第六章吸附与粒子交换
一、名词解释
吸附剂：吸附操作所使用的固体材料一般为多孔微粒或多孔膜，具有很大的比表面积，称为吸附剂或吸附介质。
物理吸附：物理吸附基于吸附剂与溶质之间的分子间力，即范德华力，可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附。被背媳妇的介质可以通过改变温度、PH和盐浓度等物质条件脱附。化学吸附：化学吸附是吸附剂表面活性点与溶质之间发生化学键合，产生电子转移的现象。化学吸附释放大量的热。
吸附平衡：溶质通过吸附作用在在液固两相间分配达到平衡。
吸附等温线：一般吸附操作在恒温度下进行，即温度保持不变。此时吸附剂上的平衡吸附剂浓度q只是液相游离溶质浓度c的函数，q与c的关系称为吸附等温线。
离子交换：通常将基于离子交换原理的吸附操作称为离子交换或离子交换吸附。吸附作用力为静电引力，所用吸附剂为离子交换剂，离子交换剂表面含有离子基团或可离子化得集团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。
交换容量：用离子交换容量是单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数表示，是表征离子交换能力的主要参数之一。
穿透曲线：吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称穿透曲线。
穿透点：吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称穿透曲线，出口处溶质浓度开始上升的点称为穿透点。
工作交换容量：工作交换容量是表示离子交换树脂在一定工作条件下所具有的交换能力，通常是指单位体积的湿树脂所能交换离子的物质的量，单位以mmol/g、mol/m3或mmol/L表示。
填空
1.吸附按作用力主要分为物理吸附、化学吸附和离子交换。
2.孔径和比表面积是评价吸附剂性能的主要参数，孔径越大，比表面积越小。
3.溶液的pH>等电点时，蛋白质带负电荷；溶液的pH<等电点时，蛋白质带正电荷。
4.生物分离中常用的吸附剂种类有活性炭、硅胶、有机高分子吸附剂等。
5.离子交换树脂由不溶性的三维空间的高分子网状骨架、以共价键连接在骨架上的
官能团、和活性基团所带的相反电荷的活性离子三部分构成。
6.用于蛋白质分离纯化的离子交换剂基质主要有葡萄糖凝胶、琼脂糖凝胶、纤维
素、亲水性聚乙烯
7.离子交换树脂中交换容量和滴定曲线的性质决定了此树脂的主要性能。
8.根据离子交换树脂所带的可交换的活性离子性质，离子交换树脂大体上可分为阳离子
树脂和阴离子交换树脂。
9.钠型强酸性阳树脂用 NaCl 再生，氢型强酸性树脂用 HCl 再生，氯型强碱性阴
树脂主要用 NaCl 再生，羟型强碱性阴树脂用 NaOH 再生。
10.阳离子交换剂活性基团呈酸性，带正电, 阴离子交换剂活性基团呈碱
性，带负电.
11.离子交换容量(ion exchange capacity)是单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子
交换剂所能吸附的一价离子的物质的量(mmol).
12.利用滴定曲线的转折点，可估算离子交换剂的交换容量;而由转折点的数目,可推算不
同离子交换基团的数目.
13.分配系数与反离子浓度成反比,表明离子交换的分配系数随离子强度的增大而下降.
14.吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称为穿透曲线.出口处溶质浓度开始上升
的点称为穿透点.一般习惯上将出口浓度达到入口浓度的5%~10% 的时间称为穿透时间.
15.阳离子交换树脂结合的是酸性官能团，阴离子交换树脂结合的是碱性官能团。
16.强酸性阳离子树脂是用强酸进行再生处理，离子交换操作需在低离子强度下进行。
17.蛋白质的相对分子质量大，树脂孔道对其空间排阻作用大，不能与所有的离子交换
活性中心接触
18.吸附剂一般为多孔微粒，具有很大的比表面积
19.化学吸附是吸附剂表面活性点与溶质之间发生化学结合、产生电子转移
的现象
20.离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有
电荷的离子，吸附过程中发生电荷转移，离子交换的吸附质可通过_调节PH_或提高___离子强度_的方法洗脱。
21.阳离子交换树脂活性基团为酸性性，阴离子交换树脂活性基团为碱性性
22.利用固定床吸附的_溶质的穿透曲线_可以测定溶质的吸附平衡关系。
23.用于蛋白质分离纯化的离子树脂主要有多糖类物质、离子交换纤维素、琼脂糖凝
胶，兼有分子筛功能功能的是葡聚糖凝胶。
24.离子交换操作需要在低离子强度条件下进行。
25.活性炭是最普遍使用的吸附剂，常用于生物产物的__脱色_、_除臭_。
26.*由于蛋白质带多价电荷，在离子交换中可与多个离子交换基发生作用，其交换容
量远低于无机离子的交换容量。
27.离子交换过程包括预处理、上柱变换、清洗、洗脱、树脂的再生。
28.滴定曲线比较全面的表征了_离子交换剂的特性_的性质。
29.*用于生物大分子分离的粒子交换树脂，其固相载体多为_多糖类物质_，其亲水性_高
___，生物相容性_好___，交换空间_大___，可_减少___非特异性吸附，并使蛋白质容易进入离子交换剂内部，_提高____大分子的实际交换量。同时，多采用_弱酸弱碱_性交换基团。
30.离子交换剂分阳离子交换剂和阴离子交换剂，前者对阳离子__________具有交换能力，
活性基团为酸性__________；后者对__阴离子________具有交换能力，活性基团为__碱性________。
31.物理吸附基于吸附剂与溶质之间的__分子间力__________。
32.离子交换的分配系数与离子强度呈__反比______关系。
三、选择
1.具有吸附能力的（ D）物质称为吸附剂。
A多孔性材料 B多孔性胶体
C多孔性固体 D多孔性微粒
2.吸附质与吸附剂之间由于分子间力而产生的吸附称为（B ）。
A树脂吸附 B物理吸附
C等温吸附 D化学吸附
3.下列哪种吸附剂不适合生物大分子（C ）
A、多孔性纤维素
B、琼脂糖凝胶
C、活性炭
D、葡聚糖凝胶
4.下列选项中哪个不是离子交换树脂的组成部分（ A）
A、盐离子
B、固体载体
C、可交换离子
D、活性基团
5.一般情况下，下列选项中哪个不是弱酸性阳离子交换剂的使用范围（ C ）
A、pH=7
B、pH=8
C、pH=5
D、pH=9
6.当吸附操作达到穿透点时，应 B 操作。
A.继续吸附
B.停止吸附
C.停止再生
D.停止洗脱
7.离子交换的分配系数与离子浓度呈 D 关系。
A.线性增加
B.线性减少
C.指数增加
D.指数减少
8.吸附是什么样的一种现象（A ）
A.溶质从液相或气相转移到固相
B.溶液从液相或气相转移到固相
C.溶质从固相转移到液相或气相
D.溶液从固相转移到液相或气相
9.下列哪些是评价吸附剂性能的重要参数（ A ）
A.孔径和吸附分子的截面积
B.孔径和比表面积
C.比表面积和吸附体积
D.孔隙率和吸附体积
10.当pH值降低时，弱酸性阳离子交换剂的离子化率和离子交换能力如何变化（ D ）
A.升高；加强
B.升高；减弱
C.降低；加强
D.降低；减弱
11.在吸附等温线中，下列哪项的函数是平衡吸附质浓度q （ A ）
A..液相游离溶质浓度c
B.温度T
C.分配系数m
D.结合常数Kb
