生化分离工程题目答案(仅供参考).doc

1. 生化分离工程是生化工程的一个重要组成部分，它是描述回收生物产品分离过程原理和方法的一个术语，指从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。2. 生物技术下游加工过程的一般步骤和单元操作: (1) 发酵液的预处理与固液分离 选用的单元操作有限，一般选用过滤和离心的方法，有时也伴有沉降操作，错流过滤也较为常用。对非外泌性产物，还需进行细胞破碎。(2) 初步纯化（或称产物的提取） 通过一个和几个单元操作以除去与目标产物性质有很大差异的杂质，提高了产物的浓度和质量。单元操作如吸附、萃取和沉淀。(3) 高度纯化（或称产物的精制） 选用的单元操作有限，所用的技术对产物有高度的选择性，典型的单元操作有层析、电泳和沉淀等。(4) 成品加工 产物的最终用途和要求，决定了最终的加工方法，浓缩和结晶常常是操作的关键。 3. 工艺设计原则是什么？1） 技术路线、工艺流程尽量简单化、集成化，尽量降低成本；2） 将完整工艺划分为不同的操作单元；3） 采用成熟技术与可靠设备；4） 纯化开始前编写、备好书面标准操作程序等技术文件；5） 适宜的检测方法。4. 简述本课程所介绍的公用设施及设备。 1）洁净空气制备系统。空气调节的目的主要是通风以及通过各种空气处理（如净化、加热或冷却、加湿或除湿等）来维持室内适宜的温度环境。洁净空气调节系统的组成：小规模、单分区洁净空气调节系统；中大规模、多分区洁净空气调节系统两类空气净化和空气过滤器：由于不同的洁净室对洁净级别的要求不同，因此采用不同种类的空气过滤器，有初效中效高效静电过滤四种方式过滤器。2）洁净室及洁净空气调节系统的测定洁净室，包括乱流和层流洁净室洁净室的物理指标和生物学指标：温度、相对湿度、噪度、照度、静压差、层流风速、换气次数。洁净空气调节系统的测定和调整：A：空气调节系统的空气平衡测定和调整:N=Q B：洁净室参数的测定：a)室内温度和相对湿度的测定b）室内静压差的测定c）室内洁净度的测定d)室内浮游菌和沉降菌的测定e）室内噪声的测定f）室内噪度的测定3）低温环境系统：制冷技术应用的三个温区：低温（-120），中温(-1205)、高温冷库制冷系统的基本组成：冷冻压缩机、冷凝器、蒸发皿、水冷却皿以及其他组件冷库的类型：由保温围护系统、冷冻系统、电控网络系统等组成的用于冷冻、冷藏的成套设备。A：按用途分：生产性冷库、分配性冷库、零售消费性冷库。B：按围护结构的特点分：土建式冷库和装配式冷库。4）生产用水供应系统：制药用工艺用水：工艺用水中使用的水，按化学成分和微生物为纯度指标的不同分为饮用水、纯化水和注射用水3大类：水系统：设备操作原理为：A：预处理系统：沙滤、活性碳过滤、微滤B：反渗透系统C：多效蒸馏系统：生产无菌、无热原水、重现性要好D：纯水/注射用水储罐。5. 错流过滤：料液给过滤介质表面一个平行的大流量冲刷，则过滤介质表面积累的滤饼就会减少到可以忽略的程度，而通过过滤介质的流速会比较小，称切向流过滤。板框过滤：是工业上常用的过滤方式，属于滤饼过滤，由多组滤板和滤框交替排列而成，板与框用机架支撑，在滤板的两边覆盖以过滤纸板，过滤面积大，过滤推动力能大幅度调整，并能耐受较高压力差，对不同过滤特性的发酵液适应性强。6. 如欲提高固体剪切法（珠磨技术）的破碎效率，应从哪些方面考虑？珠磨技术破碎的速率和效率是所有操作参数的函数，这些因素包括转盘外缘速度 u、细胞浓度c、珠粒大小、温度和流量Q，故欲提高固体剪切法的破碎效率，应从这些因素考虑。1） 转盘外缘速度 u 的影响：在一定的范围内，破碎的比速度与这个外缘速度成正比，但由于高速能量旋转所引起的能量消耗、高的热量产生和珠粒的磨损以及因剪切而引起的产物的失活，必须限制圆盘外缘的速度，故实际生产中应控制合适的速度。