化方法 13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（B） A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（D） A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（B） A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（A）范围内适合。 A. 0.5％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％ 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（C ）去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中，加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀，属于(D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析 19、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度（C ）

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生物分离工程复习题 一、名词解释 1.凝聚：在电解质作用下，破坏细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。 2.分配系数：在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度为一 常数叫分配系数。 3.絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程 4.过滤：是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常 用方法之一。 5.萃取过程：利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 6.吸附：是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。 7.反渗析：当外加压力大于渗透压时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。 8.离心沉降：利用悬浮液或乳浊液中密度不同的组分在离心力场中迅速沉降分层，实现固液分离 9.离心过滤：使悬浮液在离心力场作用下产生的离心力压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液， 而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高 10.离子交换：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂 上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。 11.固相析出技术：利用沉析剂（precipitator）使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定 形固体沉淀的过程。 12.助滤剂：助滤剂是一种具有特殊性能的细粉或纤维，它能使某些难以过滤的物料变得容易过滤 13.色谱技术：是一组相关分离方法的总称，色谱柱的一般结构含有固定相（多孔介质）和流动相，根据物质在两 相间的分配行为不同（由于亲和力差异），经过多次分配（吸附-解吸-吸附-解吸…），达到分离的目的。 14.有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。 15.等电点沉淀：调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀。 16.膜分离：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。 17.化学渗透破壁法：某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞 壁或细胞膜的通透性，从而使胞内物质有选择地渗透出来。 18.超临界流体：超临界流体是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点——临界点后的流体。 19.反渗透：在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧，形成大于渗透压的压力差，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到 浓缩的效果，这种操作成为反渗透。 20.树脂工作交换容量：单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数称为树脂交换容量，在 充填柱上操作达到漏出点时，树脂所吸附的量称为树脂工作交换容量。 21.色谱阻滞因数：溶质在色谱柱（纸、板）中的移动速率与流动相移动速率之比称为阻滞因数，以Rf表示。 22.膜的浓差极化：是指但溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度。 23.超滤：凡是能截留相对分子量在500以上的高分子膜分离过程称为超滤，它主要是用于从溶剂或小分子溶质中 将大分子筛分出来。 24.生物分离技术：是指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）及其生物化学产品 中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。 25.物理萃取：即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。 26.化学萃取：则利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。 27.盐析：是利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度的差异，向溶液中加入一定量的中性盐，使原溶解的物质沉 淀析出的分离技术。 28.有机聚合物沉析：利用生物分子与某些有机聚合物形成沉淀而析出的分离技术称为有机聚合物沉析。 29.离子交换平衡：当正反应、逆反应速率相等时，溶液中各种离子的浓度不再变化而达平衡状态，即称为离子交 换平衡。 30.功能基团：离子交换树脂中与载体以共价键联结的不能移动的活性基团，又称功能基团 31.平衡离子：离子交换树脂中与功能基团以离子键联结的可移动的平衡离子，亦称活性离子。 32.树脂的再生：就是让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程，树脂的再生反应是交换吸附的逆反应。 33.层析分离：是一种物理的分离方法，利用多组分混合物中各组分物理化学性质的差别，使各组分以不同的程度 分布在两个相中。 34.流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或租临界体等，都称为流 动相。 35.正相色谱：是指固定相的极性高于流动相的极性，因此，在这种层析过程中非极性分子或极性小的分子比极性 大的分子移动的速度快，先从柱中流出来。

生物分离工程期末复习题

填空题 1. .根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分为物理吸附、化学吸附和交换吸附； 2. 比表面积和孔径是评价吸附剂性能的主要参数。 3. 层析操作必须具有固定相和流动相。 4. 溶质的分配系数大，则在固定相上存在的几率大，随流动相的移动速度 小。 5. 层析柱的理论板数越多，则溶质的分离度越大。 6. 两种溶质的分配系数相差越小，需要的越多的理论板数才能获得较大的 分离度。 7. 影响吸附的主要因素有吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐的浓度和吸附物的浓度与吸附剂的用量； 8. 离子交换树脂由网络骨架（载体），联结骨架上的功能基团（活性基）和可交换离子组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂（提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合所必需的自由基）；甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链）；TEMED的作用是增速剂（催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的聚合）； 10. 影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，pH 和温度； 11. 在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶法，刺激起晶法和晶种起晶法； 12. 简单地说离子交换过程实际上只有外部扩散、部扩散和化学交换反应三步；