12. 当pH值降低时，弱碱性阴离子交换剂的离子化率和离子交换能力如何变化（ A ）
A.升高；加强
B.升高；减弱
C.降低；加强
D.降低；减弱
13.吸附剂的比表面积和孔径之间的关系是（ A ）
A孔径越大，比表面积越小 B孔径越大，比表面积越大
C孔径与比表面积无关 D 以上三者都不对
14.哪种骨架的离子交换剂适用于蛋白子分子的分离（D）
Ａ苯乙烯－二乙烯基苯型Ｂ丙烯酸－二乙烯苯型
Ｃ酚醛型Ｄ琼脂糖凝胶
15.下列不属于吸附平衡理论的是_C_____
A.Henry型吸附平衡
B.Freundlich经验方程
C. Lagrange中值定理
https://www.doczj.com/doc/9e3026412.html,ngmuir吸附平衡
16．适合于维生素、抗生素类物质的吸附剂是（ C ）。
A．活性炭 B.氧化铝 C.有机高分子吸附剂 D.磷酸钙
17．离子交换剂不适用于提取（ A ）物质。
A．中性抗生素 B.氨基酸 C.有机酸 D.蛋白质
18．离子交换法通过（ A ）将溶液中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上。
A、静电作用
B、疏水作用
C、氢键作用
D、范德华力
19．吸附剂和吸附质之间作用力是通过（ A ）产生的吸附称为物理吸附。
A. 范德华力 B库伦力 C.静电引力 D.相互结合
20．离子交换树脂适用（ A ）进行溶胀
A.水 B乙醇 C.氢氧化钠 D.盐酸
21.下列哪个不是阳离子交换树脂（B ）
A. —SO3H
B. 季胺基
C.—COOH
D.—OH
22.离子交换树脂的组成不包括：( C )
A. 不溶性的三维空间的高分子网状骨架
B. 以共价键连接在骨架上的官能团
C. 亲和配基
D. 和活性基团所带的相反电荷的活性离子
23.可以吸附蛋白质等生物大分子的吸附剂是（A ）
A、葡聚糖凝胶
B、苯乙烯—二乙烯苯
C、活性炭
D、硅胶
24.下图为几种典型离子交换剂的滴定曲线，
（1 ）为强酸型，（ 2 ）为弱酸型，（3）为强碱型，
（4 ）为弱碱型。（请与下图曲线上的数字对应）
25.离子交换过程中溶质的分配系数随离子强度增大
而急剧__B____
A.增大
B.降低
C.不变
D.不确定
26.离子交换剂是最常用的吸附剂之一，其离子化率于
离子交换率的关系是___A___
A. 正相关
B. 负相关
C. 没有关
系 D. 不确定
27.苯乙烯-二乙烯苯型离子交换树脂不适用于__C____的操作。
A.金属回收
B.抗生素等小分子的回收
C.蛋白质等大分子的回收
D. 水处理
28. 下列不可用于蛋白质分离纯化的吸附剂是__D____
A.纤维素凝胶
B.琼脂糖凝胶
C.葡聚糖凝胶
D.酚醛型树脂
29. Henry型吸附平衡q=mc 一般在____A__范围内成立
A.低浓度
B.高浓度
C.不确定
30. 常用于蛋白质分离的阴离子交换基团有（ C D ），阳离子交换基团有（A B ）。
Ａ磺丙基SP Ｂ羧甲基CM C 季铵乙基Q D 二乙基氨基乙基
四、判断
1.强碱性树脂的离解性很强，在酸性或碱性溶液中都能离解和产生离子交换作用，使用的
pH没有限制，再生一般用强碱(如NaOH)进行。（1 ）2.强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中都能离解和产生离子交换作用，使用
时的pH没有限制。再生一般用强酸(如HCL)进行。（1 ）
3.蛋白质的相对分子质量大，能与所有的离子交换中心接触（2 ）
4.弱酸性树脂由于离解性较弱，在低PH值下，难以离解和进行离子交换，只能在碱性、
中性或微酸性溶液中发挥作用。（1 ）5.蛋白质的带电荷数量较大，离子强度微小的改变就会引起分配系数的很大变化
（2 ）
6.在相同的离子强度和pH值下，蛋白质之间分配系数的差别往往很小（2 ）
由于离子交换过程中溶质的分配系数随离子强度增大和降低，故离子交换操作在低离子强度下进行。（1 ）7.比表面积直接影响溶质的吸附容量，适当的孔径有利于溶质在孔隙中扩散，一般来说孔
径越大，比表面积越大。（2 ）https://www.doczj.com/doc/9e3026412.html,ngmuir平衡模型很好的拟合蛋白质的吸附平衡等温线，但它只是一种表象平衡模型，
而非机械模型，即蛋白质的吸附不满足langmuir单分子层吸附理论。
（1 ）
9.强酸、强碱性离子交换剂的滴定曲线没有水平部分，其滴定曲线是逐渐上升的。（2 ）
10.当溶液的pH值偏离等电点，pH>pI时带负电荷，可被阴离子交换剂吸附；pH 电荷，可被阳离子吸附。（1 ） 11.在相同的离子强度和pH值下，蛋白质之间分配系数的不大。（2 ） 12.由于离子交换过程中溶质的分配系数随离子强度增大而极具降低，所以离子交换操作需 要在低离子强度下进行。（1 ）13.吸附是利用吸附剂对液体中某一组分具有吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，再用适 当的洗脱剂将其解析达到分离纯化的过程。（1 ） 14.吸附平衡关系决定着吸附过程的方向和极限，是吸附过程的基本依据。（1 ） 15.离子交换按活性基团分类，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。（1 ） 16.穿透时间是达到穿透点所用的时间。（1 ） 17..穿透曲线的预测是固定窗吸附过程设计与操作的基础。（1 ） 18.酸性、中性、碱性氨基酸在强碱性阴离子交换树脂柱上的吸附顺序是碱性氨基酸＞中性 氨基酸＞酸性氨基酸。（ 2 ） 19.离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和被交换离子。（ 2 ） 20.同时含有酸、碱两种基团的树脂叫两性树脂。（ 2 ） 21.离子交换操作方法分为，树脂预处理、离子交换吸附、洗脱、树脂再生几大步骤。（ 2 ） 22.适用于生物大分子分离的离子交换树脂，其固相载体为多糖类物质，亲水强，交换空间 大，对生物大分子物质无变性作用。（ 1 ） 23.分配系数与反离子浓度成反比，表明离子交换的分配系数随离子强度增大而下降（1 ） 24.孔径大小直接影响溶质的吸附容量，适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散。（2 ） 25.由滴定曲线转折点，可推知官能团的种类。（2 ） 26.蛋白质的先对分子质量大，且带多个电荷会妨碍其他蛋白质与吸附剂作用，所以，蛋白 质的离子交换吸附进行起来最为困难。（2 ）27.苯乙烯—二乙烯苯型的离子交换剂主要用于蛋白质等生物大分子的分离提取。（2 ） 28.吸附分离操作的上样方式可分为两种方式：正吸附和负吸附，前者主要吸附目标物质， 纯度较高，后者吸附杂质，产物纯度较低。（ 1 ）29.按吸附剂的孔道结构区分，固体吸附剂主要分有机高分子型多孔介质和凝胶型介质两大 类。（ 1 ） 30.阳离子交换剂对阳离子具有交换能力，活性基团为碱性。（2 ） 31.阴离子交换剂对阴离子具有交换能力，活性基团为酸性。（2 ） 32.比表面积间接影响溶质的吸附容量。（2 ） 33.适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高吸附容量和吸附操作速度。（1 ） 34.常用的离子交换基团也分为强酸、弱酸、强碱和弱碱四种。（ 1 ） 35.pH升高时，离子化率会逐渐升高。（2 ） 36.