第一部分基础练习.doc

三门峡职业技术学院发酵技术习题第一部分 基础练习一、名词解释1、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。2、乳化：一种液体分散在另一种不相混溶的液体中的现象。3、盐析: 一般是指溶液中加入无机盐类而使溶解的物质析出的过程。如：加浓（NH4）2SO4使蛋白质凝聚的过程。4、临界胶团浓度:将表面活性剂在非极性有机溶剂相中能形成反胶团的最小浓度称为临界胶团浓度，简称CMC，它与表面活性剂种类有关。5、内相化学反应促进迁移：为了实现高效分离，可采用在溶剂的接受相（内相）中添加与溶质能发生化学反应的试剂，通过化学反应来促使溶质高效快速迁移。6、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。7、溶剂化：亦称溶剂合化，指一定数目的溶剂分子较牢固地结合在溶质质点上，若溶剂是水，则称为水合化。8、萃取:利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。9、溶媒比:溶媒体积/萃取体积二、不定项选择题 1、ABCD 2、AB 3、CD 4、C 5、ACD 6、AC 7、C 8、B 9、B 10、B 11、A 12、A 三、填空题1、物质分离。2、双电子层点排斥作用降低，电位下降3、蛋白质高级结构发生改变,而肽键不断裂；有机溶剂 4、引发剂，交联剂，增速剂5、即树脂基体聚合时所用二乙烯苯的百分数；大；紧密6、化学势7、阴离子；DEAE8、电荷，分子形状，分子量三、问答题1影响离子交换速度的因素有哪些？ 答：有以下因素：（1）树脂交换基团。我们知道离子间的化学反应速度是很快的，所以一般说来，树脂交换基团的不同并不影响到交换速度。例如磺酸型阳离子交换树脂，不论其呈 H、Na或其他的形态，对各种阳离子间的交换速度都很快，彼此的差别也非常小。但对于会形成弱电解质的离子交换树脂，情况就不同，像H型和盐型的交换速度就会有很大差别。（2）树脂的交联度。树脂的交联度越大，网孔越小，则其颗粒内扩散越慢，交换速度就越慢，当水中有粒径较大的离子存在时，对交换速度影响就更为显著。（3） 树脂的颗粒。树脂颗粒越小，交换速度越快。这是因为树脂的颗粒越小，内扩散的距离越短；同时颗粒越小，也等于扩大了膜扩散的表面积，从而加快交换速度。但树脂颗粒也不宜太小，因为太小会增大水流通过树脂层的阻力，且在反洗运行时容易流失。（4）溶液的浓度。溶液浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度越大，扩散速度越快。水溶液中离子浓度内扩散和膜扩散有不同程度的影响。当水溶液中离子浓度较大，膜扩散的速度就较快，此时交换速度主要受内扩散的支配，即内扩散是决定性阶段。这相当于水处理工艺中树脂再生时的情况。若水溶液中电解质的浓度较小，膜扩散的速度就变得非常慢，故交换速度受膜扩散的支配，这相当于用阳离子交换树脂进行水软化时的情况。当然，溶液中离子浓度变化时，树脂因膨胀或收缩也会影响到内扩散。（5）水温。提高水温能同时加快内扩散和膜扩散，所以离子交换设备运行时，一般水温保持在2040。但也不能过高，因为水温过高会影响交换剂的热稳定性，特别是强碱性阴树脂，不耐高温。（6）搅拌或提高流速。交换过程中的搅拌或提高水的流速，只能加快扩散，但不能影响内扩散。（7）离子的本性。它对内扩散的速度影响较大，离子水合半径越大，内扩散越慢；离子电荷数越多，内扩散越慢，根据实验结果，阳离子增加一个电荷，其内扩散速度约减慢为原来的110。2、为什么离子交换树脂被有机大分子的吸附时会存在假平衡？答：离子交换树脂对有机大分子吸附时，会存在假平衡。