2025年生物分离工程笔试试卷及答案

2025年生物分离工程笔试试卷及答案一、名词解释（每题3分，共15分）1.生物分离工程答案利用生物工程下游技术，从生物材料（发酵液、细胞培养液、动植物组织等）中分离、纯化目标生物活性物质，使其达到一定纯度、活性和收率要求的工程技术学科。2.超滤答案以压力差为推动力，利用孔径在1～100nm的超滤膜对溶液中不同分子量的溶质进行筛分分离的膜分离过程，常用于蛋白质浓缩、脱盐、除热原等。解析超滤的分离机制主要是分子筛效应，操作压力一般为0.1～0.5MPa。3.等电点沉淀答案调整溶液pH至目标蛋白质的等电点（pI），使蛋白质分子净电荷为零，分子间静电排斥力最小、溶解度最低而沉淀析出的分离方法。4.分配系数（色谱）答案在一定温度和压力下，溶质在固定相与流动相之间达到分配平衡时，其在固定相中的浓度（Cs）与流动相中的浓度（Cm）之比，即5.亲和色谱答案利用生物大分子与固定在载体上的特异性配基（如酶与底物、抗体与抗原）之间可逆的特异性结合进行分离的色谱技术，具有高选择性的特点。二、填空题（每空1分，共20分）1.生物分离的一般流程包括：原料预处理、固液分离、初步纯化、______和成品加工。答案高度纯化2.离心分离时，固体颗粒在离心力场中的沉降速度与颗粒直径的______成正比。答案平方3.膜分离技术中，截留分子量（MWCO）通常是指截留率大于______%的最小分子量。答案904.离子交换色谱中，阴离子交换剂本身带____电荷，用于吸附带____电荷的溶质。答案正；负5.盐析常用的中性盐是____，其盐析原理主要是破坏蛋白质表面的____和中和电荷。答案硫酸铵；水化层6.凝胶过滤色谱中，分子量较大的蛋白质洗脱体积较____，分子量较小的蛋白质洗脱体积较____。答案小；大7.双水相萃取常用的体系有____/葡聚糖体系和聚乙二醇/____体系。答案聚乙二醇；磷酸盐8.表示盐析效果的Cohn经验式为logS=β−K答案离子强度；盐析常数9.聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）中，蛋白质的迁移率与所带净电荷成____比，与分子摩擦系数成____比。答案正；反10.结晶操作中，影响晶体质量的主要因素有：溶液过饱和度、______、搅拌速度和杂质等。答案温度（或冷却速度）11.冷冻干燥包括预冻、______和解析干燥三个阶段。答案升华干燥12.液液萃取中，溶质在两相中的分配系数越大，萃取率越______。答案高三、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种方法最适合从发酵液中去除大量细胞碎片？A.超滤B.高速离心C.电泳D.层析答案B解析高速离心是工业上固液分离和去除细胞碎片的常用方法，处理量大。超滤也可用于分离细胞碎片但更适用于可溶性大分子分离。2.高压匀浆法破碎细胞的主要原理是：A.超声波空化作用B.机械剪切力和压力骤降C.酶解细胞壁D.渗透压冲击答案B3.离子交换色谱分离蛋白质，洗脱时最常用的方法是：A.改变有机溶剂浓度B.改变流动相pH或离子强度C.改变温度D.改变流速答案B解析离子交换色谱主要靠静电相互作用，改变pH或离子强度可有效改变蛋白质与固定相的结合强度，实现梯度洗脱。4.凝胶过滤色谱分离蛋白质混合物时，最先被洗脱的是：A.分子量最小的蛋白质B.分子量最大的蛋白质C.带电荷最多的蛋白质D.疏水性最强的蛋白质答案B5.下列膜分离方法中，截留分子量最小的是：A.微滤B.超滤C.纳滤D.反渗透答案D解析反渗透膜截留几乎所有溶质，只允许水分子通过，截留分子量可视为小于100Da。6.蛋白质盐析时，相同离子强度下，下列哪种盐的盐析效果通常最好？A.硫酸钠B.硫酸铵C.氯化钠D.硝酸钾答案B解析硫酸铵溶解度大、价格便宜、离子强度高，盐析效果好，是最常用的盐析剂。