生物分离工程模考试题含参考答案

生物分离工程模考试题含参考答案一、选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种方法不属于固液分离的方法（）A.过滤B.离心C.萃取D.沉降答案：C。解析：过滤、离心、沉降是常见的固液分离方法，萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶液中提取出来的方法，不属于固液分离方法。2.超滤膜的分离原理主要是基于（）A.筛分作用B.静电作用C.吸附作用D.亲和作用答案：A。解析：超滤膜分离主要依据溶质分子大小不同进行筛选，较大分子被截留，较小分子通过膜，主要原理是筛分作用。3.在离子交换色谱中，强酸性阳离子交换树脂的活性基团通常是（）A.SO₃HB.COOHC.NH₂D.OH答案：A。解析：强酸性阳离子交换树脂的活性基团是SO₃H，COOH是弱酸性阳离子交换树脂活性基团，NH₂一般是阴离子交换树脂可能有的结构相关部分，OH与强酸性阳离子交换树脂活性无关。4.液液萃取中，选择萃取剂的首要原则是（）A.与原溶剂互不相溶B.对溶质有较大的溶解度C.价格便宜D.分子量小答案：A。解析：液液萃取时，萃取剂与原溶剂必须互不相溶，这样才能形成两相，实现溶质的转移，这是首要原则，对溶质有较大溶解度等也是要考虑因素，但不是首要的。5.吸附色谱中，硅胶属于（）A.极性吸附剂B.非极性吸附剂C.离子交换剂D.亲和吸附剂答案：A。解析：硅胶表面存在硅醇基等极性基团，能够与极性化合物发生较强的相互作用，属于极性吸附剂。6.下面关于超临界流体萃取的特点，错误的是（）A.萃取温度低B.萃取效率高C.选择性差D.产品分离容易答案：C。解析：超临界流体萃取选择性好，可通过改变操作条件如温度、压力等，有针对性地提取目标成分，同时它具有萃取温度低、萃取效率高、产品分离容易等特点。7.膜分离过程中，膜的截留分子量是指能被膜截留（）的溶质的分子量。A.90%以上B.80%以上C.70%以上D.60%以上答案：A。解析：膜的截留分子量通常定义为能被膜截留90%以上的溶质的分子量。8.在泡沫分离技术中，泡沫形成的必要条件是（）A.气液两相接触B.溶液中存在表面活性剂C.搅拌D.加热答案：B。解析：泡沫分离时，溶液中存在表面活性剂是泡沫形成的必要条件，表面活性剂降低了气液界面的表面张力，使得气体分散在液体中形成稳定的泡沫。气液两相接触、搅拌等可促进泡沫形成，但不是必要条件，加热一般不利于泡沫稳定不构成必要条件。9.以下哪种物质可作为亲和吸附剂的配基（）A.酶的底物B.葡萄糖C.脂肪D.淀粉答案：A。解析：亲和吸附剂的配基需能与目标分子特异性结合，酶的底物可与相应的酶发生特异性的结合作用，可作为配基；葡萄糖、脂肪、淀粉一般不具备作为亲和吸附剂配基的特异性结合性质。10.盐析操作中，最常用的盐是（）A.硫酸钠B.硫酸铵C.氯化钠D.碳酸钠答案：B。解析：硫酸铵溶解度大、温度系数小，分段盐析效果好，且对许多生物分子有保护作用，是盐析操作中最常用的盐。二、填空题（每空2分，共20分）1.生物分离过程一般可分为__预处理__、__固液分离__、__初步纯化__、__高度纯化__和成品加工等主要步骤。解析：生物分离首先需要对原料进行预处理去除一些杂质等，接着进行固液分离得到液相提取液，然后初步纯化富集目标成分，再进行高度纯化得到高纯度目标产物，最后进行成品加工得到符合要求的产品。2.影响过滤速率的因素主要有__过滤压力差__、__过滤介质的孔径和阻力__、__滤液的黏度__、__滤饼的性质__等。解析：过滤时，过滤压力差是过滤的动力，压力差越大过滤速率可能越快；过滤介质的孔径和阻力影响着流体的通过难易程度；滤液黏度越大流动性越差，过滤速率越慢；滤饼的孔隙率、厚度等性质也会对过滤速率产生重要影响。3.离子交换树脂的交联度越大，树脂的__结构越紧密__、__选择性越强__、__交换容量越小__。解析：交联度是离子交换树脂中交联剂的含量，交联度大，树脂内部结构紧密，对不同离子的选择性增强，但同时可供离子交换的活性基团相对减少，交换容量变小。4.凝胶过滤色谱中，凝胶的种类主要有__葡聚糖凝胶__、__琼脂糖凝胶__、__聚丙烯酰胺凝胶__等。解析：这几种凝胶是凝胶过滤色谱中常用的固定相材料，各自具有不同的孔径范围和物理化学性质，可适用于不同分子量范围生物分子的分离。