生物工程下游技术.doc

等电点沉淀法：对于氨基酸和蛋白质等两性物质，在酸性条件下带正电荷，在碱性条件下带负电荷，而在某一pH值下净电荷为零，称为等电点，此时两性物质的溶解度最小，此即为等电点沉淀法。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。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。离心分离因素：将离心加速度和自由落体加速度的比值称为离心分离因素或离心力与重力比，用公式表示为：KR2/g。高压匀浆破壁法：将细胞悬浮在适宜的匀浆液中制成匀浆，在其尚未沉降之前，很快以高压泵将其以很高的流速喷出，这种高速喷出的浆液经过碰撞被迫改变方向而流出，细胞在这一系列过程中经历了高流速下的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，使细胞产生较大的形变，导致细胞壁的破坏。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。有机溶剂沉淀法：利用有机溶剂与蛋白质水溶液互溶，在溶解于蛋白质水溶液的同时从蛋白质分子周围的水化层中夺走水分子，降低水溶液的介电常数，破坏蛋白质分子表面的水化膜，从而导致蛋白质分子相互聚集发生沉淀作用。膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件或膜装置。膜的水通量：即膜通量，指单位时间内通过单位膜面积的水体积流量。膜的孔隙率：孔总面积在单位膜上所占面积的比例，空隙率越大强度越差，膜透量越大。膜的孔径分布：膜的截留分子量：膜壁上微孔的形状和大小并非完全一致，常使用截留率和截留分子量两个参数共同来衡量，当90%的溶质被膜截留时，在截留曲线上所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的截留分子量，用MMCO表示。树脂工作交换容量：是表示单位质量或单位体积的树脂所能交换的离子（相当于一价离子）的物质的量。其标志离子交换树脂交换能量的大小，是衡量离子交换树脂性能的重要的参数。在一定操作条件下实际测得的交换容量称为工作交换容量，它是指在实际操作条件下单位体积（或中量）树脂中实际参加交换的活性基团，它的大小不是固定不变的，而是与溶液的离子浓度、树脂床的高度、流速、树脂粒度的大小以及交换基团类型等因素有关。膜的浓差极化：在膜过滤过程中，由于膜的选择透过性，溶剂从高压侧透过膜到低压侧，溶质则大部分被膜截留，积累在膜高压侧表面，造成膜表面到主体溶液问的浓度梯度，促使溶质在膜表面通过边界层向主体溶液扩散，此种现象即为浓差极化。1、电泳用凝胶设备时，过硫酸铵的作用是催化剂，甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂，TEMED的作用是加速剂。2、影响盐析的因素有无机盐的种类、浓度、温度和pH值。3、在结晶操作中，工业上常用的结晶方法有添加晶种、冷却降温和蒸发浓缩。4、晶体质量主要是指大小、形状和纯度三个方面5、狭义的下游技术的含义是指生物产品的分离纯化。6、凝聚作用是通过加入电解质，使双电层电位降低，胶体稳定性下降而相互碰撞凝聚。7、蛋白质的变性是不可逆过程，可通过加热使蛋白变性，以除去发酵液中的杂蛋白。8、常用的细胞破碎技术有高压匀浆法、高速珠磨法、超声破碎法、化学渗透破壁法、酶溶法。9、发酵液预处理方法有加热，凝聚，添加助滤剂。10、凝胶色谱分离的依据是被分离组分在固定相和流动相中的分配系数不同。11、高压匀浆法细胞破碎率的提高方法有提高操作压力（增加破碎次数）。12、发酵液常用的固液分离方法有过滤和离心等。13、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，超滤，纳滤和反渗透。14、微生物细胞壁的形状和强度取决于肽聚糖的结构以及含量。15、反复冻融法只适用于无细胞壁的菌体。16、常用的破壁生物酶有溶菌酶，-1，6-葡聚糖酶，甘露糖酶，蛋白酶。