生物工程下游技术

生物工程下游技术

生物工程下游技术得定义

指从动植物与微生物得有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）

及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质得技术过程。实质:就就是

研究如何从混合物中把一种或几种物质分离出来得科学技术。

1、生化工程分离技术

预处理

结晶干燥

离心法:离心过滤、离心沉降、超离心

萃取法:有机溶剂、双水相、液膜、反胶团、超临界

层析法:凝胶过滤层析、反相层析、亲和、疏水相互作用、聚焦、离子交换

膜分离:微滤、超滤、

反渗透、透析、电渗透

2、生物物质常用得分离技术

氨基酸：结晶和离子交换法

蛋白质和多肽：离子交换层析、电泳

糖类：吸附层析

脂质:有机溶剂萃取、超临界流体萃取和层析

抗生素：有机溶剂萃取、离子交换、结晶和吸附层析

3、生物分离方法得选择与评价

原则：

步聚少，次序合理，产品规格(注射，非注射)，及产规模，物料组成，产品形式,

产品稳定性,危害性，物性：溶解度、电荷、分子大小、功能团、稳定性、挥发性,

废水处理

4^浓缩率:浓缩程度一般用浓缩率(conccntrati0nfactor)表达，就就是一

个以浓缩为目得得分离过程得最重要指标。浓缩率为m,mt=mx则目标产物未得

到任何程度得分离纯化。

浓缩程度一般用浓缩率(concentrationfactor)表达

,是一个以浓缩为目的的分离过程的最重要指标

o浓缩率为m

m-^TP.

mr-

17r

C

%'=产XT

xc

如果加r=m.v,则目标产物未得到任何程度的

分离纯化。

5、分离因子:分离因子又称分离系数。产品中目标产物浓度越高，杂质农度

越低，则分离因子越大，分离效率越高。

目标产物的分离纯化程度用分离因子

（separationfactor）a表达：

7P/(7c_mT

A7>/GC加V

分离因子又称分离系数。产品中目标产物浓度

越高，杂质浓度越低，则分离因子越大，分离

效率越高。

如果a=l,则目标产物未得到任何程度的分

离纯化。

6、回收率:无论就就是以浓缩还就就是以分离为目得操作过程，目标产物均

应以较大得比例回收，回收率R：生物分离操作多为间歇过程（分批操作），若原料液

和产品溶液得体积分别为VC和VP。

无论是以浓缩还是以分离为目的操作过程，目标

产物均应以较大的比例回收，回收率R:

R="PJPx1()()%

F&c

生物分离操作多为间歇过程（分批操作），

若原料液和产品溶液的体积分别为我和Vp

则回收率为

R=3*100%

■cC7c

1生物产品与普通化工产品分离过程有何不同L2设计生物产品得分离

工艺应考虑哪些因素?J3分离纯化得回收率与浓缩率如何计算？4j现代生

物分离工程研究方向有哪些特点？5j分离纯化指标有哪些?