13. 在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14. 反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的； 15. 等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其 等电点 的不同； 16. 离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有 静态洗脱 和 动态洗脱 ； 17. 晶体质量主要指 晶体大小 ， 形状 和 纯度 三个方面； 18. 亲和吸附原理包括 配基固定化 ， 吸附样品 和 样品解析 三步； 19. 根据分离机理的不同，色谱法可分为 吸附、离交、亲和、凝胶过滤色谱 20. 蛋白质分离常用的色谱法有 免疫亲和色谱法， 疏水作用色谱法 ， 金属螯合色谱法 和 共价作用色谱法 ； 21. SDS-PAGE 电泳制胶时，加入十二烷基磺酸钠（SDS ）的目的是消除各种待分离蛋白的 分子形状 和 电荷 差异，而将 分子量 作为分离的依据；加入二硫叔糖醇的目的是 强还原剂，破坏半胱氨酸间的二硫键 ； 22. 影响亲和吸附的因素有 配基浓度 、 空间位阻 、 配基与载体的结合位点 、 微环境 和 载体孔径 ； 23. 阳离子交换树脂按照活性基团分类，可分为 强酸性阳离子交换树脂 、 弱酸性 和 中强酸性 ；其典型的活性基团分别有 3 、 COOH - 、2)(OH PO -； 24. 阴离子交换树脂按照活性基团分类，可分为强碱性、 弱碱性 和 中强碱 性 ；其典型的活性基团分别有-+OH CH RN 33)(、2NH -、兼有以上两种基团； 25. 影响离子交换选择性的因素有 离子水合半径 、 离子价 、 离子强度 、 溶液pH ，温度 、溶液浓度 、 搅拌速率 、和 交联度、膨胀度、颗粒大小 ；

生物分离工程题库+答案

《生物分离工程》题库 一、填充题 1. 生物产品的分离包括R 不溶物的去除 ，I 产物分离 ，P 纯化 和P 精 制 ； 2. 发酵液常用的固液分离方法有 过滤 和 离心 等； 3. 离心设备从形式上可分为 管式 ， 套筒式 ， 碟片式 等型式； 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为 微滤膜 ， 超滤膜 ， 纳滤膜 和 反渗透膜 ； 5. 多糖基离子交换剂包括 离子交换纤维素 和 葡聚糖凝胶离子交换剂 两大类； 6. 工业上常用的超滤装置有 板式 ， 管式 ， 螺旋式和 中空纤维式 ； 7. 影响吸附的主要因素有 吸附质的性质 ， 温度 ， 溶液pH 值 ， 盐的浓度 和 吸附物的浓度与吸附剂的用量 ； 8. 离子交换树脂由 网络骨架 （载体） ， 联结骨架上的功能基团 （活性基） 和 可 交换离子 组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是 引发剂（ 提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚 合所必需的自由基） ； 甲叉双丙烯酰胺的作用是 交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作 用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链） ； TEMED 的作用是 增速剂 （催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的 聚合 ）； 10 影响盐析的因素有 溶质种类 ， 溶质浓度 ， pH 和 温度 ； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有 自然起晶法 ， 刺激起晶法 和 晶种起晶法 ； 12.简单地说离子交换过程实际上只有 外部扩散 、内部扩散 和化学交换反应 三步； 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14.反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的；常用的固定相有C 8 辛烷基 和 十八烷基C 18 ；常用的流动相有 乙腈 和 异丙醇 ； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的 粘度和扩散系数 ，与液体有相似的 密度 ； 16.离子交换树脂的合成方法有 加聚法 和 逐步共聚法 两大类；