溶质浓度较高时，吸附平衡呈线性。（2 ） 五、简答 1. 离子交换树脂有哪几部分构成？试列举两种常用于蛋白质分离的离子交换树脂。 1、不溶性的三维空间的高分子网状骨架（固体载体） 2、以共价键连接在骨架上的官能团（活性基团） 3、和活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子） 葡萄糖凝胶离子交换树脂、琼脂糖凝胶系列离子交换树脂 2. 蛋白质和小分子离子化物的离子交换特征有哪些区别？适用于蛋白质分离的离子交换树脂有何特点？ （1）．蛋白质的相对分子质量很大，树脂孔道对其空间排阻作用大，不能与所有的离子交换活性中心接触 (2).离子交换吸附的蛋白质分子会妨碍其他蛋白质与未吸附蛋白质的离子交换集团发生作用，并阻碍蛋白质扩散进入到其他领域 （3）.蛋白质带多价电荷，在离子交换中一般可与多个离子交换集团作用。因此，蛋白质的离子交换容量远低于无机离子的。 用于蛋白质分离的离子交换树脂固相载体为多糖类物质，亲水性强，交换空间大，对生物大分子物质无变形作用，减少非特异性吸附，并使蛋白质容易进入离子交换剂内部，提高大分子的实际交换量。同时，多采用弱酸弱碱性交换集团。 3. 试述吸附分离操作的一般步骤？ 1、预处理 物理处理：过筛、去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒，水洗和溶胀 化学处理：通常采用酸碱进行处理，对于大孔型处理有时还要用有机溶剂如乙醇、丙酮等进行处理以除去有机杂质 在预处理的最后阶段应使其转化为分离过程所适用离子型式，最后以去离子水或缓冲液平衡2、上柱交换 顺流进行（正上柱）：即原液自上而下流过树脂层 逆流进行（倒上柱）：即原液自下而上流过树脂层 交换至穿透点时，应停止交换，进行清洗，洗脱或再生 3、清洗 用不含样品的上柱溶液清洗非交换吸附的滞留杂质 4、洗脱 洗脱就是用亲和力更强的同性离子取代树脂上吸附的目的产物 5、树脂的再生 指使离子交换树脂重新具有交换能力的过程 树脂使用失效之后，先用清水洗涤，除去树脂表面和孔隙内部物理吸附的各种杂质，后用酸碱处理除去与功能基团结合的杂质，最后用再生剂再生，用清水洗至所需pH值 4. 在吸附和离子交换分离中，如何实际确定交换容量？ （1）.对于阳离子交换剂，先用盐酸将其处理成氢型后，称重并测定其含水量，同时成数克离子交换剂，加入过量抑制浓度的NaoH，发生下述离子交换反应： R- H+ +NaoH R-Na+ +H2O 式中R- 表示离子交换剂，待反应达到平衡后（强酸性离子交换剂需静置24h左右，弱酸性离子交换剂需静置数日），测定剩余的NaoH物质的量，就可求得该阳离子交换剂的交换容量。（2）.对于阴离子交换剂，一般将阴离子交换剂换成氯型后测定其交换容量。取一定量的氯型阴离子交换剂装入柱中，通入硫酸钠溶液，柱内发生如下反应： 2 R+CL- +NaSO4 R2+ SO42- +2NaCL 用铬酸钾为指示剂，用硝酸银溶液滴定流出液中的氯离子。根据洗脱交换下来的氯离子量，就可计算交换容量。 PART B 生物分离工程实验 实验十二香菇多糖的分离提取 一、实验目的 让学生了解香菇多糖的理化性质及提取工艺流程，掌握真空浓缩技术。 二、实验原理 香菇是一种药食两用真菌，具有提高免疫力、抗癌、降糖等多种生理功能。水溶性多糖作为香菇主要活性成分之一，主要以β-1,3-葡聚糖的形式，分子量从几万到几十万不等。通过有机溶剂提取，真空浓缩技术进行分离提取。 三、实验材料与试剂 原料：干香菇500g 试剂：氯仿、正丁醇、医用纱布、浓硫酸、重蒸酚、工业酒精 四、实验仪器 组织捣碎机、水浴锅、旋转蒸发器、1cm比色皿、751分光光度计、电子天平、台式离心机、试管、量筒、烧杯、玻璃棒 五、提取工艺流程 1. 1kg干香菇切成小块，以1：10（重量比）加入水，用组织捣碎机进行均质； 2. 取200mL均质液放入1L烧杯中，再加入300mL蒸馏水，加热至沸后，温 火煮沸1小时，（注意：煮沸过程中用玻璃棒不断搅拌，以免烧杯底部发生糊结；并间歇加入少量水，使杯内液体体积保持在500mL左右； 3. 加热完毕后，将杯内液体用8层纱布过滤，除去残渣，上清液转入另一烧杯 中； 4. 将上清液倒入圆底烧瓶中，在旋转浓缩仪上进行浓缩，浓缩条件为-0.1MPa 、 60℃，浓缩液体积至100mL左右停止； 5. 将浓缩液在1×10000g离心10min，将上清液转入另一烧杯，除去残渣； 6. 上清液中加入等体积的氯仿正丁醇浓液（体积比为4：1），搅拌5min，静置 30分钟； 7. 将混合液体在1×5000g下离心20min,分离水相； 8. 在水相中加入终浓度为80%的酒精，搅拌均匀，静置20min，1×5000g下离 心10min； 9. 取出沉淀物，放入已称重的干燥表面皿中，在真空干燥箱中80℃下真空干燥； 10. 干燥后，称重，计算多糖的产率； 11. 准确称取干燥后多糖20mg于500ml容量瓶中，加水定容； 12. 取定容液2ml加入6%苯酚1ml，混匀，再加入浓硫酸5ml，混匀，放置20min 后，于490nm测吸光度； 13. 葡萄糖标准曲线的制定：准确称取葡萄糖20mg定容于500ml容量瓶中，分 别取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6及1.8ml，补水至2ml，依12步骤反应液，并分别测吸光度，根据葡萄糖浓度和吸光度绘制标准曲线； 14. 根据香菇多糖吸光度和葡萄糖标准曲线，计算多糖纯度。 六、思考题 1. 根据以上实验步骤，表达多糖产率及纯度的计算公式； 2. 利用所学生物化学知识，分析多糖沉淀原理。 试卷编号： 一、名词解释题（本大题共3小题，每小题3分，总计9分） 1.Bioseparation Engineering：回收生物产品分离过程原理与方法。 2.双水相萃取：某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相， 并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统(two aqueous phase system)。 利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质，Albertsson于50年代 后期开发了双水相萃取法(two aqueous phase extraction)，又称双水相分配法(two aqueous phase partitioning)。 3.电渗：在电场作用下，带电颗粒在溶液中的运动。 二、辨别正误题并改正，对的打√，错的打×（本大题共15小题，每小题2分，总计30分） 1.壳聚糖能应用于发酵液的澄清处理是由于架桥作用。错（不确定） 2.目前国内工业上发酵生产的发酵液是复杂的牛顿性流体,滤饼具有可压缩性。错 3.盐析仅与蛋白质溶液PH和温度有关，常用于蛋白质的纯化。错 4.超临界流体是一种介于气体和液体之间的流体，可用于热敏性生物物质的分离。 对 5.膜分离时，当截留率δ=1时,表示溶质能自由透过膜。错 6.生产味精时，过饱和度仅对晶体生长有贡献。对 7.阴离子纤维素类离子交换剂能用于酸性青霉素的提取。对 8.卡那霉素晶体的生产可以采用添加一定浓度的甲醇来沉淀浓缩液中的卡那霉 素。 9.凝胶电泳和凝胶过滤的机理是一样的。错 10.PEG-硫酸钠水溶液能用于淀粉酶的提取。对 11.乙醇能沉淀蛋白质是由于降低了水化程度和盐析效应的结果。