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1、分离PPT 思考题及部分答案分离概述1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？生物下游加工过程特点：发酵液组成复杂，固液分离困难这是生物分离过程中的薄弱环节：原料中目标产物含量低，有时甚至是极微量从酒精的 1/10 到抗菌素 1/100，酶 1/100 万左右，成本高。 ：原料液中常伴有降解目标产物的杂质各种蛋白酶降解基因工程蛋白产物， 应快速分离。：原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质高效纯化技术进行分离。：生物产品稳定性差 严格限制操作条件，保证产物活性。：分离过程常需要多步骤操作，收率低，分离成本高提高每一步的产物收得率，尽可能减少操作步骤。 ：各批次反应液性质有所差异分离技术具
2、有一定的弹性。2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？(1)产品的性质（2）成本（3）工艺步骤（4）操作程序（5）生产方式（6）生产规模（7）产品稳定性（8）环保和安全3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？（1）初步纯化是将目标物和与其性质有较大差异的杂质分开，使产物的浓度有较大幅度的提高，可采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作.（2）高度纯化主要是除去与目标物性质相近的杂质，是产品的精制过程，可采用层析（柱层析和薄层层析） 、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱.4 如何除去蛋白质溶液中的热原质？（1）生产过程无菌（2） 所有层析介质无菌（3） 所用溶液无菌（4）亲和层析（多粘菌素）5
3、生物分离为何主张采用集成化技术？6 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为 90%，共 6 步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？得率=产品中目标产物总量/原料中目标产物总量总收率=（90%） 6 =53.1441%发酵液预处理1 发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？1、发酵产物浓度较低，大多为 1%10%，悬浮液中大部分是水；2、悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；3、固体粒子可压缩性大（细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料）；4、液相粘度大，大多为非牛顿型流体；5、性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质酶水解等作用的影响。处理方法：（1）凝集和絮凝
4、（2）加热法（3）调 pH 法（4）加水稀释（5）加助滤剂法（6）加吸附剂或加盐法（7）热处理法（8）离子交换和活性炭吸附法 2 如何使用助滤剂?助滤剂的使用方法有两种：在过滤前先在过滤介质表面预涂（铺）一层助滤剂。助滤剂按一定比例均匀加入待过滤的料液中。3 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？答：凝聚：指在投加的化学物质（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 mm 大小块状凝聚体的过程。机理：a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构絮凝：指使用高分子絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团（10mm）的过程。其中絮
5、凝剂主要起架桥作用。机理：架桥作用结合使用：在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，由于能降低 电位和脱除胶粒表面的水化膜，就能导致胶粒间的凝聚作用4 错流微滤与传统过滤相比有何优点？（1）传统过滤作用是由两个过程组成：筛选作用和吸附作用。如果微粒比滤层的孔隙大，即产生筛选作用。混浊微粒被截留，不仅是筛选作用的结果，也是过滤层里面发生的吸附作用的结果。在悬浮微粒过滤时，微粒的直径使它不可能通过缝隙的入口时，被截留在过滤层的表面上，微粒又形成了第二道过滤层，在入口孔隙的上方积累，随之堵塞了他们。（2）错流过滤打破了传统过滤的机制，即液体的流向和滤膜相切，使得滤膜的孔隙不容易堵塞。被过滤的发酵液在压