生物分离工程期末复习资料

第一章 1．生物分离工程的一般过程P4 答：①发酵液的预处理主要采用凝聚和絮凝等技术来加速固相，液相分离，提高过滤速度。过滤、离心是其最基本的单元操作。 ②产物的提取采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。 ③产物的精制常采用色谱分离技术，有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。 ④成品的加工处理浓缩、结晶、干燥 第二章 一、概念： 1.发酵液的预处理：指采用凝聚和絮凝等技术来加速固相、液相分离，提高过滤速度。 2.凝集（凝聚）：指在投加的化学物质（如水解的凝聚剂，铝、铁的盐类或石灰等）作用下，发酵液中的 胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。 3.絮凝：指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。 4.离心分离：指在离心场的作用下，将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。主要用于颗粒较细的悬 浮液和乳浊液的分离。（分为差示离心、均匀介质离心、密度梯度离心、等密度梯度离心和平衡等密度离心。） 5.等电点沉淀法：利用蛋白质等两性化合物在等电点时溶解度最低，易产生沉淀的性质，用酸化剂或碱化 剂调节发酵液的pH，使其达到菌体蛋白的等电点而产生沉淀。 二、填空： 1、按过滤时料液流动方向的不同，分为常规过滤和错流过滤。 2、可溶性杂蛋白的去除法包括：等电点沉淀法、热处理法、化学变性沉淀法和吸附法 三、问答 1、发酵液的一般特征？ ①组成大部分为水； ②发酵产物的浓度较低； ③发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物； ④含有培养基中的残留成分，如无机盐类、非蛋白质大分子及其降解产物； ⑤含有其他少量代谢副产物；

⑥含有色素、毒性物质。热原质等有机杂质。 2、常用的絮凝剂有什么？ 无极絮凝剂：Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、氯化钙、氯化镁碱式氯化铝、高分子无机聚合物等。 有机絮凝剂：壳多糖及其衍生物、明胶、丙烯酰胺类、聚苯乙烯类、聚丙烯酰类聚乙烯亚胺类。 3、影响絮凝效果的因素？ 答：①絮凝剂的种类； ②絮凝剂浓度； ③ pH; 最关键因素，影响絮凝剂活性基团的解离度。 ④搅拌转速和时间。 4、发酵液预处理的方法？ 答：①凝聚和絮凝方法 ②加热法 ③调节PH法 ④加水稀释法 ⑤加入助滤剂法 ⑥加吸附剂法或加盐法 ⑦高价态无机离子去除法 Ca2+——草酸、草酸钠→形成草酸钙沉淀 Mg2+——三聚磷酸钠(Na5P3P10)→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物 Fe3+——黄血盐(K4Fe(CN)6) →普鲁士蓝淀 ⑧可溶性杂蛋白的去除法 3、VB12发酵液絮凝预处理的研究 答：由正交试验确定影响絮凝的主要因素，结果表明，最佳絮凝条件：絮凝剂为聚合氯化铝、加入体积分数7%，pH6、搅拌速度14r/min、搅拌时间45s。通过加压过滤实验，得到絮凝后

生物分离工程复习题一(第1-9章16K含答案)

1、下列物质不属于凝聚剂的有（C）。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括（C） A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（B） A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、那种细胞破碎方法适用工业生产（A） A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法 5、为加快过滤效果通常使用（C） A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为（C） A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（D ） A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（C） A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏 9、从四环素发酵液中去除铁离子，可用（B） A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化 10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（B） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点 11、使蛋白质盐析可加入试剂（D） A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵 12、盐析法纯化酶类是根据（B）进行纯化。 A.根据酶分子电荷性质的纯化方法 B.调节酶溶解度的方法 C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法 D.根据酶分子专一性结合的纯化方法 13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（B） A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（D） A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（B） A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（A）范围内适合。 A. ％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％ 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（C ）去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中，加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀，属于(D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析