简述pH对发酵液过滤特性得影响,并举例说明o

答:（1）pH直接影响发酵液中某些物质得电离程度和电荷性质，因此适当调

节pH值可以改善发酵液得过滤特性。⑵氨基酸和蛋白质在酸性条件下带正电,

碱性条件下带负电，等也点时净电荷为零,两性物质在等电点下得溶解度最小，等

电点沉淀法在生物工业分离中广泛使用。（3）如味精生产,利用等电点沉淀法提取

谷氨酸，一般蛋白质也在酸性范围达到等电点;膜分离中可通过调整pH值改变易

吸附分子得电荷性质，减少膜堵塞和膜污染;此外,细胞、细胞碎片及某些胶体物质

等在特定pH下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤进行。

第二章

1、预处理得目得:促进从悬浮液中分离固形物得速度，提高固液分离得效率：

⑴改变发酵液得物理性质,包括增大悬浮液中固体粒子得尺寸，降低液体黏度，，

⑵相对纯化，去除发酵液中得部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质）,以利于后续各

步操作。

⑶尽可能使产物转入便于后处理得一相中（多数就就是液相）;2」、预处理得方法

凝聚和絮凝

加热法

调节悬浮液得pH值

杂蛋白得去处3高价无机离子得去处

助滤剂

反应剂

3凝聚与絮凝:、凝聚与絮凝处理过程就就就是将化学药剂预先投加到悬浮液

中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子得分散状态,破坏其稳定性，使其聚集起来,

增大体积以便固液分离2凝聚和絮凝技术常用于菌体细小而且黏度大得发酵液

得预处理中。3凝聚和絮凝就就是两种方法，两个概念。J凝聚:指在投加得化学

物质（铝、铁得盐类）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体

得过程。j机理：

1）中和粒子表面电荷2）消除双电层结构，3）破坏水化膜

胶体双电层结构

发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周

围，在界面上形成了双电层。

正离子同时受到使她们均匀分布得热运动影响，具有离开胶粒表面得趋势。两种

相反作用力下，双电层分裂成两部:1.‘）吸附层或stern层;2）扩散层。

扩散双电层得结构模型（Gouy-Chapman-Sternmode1）o

两种相反作用力下，双电层分裂成两部n1）吸附层或stern层;2）扩散层。j扩散

双电层得结构模型（Gouy-Ch叩man-Sternmedel）oj

絮凝:指使用絮凝剂（天然得和合成得大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成

网，形成10mm大小絮凝团得过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。j机理:架桥作

用」采用絮凝法可形成粗大得絮凝体,使发酵液较易分离。

人工合成有机高分子聚合物、天然有机高分子聚合物、无机高分子聚合物

聚丙烯酰胺类絮凝剂得优点1用量少，一般以mg/L计量;」絮凝体粗大，分

离效果好；

絮凝速度快;1种类多，适用范围广。J聚丙烯酰胺类絮凝剂得缺点」存在一定得

毒性，特别就就是阳离子型聚丙烯酰胺，用于食品和医药工业时应谨慎。j天然有

机高分子絮凝剂具有无毒，易生物降解，原料来源广等优点。

天然有机高分子改性絮凝剂根据其原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物

胶类和聚多糖类。

其中淀粉改性絮凝剂得研究开发最引人注目。3微生物絮凝剂就就是近年来研究

和开发得新型絮凝剂，

由微生物或其分泌物产生得具有絮凝细胞功能得代谢产物。1主要成分就就是糖

蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。J微生物絮凝剂和天然絮凝剂最大

得优点就就是安全,无毒和不污染环境。

4、助注剂:一种不可压缩得多孔微粒,1菌体可吸附于助滤剂微粒上，降低了滤

饼得可压缩性，减小了过滤阻力。J常用得助滤剂就就是硅藻土，其次就就是珍珠

岩粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素等。

⑴粒度J根据悬浮液中得颗粒和滤液得澄清度确定，一般颗粒较小得滤饼应

采用细小得助滤剂。2(,)助滤剂将品种1根据过滤介质选择助滤剂品种。使用粗

目滤网时易泄漏，可选择石棉粉、纤维素;采用细目滤布时，可使用细硅藻土；

⑶用量

间歇操作时，过滤介质表面预涂助滤剂，其厚度应不小于2mm。连续过滤机中根据

过滤速度确定。使用硅藻土时，通常细粒为500g/m3,中等粒度70()g/m3,粗粒700

-1000g/m3o

5、反应剂:加入某些不影响目标产物得反应剂，可消除发酵液中得一些杂质对

过滤得影响,从而提高过滤速度。

1)反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，生成得沉淀能防止菌丝体

粘结,使菌丝具有块状结构，又能使蛋白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身可作为助

滤剂、3如新生霉素发酵液中加入CaC12和Na3Po4,生成Ca3(PO4)2沉

淀。J2)发酵液中含有不溶性多糖物质时，用晦将其转化为单糖,以提高过滤速

率。

如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入()、025%得淀粉酶，搅拌3()mi

n后，再加2、5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。

6、杂蛋白得去除方法

沉淀法

A等电点沉淀法(isoelectricpreCipitati0n)