6、力推动下，带着混浊的微粒，以高速在管状滤膜的内壁流动，而附着在滤膜上的残留物质很薄，其过滤阻力增加不大，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。优点: 1.克服介质阻力大 2.不能得到干滤饼 3.需要大的膜面积 4.收率高 5.质量好 6.减少处理步骤 7.染菌罐也能进行处理细胞破碎1.细胞破碎的常用的方法有哪些？珠磨法、高压匀浆法、超声破碎法、酶溶法、化学渗透法2.机械法、超声波法等在破碎细胞时应该共同注意什么？3.酶消化法和碱处理法都是细胞破碎的有效方法，但是也都有各自的什么缺点？酶消化法缺点：（1）价格高，通用性差，产物抑制的存在碱处理法缺点：（1）操作时间长（2）易引起活性物质失活（3
7、）对产物存在着一定的毒性且会给产物的纯化带来困难，影响产物浓度4.工业生产中对于细胞破碎常用的生产工艺流程有那些？ 沉析、沉淀1.理解概念：硫酸铵饱和度，盐溶， 盐析2.常用的蛋白质沉淀方法有哪些？（1）盐析法（2）有机溶剂沉淀法（3）等电点沉淀法（4）非离子多聚物沉淀法（5）生成盐复合物法（6）选择性变性沉淀（7）亲和沉淀3.影响盐析的主要因素有哪些？盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象。影响盐析的主要因素：溶质种类的影响：Ks 和 值溶质浓度的影响：蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用明显，分辨率低；蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；pH 值：影响蛋白质表面净电荷的
8、数量，通常调整体系 pH 值，使其在 pI 附近；盐析温度：大多数情况下，高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降；4.何谓中性盐的饱和度？盐析操作中，中性盐的用量（40% 硫酸铵饱和度）如何计算？030 0C 溶解度变化很小，加入水中后溶液体积会变大（必须考虑到） 。200C 1L 加至饱和浓度时体积变大为：1.425L(实际应加入) 761g因此，要使 1L 溶液浓度由 M1 增加到 M2 需要加入多少克（NH 4） 2SO4 需要按下式计算：200C 时 G=533（M2-M1）/（4.05-0.3M2）或 533（S2-S1）/（100-0.3S2）00C 时 G=505（M2-M1）/
9、（3.825-0.285M2）或 505（S2-S1）/（100-0.285S2）5.有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么？用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？有机溶剂沉淀蛋白质的机理是：向蛋白质溶液中加入有机溶剂，水的活度降低。随着有机溶剂溶度的增大，水对蛋白质分子表面荷电基团的水化程度降低，液体的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。用乙醇沉淀蛋白质时 应注意的事项：1、低温条件下操作可以提高收率和减少蛋白质失活变性（加入有机溶剂为放热反应） ；2、采用的有机溶剂必须与水互溶，与蛋白质不发生作用；3、蛋白质分子量越大，需要加入的溶剂量越少；4、一种蛋白质的溶解度常会因为另一种蛋白
10、质存在而降低；5、沉淀的蛋白如果不能再被溶解，可能已经变性；6、很多酶和蛋白质在 20-50%（V/V）就能产生沉淀；当溶剂量达到 50%时，通常只有 分子量1500 的蛋白留在溶液中；7、PH=PI 时，需要加入的溶剂量减少；8、盐析法沉淀的蛋白质采用有机溶剂精制时必须与先进行透析。离心1.工业生产时在什么情况下面采用离心的方法来分离产物？当发酵液不易被过滤纯化时，我们可以采用离心的方法来分离。2.工业生产时最有可能使用的是那三种离心机？管式离心机、碟片式离心机、离心过滤机3.工业生产时经常使用的三种离心机的各自特点是什么？4.什么是澄清操作?什么是分离操作?液-固分离:即低浓度悬浮液的分离