三、判断题（每题1分，共10分）1.固液分离过程中，过滤的分离效率一定比沉降高。（×）解析：过滤和沉降的分离效率取决于多种因素。在一些情况下，如颗粒较小且难以沉降时，过滤效率可能较高；但对于一些大颗粒且沉降性能良好的体系，沉降可能是高效的分离方法，不能绝对说过滤的分离效率一定比沉降高。2.透析也是一种膜分离过程，它主要基于溶质的浓度差进行物质分离。（√）解析：透析是利用半透膜两侧溶质浓度差，小分子溶质通过半透膜扩散到膜外，从而实现大小分子的分离，是基于浓度差的膜分离过程。3.超临界流体的密度与液体相近，而黏度与气体相近。（√）解析：超临界流体处于超临界状态时，其密度接近液体，因此具有较强的溶解能力；同时其黏度接近气体，扩散系数比液体大，有利于传质。4.离子交换色谱中，洗脱液的离子强度越高，越有利于目标离子的洗脱。（√）解析：在离子交换色谱中，提高洗脱液的离子强度会增加洗脱液中离子与目标离子竞争离子交换树脂上活性基团的能力，从而有利于目标离子的洗脱。5.泡沫分离主要是利用表面活性剂在气液界面的吸附作用实现物质分离。（√）解析：表面活性剂在气液界面吸附使气泡表面形成定向排列的分子层，可将溶液中的目标物质吸附到泡沫相，从而实现分离。6.吸附色谱中，非极性吸附剂易吸附极性物质。（×）解析：非极性吸附剂与非极性物质之间有较强的相互作用，易吸附非极性物质，而极性吸附剂易吸附极性物质。7.亲和吸附剂的配基与目标分子的结合必须是不可逆的。（×）解析：亲和吸附剂的配基与目标分子的结合应该是可逆的，这样在吸附目标分子后能通过合适的方法使它们分离，以便回收目标分子和重复使用亲和吸附剂。8.膜分离过程中，截留率与膜的孔径有关，与溶质的性质无关。（×）解析：截留率不仅与膜的孔径有关，还与溶质的性质如形状、电荷等有关。如有些长链分子可能在较小孔径的膜上截留率也较低，因为它可能会通过一些弯曲的“通道”穿过膜。9.盐析对蛋白质等生物分子有一定的保护作用。（√）解析：盐析过程中，高盐浓度可降低蛋白质等生物分子的溶解度使其沉淀，但一般不会破坏它们的空间结构，在适当条件下生物分子还可复溶，对生物分子有一定的保护作用。10.凝胶过滤色谱中，分子量大的物质先流出柱子。（√）解析：凝胶过滤色谱中，分子量大的物质不能进入凝胶内部孔道，直接从凝胶颗粒间的空隙流过，路径短，所以先流出柱子；而小分子物质可进入凝胶孔道，路径长，后流出柱子。四、名词解释（每题5分，共20分）1.生物分离工程生物分离工程是指从发酵液、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，它综合运用了化学工程学、生物化学、微生物学等多学科的原理和方法，主要研究生物物质分离、纯化的过程和技术，其目的是将生物物质从原料中提取出来并达到所需的纯度和质量要求，以满足医药、食品、化工等领域的需求。2.反胶束萃取反胶束是表面活性剂在有机溶剂中形成的一种聚集体，其核心为亲水的微水相。反胶束萃取是利用反胶束的这种特殊结构，将目标生物分子增溶到反胶束的微水相中，从而实现从水相到有机相的转移，然后再通过合适的条件将目标分子从反胶束中反萃出来，达到分离和纯化生物分子的目的。它具有条件温和、选择性好等优点，可用于蛋白质、酶等生物大分子的分离。3.等电点沉淀等电点沉淀是利用蛋白质等生物大分子在等电点时溶解度最低的特性进行沉淀分离的方法。当溶液的pH值等于生物大分子的等电点时，其净电荷为零，分子间的静电斥力最小，分子容易聚集而沉淀。通过调节溶液的pH值至目标生物分子的等电点，可使目标分子从溶液中沉淀出来，用于初步纯化生物大分子。4.亲和色谱亲和色谱是一种基于生物分子间特异性亲和作用的色谱分离方法。它利用目标分子与其对应的配基之间的特异性识别和结合能力，将配基固定在色谱基质上形成亲和吸附剂。当含有目标分子的样品通过色谱柱时，目标分子与配基发生特异性结合而被吸附在柱上，其他杂质则随流动相流出。然后通过改变条件如pH值、离子强度等，使目标分子与配基解离，从而被洗脱下来，达到分离和纯化目标分子的目的，具有高度的选择性和纯度。五、简答题（每题10分，共20分）1.简述超滤技术在生物分离中的应用及优点。应用：蛋白质的浓缩和脱盐：可将蛋白质溶液浓缩，同时去除其中的小分子盐类，如在蛋白质的生产和纯化过程中常用超滤进行初步的浓缩和精制。