蛋白质得等电点大都在酸性范围内(pH4、0-5、5),调节发酵液得pH到蛋白质

得等电点就就是除去蛋白质得有效方法。

B、酸碱调节，使蛋白质与离子形成沉淀3在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子形

成沉淀，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、苦味酸盐等;j在碱性溶液中，蛋白质与一些阳

离子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fc3+等。

变性

蛋白质从有规则得排列变成不规则结构得过程称为变性。变性蛋白质溶解度

较小。

加热1大幅度调节pH值，

加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。J不足之处、加热法只适合于对热

较稳定得目得产物;1极端pH值也会导致某些目得产物失活，且要消耗大量酸

碱;3有机溶剂法通常只适用于所处理得液体数量较少得场合。

]、沉淀法主要包括盐析法，有机溶剂沉淀法,等电点沉淀法，结晶法等

等。

2、按照一般得习惯，析出物为晶体时称为结晶，析出物为无定形固体则称

为沉淀。

3、影响盐析得因素有:无机盐得种类、溶质(蛋白质等)种类得影响、蛋白质

浓度得影响、温度得影响、pH得影响。

，吸附法

加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。j四环类抗生素生产中，采

用黄血盐和硫酸锌得协同作用生成亚铁氯化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]2得胶状

沉淀来吸附蛋白质，利用此法除蛋白质已取得很好得效果。j在枯草杆菌发薛液

中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠,这两者本身生成庞大得凝胶，把蛋白质、菌体及食

她不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。31发酵液为何

需要预处理？处理方法有哪些？其简要机理如何？

2凝集与絮凝过程有何区另4?如何将两者结合使用?3,除去发酵液中杂蛋白常

用方法有哪些？

4简述胶体双电层结沟及稳定性机理？

5什么就就是助滤剂和反应剂？能列举1-3个应用得例子1、盐析法:就就是利用

各种生物分子在浓盐溶液中溶解度得差异，通过向溶液中引入一定数量得中性盐,

使目得物或杂蛋白以沉淀析出，达到纯化目得得方法。

2、Ks盐析:在一定得pH和温度下改变离子强度（盐浓度）进行盐析，称作Ks

盐析法。Ks盐析法多用于提取液得前期分离工作。

3、B盐析:在一定离子强度下仅改变pH和温度进行盐析，称作§盐析法。在分

离得后期阶段，为了求得较好得分辨率，或者为了达到结晶得目得，有时应用§盐析

法。［3盐析法由于溶质溶解度变化缓慢且变化幅度小,沉淀分辨率比Ks盐析法好。

4、亲和沉淀：利用亲和反应原理，将配基与可溶性得载体偶联后形成我体-

配基复合物（亲和沉淀剂）,该复合物可选择性地与蛋白质结合，在一定条件下沉淀

出来。

四问答

1、什么就就是盐析作用？盐析得原理就就是什么？

答:盐析作用:向蛋白质溶液中逐渐加入中性盐，在高盐液度时,蛋白质溶解度

随之减小，发生了盐析作用。产生盐析作用得一个原因就就是由于盐离子与蛋白

质表面具相反电性得离子基团结合，形成离子对，因此盐离子部分中和了蛋白质得

电性,使蛋白质分子之间电排斥作用减弱而能相互靠拢，聚集起来。盐析作用得另

一个原因就就是由于中性盐得亲水性比蛋白质大，盐离子在水中发生水化而使蛋

白质脱去了水化膜，暴露出疏水区域，由于疏水区域得相互作用，使其沉淀。

2、如何选择盐析所用中性盐？

⑴盐析作用要强。一般来说多价阴离子得盐析作用强，有时多价阳离子反而

使盐析作用降低。

⑵盐析用盐要有足够大得溶解度,且溶解度受温度影响应尽可能小。这样便

于获得高浓度盐溶液，有利于操作，尤其就就是在较低温度下得操作，不致造成盐

结晶析出，彩响盐析效果。

(3)盐析用盐在生物学上就就是惰性得，不致影响蛋白质等生物分子得活性，最

好不引入给分离或测定带来麻烦得杂质。

(4)来源丰富、经济。

3、有机溶剂沉淀得原理就就是什么？

答:亲水性有机溶剂加入溶液右降低了介质得介电常数，使溶质分子之间得静

电引力增加，聚集形成沉淀;水溶性有机溶剂本身得水合作用降低了自由水得浓度,

压缩了亲水溶质分子表面原有水化层得厚度，降低了她得亲水性，导致脱水凝集。

4、有机溶剂沉淀影响沉淀效果得因素有那些？

答:(1)有机溶剂种类及用量

(2)pH得影响

⑶温度无机盐得含量

(4)某些金属离子得助沉淀作用

(5)样品浓度

第三章

1.影响发酵液固液分离得因素

1）发酵液中悬浮离子得大小23）发酵液得黏度viscosity:

固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大，固液分离越困难。彩响粘度得因素n

菌体得种类和浓度（重要因素”培养液中蛋白质、核酸大量存在

培养基成分

此外，某些染菌发酵液，如染细菌，则粘度会增大。

发酵过程得不正常处理，如大量过剩得培养基和消沫油加入，都会使粘度增大。

J2、常见得固液分离方法

过滤fi1trationj过滤操作就就是借助于过滤介质，在一定得压力差△口作

用下,使悬浮液中得液沐通过介质得孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现

固液分离得单元操作。,离心CentrifUgation

离心分离就就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

得固体颗粒

加速沉降得分离过程。

扩张床吸附EBA（ExpandcdBedAdsOrption）

一种新型得生物分离技术:集成化分离技术，即对已有得两种或两种以上得单元操

作进行有效得组合，组成一种有效得单元操作，以达到提高产品收率、缩短纯化步

躲、降低纯化费用和投资成本得目得

2、固液分离过滤设备

按操作方式分类:间歇过滤机、连续过滤机

按操作压强差分类:压滤、吸滤和离心过滤

典型过滤设备:

实验室用抽滤装置

板框压滤机（间歇操作）板框压滤机得过滤推动力来自泵产生得液压或进料贮槽中

得气压。

转筒真空过滤机（连续操作）真空过滤设备以大气与真空之间得压力差作为过滤

操作得推动力。生物工业中，用得较多得就就是转筒式真空过滤机和带式真空过

滤机。J过滤式离心机:由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤

筐而流出。

设备主要结构过程特点适用性

装合A加压过渡，推动力较大

过滤

滤板/滤框/A结构简单，造价低；应用广泛.对

板框压洗涤

夹紧机构/机，过滤面积大，能耗少；原料的适应性

滤机卸渣

架，间歇操作；

整理强

，洗涤时间长，生产效率低。

过滤

转鼓真转筒（滤网、洗涤，连续化生产，自动化程度高适于粒度中等

空过滤淀布）/分配吹干》真空过渡，推动力较小；，粘度不太大的

机头、滤浆槽卸渣，滤饼湿度大，设备投资高物料

过滤

离心过转鼓（滤网、洗漆，离心过渡，推动力最大；应用广泛，过

滤机滤布）/机架卸渣，滤液湿度小，设备成本高，滤面积小.

2.离心分离设备优缺点

优点分离速度快,分离效率高、3液相澄清度好;1缺点：

与过滤设备相比,设备投资高、能耗大、

离心产生得固体浓缩物和过滤产生得浓缩不同。3通常离心只能得到一种较为

浓缩得悬浮液或浆体。而过滤可获得得水分含量较低得滤饼。

3、离心得几种原理类型J（一）差速离心，特点:

介质密度均一;速度由低向高，逐级离心。

用途:分离大小相差悬殊得细胞和细胞器。

沉降顺序:核——线粒体——溶酶体与过氧化物晦体——内质网与高基体——核

蛋白体。

可将细胞器初步分离，常需进一步通过密度梯离心再行分离纯化。J（二）密度梯

度离心

用介质在离心管内形成一连续或不连续得密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置

于介质得顶部，通过离心力场得作用使细胞和细胞成分分层、分离。

类型:速度沉降、等密度沉降。J常用介质:氯化钝、蔗糖、多聚蔗糖。J分离活

细胞得介质要求：

1）能产生密度梯度，且密度高时，粘度不高；

2）pH中性或易调为中性；

3）浓度大时渗透压不大；

4）对细胞无毒。4,、膨胀床吸附原理和固相分级特性

膨胀床与传统固定床得区别在于:膨胀床得床层上部安装有调节器,当料液或清洗

液从床底输入时,吸附剂床层产生膨胀，高度调节器上升，膨胀床状态下床层高度

一般为固定床状态得2-3倍，可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液,提高目标产物

收率。j膨胀床与流化床得区别:后者得吸附型粒子和液体在床层内混合程度高,

吸附效率低，而前者得吸附剂粒子基本悬浮于固定得位置，液体得流动与固定床相

似，接近平推流，吸附效率高。

5第四章

细胞破碎得目得:破坏细胞外围，使细胞内容物释放出来。

意义:破碎细胞，提取其中得各种物质，分析细胞得结构，遗传物质得研究,

对人类得发展具有重要得意义。

细胞破碎方法分类

分类作用机理适应性_

可达较高破碎率，可较大规模操作，大

固体剪切作用

珠磨法分子目的产物易失活，浆液分离困难

机

可达较高破碎率，可大规模操作，不适

高压匀浆法液体剪切作用

合丝状菌和革兰氏阳性菌

械

对酵母菌效果较差，破碎过程升温剧烈，

超声破碎法液体剪切作用

不适合大规模操作

法

破碎率高，活性保留率高，对冷冻敏感

法固体剪切作用

X-press目的产物不适应

具有高度专性，条件温和，浆液易分

曲溶法隆分解作用

离，溶町价格高，通用性差

非具一定选择性，浆液易分离，但释放率

化学渗透法改变细胞膜的渗透性

机较低，通用性差

破碎率较低，常与其他方法结合使用

械渗透压法渗透压剧烈改变

破碎率较低，不适合对冷冻敏感的目的

法冻结融化法反复冻结-融化

产物

干燥法改变细胞膜渗透性条件变化剧烈，易引起大分子物质失活

包含体可用密度梯度离心机收集,收集得包含体用变性剂溶解，再除去变性剂

即可得到恢复活性得蛋白质产品。

1、非机械破碎方法有酶溶破碎法、化学破碎法、去垢剂破碎法、渗透压冲

击破碎法\冻融破碎法。

2、破碎率得测定:直接测定法'目得产物测定法'导定率测定法

3、基因工程包涵体得纯化过程为一洗涤—、—溶解和

复性.

目标蛋白得变性溶解通常使用得变性剂就就是——盐酸胭_和—尿素;

目标蛋白复性得方法通常有一释法一一、_膜分离法—和一层析法_。

4、气流干燥主要适用于酵母菌,一般在25-3C「C得气流中吹干;真空干燥多用

于细菌，冷冻干燥适用r不稳定得生化物质

5、细胞破碎常用得表面活性剂:十二烷基硫酸钠（SDS,阴离子型）;。非离子

型如TritonX-100和吐温（Tween）等对疏水性物质具有很强得亲和力，能结合

并溶解磷脂，破坏内膜存磷脂双分子层，使某些胞内物质释放出来

第五章

1、萃取（Extraction）指任意两相之间得传质过程。在液液萃取过程中常

用有机溶剂作为萃取试剂，因而常常称液液萃取为溶剂萃取。j溶剂萃取法就就

是生物工业中一种重要得分离提取方法。她就就是利用一种溶质组分（如产物）在

两个互不相溶得液相（如水相和有用机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上得差异

来进行分离操作得。有机溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素

等发酵产物工业规模得提取上。2j、溶剂萃取法有以下一些优点:比化学沉淀法

分离程度高;比离子交换法选择性好、传质快;比蒸惚法能耗低。另外她还有生产

能力大、周期短、便于连续操作、容易实现自动化控制等优点。

2、一个良好得溶剂要满足以下几方面得要求：

①有很大得萃取容量，即单位体积得萃取溶剂能萃取大量得产物；

②有良好得选择性，理想情况就就是只萃取产物而不萃取杂质;，③

与被萃取得液相（通常就就是水相）互溶度要小，且粘度低、界面张力小或适中;

④溶剂得回收和再生容易;

