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1、2 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产物是生物物质的高效生产，而分离纯化是生物产品工程的重要环节，而且分离工程的质量往往决定整个生物加工过程的成败，因此，生物分离纯化过程在生物技术中极为重要。3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？（ppt）答：根据分离目的的不同，评价分离效率主要有3个标准：以浓缩为目的：目标产物浓缩程度（浓缩率m）以纯度为目的：目标产物最终纯度（分离因子a）以收率为目的：产品收得率（%）5 在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？(ppt)答：、目标产物性质及其共存杂质的特性 、充分考虑目标产物商业价
2、值、考虑生物加工过程自身规模 、采用步骤次序相对合理、尽可能采用最少步骤 、产品稳定性与物性、产品规格与型式 、生产过程中废水等排放6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？（ppt）答：成本控制 和 质量控制第二章 发酵液预处理一 解释名词凝聚剂：让不稳定的胶体微粒（或者凝结过程中形成的微粒）聚合在一起形成集合体的过程中所投加的试剂的统称。 过滤：利用多孔介质（如滤布、微孔膜、致密膜）截流悬浮液中的固体粒子，进行液固分离的过程。离心：在离心力作用下，利用固体和液体之间的密度差达到沉降分离目的。细胞破碎：利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术包含体：指细胞或细菌中高
3、表达的蛋白质(也可以汇同其他细胞成分)聚集而成的不溶性颗粒。二 简答题1 为什么要进行发酵液的预处理？常用处理方法有哪几种？答：提高过滤速度与过滤质量 改变发酵液性质(黏度、颗粒、颗粒稳定性) 去除部分杂质 使产物转入到易处理的相中（通常是液相）方法： 加热、调节、pH、凝聚、絮凝2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？答：凝集：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。机制：破坏双电层、水化层解体胶体吸附、氢键结合等。絮凝剂种类：A、阳离子类：如聚丙烯酰胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺；B、阴离子类：如聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸、聚
4、丙烯酰胺(-)；C、非离子类：如聚丙烯酰胺(0)、环氧化乙烯。3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用？絮凝机理是什么？答：絮凝剂主要起中和电荷、架桥和网络作用（范德华力、氢键）。在絮凝剂高分子聚合分子的作用下，基于架桥作用，胶体颗粒和聚合物交连成网，形成10 mm大小的絮凝团过程。是一种以物理集合为主的过程。4 细胞破碎的方法包括哪几类？工业上常用的方法有哪些？为什么？机械法：固体剪切法(珠磨法、压榨法、撞击法) 液体剪切法（高压匀浆法、超声波破碎）非机械法：酶溶胞作用、化学溶胞作用（酸碱法、表面活性剂法、抗生素）、物理溶胞作用（有机溶剂膨胀法、渗透冲击、冻融、 激光、高速切相流撞击、冷冻喷射
5、）、干燥处工业常用方法：高压匀浆法、高速珠磨法6 离心设备可分为哪两大类？按分离因子Fr不同，离心机一般分为哪几类？答：管式离心机（最简单，可供较大离心力；可用冷却水冷却；悬浮液由管底进，澄清液由管口出），蝶片式离心机（流速与碟片数、微粒与转鼓轴间距离有关）按分离因子不同，可分：1)、常速离心机 2)、高速离心机 3)、超速离心机8 固-液分离主要包括哪些方法和设备？答：1、过滤 (重力过滤、加压过滤、减压过滤) 2、离心沉降（各种离心机）3、重力沉降4、气悬浮过滤设备类型：加压过滤设备： 板框过滤机、加压叶滤机减压过滤设备： 转鼓真空过滤器、圆盘真空过滤器、带式真空过滤器重力过滤设备： 离心
6、过滤机离心设备：生物工业所用的离心机多为高速离心机。离心机主要包括以下几类： 管式离心机： 多室离心机（管式离心机的变形） 碟式离心机：（人工排渣式、喷嘴排渣式、活塞排渣式等） 螺旋卸料沉降离心机 离心过滤机 三足式离心机沉 淀: 由于物理环境变化（加入试剂、加热等），改变溶剂和溶质的能量平衡来降低溶质溶解度，使溶质生成固体颗粒沉降析出的现象。结 晶: 从均匀液相或气相形成一定形状、大小的分子、原子或离子有规则排列的固体颗粒的过程。（工业结晶一般以液相为主）硫酸铵饱和度: 指在100g硫酸铵溶液中硫酸铵在溶液中所占质量分数。晶 种: 在结晶法中，通过加入不溶的添加物即晶种，形成晶核，加快或促进
7、与之晶型或立体构型相同的对映异构体结晶的生长。晶 核：晶体的生长中心。饱和溶液：如果向溶剂中加入足够量的固体溶质，一定时间后溶剂中的溶质浓度不再升高，溶质在固液之间达到平衡，此时溶液中的浓度称为溶解度或饱和浓度；该溶液称为饱和溶液。过饱和溶液：一定温度、压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下溶质的溶解度，而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象，此时的溶液称为过饱和溶液。 饱和度：某种溶液的饱和度是指在100g该溶液中溶质在溶液中所占质量分数。二 简答题2 常用的蛋白质沉淀方法有哪些？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？答：常用的蛋白质沉淀方法有： 蛋白质盐析沉淀