病毒的去除：利用超滤膜的孔径大小可截留病毒等大分子物质，用于生物制品中病毒的去除以提高产品安全性，如制备疫苗时的纯化过程。发酵液的澄清：去除发酵液中的细胞、细胞碎片等大颗粒杂质，得到澄清的滤液，为后续的纯化步骤提供良好的原料，常用于抗生素、氨基酸等发酵产品的分离。生物活性物质的分级分离：根据生物分子的分子量不同，通过选择合适孔径的超滤膜，对不同分子量范围的生物活性物质进行分级分离，如分离不同分子量的多糖类物质。优点：操作条件温和：超滤过程一般在常温、低压下进行，对生物活性物质的活性影响较小，适用于热敏性、生物活性物质的分离。分离效率高：能够根据分子大小进行快速有效的分离，分离速度快，可实现连续操作，提高生产效率。无相变：过程中不发生相变，避免了传统分离方法如蒸馏可能带来的能耗高和对生物分子的破坏等问题，节约能源。选择性好：可以通过选择不同孔径的超滤膜，有针对性地截留或透过特定分子量范围的物质，实现生物分子的选择性分离。易于放大：超滤设备的结构和操作相对简单，从实验室规模到工业规模的放大比较容易，有利于工业化生产。2.分析影响萃取效果的因素有哪些。（1）萃取剂的性质：溶解性：萃取剂应对目标溶质有良好的溶解性，对杂质的溶解性则要小，这样才能有选择性地将目标溶质从原溶液中萃取出来。例如在液液萃取中，选择合适的有机溶剂，使其能溶解较多的目标生物分子。密度：萃取剂与原溶剂的密度差异要适当，便于两相分层，提高分离效率。如果密度差太小，分层困难，会影响萃取效果。化学稳定性：萃取剂应具有良好的化学稳定性，在萃取过程中不与目标溶质和其他成分发生化学反应，保证萃取过程的顺利进行和目标产物的纯度。（2）温度：一般来说，温度升高会使分子的扩散速度加快，有利于溶质的传质，提高萃取速度。但温度过高可能会使一些生物活性物质失活，同时会影响萃取剂的溶解性和挥发性等，所以需要根据具体情况选择合适的萃取温度。例如超临界流体萃取中，温度对超临界流体的密度和溶质的溶解度有重要影响。（3）pH值：对于一些具有酸碱性的溶质，溶液的pH值会影响溶质的存在状态和在两相中的分配。如在蛋白质的萃取中，调节合适的pH值可以使蛋白质以特定的离子形式存在，提高其在萃取剂中的溶解度，从而提高萃取效率。同时，pH值还可能影响萃取剂和其他杂质的性质，对萃取选择性产生影响。（4）萃取时间：萃取时间要足够，以保证溶质在两相之间达到分配平衡，但过长的萃取时间会增加成本和可能导致目标产物的降解等问题。在实际操作中，需要通过实验确定最佳的萃取时间，达到萃取效果和效率的平衡。（5）相比：相比是指萃取剂与原溶液的体积比。合适的相比可以保证有足够的萃取剂来提取目标溶质，同时也能避免萃取剂的浪费。如果相比过小，可能无法完全萃取目标溶质；如果相比过大，则会增加后续分离和回收萃取剂的难度和成本。（6）盐浓度：盐的加入可以改变溶液的离子强度，对溶质的溶解度和在两相中的分配产生影响，有时会使用盐析效应来提高萃取效率。例如在某些蛋白质的萃取中，加入一定量的盐可以降低蛋白质在水相中的溶解度，促进其转移到有机相。六、论述题（10分）论述生物分离工程在生物技术产业中的重要性及发展趋势。生物分离工程在生物技术产业中具有极其重要的地位和关键作用：1.生物分离工程是生物技术产业实现产业化的关键环节。生物技术研究成果最终要转化为有实际应用价值的产品，而生物分离工程负责将生物反应过程中产生的目标生物分子从复杂的混合物中分离、纯化出来，制成符合质量和纯度要求的产品。例如在基因工程药物生产中，如果没有高效的分离纯化技术，就无法获得高纯度、高活性的药物产品，生物技术的成果也就无法走向市场，实现产业价值。2.保证产品质量和安全性。在生物技术生产过程中，发酵液或反应液中除了目标产物外，还含有大量的杂质如细胞碎片、代谢副产物、培养基成分等。生物分离工程通过一系列的分离纯化步骤，可以有效去除这些杂质，保证产品的纯度和质量，减少杂质对产品的不良影响。对于医药生物制品而言，杂质的存在可能会引起不良反应，危害人体健康，所以严格的分离纯化过程对于保证产品的安全性至关重要。3.提高生产效率和降低成本。合理的生物分离工艺流程和先进的分离技术可以提高目标产物的回收率和纯度，减少不必要的损失。同时，优化分离过程可以减少操作步骤、缩短生产周期、降低能耗和原材料消耗，从而降低生产成本，提高企业的经济效益。例如，采用连续化的分离设备和集成化的分离工艺，可以实现大规模高效生