生物分离原理及技术

1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章：绪论1、生物分离工程在生物技术中的地位？ 答： 生物技术的主要目标是利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品，而分离纯化过程是生物产品工程的重要环节。因此，生物分离工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节，在生物技术研究和产业发展中发挥着重要作用，其技术进步程度对于保持和提高各国在生物技术领域内的经济竞争力有至关重要的作用。2.生物分离工程的特点是什么？生物产品的多样性产品的多样性导致分离方法的多样性3.生物分离技术分为哪几个阶段？以及各阶段使用的相关技术？A. 不溶物的去除过滤，离心，细胞破碎B. 产物粗分离离子

2、交换吸附，萃取，溶剂萃取，反微团萃取 ，超临界流体萃取，双水相萃取C. 纯化色谱，电泳，沉淀，结晶D. 产品的精制结晶，干燥4、分离过程的成本占产品总投资的大部分，因此在设计产品的回收和纯化过程设计中，应考虑下列问题. 产品价值. 产品质量. 产物在生产过程中出现的位置. 杂质在生产过程中出现的位置 主要杂质独特的物化性质是什么. 不同分离方法的技术经济比较生物分离工程是生物工程的下游技术生物分离工程的定义：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程 (Downstream Pr

3、ocessing)。 单元操作：完成一道工序所需的一种方法和手段。 第二章 过滤1、何谓过滤 ？过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差P作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。2发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？答：由于发酵液和生物溶液是高粘度的非牛顿型流体，所以过滤是相当困难的，高黏性的可压缩滤饼有事呈难渗透的胶体，使过滤难以进行，菌丝体尤其如此。预处理的的方法：加热法、凝聚和絮凝、加助滤剂3.凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成 mm 大小块状凝聚体

4、的过程。絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。通过混凝结合使用4.固液分离的方法有哪些？过滤和离心分离5.过滤介质有哪几种？答：无定形颗粒，成型颗粒，非金属织布，金属织布，无纺品SchulzeHardy法则：反离子的价数越高，凝聚价越小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受化合价、水化半径、离子运动能力的影响，次序为：Al3+ Fe3+ H+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Li+第三章 离心和沉降1、沉降与离心的异同？ 答：离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度

5、的固体颗粒加速沉降的分离过程。当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降2.、离心沉降的速度方程 ？答：离心沉降方程为： 式中， 转鼓回转角速度，r/s；r 转鼓中心轴线与微粒间距离, m. 3.、离心设备可分为哪两大类?答：过滤式离心机：三足式离心机；卧式刮刀离心机；螺旋卸料离心机（不是重点）沉降式离心机：根据结构分管式离心机和碟式离心机（重点）第四章 细胞破碎1.常用的细胞破碎方法有哪些？答;化学破碎法：渗透冲击，酶消化法，增溶法，脂溶法，碱处理法机械破碎法：匀浆法，研磨法，超声波法，珠磨破碎法其它破碎方法2在选择细胞破碎方法时需要考虑哪些因素？答：细胞壁的组

6、成成分破碎方法的选择.酶消化法和碱处理法的优缺点？答：酶消化法：优点：发生酶解的条件温和，能选择性地释放产物，胞内核酸等泄出量少，细胞外形较完整。缺点：溶酶价格高，溶酶法通用性差（不同菌种需选择不同的酶)，产物抑制的存在碱处理法和酶消化法相反，反应激烈，不具选择性，而且较便宜。.细胞破碎常用的表面活性剂？十二烷基硫酸钠（SDS，阴离子型）；非离子型如Triton X-100和吐温（Tween）等细胞破碎（cell rupture）技术：是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内物质包括目的产物成分释放出来的技术。第五章： 萃取萃取:溶质从料液转移到萃取剂的过程。 反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂

7、的过程。在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操作就称为反萃取。乳化：水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象。HLB（亲憎平衡值）：表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱，在工业上常用HLB来表示。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，与待分离的物料(液体或固体)接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，使萃取物得到分离所谓超临界流体(SCF):即处于临界温度、临界压力以上的流体。 在临界温度、压力以上，无论压力多高，流体都不能液化但流体的密度随压力增高而增加。（特点：密度接近液体、萃取能力强、粘度接

8、近气体、传质性能好)1.物理萃取和化学萃取的区别?答：物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡定律。2、液液萃取从机理上分析可分为哪两类？ 答：物理萃取和化学萃取。 3、何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？ 答分配定律：一定T、P下，溶质在两个互不相溶的溶剂中分配，平衡时，溶质在两相中浓度之比为常数。分配系数k为 ： 4.何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 答：双水相萃取法是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。 常见的双水相构成体系可以分为三类：互不相溶，形成两个水相，两种高聚物分别富集于上、下两相；复合凝聚，也形成两个水相，但两

9、种高聚物都分配子一相，另一相几乎全部为溶剂水；完全互溶，形成均相的高聚物水溶液。5、萃取操作方法？根据料液和溶剂接触及流动情况，可以将萃取操作分为单级萃取和多级萃取。6. 何谓双水相萃取？利用生物物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行分离的过程7.影响双水相萃取因素？成相高聚物浓度，成相高聚物的，电化学分配，疏水作用，生物亲和分配，温度及其它因素萃取的影响因素及应用？影响因素：，盐浓度，盐离子的种类，蛋白质分子量M，底物的种类及浓度，助表面活性剂应用：蛋白质分离，胞内酶的提出，蛋白质复性常用于生化萃取的有机溶剂有：丁醇、丁酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等第六章 ：吸附和离子交换什么是吸附