对 12.冷冻干燥一般在-20℃—-30℃下进行，干燥过程中可以加入甘油、蔗糖等作为保 护剂。对 13.反相层析的固定相和流动相都含有高极性基团，可用来分离生物物质。错 14.大网格吸附剂由于在制备时加入致孔剂而具有大孔径、高交联度，高比表面积 的特点。错（不确定） 15.PEG沉淀蛋白质是基于体积不相容性。错 三、选择题（本大题共10小题，每小题2分，总计20分） 1.对于反胶束萃取蛋白质，下面说法正确的是：A A 在有机相中，蛋白质被萃取进表面活性剂形成的极性核里 B 加入助溶剂，可用阳离子表面活性剂CTAB萃取带正电荷的蛋白质 C 表面活性剂浓度越高越好 D 增大溶液离子强度，双电层变薄，可提高反胶束萃取蛋白质的能力 2.能进行海水脱盐的是：C A 超滤 B 微滤 （最好能有时间过过ppt） 生物分离工程第一章绪论 1.定义：生产粗原料的过程及其之后的目标产物的分离纯化过程，即下游加工过程； 2.下游加工过程：目标产物的分离纯化。包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等 3.特点及其重要性：(1)发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液； (2)培养液是多组分的混合物；(3)生化产物的稳定性差——易引起产物失活；(4)对最终产品的质量要求很高。 4.下游加工过程的一般流程:(1)下游加工过程的一般流程;（2）初步纯化;（3）高度纯化与精制;（4）成品加工 5.分离效率的评价:目标产品的浓缩程度/分离纯化程度/回收率 6.提高回收率的方法：（1）提高每步回收率 ，（2）减少操作步骤；（3）开发新型高效的分离方法 第二章发酵液预处理和固液分离 首先要进行培养液的预处理和固液分离，才能进行后续操作： 对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。 1.发酵液的基本特性：发酵产物浓度较低，大多为1-10%； 悬浮物颗粒小，细胞的相对密度与培养液相似；固体粒子可压缩性大；液相粘度大，大多为非牛顿型流体，不易过滤；悬浮状态稳定：双电层、水化膜、布朗运动成分复杂，杂质较多。 2.预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度；⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（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的一相中（多数是液相）。 3.预处理手段：絮凝与凝聚处理过程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的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离。常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。其余手段：加热，调节pH。 凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）， 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。正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表面的趋势。对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的存在，可压缩扩散层的厚度，促使ζ电位迅速降低，而且化合价越高，这种影响越显著。 电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔／升），称为凝聚价或凝聚值。Schulze－Hardy法则（叔采-哈代）：反离子的价数越高，凝聚价越小，即凝聚能力越强。 絮凝：使用絮凝剂（天然和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。絮凝剂主要起架桥作用。机理：架桥作用。 4.加热作用：发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。只适用于对热较稳定的液体。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。 5.影响发酵液固液分离的因素：1）发酵液中悬浮粒子的大小； 2）发酵液的黏度viscosity，粘度越大，固液分离越困难。 6.板框压滤机：其过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。1）广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。 2）板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打人框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。 3）优点：过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。 4）缺点：不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。 7.错流过滤原理：液体的流向和滤膜相切。在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。目前适用于小分子的分离。 特点：收率高（97-98%）、质量好、减少处理步聚、染菌罐也能进行处理、介质阻力大、不能得到干滤饼、需要大的膜面积。 生物分离工程实验 实验一茶多酚标准曲线的测定 仪器：紫外分光光度计，比色皿，天平，容量瓶，移液管，pH计、试管 药品：没食子酸丙酯或茶多酚，酒石酸钾钠，硫酸亚铁，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾。 方法： A溶液配制 没食子酸丙酯标准溶液配制 准确称取25mg没食子酸丙酯，蒸馏水溶液，移入25mL容量瓶并稀释至刻度，摇匀，配制成1mg/mL的标准溶液 酒石酸亚铁溶液配制 准确称取0.1g硫酸亚铁，和0.5g酒石酸钾钠，混合，蒸馏水溶解后移入100mL容量瓶，稀释至刻度，摇匀。 pH7.5磷酸盐缓冲液配制 磷酸氢二钠：准确称取分析纯磷酸氢二钠2.969g，蒸馏水稀释溶解，移入250mL容量瓶，加水稀释至刻度，摇匀，为a液 磷酸二氢钾：准确称取分析纯磷酸二氢钾，、2.2695g，蒸馏水溶解，移入250mL容量瓶，定容，B。 取A液体85mL，B液体15mL混合均匀，即成。 B．标准曲线绘制 分别吸取0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25mL的没食子酸丙酯标准液于25mL容量瓶中，加入蒸馏水4mL，再加入酒石酸亚铁溶液5mL，用pH7.5的磷酸盐缓冲溶液稀释至刻度，摇匀，分光光度计在540nm处，1cm比色皿，分别测定吸光度。空白参比操作同上，不加没食子酸丙酯。以容量瓶中没食子酸丙酯的绝对含量mg为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，做线性回归。 