生物分离工程总复习题

第一章复习题 1.生物分离工程在生物技术中的地位？ 2.生物分离工程的特点是什么？ 3.生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 4.在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？ 5.生物分离效率有哪些评价指标？ 第二章复习题 1．简述细胞破碎的意义 2．细胞破碎方法的大致分类 3．化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点？ 第三章复习题 1．常用的蛋白质沉淀方法有哪些？ 2．影响盐析的主要因素有哪些？ 3．何谓中性盐的饱和度？ 4．盐析操作中，中性盐的用量（40% 硫酸铵饱和度）如何计算？5．简述盐析的原理。6．简述有机溶剂沉析的原理。 7．简述等电点沉析的原理。 第四章复习题 1．膜分离技术的概念 2．膜的概念 3．根据膜孔径大小，膜分离技术的分类 4．基本的膜材料有哪些？ 5．常用的膜组件有哪些？ 6．何谓反渗透？实现反渗透分离的条件是什么？其特点有哪些？ 7．强制膜分离的概念？ 8．电渗析的工作原理？ 9．膜污染的主要原因是什么？常用的清洗剂有哪些？如何选择？ 10．膜分离在生物产物的回收和纯化方面的应用有哪些方面？ 第五章复习题 1.什么是萃取过程？ 2.液－液萃取从机理上分析可分为哪两类？ 3.常见物理萃取体系由那些构成要素？ 4.何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？ 5.何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？有哪几种方法？ 6.何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 7.反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理 第六章复习题 1.影响吸附的主要因素？ 2.亲和吸附的原理和特点是什么？ 3.常用的离子交换树脂类型有哪些？ 4.影响离子交换速度的因素有哪些？ 5.用于蛋白质提取分离的离子交换剂有哪些哪些特殊要求，主要有哪几类？ 第七章复习题

生物分离工程期末复习题

填空题 1. 为了提高最终产品的回收率一是（提高每步分离效率），二是（减少分离步骤）。 2. 评价一个分离过程效率的三个主要标准是：（浓缩率），（分离系数）和（产品回收程度） 3?生物产品的分离过程包括发酵液的预处理和（液固分离），（产品的提取），（产品的精制） 和（产品的加工处理）。 4?生化反应所起的作用是产生目的产物，指标是（产率）和（转化率），而生物分离解决的 是如何从反应液中获取这些物质，涉及的是（收率）和（纯度）。 5?生物分离的主要任务：从发酵液和细胞培养液中以（最高的效率），（理想的纯度）和（最小的能耗）把目的产物分离出来。 6?生物分离过程的特点包括：（生物分离过程的体系特殊），（生物分离过程的工艺流程特殊），（生物分离过程的成本特殊）。 7. 物质分离的本质是识别混合物中不同溶质间（物理），（化学）和（生物）性质的差别利用 能识别这些差别的（分离介质）和扩大这些差别的（分离设备） 8. 性质不同的溶质在分离操作中具有不同的（传质速率）和或（平衡状态） 9. 平衡分离是根据溶质在两相间（分配平衡）的差异实现分离；溶质达到分配。平衡为扩散 传质过程，推动力仅取决于系统的（热力学性质）。 10. 差速分离是利用外力驱动溶质迁移产生的（速度差）进行分离的方法。 1. 在细胞分离中，细胞的密度越（大），细胞培养液的密度越（小），则细胞沉降 2. 区带离心包括（差速）区带离心和（等密度）区带离心。

3. 为使过滤进行的顺利通常要加入（惰性助滤剂）。 4. 发酵液常用的固液分离方法有（离心）和（过滤）等。 5?常用离心设备可分为（离心沉降）和（离心过滤）两大类； 6?常用的工业絮凝剂有（无机絮凝剂）和（有机絮凝剂）两大类。 7. 工业生产中常用的助滤剂有（硅藻土）和（珍珠岩粉）。 8. 重力沉降过程中，固体颗粒受到（重力），（浮力），（摩擦阻力）的作用， 固体匀速下降时，三个力的关系（重力=浮力+摩擦阻力）。 9. 发酵液预处理的方法包括：（凝集），（絮凝），（加热法）；（调节pH法），（加水稀释法），加入（助滤剂）和（吸附剂）。 10. 发酵液中胶粒保持稳定的原因：（双电层）和（蛋白质周围水化层）结构。 11. 发酵液预处理过程中的相对纯化主要包括去除（高价态无机离子），（可溶性杂蛋白质），（色素）和（多糖类物质）。 12. 发酵液中杂蛋白的去除方法主要有（等电点沉淀法），（热处理法）和（化学变性沉淀法）。 13. 差速区带离心用于分离（大小）不同的颗粒，与颗粒（密度）无关。等密度区带离心包 括（预形成梯度密度离心）和（自形成梯度密度离心）两种方式。离心达到平衡后，样品颗粒的区带形状和平衡位置（不再发生变化）。 1?单从细胞直径的角度，细胞（直径越小），所需的压力或剪切力越大，细胞越 2. 常用的化学细胞破碎方法有（.酸碱法），（盐法），（表面活性剂处理），（有机溶剂法）和（螯合剂）。 3. 包涵体的溶解需要打断蛋白质分子和分子间的（共价键），（离子键），疏水作用及静电 作用等，使多肽链伸展。因此，包涵体的溶解需要强的变性剂，如（8mol/L尿素）和（6mol/L 盐