2） 细胞浓度 c 的影响：产生的热量随细胞浓度的降低而下降，但是单位细胞重量所消耗的功率却会增加，故应使细胞浓度控制在合适的范围。3） 珠粒大小的影响：磨珠越小，细胞破碎速度也越快，但磨珠太小又易于漂浮，对于一定的细胞，存在适宜的的微珠粒径，使细胞破碎率最高，故应选择最合适的粒径。4） 温度的影响：一般用冷却夹套和搅拌轴的方式来调节磨室的温度，降低温度主要是保证所分离的成分不失活。5） 流量Q的影响：流量增加，破碎量下降，单位质量的能耗降低；流量降低，弥散和返混增加。故使控制合适的流量以提高破碎效率。7. 超声波的作用：a. 机械作用：使物质作激烈的强迫机械作用，并产生单向力作用。 b. 空化作用: 在液固两相的交界处，存在一些小空泡，声波的稀疏阶段使小空泡迅速地涨大，在声波的压缩阶段，小泡又突然被极度地压缩。在小泡突然被压缩时，液体以极大的速度来填充空穴，使小泡附近的液体或固体都受到上千个大气压的高压。这种现象称为空化现象。 c. 热作用：媒质对超声的吸收会引起温度上升，往往造成分界面处的局部高温。超声波破碎细胞的原理：在细胞悬浮液中输入高的声能时，在细胞周围会形成许多小气泡，在压缩相中气泡会被压缩，直到不能被压缩时，气泡破裂，释放出猛烈的震波。这种震波通过介质传播，此时大量声能被转化成弹性波形式的机械能，引起局部的剪切梯度使细胞破碎。8. 离心沉降：利用固液两相的相对密度，在离心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液的分 离操作离心过滤：利用离心力并通过过滤介质，在有孔转鼓离心机中分离悬浮液的操作9. Fr表示粒子在离心机中产生的离心加速度与自由下降的加速度之比；Fr=2r/g来定量评价分离的效果：Fr愈大，愈利于分离。常按分离因数Fr的大小对离心机分类： A）Fr3000，常速离心机； B）Fr = 3000 50000，中速离心机； C）Fr 50000，高速离心机； D）Fr = 2 104 106，超速离心机.10. 膜的截留相对分子质量：在截留曲线上，截留率为90%或95%的溶质的相对分子质量定义为膜的截留相对分子质量。11. 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，用于截流高分子溶质或固体颗粒。超滤膜的孔径比微滤膜小，是根据高分子溶质之间或高分子与小分子溶质之间相对分子质量的差别进行分离的方法，主要用于处理不含固形成分的料液。微滤一般用于悬浮液的过滤，广泛用于菌体细胞的分离与浓缩，微滤过程中膜两侧的渗透压差可忽略不计，由于膜孔径较大，操作压力比超滤更低。12. 浓差极化指在超滤过程中，由于水透过膜，因而在膜表面的溶质浓度增高，形成梯度，在浓度梯度的作用下，溶质与水以相反方向扩散，在达到平衡状态时，膜表面形成一溶质浓度分布边界层，它对水的透过起着阻碍作用。通过改变流速、压力、温度和料液浓度等可以降低浓差极化效应。方法包括降低压力，降低膜表面的浓度，降低溶质在料液中的浓度等。13. 聚合物分子量对分配系数的影响取决于聚合物的化学性质，在PEG/葡聚糖系统中，蛋白质的分配系数随着葡聚糖相对分子量的增加而增加，但随PEG相对分子量的增加而降低，后面的结果是由于PEG相疏水性升高而造成的。14. 超临界流体：是一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即临界点后的流体。超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction）：是将超临界流体作为萃取剂的一种萃取技术，它兼有传统的蒸馏和液液萃取的特征。15. 拖带剂 又称夹带剂、改性剂（modifier）或共溶剂（cosolvent）,指在流体中的于被萃取物亲和力强的组分，以提高其对被萃取组分的选择性和溶解度的成分。16. 沉淀法 改变溶液的条件，使蛋白质以固体形式从溶液中分出的操作技术称为固相析出分离法。