8、、蛋白质等电点沉淀、有机溶剂沉淀法及运用沉淀动力学沉淀法等。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%
9、（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。5 简述有机溶剂沉淀的原理。答：有机溶剂沉淀的原理： 亲水性有机溶剂加入溶液后降低了介质的介电常数，使溶质分子之间的静电引力增加，聚集形成沉淀；水溶性有机溶剂的水合作用降低了自由水的浓度，压缩了亲水溶质分子表面原有水化层的厚度，降低了它的亲水性，导致脱水凝集。6沉淀与结晶有何不同？答：结晶为同类分子或离子以有规则排列形式析出，沉淀为溶质分子或离子以无规排列形式析出，构成成分复杂（目标分子、杂质、溶剂等）。（沉淀
10、与结晶的联系： 在本质上都是新相析出的过程，主要是物理变化，当然也存在化学反应的沉淀或结晶。）而提取原料中目标产物的方法。2反萃取(Back extraction) ： 调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作过程。4有机溶剂萃取：用与水互不相溶的有机溶剂作为萃取剂，利用生物物质在两相中分配系数的差异进行分离的过程5分离因子：衡量分离的程度用分离因子表示6乳化：水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象。9.反 胶 团(reverse micelles): 表面活性剂在连续有机溶剂中自发缔合形成纳米尺度水溶性聚集体，是一种透明的、热力学稳定的体系。18双水相萃取：利用生物物
11、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二 简答题5发酵液乳化现象是如何产生的？对分离纯化产生何影响? 影响乳浊液稳定的因素主要有哪些？如何有效消除乳化现象？答：是发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等物质，这些物质具有表面活剂性的作用，使有机溶剂和水的表面张力降低（乳化剂），产生两种乳浊液： 油包水型W/O乳浊液、水包油型O/W型乳浊液。乳化后使有机相和水相分层困难，出现两种夹带：发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难。影响因素：表面活性剂的种类，浓度影响表面张力，介质黏度：较大时能增强保护膜的机械强度。液滴带电：相同电荷的颗粒互相排斥而维
12、持乳浊液稳定。如何消除：P101在操作前，对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理，可除去大部分蛋白质及固体微粒，防止乳化现象的发生。乳化产生后，采取适当的破乳手段 物理方法：过滤或离心沉降乳化现象不严重，可采用的方法。 加热 稀释 吸附 加电解质化学方法： 对于O/W型乳浊液，加入亲油性表面活性剂，可使乳浊液从O/W型转变成W/O型， 对于W/O型乳浊液，加入亲水性表面活性剂，如SDS（十二烷基磺酸钠）或PPB（溴代十五烷基砒碇）可达到破乳的目的。乳化是一种液体（分散相）分散在另一种不相混溶的液体（连续相）中的现象。当有机溶剂（通称为油）和水混合加以搅拌时，可能产生两种形式的乳浊液，一种是油滴分散在水
13、中，称为水包油型（O/W）乳浊液；另一种是水滴分散在油中，称为油包水（W/O）型乳浊液。但油与水是不相溶的，二者混在一起很快会分层，不能形成稳定的乳浊液。只有第三种物质乳化剂存在时，才容易形成乳浊液。乳化剂多为表面活性剂，它一般是由亲油基和亲水基两部分组成，且能降低界面张力的物质。表面张力也可以表示为增加单位表面积所需要的功。所以表面张力降低，液体容易分散成微滴而发生乳化。在乳浊液中，界面积大，物系的自由能大，故为热力学不稳定系统。时间一长，乳浊液会自行破坏。因此，要形成稳定的乳浊液，还应具备使其稳定的条件。其稳定性和下列几个因素有关：界面上是否形成保护膜；液滴是否带电；介质的粘度。其中以为最
14、重要。在发酵液中，蛋白质是引起乳化的最重要的表面活性物质。生产过程出现的乳浊液是水包油（O/W），还是油包水型（W/O），主要由表面活性剂的性质决定。当表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，易生成水 包油型（O/W）乳浊液；反之，则易生成油包水型（W/O）乳浊液。2.乳化的防止和破乳化为了保证溶剂萃取操作的正常进行，措施要分两方面：一方面为萃取之前去除蛋白质，使发酵滤液中的蛋白质含量达到最低浓度；另一方面为在萃取过程中如何破坏生物产物发酵滤液中蛋白质经酸化变性后所引起的乳化作用。一般采用的措施如下：(1)乳化的防止严格发酵过程的代谢控制，合理确定发酵周期，准确判断放罐时间。加强发酵液预处理和过
15、滤操作。常用的方法：a.过滤和离心分离b.热处理c.等电点法d.加重金属盐法e.加絮凝剂法(2)破乳化a.电解质中和法b.吸附法c.顶替法d.转型法加入表面活性剂做去乳剂，改变界面的表面张力，促使乳浊液转型，就是使W/O型的乳浊液变为O/W型的过程或者是相反的过程，但又不稳定，从而达到破乳的目的。.解决乳化的其他途径（1）膜技术-超滤一般选用能去除分子量在10000以上孔径的超滤膜进行过滤。（2）反应萃取（3）筛选其他萃取剂a.中性萃取剂b.脂肪醇类萃取剂6 液液萃取从机理上分析可分为哪两类？答：物理萃取（Physical extraction) ：根据相似相溶原理，溶质在两相之间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应的萃取操作。化学萃取（Physical extraction) ：利用脂