C 样品测定 取适量样品加入容量瓶，操作同上，没食子酸丙酯含量乘以换算系数1.5，求得茶多酚。 实验二超声法和回流法提取茶多酚的比较 实验仪器： 超声提取器、布氏漏斗、抽滤瓶、真空泵、烧瓶、量筒、分光光度计、比色皿、容量瓶等、实验试剂 茶叶、纯净水、茶多酚（没食子酸丙酯）、硫酸亚铁、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等 操作方法 1、材料准备 称取一定量的茶叶，研钵粉碎。备用 2、提取 A、超声提取法 称取5g粉碎后茶叶末，放入烧瓶（塑料袋密封），加入100mL水，于超声提取器，50℃提取20min，抽滤，定容至100mL，待测。 B、回流提取法 称取10g粉碎后茶叶末，放入圆底烧瓶，加入100mL水，80℃提取40min，分别在1、3、5、7、10、15、20、30、40min取3mL样品，小漏斗过滤后，待测。测得茶多酚含量（mg/mL）以茶多酚含量为纵坐标，时间为横坐标绘制曲线。 3. 含量测定 按照标准曲线的方法测定含量。 所需试剂及仪器 试剂： 没食子酸丙酯或者茶多酚，酒石酸钾钠，硫酸亚铁，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾， 仪器： 紫外分光光度计，水浴锅，电子天平，pH计，超声提取器，量筒（100mL*1），容量瓶（25mL*8，100mL*4, 250mL*2），比色皿*5，移液管（1.0mL*2, 0.5mL*2, 2mL*2, 5mL*4） 三角瓶250mL*2，小漏斗*2，试管架 生物分离工程复习题 第一章绪论 简答题： 1、简述生物分离技术的基本涵义及内容。 答：基本涵义：生物分离技术是指从动植物与微生物的有机体或器官、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、纯化有用物质的技术过程。 内容主要包括：离心分离、过滤分离、泡沫分离、萃取分离、沉淀（析）分离、膜分离、层析（色谱）分离、电泳分离技术以及产品的浓缩、结晶、干燥等技术。 2、物质分离的本质是有效识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和扩大这些差别的分离设备实现溶质间的分离或目标组分的纯化。请从物质的理化性质和生物学性质几个方面简述生物活性物质分离纯化的主要原理。 答：生物大分子分离纯化的主要原理是： 1）根据分子形状和大小不同进行分离，如差速离心与超离心、膜分离、凝胶过滤等； 2）根据分子电离性质（带电性）差异进行分离，如离子交换法、电泳法、等电聚焦法； 3）根据分子极性大小及溶解度不同进行分离，如溶剂提取法、逆流分配法、分配层析法、盐析法、等电点沉淀及有机溶剂分级沉淀等； 4）根据物质吸附性质的不同进行分离，如选择性吸附与吸附层析等； 5）根据配体特异性进行分离，如亲和层析法等。 填空题： 1.为了提高最终产品的回收率：一是提高每一级的回收率，二是减少操作 步骤。 2、评价一个分离过程效率的三个主要标准是：①浓缩程度②分离纯化程 度③回收率。 判断并改错： 原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。(×)改：原料目标产物的浓度越低。 选择题： 1. B 可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率2．分离纯化早期，由于提取液中成分复杂，目的物浓度稀，因而易采用（ A ） A、分离量大分辨率低的方法 B、分离量小分辨率低的方法 C、分离量小分辨率高的方法 D、各种方法都试验一下，根据试验结果确定 第二章细胞分离与破碎 概念题： 过滤：是在某一支撑物上放多孔性过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒被截留，是固液分离的常用方法之一。 离心过滤：使悬浮液在离心力作用下产生离心压力，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高。 填空题： 1.在细胞分离中，细胞的密度ρ S 越大，细胞培养液的密度ρ L 越小，则细 胞沉降速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占主导作 用。 3.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，摩擦阻力的作用，当 固体匀速下降时，三个力的关系重力=浮力+摩擦阻力。 4.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。 生物分离工程练习题1 https://www.doczj.com/doc/9e3026412.html,work Information Technology Company.2020YEAR 《生物分离工程》练习题 绪论 1.生物分离过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化。 2.生物分离过程的显著特点是什么？ 1、条件温和 2、安全性、卫生性要求高 3、方法需要具有高选择性 4、对原料高度浓 缩 3.评价一个分离过程的效率主要有三个标准，目标产物的浓缩程度、分离纯化程 度、回收率。 4.图中F表示流速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂质。C、P和W分别 表示原料、产品和废料。写出产品浓缩率m、分离因子α、回收率REC的计算公式。 书本第九页 第一章细胞分离与破碎 1.在细胞分离中，细胞的密度ρS越大，细胞培养液的密度ρL越小，则细胞沉降 速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有过滤介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占 主导作用。 3.B可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 4.重力沉降过程中，固体颗粒不受C的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 5.过滤的透过推动力是D 。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 6.在错流过滤中，流动的剪切作用可以B。 A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化，但降低凝胶层的 厚度 C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化，但降低凝胶层的 厚度 7.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，流体摩擦阻力的作用，当 固体匀速下降时，三个力的关系平衡 8.撞击破碎适用于D的回收。 A.蛋白质 B.核酸 C.细胞壁 D.细胞器 《生物分离工程》复习题一（第1~3章） 一、选择题 1、下列物质不属于凝聚剂的有（C）。