7.亲和色谱中，洗脱目标蛋白常用的方法是：A.升高温度B.加入高浓度中性盐C.加入过量竞争性配基或改变pHD.降低流速答案C8.分离两种分子量相差较大的蛋白质，下列方法中分辨率最高的是：A.凝胶过滤色谱B.有机溶剂沉淀C.盐析D.离心答案A9.双水相萃取分离生物活性物质的主要优点是：A.操作温度高B.条件温和，不易引起生物大分子失活C.成本低，无需聚合物D.分辨率极高答案B10.色谱柱的理论塔板数N与下列哪项无关？A.柱长B.填料粒径C.流动相流速D.样品浓度答案D解析理论塔板数与柱效有关，与样品浓度无直接关系，但样品浓度过高可能造成柱超载影响分离度。四、判断题（每题1分，共10分）1.超滤膜可以用于除去溶液中的无机盐。答案错误解析超滤膜截留大分子，无机盐等小分子可通过，因此不能有效除去无机盐，常用于脱盐需借助透析或纳滤。2.等电点时蛋白质溶解度最大。答案错误解析等电点时蛋白质净电荷为零，分子间排斥力最小，溶解度最小。3.凝胶过滤色谱中，小分子蛋白质能进入凝胶颗粒内部孔道，故洗脱体积较大。答案正确4.离子交换色谱中，改变流动相的pH可以改变蛋白质的带电状态，从而影响保留。答案正确5.盐析操作中，加入硫酸铵后，蛋白质溶解度随离子强度增大而单调下降。答案错误解析低盐浓度下蛋白质溶解度可能因盐溶效应而增大，只有高盐浓度下才发生盐析，不是单调下降。6.离心沉降速度与颗粒直径成反比。答案错误解析根据Stokes定律，沉降速度与颗粒直径的平方成正比。7.反渗透膜操作压力通常比超滤膜高。答案正确8.亲和色谱洗脱时可利用降低pH的方法使抗体-抗原复合物解离。答案正确9.聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS）中，蛋白质的迁移率仅与其分子量有关。答案正确解析SDS中SDS与蛋白质结合，消除电荷差异，迁移率与分子量的对数成线性关系。10.冷冻干燥过程应在较高温度下快速进行，以提高干燥效率。答案错误解析冷冻干燥在低温下进行，以保证生物活性，防止变性。五、简答题（每题5分，共15分）1.简述盐析和有机溶剂沉淀法分离蛋白质的异同点。答案相同点：两者都是通过降低蛋白质溶解度使之沉淀析出，常用于蛋白质粗分离。不同点：(1)原理不同：盐析主要依靠中性盐破坏蛋白质水化层并中和表面电荷；有机溶剂沉淀通过降低溶液介电常数，使蛋白质分子间静电排斥减弱，同时脱水作用增强疏水相互作用。(2)操作条件不同：盐析一般在常温下进行，条件温和，不易使蛋白质变性；有机溶剂沉淀需在低温（如0～4℃）下进行，防止蛋白质变性。(3)沉淀剂去除方式不同：盐析后的盐可通过透析或超滤去除；有机溶剂可通过蒸发或透析去除。2.什么是膜分离过程中的浓差极化？如何减轻浓差极化？答案浓差极化是指膜分离过程中，溶剂透过膜而溶质被截留，导致膜表面溶质浓度高于主体溶液浓度的现象。减轻措施：(1)提高料液流速，增加膜面剪切力，促进溶质反向扩散；(2)采用错流过滤方式，减少滤饼层积累；(3)定期清洗膜或采用脉冲反冲洗；(4)优化操作压力，避免过高压力加剧极化。3.简述凝胶过滤色谱分离蛋白质的基本原理及影响分离度的主要因素。答案凝胶过滤色谱根据分子大小进行分离。凝胶颗粒内部有不同大小的孔道，大分子不能进入孔道，随流动相先洗脱；小分子可进入孔道，行走路径长，后洗脱。影响分离度的主要因素：(1)凝胶种类及粒径，选择合适的分级范围；(2)柱长与柱效，柱长增加可提高理论塔板数；(3)流速，过快的流速导致峰变宽；(4)样品体积，样品体积过大降低分离度。六、计算题（每题10分，共20分）1.某蛋白质溶液中悬浮有球形菌体，菌体平均直径为2 μm，密度ρp=v试求：(1)重力沉降速度vg；(2)离心沉降速度v答案：将各量转换为SI单位：d=2 μm=2(1)重力沉降速度：v(2)离心沉降速度：离心加速度a=v解析：Stokes定律适用于层流条件