生物工艺考试重点.doc

十四章：1、 下游加工过程应遵循的原则有哪些？主要单元操作有哪些？答：原则：时间短；温度低；pH适中；严格清洗消毒。主要操作单元有：培养液（发酵液）的预处理和固液分离；初步纯化（提取）；高度纯化（精制）；成品加工。2、发酵液的特点：含水多，产物含量低；含菌体蛋白；溶有原来培养基成分；相当多的副产物和色素；易被杂菌污染或使产物进一步分解；易起泡，粘性物质多。3、下游加工过程的一般流程：十五章：1、凝聚：指向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系失去稳定性并使粒子相互凝聚成1mm左右大小的块状凝聚体的过程。 2、絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒交联成网，形成10mm左右形成絮凝团的过程。3、絮凝剂：是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万至一千万以上，它们具有长链状结构， 其链节上含有许多活性官能团， 包括带电荷的阴离子或阳离子基团以及不带电荷的非离子型基团。4、助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，改变了滤饼结构，降低了过滤阻力。1、发酵液的成分及预处理目的是什么？答：发酵液的成分：微生物菌体及残存的培养基外，还有未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微生物的各种代谢产物。预处理的目的：分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后继各工序的顺利进行。2、 改善发酵液过滤特性的方法有哪些？答：物理化学方法：. 降低液体粘度，加水稀释及加热法。在适当受热温度和时间下可使蛋白凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，能够改善发酵液的过滤特性。、调整PH。pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。. 凝聚与絮凝。采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。. 加入助滤剂。助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，改变了滤饼结构，降低了过滤阻力。. 加入反应剂。加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，沉淀本身可作为助滤剂，且能使胶状物和悬浮物凝固，改善过滤性能；、混凝。对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果，这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。3、 杂蛋白的去除方法有哪些？答：. 酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。 变性a、加热。b、 大幅度调节pH值。c、 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。 吸附法，加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。4、 过滤的类型？答：澄清过滤：过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等。当悬浮液通过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清。适合于固体含量少于0.1g/100mL、颗粒直径在5-100um的悬浮液的过滤分离。滤饼过滤：过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。 当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐渐形成滤饼（滤渣）。当滤饼至一定厚度时即起过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。适合于固体含量大于0.1g/100mL的悬浮液的过滤分离。十六章、十七章：1、细胞破碎：采用物理、化学、酶或机械的方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产物最大程度地释放到液相中。2、沉析：利用沉析剂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。3、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。原理：（1）降低了溶质的介电常数，使溶质之间的静电引力增加，从而出现聚集现象，导致沉淀。 （2）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，降低了亲水性，导致脱水凝聚。4、等电点沉淀法：利用蛋白质在PH等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分级的方法。原理：蛋白质是两性电解质，当溶液pH值处于等电点时，分子表面净电荷为0，双电层和水化膜结构被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，进而产生沉淀。5、细胞破碎率：被破碎细胞的数量占原始细胞数量的百分比数。1、常用细胞破碎的方法有哪些？答：机械破碎法：A 、实验室方法： 旋刀匀浆法，通过固体剪切力进行破碎。 