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括（C） A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（B） A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、那种细胞破碎方法适用工业生产（A） A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法 5、为加快过滤效果通常使用（C） A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为（C） A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（D ） A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（C） A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏 9、从四环素发酵液中去除铁离子，可用（B） A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化 10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（B） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点 11、使蛋白质盐析可加入试剂（D） A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵 12、盐析法纯化酶类是根据（B）进行纯化。 A.根据酶分子电荷性质的纯化方法 B.调节酶溶解度的方法 C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法 D.根据酶分子专一性结合的纯化方法 13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（B） A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（D） A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（B） A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（A）范围内适合。 A. 0.5％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％ 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（C ）去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中，加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀，属于(D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析 19、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度（C ） 填空题 1. .根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分为物理吸附、化学吸附和交换吸附； 2. 比表面积和孔径是评价吸附剂性能的主要参数。 3. 层析操作必须具有固定相和流动相。 4. 溶质的分配系数大，则在固定相上存在的几率大，随流动相的移动速度 小。 5. 层析柱的理论板数越多，则溶质的分离度越大。 6. 两种溶质的分配系数相差越小，需要的越多的理论板数才能获得较大的 分离度。 7. 影响吸附的主要因素有吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐的浓度和吸附物的浓度与吸附剂的用量； 8. 离子交换树脂由网络骨架（载体），联结骨架上的功能基团（活性基）和可交换离子组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂（提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合所必需的自由基）；甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链）；TEMED的作用是增速剂（催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的聚合）； 10. 影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，pH 和温度； 11. 在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶法，刺激起晶法和晶种起晶法； 12. 简单地说离子交换过程实际上只有外部扩散、部扩散和化学交换反应三步； 13. 在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14. 反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的； 15. 等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其 等电点 的不同； 16. 离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有 静态洗脱 和 动态洗脱 ； 17. 晶体质量主要指 晶体大小 ， 形状 和 纯度 三个方面； 18. 亲和吸附原理包括 配基固定化 ， 吸附样品 和 样品解析 三步； 19. 根据分离机理的不同，色谱法可分为 吸附、离交、亲和、凝胶过滤色谱 20. 蛋白质分离常用的色谱法有 免疫亲和色谱法， 疏水作用色谱法 ， 金属螯合色谱法 和 共价作用色谱法 ； 21. SDS-PAGE 电泳制胶时，加入十二烷基磺酸钠（SDS ）的目的是消除各种待分离蛋白的 分子形状 和 电荷 差异，而将 分子量 作为分离的依据；加入二硫叔糖醇的目的是 强还原剂，破坏半胱氨酸间的二硫键 ； 22. 影响亲和吸附的因素有 配基浓度 、 空间位阻 、 配基与载体的结合位点 、 微环境 和 载体孔径 ； 23. 阳离子交换树脂按照活性基团分类，可分为 强酸性阳离子交换树脂 、 弱酸性 和 中强酸性 ；其典型的活性基团分别有 3 、 COOH - 、2)(OH PO -； 24. 阴离子交换树脂按照活性基团分类，可分为强碱性、 弱碱性 和 中强碱 性 ；其典型的活性基团分别有-+OH CH RN 33)(、2NH -、兼有以上两种基团； 25. 影响离子交换选择性的因素有 离子水合半径 、 离子价 、 离子强度 、 溶液pH ，温度 、溶液浓度 、 搅拌速率 、和 交联度、膨胀度、颗粒大小 ； 2009级《生物分离工程》复习内容提要 第一章绪论：重点节：第二节、第三节 1、生物分离工程的一般流程Page4 2、生物分离纯化工艺过程的选择依据Page5 3、生物分离过程的特点Page6 第二章发酵液的预处理：重点节：第一节 1、发酵液的一般特性Page9 2、发酵液预处理的要求Page10-11 3、发酵液预处理的方法Page11-16 4、凝集&絮凝Page11-12 5、转筒真空过滤机的结构和工作原理Page27-28 第三章细胞分离技术：重点节：第二节 1、差速离心&密度梯度离心Page31 2、比较不同细胞破碎方法（机械法、化学法、物理法和酶溶法）的原理和优缺点Page34-39 3、比较珠磨法、高压匀浆法和超声波细胞破碎法的优缺点Page34-36 4、细胞破碎的方法主要有哪些？