17、依据膜组件的结构可分为管式膜组件、平板膜组件、螺旋卷式膜组件、中空纤维膜组件。18、多糖基离子交换剂包括葡聚糖离子交换剂和离子交换纤维素两大类。19、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个步骤。20、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Q=q0C/(k+C)。21、膜的孔道特征参数有孔径大小、孔径分布、孔隙率。1、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述生物工程下游技术包含的研究内容）生物分离工程包含以下三大部分，其单元操作如下：（1）生物反应器及大规模细胞培养技术。（2）目标产品的分离与纯化技术，主要：细胞破碎技术、蛋白质的变性复性和固液分离技术；膜分离技术；色谱技术；电泳分离技术；絮凝技术；分离纯化技术等。（3）目标产品的分析检测及质量控制。2、简述pH对发酵液过滤特性的影响，并举例说明。（1）pH直接影响发酵液中某些物质的电离程度和电荷性质，因此适当调节pH值可以改善发酵液的过滤特性。（2）氨基酸和蛋白质在酸性条件下带正电，碱性条件下带负电，等电点时净电荷为零，两性物质在等电点下的溶解度最小，等电点沉淀法在生物工业分离中广泛使用。（3）如味精生产，利用等电点沉淀法提取谷氨酸，一般蛋白质也在酸性范围达到等电点；膜分离中可通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质，减少膜堵塞和膜污染；此外，细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在特定pH下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤进行。3、常用过滤设备及其特点生化工业常用的过滤设备主要有加压叶滤机、板框过滤机、旋转真空过滤机等。加压叶滤机由许多滤叶装合而成。每个滤叶以金属管为框架，内装多孔金属板，外罩过滤介质，内部具有空间，供滤液通过。加压叶滤机在密封条件下过滤，适于无菌操作；机体装卸简单，洗涤容易。但过滤介质更换较复杂。4、以胞内酶提取为例，简要说明双水相系统工业化萃取的主要流程及操作注意点。主要流程：使用PEG/盐系统提取胞内酶时，可先使细胞碎片分配到下相，使蛋白质分配在上相；分离后，上相中的蛋白质可以加入适当的盐，进行二次双水相萃取，目的是利用盐相（下相）去除核酸和多糖；上相中的蛋白质进行第三次萃取，通过pH调节，使上相含色素，蛋白质分配在盐相，以便通过超滤将其和主体PEG分离，主体PEG可循环使用。操作注意点：实验放大的主要依据是分配系数，遇到的主要问题是细胞碎片相的粘度问题、萃取平衡时间以及相分离问题。需要带低速搅拌和溢流装置的混合沉降系统；上下相分离利用重力沉降能耗成本低，但高粘度体系要选用离心分离；改变条件再次萃取并结合超滤、透析等处理可实现多聚物的彻底分离。5、何为超临界流体萃取？其特点有哪些？超临界流体对脂肪酸、植物碱、醚类、酮类、甘油酯等具有特殊的溶解作用，因此可用于这类物质的萃取分离。利用超临界流体为萃取剂的萃取操作称为超临界流体萃取。其特点有：超临界流体因温度或压力的微小变化就会引起密度发生很大变化。随压力升高，超临界流体密度增大，接近液体密度。超临界流体的密度接近液体，因此具有与液体相近的溶解能力。另外，由于超临界流体黏度小、自扩散系数大，可以迅速渗透到物体的内部溶解目标物质，快速达到萃取平衡。这是超临界流体作为萃取剂优于液体的主要特点。这一特点在提取固体内有用成分时尤为重要。6、何谓双水相萃取？常见的双水相构成体系有哪些？双水相萃取是两种水溶性不同的聚合物或者一种聚合物和无机盐的混合溶液，在一定的浓度下，体系就会自然分成互不相容的两相。被分离物质进入双水相体系后由于表面性质、电荷间作用和各种作用力(如憎水键、氢键和离子键)等因素的影响，在两相间的分配系数 不同，导致其在上下相的浓度不同，达到分离目的。常见的双水相构成体系有：聚乙二醇/葡聚糖（PEG/Dx），该双水相的上相富含PEG，下相富含Dx；EPG/磷酸钾（略作KPi）等。