⑤化学稳定性妩不易分解，对设备腐蚀性小;J⑥经济性好,价廉易

得;3⑦安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。J生物工业上常

用得溶剂有酯类、醇类和酮类等、3,、单级萃取

单级萃取就就是使用一个混合器和一个分离器得萃取操作。

S

萃

取

器

F'RP（雇品）

料液F与萃取溶剂S一起加入混合器内搅拌:昆合萃取，达到平衡后得溶液送

到分离器内分离得到萃取相L和萃余相R,萃取相送至回收器,萃余相R为废液。

在回收器内产物P与溶剂分离（如蒸馅、反萃取等），溶剂S则可循环

使用。

目得物在两相中得数量比：

E=K•VS/VF=K/m

其中m为浓缩比，即：m=VF/VS

令未被萃取得分率为仙则:

1AE+1)

而理论收（得）率：1一9=E/（E+1）

»赤方案在10。和pH2,5W的分配系数为35,期撇的乙18行

单解取一tM

E=35x-J-=35

1,

1谢I勒

备）=3

因为研诵摩取一次,蒯-解取蚌嵇,豳在奉余相的含|仍

城高：如耨加部的用最会敲萃取相陶械过氏勒1陶触的能

能就本,也会增磷剂触的工作丸虢瞄然点,工业上多采取多嫡

雌魏。

4、多级萃取

1）多级错流萃取

图5-5多级错流萃取流程

多级错流萃取流程得特点就就是:每级均加新鲜溶剂，故溶剂消耗量大，得到

得萃取液产物平均浓度较稀，但萃取较完全。多级错流萃取流程收率

1一中=1-1/(E1+1)(E2+1)---(En+l)

例虬对赤雷索采用二级错克莓取时.K为35,第一级用1〃体机乙雷,

第二级用1/10体积乙酯，则有

El-35x^2-；|7.5-,=35x1/10=3.5

11

……诉7苗川5=98.79%

可以看到，在二级借流萃取中，当乙醋总用量为3/5体积时，理论得率为

98.79%,It乙箱用量为【体积的单级率取得率97.2%还要高一些。

多级错邮取的特点是在每级中都加入新蜗落剂，故萃取推动力较大，莓

取较完全且效果好。缺点是翻用量大，萃取法平均浓度较稔溶牺收割蚓

耗较多的能矍

2)多级逆流萃取

料液1

，物+溶剂

图5-6多级逆流萃取流程

多级逆流萃取流程得特点就就是:料液走向和萃取剂走向相反，只在最后一级

中加入萃取剂，故和错流萃取相比,萃取剂消耗少，萃取液产物平均浓度高,产物收

率最高。

多级逆流萃取流程收率

l-(p=(En+l-E)/(En4-1-l)

赤霉素二级逆流萃取的K为35,乙酯用量为1〃体积，则有

Ei=35x1/2=17.5n=2

1

1-八千黑耳=99.7%

可以看到，三种萃取流程中，以逆流萃取收率最高，溶剂用量最少，因而

普遍采用。

5、乳化和去乳化

乳化:就就是一种液体(分散相)分散在另一种不相混溶得液体(连续相)中

得现象。乳化发生后，两相分层困难,出现夹带现象，彩响收率和分离效果。

乳化得结果可枪形成两种形式得乳浊液。一种就就是水包油型(0/3),另

一种为油包水型。(70)。

由蛋白质引起得乳化，构成形式为0/W型,液滴粒径再、5〜30微米。

形成稳定得乳浊液，一般应有第三种物质即表面活性剂得存在。

乳浊液得稳定性与下列因素有关:

①界面上保护膜就就是否形成；

②液滴就就是否带电；

③介质得粘度。

其中①最重要。在发酵液中，蛋白质就就是引起乳化得最重要得表

面活性物质。

表面活性剂亲水性强,乳化时易形成水包油。

表面活哇剂疏水性强,乳化时易形成油包水。

6、破乳化

破乳方法：

1）过滤或离心分离破乳法，

2）化学法（加电解质中和离子型乳浊液得电荷）

3）物理法（加热、稀释、吸附等）

4）顶替法（加入表面活性更大，但因其C链较短难以形成坚

固得保护膜得物质，取代界面上得乳化剂，如戊醇）

5）转型法（如在O/W中加入亲油性乳化剂，使乳化液有生成

w/0得倾向，但又不稳定，从而达到破乳目得）

7、浸取:用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中得过程称为浸取,

也称之为浸出。

溶剂从固体颗粒中浸取可溶性物质得过程一般包括以下一些步骤：

1）溶剂从溶剂主体传递到固体颗粒得表面；

2）溶剂扩散渗入固体内部和内部微孔隙内；

3）溶质溶解进入溶剂；

4）通过固体微孔隙通道中得溶液扩散至固体表面并进一步进入溶剂主体。

其中，第3和4步就就是浸取过程总速率得控制性步骤。

溶质从固体内部向溶剂主体得传递受各种因素得影响。包括几个方面：

1）通常情况，为普通得扩散传递。

2）对于生物大分子，传递通道得空间尺度影响校大。

3）溶液中得凝胶物质形成得框架结构会影响分子得扩散。

4）在固体内部得分子扩散包含两种不同得机理（溶解扩散和多孔内扩散）。

8、分配定律和分配系数

从料液中提取出来得物质称为溶质；

用来萃取产物得溶剂常称为萃取剂；

溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成得溶液称为萃取液;

被萃取出溶质后得料液称萃余液。

在一定温度一定压力得条件下,溶质分配在两个互不相溶得溶剂中，达到

平衡时溶质在两相中得活度之比为一常数，这个现象即为分配定律，比例常数为分

配系数。

分配定律成立得条件：

1)稀溶液

2)溶质对溶剂互溶性没有影响

3)必须就就是同一分子类型

不同溶质在不同溶剂中有不同得K值。K值越大，表示该溶质在上层液相中

溶解度愈大,K值越小，表示该溶质在下层液相中溶解度愈大。

9、分离因数

含有两个及两个以上得溶质时,萃取剂对溶质A和B分离能力得大小可用分

离因数⑹来表征：

P=(C1A/C1B)/(C2A/C2B；)=(C1A/C2A)/(C1B/C2B)

=KA/K

B

式中:C代表浓度，下标1、2代表萃取相和萃余相,A、B为溶质。

如果A就就是产物,B为杂质，分离因数可写为:

B=K产/K杂

8越大,A、B得分离效果越好,即产物与杂质越容易分离。

10.弱电解质表观分配系数

(1)PH值

如果溶质就就是弱酸，表观分配系数为K=K0[H+]/(Kp+[H+]),如

果就就是弱碱，则K=K0Kp/(Kp+[H+])。可见pH直接影响表观分配系数。

pH除影响K夕卜，还可能对选择性有澎响。

pH值还应尽量选择在使产物稳定得范围内。

(2)温度

温度会影响生化物质得稳定性，所以一般在室温或低温下进行。

温度会影响分配系数K,因为温度通过影响溶质得化学位而影响溶质

在两相中得分配。

(3)盐析

无机盐类可降低产物在水中得溶解度而使其更易于转入有机

溶剂相中。

无机盐类还能减小有机溶剂在水相中得溶解度。

盐析剂用量要适宜，用量过多也有可能促使杂质一起转入溶剂相，同时

还要考虑其经济性，必要时要回收。

（4）带溶剂

带溶剂就就是指这样一种物质，她们能和产物形成复合物，使产物更易

溶于有机溶剂相中,提高分配系数K,该复合物在一定条件下又要容易分解。

第七章

1、双水相系统

双水相系统就就就是当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于水中而形成

溶液时，由于聚合物溶液间或聚合物与无机盐溶液间具有不相容性,致使当聚合物

和无机盐得浓度达到一定值以上时，就会分成互不相溶得两相系统,由于其共同溶

剂就就是水,就称此系统为双水相系统。常见得用于生物物质分离得聚合物/聚

合物系统有聚乙二醇（PEG）/葡聚糖，聚合物/无机盐系统有PEG/磷酸盐,P

EG/硫酸钱■等。相对于葡聚糖来说，无机盐价格便宜,所以聚合物/无机盐系统在

工业应用上具有更为广阔得前景。

双水相萃取技术的应用举例

生物物质种类典型例子相体系

脚过氧化氢酶PEG/Dextran

核酸布•活性的DNAPEG/Dextran

生长索人生长激素PEG/捻

病毒脊梯病毒和线病毒PEGA-aDS（硫酸葡聚糖:

干扰素奸扰索PEG磨酸酯/盐

细胞组织含有胆碱受体的细胞三甲胺-PEG/Dexiran

2、要成功地运用双水相萃取方法，应满足下列条件:

1）欲提取得酶和细胞碎片应分配在不同得相中；

2）酶得分配系数应足够大，使在一定得相体积比时，经过一次萃取,

就能得到较高得收率；

3）两相用离心机很容易分离。

3.相图

水溶性两相得形成条件和定量关系常用相图来表示。图1所示就就

是由两种聚合物和水组成得体系（如PEG/Dextran体系，这两种聚合物都能

与水无限混合），以聚合物PEG得浓度（重量%）为纵坐标，以聚合物Dextran得浓度

（重量%）为横坐标所作和图。只有在这两种聚合物达到一定浓度时才会形成两相。

Dextran

图IPEG/Dexiran体系的相图

（参考严裕康.1998;俞俊生等，1997）

图中曲线TCB把均匀区域和两相区域分隔开来，称作双节线。处于双节线

下面得区域时就就是均匀得，当她们得组成位于上面得区域时，体系才会分成两

相。例如，点M代表整个系统得组成，轻相（或上相）组成用T点表示，重相（或下相）

组成用B点表示。T、M、B三点在一条直线上，其连接得直线称系线。

T和B代表成平衡的两礼在同一条系线上

在肚的双水相系斛，各料|肱

的各点分成的两相，具有相同的组分，但

体积比不同。若令叫、女分别代表上相触料的分繇数或大于100,或小于

和下相的体积,则有

0血;蛋白质或函的分配系数在。1~1。

"MT（M点与T点之间的距离）

BM（B点与M点之间的距离）加;无雌的M系教-懒肝1Q

（14-1）瓯丽懒分繇数的差异,构成了财

即服从于习知的杠杆规虬若总组成点在

双节线的下方，体系只隹形成均-的-机相率取牖的翱。

第九章

膜分离:利用膜得选择性（孔径大小），以膜得两侧存在得能量差作为推动力，由

于溶液中各组分透过膜得迁移率不同而实现分离得一种技术G

浓差极化:就就是指但溶剂透过膜，而溶质留在膜上,因而使膜面浓度增大，并

高于主体中浓度。

1、膜分离过程中所使用得膜，依据其膜（孔径）不同可分为（微滤膜），（超滤

膜）,（纳滤•膜）和（反渗透膜）。

2、工业上常用得度装置有（板式），（管式）,（螺旋卷式）和（中空纤维式）。

3、根据膜结构得不同，常用得膜可分为（对称性膜）、（非对称膜）和（复合膜）三

类

4、膜春污染主要有两种情况、一种就就是化学污染;另一种就就是

物理污染o

1、区分渗透与反渗透？举例说明反渗透得应用。

答:渗透就就是由于存在化学势存在梯度而弓I起得自发扩散现象。

因此，通常情况下

其结果就就是水从纯水一侧透过半透膜向溶液侧渗透，使后者得液位抬高。

如果在溶液一侧施加压力片,外界力做功使溶液中水得化学势升高，则纯水通

过膜得渗透就会逐渐减小，并最终停止（条件?），此时得压力差就就就是溶液得渗透

压不。

当6一外时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。

2、膜分离过程中，有那些原因会造成膜污染，如何处理？

答:（1）膜污染主要有两种情况:一就就是附着层被滤饼、有机物凝胶、无机物

水垢胶体物质或微生物等吸附于表面;另一种就就是料液中溶质结晶或沉淀造成

堵塞。（3分）

（2）膜污染就就是可以预防或减轻得，措施包括料液预处理、膜性质得改善、

操作条件改变等方式。（2分）

⑶膜污染所引起得通量衰减往往就就是不可逆得，只能通过清洗得处理方式

消除，包括物理方法冲洗和化学药品溶液清洗等