选择破碎方法时应考虑哪些因素？（自己总结） 5、蛋白质复性及其主要复性方法（稀释与透析、色谱、反胶束）Page41-45 第四章沉淀技术：重点节：第三节 1、盐析的原理Page51 2、K s和β分级盐析法Page52 3、什么是饱和度？盐析沉淀操作曲线的制作实验步骤Page54 4、盐析操作计算Page53-54 5、主要的沉淀方法（盐析、有机溶剂、等电点、变性沉淀等）及其优缺点比较Page27-28 第五章萃取技术：重点节：第二节（二）、第三节（二、三）、第四节（一、二、四）、第六节（一、二）、第八节（一、二、三、四） 1、萃取分配系数、相比、萃取分离系数Page65 2、单级萃取、多级逆流萃取、多级错流萃取理论收率和萃余率的计算Page67-70 3、物理萃取&化学萃取Page72-73 4、水相条件如何影响有机溶剂萃取过程Page73-74 5、有机溶剂萃取剂的选择原则Page74 6、解释双水相相图Page81 7、常用的双水相系统有哪些？Page80-81 8、什么是道南电位Page82，试述道南平衡理论在双水相萃取、纳滤膜分离机制和离子交换 树脂分离机制解释中的应用。（自己总结） 9、影响双水相分配系数的主要因素有哪些？Page83-84 《生物分离工程》题库 一、填充题 1. 生物产品的分离包括R 不溶物的去除 ，I 产物分离 ，P 纯化 和P 精 制 ； 2. 发酵液常用的固液分离方法有 过滤 和 离心 等； 3. 离心设备从形式上可分为 管式 ， 套筒式 ， 碟片式 等型式； 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为 微滤膜 ， 超滤膜 ， 纳滤膜 和 反渗透膜 ； 5. 多糖基离子交换剂包括 离子交换纤维素 和 葡聚糖凝胶离子交换剂 两大类； 6. 工业上常用的超滤装置有 板式 ， 管式 ， 螺旋式和 中空纤维式 ； 7. 影响吸附的主要因素有 吸附质的性质 ， 温度 ， 溶液pH 值 ， 盐的浓度 和 吸附物的浓度与吸附剂的用量 ； 8. 离子交换树脂由 网络骨架 （载体） ， 联结骨架上的功能基团 （活性基） 和 可 交换离子 组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是 引发剂（ 提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚 合所必需的自由基） ； 甲叉双丙烯酰胺的作用是 交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作 用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链） ； TEMED 的作用是 增速剂 （催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的 聚合 ）； 10 影响盐析的因素有 溶质种类 ， 溶质浓度 ， pH 和 温度 ； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有 自然起晶法 ， 刺激起晶法 和 晶种起晶法 ； 12.简单地说离子交换过程实际上只有 外部扩散 、内部扩散 和化学交换反应 三步； 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14.反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的；常用的固定相有C 8 辛烷基 和 十八烷基C 18 ；常用的流动相有 乙腈 和 异丙醇 ； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的 粘度和扩散系数 ，与液体有相似的 密度 ； 16.离子交换树脂的合成方法有 加聚法 和 逐步共聚法 两大类； 第一章 1．生物分离工程的一般过程P4 答：①发酵液的预处理主要采用凝聚和絮凝等技术来加速固相，液相分离，提高过滤速度。过滤、离心是其最基本的单元操作。 ②产物的提取采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。 ③产物的精制常采用色谱分离技术，有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。 ④成品的加工处理浓缩、结晶、干燥 第二章 一、概念： 1.发酵液的预处理：指采用凝聚和絮凝等技术来加速固相、液相分离，提高过滤速度。 2.凝集（凝聚）：指在投加的化学物质（如水解的凝聚剂，铝、铁的盐类或石灰等）作用下，发酵液中的 胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。 3.絮凝：指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。 4.离心分离：指在离心场的作用下，将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。主要用于颗粒较细的悬 浮液和乳浊液的分离。（分为差示离心、均匀介质离心、密度梯度离心、等密度梯度离心和平衡等密度离心。） 5.等电点沉淀法：利用蛋白质等两性化合物在等电点时溶解度最低，易产生沉淀的性质，用酸化剂或碱化 剂调节发酵液的pH，使其达到菌体蛋白的等电点而产生沉淀。 二、填空： 1、按过滤时料液流动方向的不同，分为常规过滤和错流过滤。 2、可溶性杂蛋白的去除法包括：等电点沉淀法、热处理法、化学变性沉淀法和吸附法 三、问答 1、发酵液的一般特征？ ①组成大部分为水； ②发酵产物的浓度较低； ③发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物； ④含有培养基中的残留成分，如无机盐类、非蛋白质大分子及其降解产物； ⑤含有其他少量代谢副产物； ⑥含有色素、毒性物质。热原质等有机杂质。 2、常用的絮凝剂有什么？ 无极絮凝剂：Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、氯化钙、氯化镁碱式氯化铝、高分子无机聚合物等。 有机絮凝剂：壳多糖及其衍生物、明胶、丙烯酰胺类、聚苯乙烯类、聚丙烯酰类聚乙烯亚胺类。 3、影响絮凝效果的因素？ 答：①絮凝剂的种类； ②絮凝剂浓度； ③ pH; 最关键因素，影响絮凝剂活性基团的解离度。 ④搅拌转速和时间。 4、发酵液预处理的方法？ 答：①凝聚和絮凝方法 ②加热法 ③调节PH法 ④加水稀释法 ⑤加入助滤剂法 ⑥加吸附剂法或加盐法 ⑦高价态无机离子去除法 Ca2+——草酸、草酸钠→形成草酸钙沉淀 Mg2+——三聚磷酸钠(Na5P3P10)→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物 Fe3+——黄血盐(K4Fe(CN)6) →普鲁士蓝淀 ⑧可溶性杂蛋白的去除法 3、VB12发酵液絮凝预处理的研究 答：由正交试验确定影响絮凝的主要因素，结果表明，最佳絮凝条件：絮凝剂为聚合氯化铝、加入体积分数7%，pH6、搅拌速度14r/min、搅拌时间45s。