生化分离工程作业

1、作业 1. 生物技术：应用生命科学研究成果，以人们意志设计，对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。现代生物技术综合学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。 2. 生化工程：生物化学反应的工程应用，主要包括代谢工程、发酵工程和生物化学传感器等，生物化学工程和生物医学工程是最初的生物工程学概念，基因重组、发酵工程、细胞工程、生化工程等在21世纪整合而形成了系统生物工程。 3. 生化反应工程：生物化学工程的重要组成部分，是化学反应工程与生物技术结合的产物。它以生物反应器为中心，主要研究发酵动力学、酶动力学，生物反应器中的

2、传递过程，生物反应器的放大规律以及生物反应器的检测和控制等。 4. 生化分离工程：生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程。 5. 热源：与工质发生热量交换的物质系统。可分为高温热源和低温热源，或者为热源和冷源。热源是指工质从中吸取热能的物质系统，冷源是指接受工质排出热能的物质系统。 6. 微生物工程：即是指发酵工程，指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。 7.

3、60;生化分离工程的一般工艺流程和所包括的单元操作及其适用范围？ 8.那些单元操作适用于生物小分子物质的提取? 层析、离子交换、亲和、疏水、吸附、电泳 9.那些单元操作适用于生物大分子物质的提取? 沉淀、吸附、萃取、超滤 10.生物分离工程的发展趋势。 膜分离技术的推广使用 、亲和技术的推广使用、优质层析介质的研究、上游技术对生化分离过程的影响、发酵于提取相结和：生物反应器方面  11.说出世界上十家生物工程方面的大公司的名称。 Amgen 安进、Roche/Genentech

4、0;罗氏、基因泰克、Johnson 强生、Novo Nordisk 诺瓦诺德、Eli Lilly 礼来、Sanofi-Aventis 赛诺菲、Abbott 雅培、Merck KGaA 德国默克、Schering-Plough 先灵宝雅、Wyeth 惠氏  作业 1.絮凝：利用絮凝剂（通常是天然或合成的大分量聚电解质以及生物絮凝剂）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小的絮凝剂的过程，其中絮凝剂主要起架桥作用。 2.凝聚：在投加的化学物质（例如水解的

5、凝聚剂，像铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。 3.凝聚值：电解质的凝聚能力可用凝聚值来表示,使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度(毫摩尔/升),称为凝聚值。 4.混凝：混凝现象是指微粒凝结现象。凝聚和絮凝总称为混凝。凝聚是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小悬浮物或胶体微粒互相吸附结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。絮凝是指由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互黏结的过程；脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。 2.凝聚原理 （1）对初始粒子表面电荷进行简单中和 （2）消除双电荷（利用中性盐，例如NaC

6、l等）而脱稳 （3）通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合 3.絮凝机制 利用电荷中和及大分子桥联作用形成10mm大小的粒子。 4.常用的凝聚剂有哪些？常用的絮凝剂有哪些？ 凝聚剂：（1）无机盐类（2）金属无机盐类（3）聚合无机盐类，例如：明矾、AlCl3.H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3 絮凝剂：（1） 聚丙烯酰胺衍生物：非离子型、阳离子型、阴离子型（2） 苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂：聚合铝盐、聚合铁盐（3）天然有机高分子絮凝剂：明胶、海藻酸钠、骨胶、甲壳素等。  作业 1.高速湿

7、法珠磨2.高压匀浆3.超声波破碎4.组织捣碎5.酶解6.自溶7.化学溶胞8.渗透压冲击9.冻结融化10.干燥11.撞击破碎 每人请任选一种破碎方法，通过若干个典型实例来详细分析说明工艺流程、工艺成败关键点、操作方法及其原理、破碎的实际效果。列出中英文参考文献。   作业 1.盐析法：指在药物溶液中加入大量的无机盐，使某些高分子物质的溶解度降低沉淀析出，而与其他成分分离的方法。盐析法主要用于蛋白质的分离纯化。 2.有机溶剂沉淀法：有机溶剂的加入会使溶质的构型及溶剂的介电常数等同时发生变化，从而使蛋白质沉淀。溶剂介电常数的降低，会使蛋白质