7、膜分离过程中，有哪些原因会造成膜污染，如何处理？（1）膜污染主要有两种情况：一是附着层被滤饼、有机物凝胶、无机物水垢胶体物质或微生物等吸附于表面；另一种是料液中溶质结晶或沉淀造成堵塞。（2）膜污染是可以预防或减轻的，措施包括料液预处理、膜性质的改善、操作条件改变等方式。（3）膜污染所引起的通量衰减往往是不可逆的，只能通过清洗的处理方式消除，包括物理方法冲洗和化学药品溶液清洗等。8、影响膜分离速度的主要因素有哪些？操作形式：传统过滤操作以滤布为过滤介质，采用终端过滤形式回收或除去悬浮物，料液流向与膜面垂直，膜表面的滤饼阻力大，透过通量很低。目前的超滤和微滤操作主要采用错流过滤，料液流动方向与膜面平行可以使透过通量维持在较高水平；流速：传质系数随流速的增大而提高。流速增大，透过通量也增大；压力；料液浓度：当料液中含有多种蛋白质时，由于与单组分时相比，总蛋白质浓度升高，透过通量下降。9、简述膜的截留率和截留分子量定义和作用截留率是指对一定相对分子量的物质，膜能截留的程度。截留分子量是膜壁上微孔的形状和大小并非完全一致，常使用截留率和截留分子量两个参数共同来衡量，当90%的溶质被膜截留时，在截留曲线上所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的截留分子量，用MMCO表示。通过测定相对分子质量不同的球形蛋白质或水溶性聚合物的截留率，可获得膜的截留曲线。在理想情况下，超滤膜的截留曲线应为通过横坐标MMCO的一条垂直线，相对分子质量小于MMCO的溶质截留率为0，大于MMCO的溶质截留率为1。但实际上，膜孔径均有一定的分布范围，孔径分布范围较小则截留曲线较陡直，反之则斜坦。10、膜的孔道特征参数有哪些？都有什么作用？膜的孔道特征参数包括有孔径、孔径分布和孔隙率。在使用膜分离法处理含菌体细胞或悬浮微粒的料液时，要根据料液性质选择膜孔径适当、不易堵塞、对溶质吸附作用小的亲水膜，这样不仅可提高分离速度，还可以提高分离质量个目标产物的回收率。13、列举你所学过的干燥设备，并选择其一说明其干燥原理常用的干燥设备有：自然晒干和风干，喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥，冷冻干燥，真空干燥，真空冷冻干燥，微波干燥，红外干燥。喷雾干燥是将溶液、浆液或悬浮液通过喷雾器而分散成雾状细滴,分散于热气流中, 使水分迅速汽化而达到干燥的目的。热气流与物料以并流、逆流或混合流的方式相互接触而使物料得到干燥。这种干燥由雾化器、干燥室、产品回收系统、供料及热风系统等部分组成。浆液用送料泵压至喷雾器(喷嘴),经喷嘴喷成雾滴而分散在热气流中,使雾滴中的水分迅速汽化,成为微粒或细粉落到器底。产品由风机吸至旋风分离器中, 而被回收,废气经风机排出。喷雾干燥的干燥介质为热空气。 15、请简述凝胶排阻色谱（分子筛）的分离原理凝胶排阻色谱的分离介质（填料）具有均匀的网格结构，其分离原理是具有不同分子量的溶质分子，在流经柱床是，由于大分子难以进入凝胶内部，而从凝胶颗粒之间流出，保留时间短；而小分子溶质可以进入凝胶内部，由于凝胶多孔结构的阻滞作用，流经体积变大，保留时间延长。这样，分子量不同的溶质分子得以分离。20、简述影响高速珠磨法破碎的主要相关参数影响破碎率的操作参数有：转速、进料速度、珠粒直径与用量、细胞浓度、冷却温度。21、简述高压匀浆破壁法的工作原理细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间的环隙高速（可达到450m/ s ）喷出后撞击到碰撞环上，细胞在受到高速撞击作用后，急剧释放到低压环境，从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎，高压匀浆器的操作压力通常为50 70MPa。利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破裂。 22、简述离子交换剂的预处理和再生方法首先用清水对树脂进行冲洗（最好为反洗）洗至出水清澈无混浊