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1、生物细胞分离原理及技术思考题1生物分离工程在生物技术中的地位？ 是生物技术下游加工过程。2生物分离工程的特点是什么？生物产品的多样性决定了分离方法的多样性与复杂性； 绝大多数生物分离方法来源于传统的化工分离方法； 生物分离一般比化工分离难度大；分离过程的成本占产品总投资的大部分。3生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？不溶物的去除：过滤，离心，细胞破碎产物粗分离：离子交换吸附，萃取（溶剂萃取，反微团萃取，超临界流体萃取，双水相 萃取）产品的纯化：色谱，电泳，沉淀 产品的径直：结晶，干燥4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？产品价值产品
2、质量产物在生产过程中出现的位置杂质在生产过程中出现的位置主要杂质独特的物化性质是什么？不同分离方法的技术经济比较5常用的细胞破碎方法有哪些机械破碎：高压匀浆破碎，珠磨破碎法，超声波破碎法以下为非机械法物理破碎：渗透压冲击，冻结和融化，干燥法化学破碎：酸碱处理法，表面活性剂（增溶），有机溶剂，EDTA螯合剂酶促破碎：外加酶法，自溶酶法6在选择细胞破碎方法时需要考虑哪些因素？ 细胞处理量；细胞壁强度和结构（高聚物交联程度、种类和壁厚度 ）； 目标产物对破碎条件的敏感性；破碎程度；目标产物的选择性释放7基因工程包涵体的纯化方法。收集菌体细胞；细胞破碎；包涵体洗涤；目标蛋白的变性溶解；目标蛋白的复性。
3、8什么是萃取过程？液-液萃取从机理上分析可分为哪两类？其理论收率如何计算？利用物质在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到 分离的目的。物理萃取和化学萃取；En1 EPEn 1 19常见物理萃取体系由那些构成要素？原溶剂，溶质，萃取剂，萃取相，萃余相10何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？一种物质在两相系统中的分配行为可用分配系数来描述，分配系数K为该物质在上相和下相中的浓度之比。KCtCBK=y/x （y为平衡时溶质在轻相中的浓度；x为平衡时溶质在重相中的浓度。）pH;温度；乳化；盐析；有机溶剂的选择11 pH对弱电解质的萃取效率有何影响？pH影响弱电解质的分配
4、系数（pH-K）a）弱酸性物质的K值随pH降低而增大，弱碱性物质的K值随pH增大而增大b）pH低有利于弱酸性物质分配在有机相，碱性物质分配在水相。12发酵液乳化现象产生原因与影响？如何消除乳化现象？表面活性物质聚集在两相界面上，使表面张力降低。（表面活性剂分子的亲水基团伸向水中亲油集团伸向油中。）发酵液乳化的原因：a蛋白质的存在，起到表面活性剂b固体粉末对界面的稳定作用影响：有机相和水相分相困难，出现夹带，收率低，纯度低。消除：物理法：离心、加热，吸附，稀释化学法：加电解质、其他表面活性剂*转型法加入一种乳化剂，条件： 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 在转型的过程中，乳浊液破坏，
5、控制条件不允许形成相反的乳浊液，*顶替法加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： 形成的乳浊液类型与原来的一致 它本身的表面活性 原来的表面活性 不能形成坚固的保护膜。13何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？超临界流体（SCF即处于临界温度、临界压力以上的流体。在临界温度、压力以上，无论压力多高，流体都不能液化但流体的密度随压力增高而增加。特点：密度接近液体；萃取能力强；粘度接近气体；传质性能好14何谓双水相萃取？常见的双水相构成体系有哪些？双水相萃取是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行萃取的方法非离子型高聚物非离子型高聚物：PEG- DEXTRAN非离子-离子型聚电解质两相系