研磨法利用磨料与细胞间的剪切及碰撞作用，温和，常在研钵内进行。B、 大规模方法： 高压匀浆法，借助高压匀化作用的液体剪切力作用使细胞破碎。 X挤压法，浓缩的菌体悬浮液冷却至-30 -25 形成冰晶体，利用500MPa以上的高压冲击适用范围广、破碎率高、细胞碎片粉碎程度低、活性保留率高。 高速珠磨法，微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌作用下充分混合，珠子之间以及珠子与细胞之间的互相剪切、碰撞，促使细胞壁破裂，释放出内含物。 C、超声波破碎法，声频高于1520kHZ的超声波在高强度声能的输入下可以进行细胞破碎。物理破碎法 反复冻融法，冷冻促进细胞膜疏水键结构破裂，增强其亲水性能；胞内水形成冰晶粒胀破细胞。 渗透压破碎法，低渗溶液细胞溶胀，也称渗透压冲击法化学破碎法，通过化学试剂使细胞壁和细胞膜结构改变或破坏。 增溶溶解作用：表面活性剂分子中兼有亲脂性和亲水性基团，可降低水的表面张力，具有乳化分散增溶作用。 脂类物质的溶解：加入某些有机溶剂，被细胞壁脂质层吸收后导致细胞壁膨胀，造成细胞壁裂解。 碱法处理：利用碱的皂化作用使细胞壁增溶，使细胞破碎。酶法破碎法，应用酶破坏细胞壁，可部分或完全破坏细胞壁，再结合其他方法破坏细胞壁。2、盐析过程及原理？答：盐析原理：（1）盐离子与蛋白质分子表面具有相反电性的离子基团结合形成离子对，盐离子部分中和了蛋白质的典型，是蛋白质分子之间的静电排斥作用减弱而能相互靠拢，聚集起来。（2）中性盐的亲水性比蛋白质大，盐离子在水中发生水化而是蛋白质脱去了水化膜，暴露出疏水区域，由于疏水区域的相互作用，使其沉淀。过程：中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现：（1）“盐溶”现象低盐浓度下，蛋白质溶解度增大（2）“盐析”现象高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降，原因如下：（a）无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对，部分中和了蛋白质的电性，使蛋白质分子之间的排斥力减弱，从而能够相互靠拢；（b）中性盐的亲水性大，使蛋白质脱去水化膜，疏水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀3、影响盐析效果的因素有哪些？答：溶质种类的影响：Ks和值（2）溶质浓度的影响：蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用明显，分辨率低；（3）蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；（4）pH值：影响蛋白质表面净电荷的数量，通常调整体系pH值，使其在pI附近；（5）盐析温度：大多数情况下，高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降十八章：1、膜：在一定流体相中，有一薄层凝聚相物质，把流体相（液体或气体）分割成为两部分。2、微滤：以压力差为推动力，截留水中粒径在0.02 10m之间的颗粒物的膜分离技术。3、超滤：水溶液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的溶剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为浓缩液。4、反渗透：施加压力超过溶液的天然渗透压，则溶剂便会流过半透膜，在相反一侧形成稀溶液，而在加压的一侧形成浓度更高的溶液。5、截留相对分子质量：截留率为90%的分子量定为截留相对分子质量。6、透析：物质穿过膜的选择性扩散过程。可用于分离分子量大小不同的溶质，低于膜所截留阈值分子量的物质可扩散穿过膜，高于膜截留阈值分子量的物质则被保留在半透膜的另一侧。7、浓差极化：在超滤过程中，由于水透过膜，在膜表面的溶质浓度逐渐增高，高于溶液本体的浓度，在膜表面形成一溶质浓度边界层。1、浓差极化如何影响膜分离效果以及降低浓差极化的方法有哪些？答：由于筛分作用，料液中的部分大分子溶质会被膜截留，溶剂以及小分子溶质能自由的透过膜，被截留的溶质在摸的表面聚集，浓度逐渐升高，在浓度梯度的作用下，近膜面的溶质以相反的方向向料液主体扩散，平衡状态时膜表面形成一溶质弄不分布边界层，对溶剂小分子的物质运动起阻碍作用。当溶质浓度极高时，会在膜表面形成凝胶层，溶质会被完全截留。2、膜过滤在生物技术及相关产业中的应用。答：除热原蛋白质的回收与脱盐，根据蛋白质的相对分子质量，选择适当的超滤膜，可进行蛋白质的浓缩和脱盐。药酒和中药制剂的澄清 药酒和中药制剂中存在有大量的鞣质、蛋白质、淀粉、树脂等大分子物质，是一种胶体溶液。这些大分子物质既无药效又难以去除。3、膜的分类按推动力本质的不同答：1）以浓度差为推动力的过程：透析技术(Dialysis)2）以静压力差为推动力的过程：A、微滤，B、超滤 C、反渗透3）以蒸气压差为推动力的过程：渗透蒸发4）以电场力为推动力的过程：A、电渗析，B、离子交换电透析十九章：1、萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中，得到的溶液。2、萃余液：被萃取出溶质的料液。3、反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。4、萃取因素：也称萃取比，被萃取溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余相中的总量之比。5、分离因素：萃取剂对溶质A和B分离能力的大小。6、单级萃取：用一个混合器和一个分离器的萃取操作。