主要是由于：（1）树脂的活性中心排列的影响不能全部吸附有机大分子，即树脂上的活性中心排列过密，其中一部分活性中心被有机大分子遮住，影响了树脂的吸附量（2）树脂颗粒度影响对大分子的交换，当树脂的颗粒较大时，有机大分子在树脂的内部扩散速度很慢，达到平衡需要的时间较长。当树脂的颗粒度减小时，交换速度和交换量都会有所增加。3、对于具有实用意义的离子交换剂有哪些哪些特殊要求，主要有哪几类？答：有以下特殊要求：（1）外观离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，有黑，白，黄，及赤褐色等几种颜色，一般来说，颜色与性质的关系不大，但在吸附或分离有色物质时，如用白色树脂，则凭颜色的变化，可明显地看出吸附情况的色带移动得情况，就能方便操作。（2）交联度树脂在结构中必须具有一定的交联度使树脂不溶于一般的酸，碱及有机溶剂，大多数离子交换树脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的。通常所说的，树脂交联度：二乙烯苯在树脂母体总量中占的质量分数。交联度上升，则网孔下降，机械强度上升，结构紧密，溶胀性下降交联度下降，则网孔上升，机 械强度下降，结构松散，溶胀性上升树脂在较型，通过交换和再生时，体积会发生胀缩，这是引起树脂老化的原因。（3）良好的可逆性：即能吸附好，又要容易解吸。一般来说，吸附容易那么解析就困难（4）机械强度树脂必须具有一定的物理稳定性，以避免或减少在使用过程中破损流失。一般来说，膨胀度越大，交联度越小的树脂，机械强度就越差（5）化学稳定性：树脂应该具有良好的化学稳定性，有些树脂不能耐受醋酸和甲酸，很多树脂在稀硝酸溶液中含受到破坏，经不起强氧化剂的作用，羧型阴离子树脂即使在水中也不稳定而要以氧型保存，P229页中提到的几种树脂缩聚树脂，阳树脂，阴树树脂，都不能保存在浓碱性中长期。因此，我们在实际使用时要注意树脂的微环境（6）树脂的颗粒大小形状树脂的颗粒大小形状对树脂的交换能力，树脂层冲溶液流动分布均匀程度，溶液通过树脂层的压力以及交换和反冲洗时树脂的流失等都有很大影响。但是我们对于膨胀和不膨胀树脂，要求是不同的对于不膨胀的树脂，用形状不规则的小颗粒树脂，可以使吸附能力增大，但对于膨胀的树脂，这些影响较小，那么此时则应该选择球形树脂，这样可减少流体阻力。我们一般把颗粒大小控制在2060目，颗粒过小会使流体阻力增大，流速慢，反冲洗时困难大；过大，会使交换速度降低（7）交换容量一般在应用交换树脂时，希望离子交换树脂有较大的交换容量，也就是说在实际应用中应该有较多的能够交换离子的能力。为了达到这个目的，我们在制造时应该使单位质量树脂所含有的官能团尽可能多的电离。主要有以下几类：强酸性阳离子树脂；弱酸性阳离子树脂；强碱性阴离子树脂；弱碱性阴离子树脂；两性离子交换树脂；选择性离子交换树脂4、简要分析电渗析膜与离子交换树脂法的异同。答：略第二部分 技能训练一、问答题1、简述溶剂浸取的过程。答：按照操作温度不同，浸渍法可分为冷浸法和热浸法。冷浸法:在室温或更低温度下进行的浸渍操作。一般是将植物材料装入密闭浸渍器中，加入溶剂后密闭，于室温下浸泡35日或更长的时间，适当振动或搅拌。到规定时间后过滤浸出液，压榨残渣，使残液析出，将压榨液与滤液合并，静置一天后再过滤得浸出液待用。热浸法：热浸法与冷浸法相比，只是当植物材料被装入密闭容器后需 通蒸汽加热，其他操作相似。在热浸法中如使用乙醇作溶剂，浸渍温度应控制 在4060的范围内，如果是用水作溶剂，浸渍温度可以控制在6080的范围。热浸法可大幅度缩短时间，提高了浸取效率，但提取出的杂质较多，浸取液澄清度差，冷却后有沉淀析出，需要精制。2、请介绍两种分离混合氨基酸的方法。答：可以用：离子交换树脂层析，用双极性膜电渗析法3、盐析的影响因素分别是什么？如何消除它们的影响？答：影响盐析的因素有（1）蛋白质的浓度：中性盐沉淀蛋白质时，溶液中蛋白质的实际浓度对分离的效果有较大的影响。