6、统：聚乙二醇NaCI-DEAE葡聚糖盐酸盐离子型高聚物-离子型高聚物：羧甲基纤维素钠-羧甲基葡聚糖钠高聚物无机盐（盐析作用）：PEG-硫酸铵A聚丙二醇（PPG）聚乙二醇（PEG） 聚乙烯醇（PVA） 葡聚糖（Dex） 聚蔗糖（Ficoll） 羟丙基葡聚糖聚乙二醇（PEG）聚乙烯醇（PVA） 葡聚糖（Dex） 聚乙烯吡咯烷酮B硫酸葡聚糖酸钠 羧甲基匍聚糖酸钠聚丙烯乙二醇 甲基纤维素C羧甲基匍聚糖酸钠羧甲基纤维素钠盐D聚乙二醇硫酸钾，硫酸铵， 硫酸钠，硫酸镁， 磷酸盐 酒石酸钠 琥珀酸钠，柠檬酸纳E聚乙二醇 葡聚糖乙二醇单丁酯 丙醇A, 两者均为非离子性聚合物，B, 一种非离子性聚合物，另一种为带
7、电荷的聚电解质C, 两者均为聚电解质，D, 一种聚合物，另一种为盐。E, 一种聚合物，另一种为有机小分子15反胶团的基本结构？反胶团萃取的基本原理是什么？反胶团（Reverse Micelle ）是表面活性剂在非极性有机溶剂中形成的一种聚集体。表 面活性剂的极性头朝内，疏水的尾部向外，中间形成极性的核”反胶束萃取技术是利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成一种纳米级的反胶束相来萃 取水溶液中的大分子蛋白质。蛋白质进入反胶束溶液是一种协同过程，即在宏观两相（有 机相和水相）界面间的表面活性剂层同邻近的蛋白质发生静电作用而变形，接着在两相界 面形成了包含有蛋白质的反胶束，此反胶束扩散进入有机相中，从而
8、实现了蛋白质的萃取。16什么是吸附分离，影响吸附的主要因素？吸附分离是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸 附剂表面，而从混合物中的分离的的过程。1吸附剂的性质：吸附容量（比表面积，空隙度）吸附速度（粒度大小，孔径分布） 机械强度（使用寿命） 极性2吸附质的性质： 能使表面张力降低的物质，易为表面吸附 溶质在易溶解的溶剂中吸附量小 极性吸附剂易吸附极性物质 同系物极性越小，越易被非极性吸附剂吸附3. 溶液pH （影响吸附质的解离度）4. 温度 （吸附热，大部分吸附是放热过程，吸附质的稳定性，溶解度）5. 盐浓度（影响复杂，促进 /阻止/互不影响，要视具体情况而定）
9、17亲和吸附的原理和特点是什么？亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间特殊的化学作用，从而实现分离的技术。该吸 附作用不同于依靠范德华力的传统吸附和依靠静电相互作用的离子交换吸附。配基固定化T吸附样品T样品解析特点：效率高：利用亲和吸附可以从粗提液中一次性分离得到高纯度的活性物质。分离精度高：可用于分离含量极低，结构相近的化合物 通用性较差，洗脱条件苛刻18 间歇吸附的相关计算19 色谱方法共分几类？并简述其工作原理a）吸附色谱：目标物与杂质与吸附剂之间吸附力的不同b）分配色谱：目标物与杂质在两液相分配系数的不同c）离子交换色谱：目标物与杂质对离子交换树脂化学亲和力的不同d）凝胶色谱：目标物与杂质
10、的分子大小和形状的不同色谱分离法是一组相关分离方法的总称，它的机理是多种多样的，但不管哪种方法都 必须包括两个相。一相是固定相，通常为表面积很大的或多孔性固体；另一相是流动 相，是液体或气体。当流动相流过固定相时，由于物质在两相间的分配情况不同，经 过多次差别分配而达到分离，或者说，易分配于固定相的物质移动速度慢，易分配于 流动相中的物质移动速度快，因而得到逐步分离。20 何为理论塔板高度和理论塔板数？如何计算？理论塔板高度：流动相与固定相平均浓度达传质平衡时的一段柱高 理论塔板数：反应不同时刻溶质在色谱柱中的分布以及分离度与柱高之间的关系 理论塔板数的计算方法：理论塔板高度：21、常用的蛋白