7、多级错流萃取：有几个萃取器串联组成，料液经第一级萃取后分离成两个相，萃余相流入下一个萃取器，再加入新鲜萃取剂继续萃取，萃取相则分别由各级排出混合在一起，在进入回收器回收溶剂，回收得到的溶剂作为萃取剂循环使用。8、多级逆流萃取：料液走向和萃取剂走向相反，只在最后一级中缴入萃取剂。9、超临界流体萃取：利用超临界流体的特殊性质，使其在 超临界状态下，与待分离的料液接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，使萃取物得到分离。10、反胶束：利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成一种纳米级的反胶束相来萃取水溶液中的大分子蛋白质。1、影响萃取的因素有哪些？答：、pH的影响：pH影响弱酸弱碱性溶质的分配系数， 也影响选择性。、温度的影响，一般生化物质应在低温下进行，温度对分配系数和萃取的速度有促进作用，因此，在产物稳定范围内可以升温。、盐析作用的影响 1)减低溶质在水中的溶解度，使其易转入有机相中。 2)降低有机溶剂在水中的溶解度，增大萃余相的密度，有利于两相分离。、溶剂的种类、用量及萃取方式 （1）溶剂的选择（2）用量和萃取方式二十章：1、离子交换法：是利用离子交换剂上的可交换离子与周围介质中被分离的各种离子间的亲和力不同，经过交换平衡达到分离的目的的一种分离方法。2、交换容量：是指离子交换剂能提供交换离子的量，它反映离子交换剂与溶液中离子进行交换的能力。3、离子交换树脂：有机高分子离子交换剂，包括合成离子交换剂和天然有机大分子离子交换剂。1、离子交换树脂的结构？答：离子交换树脂的内部结构，由三部分组成： (1)高分子骨架 由交联的高分子聚合物组成。 (2)离子交换基团 它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔 它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 固定离子（惰性离子），与载体牢固结合，不能自由移动的离子。二十一章：1、固定相：固定不动的物质称作固定相2、流动相：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:3、分配层析：利用被分离物质中各成分在两种不相混溶的液体之间分布情况不同而使混合物得到分离。4、吸附层析：利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程。5、亲合层析：通过将具有亲和力的两个分子中一个（即配体）固定在不溶性基质（载体）上，利用分子间亲和力的特异性和可逆性，对另一个分子（与配体特异性结合的分子）进行分离纯化。6、凝胶层析：当含有不同分子大小的组分的样品进入凝胶层析柱后，各个组分就向固定相的孔穴内扩散，组分的扩散程度取决于孔穴的大小和组分分子大小。比孔穴孔径大的分子不能扩散到孔穴内部，完全被排阻在孔外，只能在凝胶颗粒外的空间随流动相向下流动，它们经历的流程短，流动速度快，所以首先流出；而较小的分子则可以完全渗透进入凝胶颗粒内部，经历的流程长，流动速度慢，所以最后流出；:。7、分配系数：指一定温度下,处于平衡状态时，组分在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比，以K表示。1、按层析机理分类：二十二章：1、吸附：利用多孔性固体作为吸附剂来处理液体或气体混合物，使其中的某一种或数种组分被吸附在固体表面以达到分离目的的一种单元操作。2、多孔性固体：物质内部分子的排列很松散(存在颗粒内微孔)，比表面很大，内表面积比外表面积大几百倍，具有较高的吸附势。3、交换吸附：吸附剂表面为极性分子或离子组成，则会吸引溶液中带相反电荷的离子形成双电层。4、亲和吸附：利用生物高分子物质对某些相对应物质具有专一的识别和可逆结合的能力（亲和力）来实现。1、典型的吸附分离过程：把待分离的液体（或气体）通入吸附剂中；吸附质被吸附到吸附剂表面；排出母液；吸附质脱附回收，以使吸附剂再生二十三章：1、重结晶：利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的晶体的操作。2、结晶：指物质以晶体的状态从溶液、熔融混合物或蒸气中析出的过程3、饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶液。4、过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液； 1、结晶与沉淀的区别：它们的构成单位的排列方式的不同，前者有规则，后者无规则。由于排列需要一定的时间，故在条件变化缓慢时，有利于晶体的形成；相反，当条件变化剧烈，使晶体快速强迫析出，溶质分子来不及排列时，就形成沉淀（无定形）。 结晶过程有很好的选择性，析出的晶体纯度较高。而沉淀不具有选择性。2、过饱和溶液及其形成方法？答：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液(1) 冷却（等溶剂结晶） ：适用于溶解度随温度升高而增加的体系；同时，溶解度随温度变化的幅度要适中； (2) 溶剂蒸发（等温结晶法） ：适用于溶解度随温度降低变化不大的体系，或随温度升高溶解度降低的体系； (3) 化学反应产生低溶解度物质：加入反应剂或调节pH产生新物质，当其浓度超过它的溶解度时，就有结晶析出。（4)盐析结晶：加一种物质于溶液中，以使溶质溶解度降低，形成过饱和溶液而结晶的方法称为盐析法。3、结晶的过程：(1) 过饱和溶液的形成(2) 晶核生成(3) 晶体的生长SS曲线下方为稳定区，在该区域任意一点溶液均是稳定的；SS曲线下方为稳定区，在该区域任意一点溶液均是稳定的；在TT曲线的上半部的区域称为不稳定区，在该区域任意一点溶液均能自发形成结晶，溶液中溶质浓度迅速降低至SS线（饱和）。二十四章：1、等电聚焦电泳：根据样品