生物分离工程练习题

《生物分离工程》练习题 绪论 1.生物分离过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化。 2.生物分离过程的显着特点是什么？ 1、条件温和 2、安全性、卫生性要求高 3、方法需要具有高选择性 4、对原 料高度浓缩 3.评价一个分离过程的效率主要有三个标准，目标产物的浓缩程 度、分离纯化程度、回收率。 4.图中F表示流速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂质。C、P 和W分别表示原料、产品和废料。写出产品浓缩率m、分离因子α、回收率REC 的计算公式。书本第九页 第一章细胞分离与破碎 1.在细胞分离中，细胞的密度ρ S 越大，细胞培养液的密度ρ L 越小，则细 胞沉降速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有过滤介质阻力和滤饼阻力，其中滤 饼占主导作用。 3.B可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 4.重力沉降过程中，固体颗粒不受C的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 5.过滤的透过推动力是 D 。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 6.在错流过滤中，流动的剪切作用可以B。 A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化，但降低 凝胶层的厚度 C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化，但降低 凝胶层的厚度

7.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，流体摩擦阻力的 作用，当固体匀速下降时，三个力的关系平衡 8.撞击破碎适用于D的回收。 A.蛋白质 B.核酸 C.细胞壁 D.细胞器 9.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。 10.管式和碟片式离心机各自的优缺点。 管式，优点:离心力较大缺点：沉降面积小，处理能力降低 碟片式，优点：沉降面积大缺点：转速小，离心力较小 11.单从细胞直径的角度，细胞直径越小，所需的压力或剪切力越大，细 胞越难破碎 12.细胞的机械破碎主要方法有高压匀浆、珠磨、喷雾撞击破碎、 超声波破碎 13.细胞的化学破碎技术包括酸碱处理、酶溶、化学试剂处 理。 第二章初级分离 1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围水化层和双电层。 2.判断：当蛋白质周围双电层的ζ电位足够大时，静电排斥作用抵御蛋白质分子之间的分子间力，使蛋白质溶液处于稳定状态而难以沉淀。（正确） 3.降低蛋白质周围的水化层和双电层厚度，可以破坏蛋白质溶液的稳定性，实现蛋白质沉淀。 4.常用的蛋白质沉淀方法有：盐析沉淀，等电点沉淀，有机溶剂沉淀。

生物分离工程期末总复习

第一章绪论 一、生物分离工程在生物技术中的地位？ 二、生物分离工程的特点是什么？ 1．产品丰富产品的多样性导致分离方法的多样性 2．绝大多数生物分离方法来源于化学分离 3．生物分离一般比化工分离难度大 3.生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 三、生物分离过程一般分四步： 1.固-液分离（不溶物的去除） 离心、过滤、细胞破碎 目的是提高产物浓度和质量 2.浓缩（杂质粗分） 离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取 以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量。 3．纯化 色谱、电泳、沉淀 以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。 4．精制结晶、干燥 四、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？ （1）产品价值 （2）产品质量 （3）产物在生产过程中出现的位置 （4）杂质在生产过程中出现的位置 （5）主要杂质独特的物化性质是什么？ （6）不同分离方法的技术经济比较 上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。 五、.生物分离效率有哪些评价指标？ 1.目标产品的浓缩程度——浓缩率m 2．系数α回收率REC 第二章细胞分离与破碎