17. 常用的蛋白质沉淀方法有中性盐盐析法，等电点沉淀法，有机溶剂沉淀法，其他沉淀法如金属离子沉淀法等。 提高盐析效果的思路： 影响盐析效果的因素有盐的种类，浓度，温度，PH，蛋白质起始浓度等。欲提高盐析效果，应从这些因素着手：1）盐的种类和浓度：在选择盐析用盐时，要考虑不同种类各种离子的盐析效果，之后还要考虑：溶剂度大，能配制高离子强度的溶液；溶解度受温度影响小；盐溶液自身密度不高，以便蛋白质沉降和离心分离。2）温度：温度升高，蛋白质溶解度增大，高离子强度时，升高温度，蛋白质溶解度下降。3）PH: 接近等电点时，溶解度最小，调节溶液PH在等电点附近有利于提高盐析效果。 4）蛋白质起始浓度：蛋白质起始浓度不同，沉淀所需无机盐用量也不同，提高蛋白质起始浓度可减少盐用量。但过高的蛋白质浓度会导致沉淀中杂质增多。故应控制合适的蛋白浓度以提高盐析效果。18吸附层析： 剂对组分的吸附能力的差别进行分离。离子交换层析：以离子交换剂作为柱的填充物，以适当的溶剂作为移动相，使组分按他们的离子交换亲和力的不同而得到分离。 疏水作用层析：靠疏水基团的疏水力来分离生物大分子。 凝胶过滤层析：根据分子分子量的不同来分离生物大分子。 亲和层析： 子化合物可以和它们相对应的配基进行特异并可逆结合的原理来分离目标化合物。 金属螯合层析：利用金属离子与有关蛋白残基的特异螯合作用来分离纯化高分子化合物。 共价作用层析：利用溶质分子与层析剂凝胶之间的共价吸附作用将目的产物与其他溶质分子分离开来的层析方法。 正相与反相层析：是分配层析的扩展，基于流动相与固定相之间分配系数的差异来分离纯化化合物。19. 带电荷的目标分子通过离子交换，与离子交换固定相上带固定电荷的功能基团之间发生静电作用，因不同目标分子与固定相的静电作用力不同而导致相互分离的层析方式称为离子交换层析。通过提高洗脱剂的PH和离子强度可使交换到介质上的蛋白质逐步洗脱下来。一般的洗脱展开层析方式有静态洗脱和动态洗脱两种方式。20. 色谱装置主要有哪几个部件组成？溶剂储存器，溶剂过滤器，进样室，层析柱，检测器，收集器，记录仪21. 如何理解灌注色谱？灌注色谱的诞生是从分离介质的突破开始的，由美国Perseptive Biosystems公司开发、取名为POROS的系列灌注色谱介质是由苯乙烯(ST)和二乙烯基苯(DVB)通过悬浮聚合、乳液聚合等方法制备的多孔型高度交联的聚合物微球。颗粒内包含有：1）贯穿孔，孔径在600-800nm,它允许液体对流到分离介质的内表面，2）扩散孔，孔径在50-150nm,两种孔隙结构与传统介质的孔结构相比有许多独特性。这些颗粒的粒径规格有粒径规格为10m(H型)和20m(M型)及50m(F型)三种。通过介质表面的衍生化反应，连接不同的官能团，构成多种模式的介质类型。POROS分离介质具有抗压性强、化学性质极为稳定、操作温度低等优点，所以适应性广。灌注色谱具有以下特点：a灌注色谱 打破了传统的流速与分辨率，容量间的三角关系，在流速增加的情况下，柱容量，分辨率均不会下降，且柱压力也不会升高。b分离速度与传统色谱相比快了10100倍，并且保证了一定的分辨率和柱容量c分离速度的加快减少了溶质分子在柱内的保留时间，提高了分离物分子的生物活性，灌注色谱法是一种快速高分辩分离生物大分子的方法d分析时间的缩短和高的柱容量，降低了大规模色谱分析的成本22 . 影响蛋白质结晶的因素：1）样品浓度：样品浓度越高越容易结晶，而且一般控制在3%5%的范围内2）样品纯度：采用高纯度的蛋白质是对其进行结晶的前提，样品纯度越高越容易结晶，而且结晶母液的纯度一般接近或超过50%。溶液中某些外来的微粒可能作为成核中心而使晶核更多, 影响晶体纯度, 因此应该尽量避免过饱和溶液中有尘粒, 或在结晶前将准备结晶的蛋白质溶液高速离心将其除去, 而且要尽可能避免产生小的气泡。3）溶液的pH值：蛋白质之间的相互作用是使蛋白质