11、质沉淀方法有哪些？盐析法；有机溶剂沉淀法；等电点沉淀法;选择性沉淀（热变性或酸碱变性沉淀）;非离子多聚体沉淀法 （不确定是不是 ）22、简述盐析的原理。 首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在状态（亲水胶体） ：两性电解质，由于静电力的作用，分子间相互排斥，形成稳定的分散系 蛋白质周围形成水化膜，保护了蛋白质粒子，避免了相互碰撞 当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两种情况：（1）“盐溶”现象 低盐浓度下，增加蛋白质分子间静电斥力，蛋白质溶解度增大； （ 2） “盐析 ”现象 高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降，原因如下： 盐离子与蛋白质表面电荷中和， 形成离子对， 部分中和了蛋白质的电性，
12、 使 蛋白质分子之间的排斥力减弱，从而能够相互靠拢； 中性盐的亲水性大， 使蛋白质脱去水化膜， 疏水区暴露， 由于疏水区的相互 作用导致沉淀。23、影响盐析的主要因素有哪些？溶质种类的影响：不同溶质具有不同的Ks和B值，组成相近的蛋白质，分子量越大，沉淀所需盐的量越少；蛋白质分子不对称性越大，也越易沉淀。溶质浓度的影响：a）蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用明显，分辨率低；b）蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高，但回收率低；c）蛋白质的含量一般控制在 2-3%pH值：影响蛋白质表面净电荷的数量，从而影响蛋白质的溶解度 通常调整体系pH值，使其在pl附近时进行盐析；盐析温度：一般在高盐浓度下，
13、温度升高，其溶解度反而24、简述有机溶剂沉析的原理。原理：（1）静电作用：降低了溶质的介电常数，使溶质之间的静电引力增加，从而出 现聚集现象，导致沉淀。（2）脱水作用：由于水溶性有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，压缩 了亲水溶质表面水化层的厚度，降低了亲水性，导致脱水凝聚。25、简述等电点沉析的原理。原理：蛋白质是两性电解质，当溶液pH值处于等电点时，分子表面净电荷为0,双电层和水化膜结构被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，进而产生沉淀。26、膜分离技术的概念。膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的
14、一种技术。27，根据膜孔径大小，膜分离技术可分为哪几类？微滤、超滤、纳滤、反渗透，电渗透，透析28，主要的膜组件有哪些？膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器29，微滤，超滤，纳滤，反渗透分离技术的特点，及适用范围?过程膜结构驱动力应用对象实例微 滤对称微孔膜0.05-10 卩m压力差消毒、澄 清收集细 胞培养悬浮液除菌，产品消毒，细胞收集超 滤不对称微 孔膜1 - 5 0nm压力差大分子物 质分离蛋白质的分离/浓缩/ 纯化/脱盐/去热源纳滤复合膜V1nm压力差Donna 效应小分子物 质分离糖/二价盐/游离酸的 分离反渗透致密膜、 复合膜V1nm压力差小分子物 质浓缩单价盐/非游离酸的分 离透析对称的或 不对称的 膜浓度差小分子有 机物/无 机离子除小分子有机物或无机离子电离子交换电位差离子脱海水淡化，纯水制备，渗膜除、氨基生产工艺用水析酸分离微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点：以膜两侧压力差为推动力；按体积大小而分离；膜的制造方法、结构和操作方 式都类似。微滤、超滤、纳滤、反渗透区别： 膜孔径：微滤 0.1-10 m 超滤0.01-0.1纳滤0.001-0.01 m 反渗透 小于0.001 m 分离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、纳滤、反渗透为分子级 水平的分离； 分理机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗透机理是渗透现象的逆 过程：