8、分子间的静电引力（库仑力）增大，而导致凝集和沉淀。溶质空间构型的改变致使一些原本包含在内部的疏水集团暴露于表面，并与有机溶剂的疏水集团结合形成疏水层，从而使蛋白质沉淀。 3.选择性变性沉淀法：利用蛋白质的变性作用，除去混合液中杂蛋白的方法。 4.等电点沉淀法：基于不同蛋白质离子具有不同等电点这一特性，用依次改变溶液pH值得方法，将杂蛋白沉淀除去，最终获得目标产物。 5.盐溶：在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。 6.盐析：向某些蛋白质

9、溶液中加入某些无机盐溶液后，可以降低蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出。 7.盐析：盐析:在一定的离子强度下，改变溶液的pH值及温度，达到沉淀目的，称为“”分级盐析法。 8.Ks盐析：在一定的pH值及温度条件下，改变盐的浓度（即离子强度）达到沉淀的目的，称为“Ks”分级盐析法。 9.二次盐析：在原盐浓度下,可除去难溶杂质,但不能除去易溶杂质，所以需要进行更高盐浓度的第二次盐析适用于目的蛋白的溶解性，高于“易溶杂质”的场合。 2.盐析的机理 （1） 把中性盐加入蛋白质溶液，中性盐对水分子的亲和力大于蛋白质，盐离子与蛋白质分子争夺

10、水分子，降低了用于溶解蛋白质的有效水量，减弱了蛋白质的水合程度，破坏了蛋白表面的水化膜，导致蛋白质溶解度下降；于是蛋白质分子周围的水化膜层减弱乃至消失。 （2）同时，中性盐加入蛋白质溶液后，由于离子强度发生改变，蛋白质表面电荷大量被中和，更加导致蛋白溶解度降低，使蛋白质分子之间聚集而沉淀 （3）盐离子引起原本在蛋白质分子周围有序排列的水分子的极化，使水活度降低。 由于蛋白质的组成及性质不同，所以盐析时所需中性盐的浓度也不相同。 3.有机溶剂沉淀的机理 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；&#

11、160;水溶性有机溶剂本身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 4.二次盐析如何实现？ 由于不同的蛋白质其溶解度与等电点不同，沉淀时所需的pH值与离子强度也不相同，改变盐的浓度与溶液的pH值，可将混合液中的蛋白质分批盐析分开，这种分离蛋白质的方法称为分段盐析法。如半饱和硫酸铵可沉淀血浆球蛋白，饱和硫酸铵则可沉淀包括血浆清蛋白在内的全部蛋白质 作业 1. 初级成核：在高过饱和度下，溶液自发地生成晶核的过程，称为初级均相成核；溶液在外来物（如大气中的微尘）的诱导下生成晶核的过程，称为初

12、级非均相成核。 2.二次成核：物质的一个或几个晶体存在于它们的过饱和溶液中，会引起新晶体的生长，其中的成核作用，不会按其他方式发生。 3.直接结晶  4.间接结晶  5.晶核：结晶过程中首先形成的晶体的胚芽。结晶过程是一个相变过程。在开始由气相或液相形成晶相时，一般说是很困难的，原子或分子在气相或液相的吉布斯函数很高，必须在很大程度上降低其分子熵才能形成晶核。 6.请画出味精结晶的TC关系图，并说明图上各曲线和区域的物理意义，在图上表示出粉状味精和棒状味精生产的操作特点。  A稳定区：不饱和区 

13、 B第一介稳区：加入晶种结晶会生长，但不产生新晶核C第二介稳区：加入晶种会生长，同时有新晶核产生  D不稳定区：瞬间出现大量微小晶核。发生晶核泛滥  7.试述食盐晶体在货架期结块的原因，并结合结晶过程说明预防的方法? 原因：先是温度高了，受潮水解，在货价上结块有两种情况，一种是温度低结晶析出；另一种是氯化钠干燥后形成块状晶体。方法：优化生产工艺参数、改善包装方式、科学设置贮存的外部条件、合理使用防结块剂等。  作业 1、膜分离技术：膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的

14、目的。 2、微滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔孔径分布范围在0.02514m之间。 3超滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，但孔径更小，为0.0010.02 m，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质。 4 纳滤：以压力差为推动力，从溶液中分离3001000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm。 5反渗透：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.00010.001 m之间（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗

15、透）。 6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。 7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。 8渗析：利用油或其他液体从润滑脂中析出的现象分离物质的一种方法。 9 电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。 10气体膜分离：在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解扩散上的差异，即渗透速率差来进行分离的。 11渗透

16、蒸发：在膜的渗透边侧形成真空，以膜的前后两侧的化学位差为推动力伴随着相变，由膜选择吸附及在膜中渗透速率不同而进行分离。 12膜蒸馏：一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。  13 膜萃取：又称固定膜界面萃取，是基于非孔膜技术发展起来的一种样品前处理方法，是膜技术和液液萃取过程相结合的新的分离技术，是膜分离过程中的重要组成部分。 14亲和膜分离：一种利用亲和配基修饰的膜（亲和膜）为介质的分离纯化生物大分子的技术，是膜分离技术和亲和层析技术的有机结合。其分离过程包括亲和吸附、洗脱、

17、亲和膜再生等步骤。 15特异性洗脱法：利用洗脱液中的物质与待分离物质或与配体的亲和特性而将待分离物质从亲和吸附剂上洗脱下来。 16非特异性洗脱：利用一般液中的物质将待分离物质而将待分离物质从亲和吸附剂上洗脱下来。 17当采用超滤法生产牛奶时，常出现通透量持续下降的现象，请设计一个合理的方案予以解决，并说明设计的依据。超滤过滤时出现通量持续下降是正常的，一般的方法有:降低处理量、间断正冲一下、如果可能一定时间后采用纯水反洗一下。  18 试对常用的四种超滤器的性能进行比较。  板框式保留体积小，操作费用低的压力降，液

18、流稳定，比较成熟 投资费用大，大的固含量会堵塞进料液通道，拆卸比清洁管道更费时间 螺旋卷式 设备投资低，操作费用也低，单位体积中所过滤面积大，换新膜容易料液需经预处理，压力降大，易污染，难清洗，液流不易控制管式 易清洗，单根管子容易调换，对液流易控制，无机组件可在高温下用有机溶剂进行操作并可用化学试剂来消毒 高的设备投资和操作费用，保留体积大，单位体积中所含有过滤面积较小，压力降大中空维式 保留体积小，单位体积中所含过滤面积大，可以逆流操作，压力较低，设备投资低 料液需要预处理，单根纤维管损坏时，需调换整个组件，不够成熟&#

19、160; 19请比较说明微滤、超滤、纳滤和反渗透等四种常用膜分离技术的异同点。 微滤：以孔径细小的多孔薄膜为过滤介质，以压力差为推动力，使物料分离的过滤操作。超滤：以压力为推动力，由于超滤膜的孔劲在0.0010.02微米之间，大于该范围的分子、微粒胶团、细菌等均被截留富集在高压侧，浓度逐渐增大，透过膜的小分子物质存在于渗透液中，从而实现了组分分离的操作。反渗透：在高于溶液渗透压的压力作用下，溶剂透过膜，而溶液中大分子、小分子有机物及无机盐等溶质被截留的过程称为反渗透。纳滤：介于反渗透与超滤之间的一种膜分离技术，因纳滤膜具有1纳米左右的微孔结构，故为纳滤。 相同点：

20、都是膜分离技术的一种。不同点：微滤的分离机理：（1）过筛截留（2）吸附截留（3）架桥截留（4）网络截留（5）静电截留  超滤的分离机理：为筛孔分离过程但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素，即超滤过程中溶质的截留有在膜表面的机械截留（筛分）、在膜孔中停留而被去除（阻塞）、在膜表面即膜孔内的吸附（一次吸附）3种方式。反渗透的分离模型：1、溶解-扩散模型2、 优先吸附毛细孔流理论3、 氢键理论纳滤膜在分离应用中两个显著特性：对水中分子量为数百的有机小分子成为具有分离性能；对无机盐有一定的截留作用。作业 1.离子交换技术：离子交换是指水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子（HCO等离子）与交换柱中的阳树脂的H+离子和阴树脂的OH离子进行交换，从而达到脱盐的目的。 2.阳离子交换树脂：一种化学物质，主要用于制造精糖和高级食用糖浆的提纯。 3.强碱性阴离子交换树脂：按骨架分为“苯乙烯系”和“丙烯酸系”两种，