11、，称澄清操作。液-液(或液-液-固）分离: 即乳浊液的分离，称分离操作。膜分离技术1 理解概念：截留分子量，截留率，体积浓缩倍数2 微滤，超滤，反渗透分离技术在分子尺寸上有何区别？3 影响截留率的因素有哪些？分子的形状、吸附作用、温度、流速、pH 、离子强度（影响蛋白构象）4 毛细管流动模型，溶解扩散模型和优先吸附模各适用于解释哪些膜过程?5 膜污染有哪些途径造成？如何有效防止和清除膜污染？污染的原因有 A、凝胶极化引起的凝胶层，阻力为 Rg B、溶质在膜表面的吸附层，阻力为Ras C、膜孔堵塞，阻力为 Rp D、膜孔内溶质吸附，阻力为 Rap防止：预处理、开发抗污染膜、加大流速、化学清洗、物
12、理清洗膜的清洗：机械方法：加海绵球，增大流速，逆洗(对中空纤维超滤器)，脉冲流动，超声波等。 化学方法用起溶解作用的物质：如：酸、碱、酶(蛋白酶)，螯合剂，表面活性剂。用起切断离子结合作用的方法：如改变离子强度、pH、电位。起氧化作用的物质：如过氧化氢、次氯酸盐。用起渗透作用的物质：如磷酸盐、聚磷酸盐结晶1 理解概念：晶种，晶核，晶型，饱和溶液，过饱和溶液，饱和度晶核：在结晶过程中最先析出的微小颗粒(小晶体)是以后结晶的中心饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶液；过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液；2 粒子大小与溶解度有何关
13、系？凯尔文公式的内容？粒度大小与溶解度之间的关系可用开尔文方程式表示：)1(2ln21LRTMc式中：C 1、C 2-分别是曲率半径为 L1、L 2的溶质的溶解度R-气体常数T-绝对温度-固体颗粒密度M-溶质的分子量-固体颗粒与溶液间的表面张力在结晶过程中最先析出的微小颗粒(小晶体)是以后结晶的中心，称为晶核，微小晶核具有较大的溶解度，因此在饱和溶液中，晶核是要溶解的。只有达到一定的过饱和度时，使晶核半径r大于临界半径r c，晶核才能存在。因此，溶液达到过饱和浓度是沉淀结晶的前提，过饱和度是沉淀结晶的推动力，过饱和度越大，推动力就越大，析出沉淀结晶的可能性就越大。3 有哪些方法造成溶液过饱和？
14、过饱和溶液的形成方法 (1) 冷却(2) 溶剂蒸发(3) 改变溶剂性质(4) 化学反应产生低溶解度物质(5)真空蒸发法(6)盐析法 4 初级成核与次级成核是如何形成的？初级成核:过饱和溶液中的自发成核现象二次成核：向介稳态过饱和溶液中加入晶种，会有新晶核产生5.了解饱和温度曲线和过饱和温度曲线的内容？结晶过程中的饱和温度曲线和不饱和温度曲线的简图如右图所示：S-S 曲线为饱和温度曲线，在其下方为稳定区，在该区域溶液为不饱和溶液，不会自发结晶；T-T 曲线为过饱和温度曲线，在其上方为不稳定区，能够自发形成结晶；S-S 曲线和 T-T 曲线之间为亚稳定区，在该区域，溶液为过饱和溶液，但若无晶种存在
15、，也不能自发形成晶体；7.常用的工业起晶方法有哪些？自然起晶法、刺激起晶法、晶种起晶法8.影响晶体质量的因素有哪些？过饱和度、温度、搅拌、晶种、溶液纯度9.何为重结晶？重结晶是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的晶体的操作萃取1.理解概念：分配系数，分离因子，溶解度参数，介电常数，HLB 值 ，萃取因数，带溶剂分配系数：当萃取体系达到平衡时，溶质在两相中的总浓度之比。分离因子：衡量分离的程度。介 电 常 数 :是 化 合 物 mol 极 化 程 度 的 量 度 ， 又称电容率。 表 征 电 介 质 极化性质的宏观物理量。定义为电位移
16、D 和电场强度 E 之比 D=E萃 取 因 数 :也称萃取比，其定义为被萃取溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余相中总量之比。溶 解 度 参 数 :是 衡 量 液 体 材 料 相 容 性 的 一 项 物 理 常 数 。 其 物 理 意 义 是 材 料 单 位 体 积 内 聚能 密 度 的 开 平 方 。HLB数即亲水与亲油平衡程度：HLB数越大，亲水性越强，形成OW型乳浊液；HLB数越小，亲油性越强，形成WO型乳浊液。带溶剂：是指这样一些物质，它们能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相去，该复合物在一定条件下又要容易分解。2.生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？（1）成分与相复杂（2）传质速率不同（3）相分离性能不同（固体与表剂）（4） 产