1．简述细胞破碎的意义 一、细胞破碎的目的 由于有许多生化物质存在于细胞内部，必须在纯化以前将细胞破碎，使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏（增大通透性）或破碎，释放其中的目标产物，然后方可进行提取。 二、细胞破碎方法的大致分类 破碎方法可归纳为机械破碎法和非机械破碎法两大类，非机械破碎法又可分为化学（和生物化学）破碎法和物理破碎法。 1．机械破碎 处理量大、破碎效率高速度快，是工业规模细胞破碎的主要手段。 细胞的机械破碎主要有高压匀浆、研磨、珠磨、喷雾撞击破碎和超声波破碎等。 2．化学（和生物化学）渗透破碎法 （1）渗透压冲击法（休克法）（2）酶溶（酶消化）法 3．物理破碎法 1）冻结－融化法（亦称冻融法）（2）干燥法 空气干燥法真空干燥法冷冻干燥法喷雾干燥法 三、化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点？ 化学渗透破碎法与机械破碎法相比优点：化学渗透破碎法比机械破碎法的选择性高，胞内产物的总释放率低，特别是可有效地抑制核酸的释放，料液的粘度小，有利于后处理过程。 化学渗透破碎法与机械破碎法相比缺点：化学渗透破碎法比机械破碎法速度低，效率差，并且化学或生化试剂的添加形成新的污染，给进一步的分离纯化增添麻烦。 第三章初级分离 一、常用的蛋白质沉淀方法有哪些？ 盐析沉淀,等电点沉淀,有机溶剂沉淀,热沉淀 二、影响盐析的主要因素有哪些？ （1）离子强度：Ks和β值, 强度越大,蛋白质溶解度越小； （2）蛋白质的性质:因相对分子质量和立体结构而异,结构不对称、相对分子质量大的蛋白质易于盐析； （3）蛋白质的浓度：蛋白质浓度大，盐的用量小，共沉作用明显，分辨率低；蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；2.5%～3.0% 时最适合； （4）pH值：通常调整到pI附近，盐浓度较大会对等电点产生较大影响，pH对不同蛋白质的共沉影响；

生物分离工程题库答案

库程》题《生物分离工一、填充题精P 纯化和I 产物分离，P 1. 生物产品的分离包括R 不溶物的去除， ；制 等；离心过滤和 2. 发酵液常用的固液分离方法有 等型式；碟片式套筒式， 3. 离心设备从形式上可分为 管式，，超滤膜微滤膜， 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为 ；反渗透膜纳滤膜和 两大类；和葡聚糖凝胶离子交换剂离子交换纤维素5. 多糖基离子交换剂包括 ；螺旋式和中空纤维式板式，管式，6. 工业上常用的超滤装置有吸附物和盐的浓度，溶液pH值，影响吸附的主要因素有7. 吸附质的性质，温度 ；的浓度与吸附剂的用量可（活性基）和（载体），联结骨架上的功能基团离子交换树脂由8. 网络骨架 组成。交换离子 提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂（9. ；合所必需的自由基） （丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作交联剂甲叉双丙烯酰胺的作用是 ；用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链） （催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的增速剂TEMED 的作用是 ；）聚合； pH 和温度影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，10 ；和晶种起晶法自然起晶法，刺激起晶法在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有11. 三步；和化学交换反应 12.简单地说离子交换过程实际上只有外部扩散、内部扩散qc0在生物制品进行 吸附或离子交换分离时，通常遵循https://www.wendangku.net/doc/9318224016.html,ngmuir吸附方程，其形式为?qK?c 14.反相高效液相色谱的固定相是疏水性强的，而流动相是极性强的；常用的固定相有C 辛8烷基和十八烷基C ；常用的流动相有乙腈和异丙醇；18 15.超临界流体的特点是与气体有相似 的粘度和扩散系数，与液体有相似的密度；

题库名称：生物分离工程

题库名称：生物分离工程 一、名词解释 1．质量作用定律：化学反应的速率与参加反应的物质的有效质量成正比。 2．凝聚：在电解质作用下，破坏细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。 3．分配系数：在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度为一常数叫分配系数。 4．干燥速率：干燥时单位干燥面积，单位时间内漆画的水量。 5．CM-Sephadex C-50：羧甲基纤维素、弱酸性阳离子交换剂，吸水量为每克干胶吸水五克。6．絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程 7．过滤：是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常用方法之一。 8．萃取过程：利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 9．吸附：是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。 10．反渗析：当外加压力大于渗透压时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。 11．离心沉降：利用悬浮液或乳浊液中密度不同的组分在离心力场中迅速沉降分层，实现固液分离 12．离心过滤：使悬浮液在离心力场作用下产生的离心力压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高 13．离子交换：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。 14．固相析出技术：利用沉析剂（precipitator）使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体沉淀的过程。