通常高浓度的蛋白质用稍低的硫酸铵饱和度即可将其沉淀下来，但若蛋白质浓度过高，则易产生各种蛋白质的共沉淀作用，除杂蛋白的效果会明显下降。对低浓度的蛋白质，要使用更大的硫酸铵饱和度，但共沉淀作用小，分离纯化效果较好，但回收率会降低。通常认为比较适中的蛋白质浓度是2.53.0，相当于25 mg/mL30mg/mL。（2）离子强度:各种蛋白质的沉淀要求不同的离子强度。（3）盐的性质：最有效的盐是多电荷阴离子。（4）PH值：一般说来，蛋白质所带净电荷越多，它的溶解度就越大。改变pH值可改变蛋白质的带电性质，因而就改变了蛋白质的溶解度。远离等电点处溶解度大，在等电点处溶解度小，因此用中性盐沉淀蛋白质时，pH值常选在该蛋白质的等电点附近。（5）温度：除对温度敏感的蛋白质在低温（4度）操作外，一般可在室温中进行。一般温度低蛋白质溶介度降低。但有的蛋白质（如血红蛋白、肌红蛋白、清蛋白）在较高的温度（25度）比0度时溶解度低，更容易盐析（6）蛋白质沉淀后宜在4放3小时以上或过夜，以形成较大沉淀而易于分离。盐析时，分子量较小的蛋白质逐步沉淀下来可能就值得怀疑。具体的蛋白需要具体的摸索，当然，对肽来说，结论也是一样的。影响的消除：略。4、如果要用盐析法分离一种新的蛋白质和酶，没有文献数据可以借鉴，具体应该怎么操作?答：略5、结合SDS PAGE电泳的分离原理说明未知蛋白质分子量的测定方法。答：聚丙烯酰胺凝胶电泳之所以能将不同的大分子化合物分开，是由于这些大分子化合物所带电荷的差异和分子大小不同之故，如果将电荷差异这一因素除去或减小到可以忽略不计的程度，这些化合物在凝胶上的迁移率则完全取决于相对分子质量。SDS是十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate）的简称，它是一种阴离子去污剂，它能按一定比例与蛋白质分子结合成带负电荷的复合物，其负电荷远远超过了蛋白质原有的电荷，也就消除或降低了不同蛋白质之间原有的电荷差别，这样就使电泳迁移率只取决于分子大小这一因素，就可根据标准蛋白质的相对分子量的对数对迁移率所作的标准曲线求得未知蛋白质的相对分子质量。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）可以用圆盘电泳，也可以用垂直平板电泳，本实验用目前常用的垂直平板电泳，样品的起点一致，便于比较。6、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。7、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。答：（1）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。（2）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。8、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。解：由题设，可求出萃取系数E，即根据，得n412、多级错流与多级逆流萃取中的ms/mF（ms、mF分别为溶质在萃取相、萃余相的数量）有什么区别？为什么？答：略第三部分 综合应用1、用碟片式离心机分离大肠肝菌基因工程菌悬浮液，已知大肠肝菌的最小颗粒为d=1.0m；离心机的角速度=880rad/s，碟片数n=72，倾斜角度=38，碟片内径r1=36mm，外径r2=81mm；固体的密度s=1050kg/m3，液体的密度L=1020kg/m3，液体粘度=1.0210-3Pas。求上述分离条件下离心机的最大生产力能力。答：离心机生产能力Q=2Z颗粒沉降速率=d2(s-L)g/18离心机结构常数Z=2n(r23-r13)ctg/3g2、我国是啤酒生产大国,每年有大量的下脚料啤酒废酵母泥排放，而啤酒酵母中含有丰