10、过程？吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中的分离的的过程吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？物理吸附，化学吸附，交换吸附常用的吸附剂种类有哪些？活性炭，大孔网状聚合物吸附剂，活性白土，硅藻土等什么是吸附等温线？当固体吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量m与溶液中溶质的浓度和温度有关，当温度一定时，吸附量只和浓度有关，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线影响吸附过程的因素有哪些？吸附剂的性质，吸附质的性质，温度，盐浓度，吸附物浓度与吸附剂用量什么是亲和吸附？其特点有哪些？亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间特殊的化学作用，从而实现分离

11、。亲和吸附的特点：效率高，分离精度高，通用性较差常用的吸附单元操作有哪些方式？间歇吸附，连续搅拌吸附，固定床吸附 什么是离子交换法？离子交换法是利用农业中各种带电粒子与离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。离子交换树脂的结构由哪三部分组成？树脂骨架，功能基团，活性离子离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？按化学功能团分：阳离子交换树脂，酸性基团，(弱酸性、强酸性)：如活性离子H 氢型阳树脂阴离子交换树脂，碱性基团， (弱碱性、强碱性)：如活性离子OH 羟型阴树脂；离子交换的机理是什么？离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。什么是

12、离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？离子交换的选择性：某种树脂对不同离子吸附亲和性的差别。离子交换树脂的选择性影响因素：离子水化半径，离子化合价，溶液的酸碱度，交联度，膨胀， 辅助力， 有机溶剂离子交换操作方式？ 静态：操作简单、但是分批操作，交换不完全 动态：离子交换柱，交换、洗脱、再生等步骤均在柱内进行，亦称为离子交换层析法, 操作连续、交换完全，适宜多组份分离离子交换操作步骤？树脂的选择， 树脂预处理， 离子交换吸附，洗脱，再生、常用的离子交换树脂类型有哪些？ 答：离子交换树脂有多种分类，主要有四种：第种按树脂骨架的主要成分分类，如聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸测树脂、环氧氯丙烷型多烯多

13、胺型树脂、酚醛型树脂等；第二种按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；第三种按骨架的物理结构分类，可分为凝胶型树脂亦称微孔树脂、大网格树脂亦称大孔树脂、以及均孔树脂；第四种按活性基团分类，分为含酸性基团阳离子交换树脂和含碱性基闭的阴离子交换树脂。由于活性基团的电离程度强弱不同又可分为强酸性和弱酸性阳离子交换树脂及强碱性和弱碱性阴离子交换树脂。此外，还有含其他功能基团的整合树脂、氧化还原树脂以及两性树脂等。 、影响离子交换速度的因素有哪些？ 答：影响交换速度的因素有： 颗粒大小；交联度； 温度；离子的化合价；离子的大小；搅拌速度；溶液浓度 、用于蛋白质提取分离的离子交换剂主要有哪几类？ 多糖

14、类， 聚乙烯酵类；聚丙烯酸经乙酯类；系离子交换树脂第七章 ：色谱分离1、色谱方法共分几类？并简述其原理 答：根据分离的机理，色谱法可以分为： 1.吸附色谱法靠吸附力不同而分离； 2.分配色谱法靠物质在两液相间的分配系数不同而分离； 3.离子交换色谱法靠各物质对离子交换树脂的化学亲和力不同而分离； 4.凝胶色谱法靠各物质的分子大小或形状不同而分离。根据固定相的形状不同，可以分为：柱色谱法、纸色谱法、薄层(板)色谱法、凝胶色谱法和旋转薄层色谱法等。 根据流动相的物态可以分为：气相色谱法和液相色谱法。气相色谱法分离效果很好，但仅用于能气化的物质，在抗生亲生产中很少应用。 根据实验技术，色谱分离法可以

15、分为迎头法、顶替法和洗脱分析法。 （此分法非重点）2、薄层色谱的步骤？其常用的展开剂及展开方式？步骤：点样，展开，显色展开剂：正丁醇-甲酸-水（15：3：2）展开方式：上行色谱，下行色谱，径向色谱第八章 ：沉析什么是沉析？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。沉析法纯化蛋白质的优点有哪些？层析法具有简单、经济、浓缩倍数高的优点沉析的一般操作步骤是什么？Step 1 在经过滤或离心后的样品中加入沉析剂；Step 2 沉淀物的陈化，促进晶体生长；Step 3 离心或过滤，收集沉淀物；何谓盐析？在高浓度的中性盐存在下，蛋白质（酶）等生物大分子物质在水溶液

16、中的溶解度降低，产生沉淀的过程。盐析操作时常用的盐是什么？硫酸铵，硫酸钠，磷酸盐，柠檬酸盐等影响盐析的主要因素有哪些？溶质种类，溶质浓度，有机溶剂沉析法概念及原理是什么？概念：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。影响有机溶剂沉析的主要因素有哪些？，搅拌，溶液，离子强度，样品浓度，金属离子的助层析作用等电点沉析的工作原理是什么？蛋白质是两性电解质，当溶液pH值

17、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。、常用的蛋白质沉淀方法有哪些？盐析，有机溶剂层析，等电点层析第九章 ：膜分离1、膜分离技术？ 答：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术膜分离的特点？操作在常温下进行；是物理过程，不需加入化学试剂；不发生相变化（因而能耗较低）；在很多情况下选择性较高；浓缩和纯化可在一个步骤内完成；设备易放大，可以分批或连续操作。常见膜分离方法？ 按分离粒子大小分类：透析，微滤超滤，纳滤，反渗透，电渗析，渗透气化影响截留率的因素？分子形状，吸附作用，浓差极化作用，温度，浓度，错流速度，pH、离子强度、简述超滤技术的的特点及其应用？ 答：超滤技术是最