ZXM生物分离工程期末复习

概念题： 萃取： 利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法称为萃取。 亲和吸附：亲和吸附是吸附单元操作的一种，它是利用亲和吸附剂与目标物之间的特殊的化学作用实现的高效分离手段。亲和吸附剂的组成包括：惰性载体、手臂链、特异性亲和配基。 超临界流体萃取：是利用超临界流体具有的类似气体的扩散系数，以及类似液体的密度（溶解能力强）的特点，利用超临界流体为萃取剂进行的萃取单元操作。 等电点沉淀法：蛋白质在等电点下的溶解度最低，根据这一性质，在溶液中加入一定比例的有机溶剂，破坏蛋白质表面的水化层和双电层，降低分子间斥力，加强了蛋白质分子间的疏水相互作用，使得蛋白质分子得以聚集成团沉淀下来。 反渗透：在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧，形成大于渗透压的压力差，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到浓缩的效果，这种操作成为反渗透。 流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或租临界体等，都称为流动相。 离子交换平衡：当正反应、逆反应速率相等时，溶液中各种离子的浓度不再变化而达平衡状态，即称为离子交换平衡。 凝聚：在电解质作用下，破坏细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。 分配系数：在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度为一常数叫分配系数。 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。 过滤：是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常用方法之一。 吸附：是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。 离心过滤：使悬浮液在离心力场作用下产生的离心力压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高。 有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。 膜分离：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。

生物分离工程试卷C

一、填空题。（2*12） 1、萃取利用在两个互不相溶的液相中各种组分_____的不同，从而达到分离的目的。 2、液膜的膜相组成有_____________ 3、超临界流体萃取的典型流程有______________。 4、细胞破碎是破坏_________和______。 5、在非机械法破碎细胞的方法中增溶法是利用__________溶解细胞壁。 6、蛋白质沉淀的屏障有______和________用盐析法来分级沉淀目标产物时进一步纯化时常用____________。蛋白质沉淀的屏障有_____和_______。 7、蛋白质的常用沉淀技术有__________；________；_______；______；______ 8、蛋白质沉淀的屏障有_____和_______ 9、阳离子交换树脂含____。（选填酸性基团或碱性基团） 10、不对称膜表面为_____，起_____作用；下面是_______，起________作用。 11、表征膜性能的参数主要有______和_______。 12、吸附色谱，分配色谱，离子交换色谱，凝胶色谱和亲和色谱分别依据________，___，_______,_______物化原理进行分离的。 二、选择题。（2*8） 1、反胶团是向有机溶剂中加入一定浓度（）形成的 A、水 B、盐溶液 C、有机溶液 D、表面活性剂 2、差速-区带离心中密度梯度液中最大介质密度必须()样品中粒子的最小密度。 A、小于 B、大于 C、等于 D、都可以 3、高压匀浆法适用于下列那种细胞的破碎（） A、团状或丝状菌 B、包含体 C、质地坚硬的亚细胞 D、革兰氏阴性菌 4、Ks盐析法是改变体系的（）进行盐析的方法。 A、pH B、温度 C、盐浓度 D、同时改变温度和pH 5、平衡区带离心是根据各组分（）形成区带. A、密度差 B、浓度差 C、平衡系数差 D、速度差 6、强阴离子交换剂的交换容量与pH的关系，下述哪个选项正确。（） A、随pH增大而增大 B、随pH增大而减小 C、与pH无关 D、随pH减小而增大 7、下列以压力差为推动力的膜中用于分离悬浮颗粒和病毒的是（）。 A、纳滤 B、反渗透 C、微滤 D、超滤 8、渗透是以（）为推动力的。 A、压力差 B、浓度差 C、静电引力 D、溶质分压差 三、名词解释。（3*4’） 1、双水相萃取： 2、液膜萃取： 3、RCF： 四、简答题。(34’) 1、简述生物分离工程的内容及任务。(5’) 2、简述凝聚和絮凝作用差异。（6’） 3、改善发酵液过滤特性的方法有哪些？(5’) 4画出生物分离流程与单元操作(6’) 5．、在离子交换色谱中，对pI=5.2的蛋白，选择哪种类型离子交换剂并简述理由。(6’) 6、提高亲和色谱操作容量的方法有哪些？(6’) 五、计算题。（2*7’）