通过加压过滤实验，得到絮凝后 《生物分离工程》练习题 绪论 1.生物分离过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化。 2.生物分离过程的显着特点是什么？ 1、条件温和 2、安全性、卫生性要求高 3、方法需要具有高选择性 4、对原 料高度浓缩 3.评价一个分离过程的效率主要有三个标准，目标产物的浓缩程 度、分离纯化程度、回收率。 4.图中F表示流速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂质。C、P 和W分别表示原料、产品和废料。写出产品浓缩率m、分离因子α、回收率REC 的计算公式。书本第九页 第一章细胞分离与破碎 1.在细胞分离中，细胞的密度ρ S 越大，细胞培养液的密度ρ L 越小，则细 胞沉降速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有过滤介质阻力和滤饼阻力，其中滤 饼占主导作用。 3.B可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 4.重力沉降过程中，固体颗粒不受C的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 5.过滤的透过推动力是 D 。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 6.在错流过滤中，流动的剪切作用可以B。 A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化，但降低 凝胶层的厚度 C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化，但降低 凝胶层的厚度 7.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，流体摩擦阻力的 作用，当固体匀速下降时，三个力的关系平衡 8.撞击破碎适用于D的回收。 A.蛋白质 B.核酸 C.细胞壁 D.细胞器 9.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。 10.管式和碟片式离心机各自的优缺点。 管式，优点:离心力较大缺点：沉降面积小，处理能力降低 碟片式，优点：沉降面积大缺点：转速小，离心力较小 11.单从细胞直径的角度，细胞直径越小，所需的压力或剪切力越大，细 胞越难破碎 12.细胞的机械破碎主要方法有高压匀浆、珠磨、喷雾撞击破碎、 超声波破碎 13.细胞的化学破碎技术包括酸碱处理、酶溶、化学试剂处 理。 第二章初级分离 1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围水化层和双电层。 2.判断：当蛋白质周围双电层的ζ电位足够大时，静电排斥作用抵御蛋白质分子之间的分子间力，使蛋白质溶液处于稳定状态而难以沉淀。（正确） 3.降低蛋白质周围的水化层和双电层厚度，可以破坏蛋白质溶液的稳定性，实现蛋白质沉淀。 4.常用的蛋白质沉淀方法有：盐析沉淀，等电点沉淀，有机溶剂沉淀。 填空题 1. 为了提高最终产品的回收率一是（提高每步分离效率），二是（减少分离步骤）。 2. 评价一个分离过程效率的三个主要标准是：（浓缩率），（分离系数）和（产品回收程度） 3?生物产品的分离过程包括发酵液的预处理和（液固分离），（产品的提取），（产品的精制） 和（产品的加工处理）。 4?生化反应所起的作用是产生目的产物，指标是（产率）和（转化率），而生物分离解决的 是如何从反应液中获取这些物质，涉及的是（收率）和（纯度）。 5?生物分离的主要任务：从发酵液和细胞培养液中以（最高的效率），（理想的纯度）和（最小的能耗）把目的产物分离出来。 6?生物分离过程的特点包括：（生物分离过程的体系特殊），（生物分离过程的工艺流程特殊），（生物分离过程的成本特殊）。 7. 物质分离的本质是识别混合物中不同溶质间（物理），（化学）和（生物）性质的差别利用 能识别这些差别的（分离介质）和扩大这些差别的（分离设备） 8. 性质不同的溶质在分离操作中具有不同的（传质速率）和或（平衡状态） 9. 平衡分离是根据溶质在两相间（分配平衡）的差异实现分离；溶质达到分配。平衡为扩散 传质过程，推动力仅取决于系统的（热力学性质）。 10. 差速分离是利用外力驱动溶质迁移产生的（速度差）进行分离的方法。 1. 在细胞分离中，细胞的密度越（大），细胞培养液的密度越（小），则细胞沉降 2. 区带离心包括（差速）区带离心和（等密度）区带离心。 3. 为使过滤进行的顺利通常要加入（惰性助滤剂）。 4. 发酵液常用的固液分离方法有（离心）和（过滤）等。 5?常用离心设备可分为（离心沉降）和（离心过滤）两大类； 6?常用的工业絮凝剂有（无机絮凝剂）和（有机絮凝剂）两大类。 7. 工业生产中常用的助滤剂有（硅藻土）和（珍珠岩粉）。 8. 重力沉降过程中，固体颗粒受到（重力），（浮力），（摩擦阻力）的作用， 固体匀速下降时，三个力的关系（重力=浮力+摩擦阻力）。 9. 发酵液预处理的方法包括：（凝集），（絮凝），（加热法）；（调节pH法），（加水稀释法），加入（助滤剂）和（吸附剂）。 10. 发酵液中胶粒保持稳定的原因：（双电层）和（蛋白质周围水化层）结构。 11. 发酵液预处理过程中的相对纯化主要包括去除（高价态无机离子），（可溶性杂蛋白质），（色素）和（多糖类物质）。 12. 发酵液中杂蛋白的去除方法主要有（等电点沉淀法），（热处理法）和（化学变性沉淀法）。 13. 差速区带离心用于分离（大小）不同的颗粒，与颗粒（密度）无关。等密度区带离心包 括（预形成梯度密度离心）和（自形成梯度密度离心）两种方式。离心达到平衡后，样品颗粒的区带形状和平衡位置（不再发生变化）。 1?单从细胞直径的角度，细胞（直径越小），所需的压力或剪切力越大，细胞越 2. 常用的化学细胞破碎方法有（.酸碱法），（盐法），（表面活性剂处理），（有机溶剂法）和（螯合剂）。 3. 包涵体的溶解需要打断蛋白质分子和分子间的（共价键），（离子键），疏水作用及静电 作用等，使多肽链伸展。因此，包涵体的溶解需要强的变性剂，如（8mol/L尿素）和（6mol/L 盐 生物分离工程复习题 第一章导论 一解释名词 生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程 二简答题 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是什么？生物分离工程的特点是什么？） 2 生物分离工程在生物技术中的地位？ 3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？ 4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元） 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？ 6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？ 7 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？ 第二章发酵液预处理 一解释名词 凝聚，絮凝，凝聚剂，过滤，离心，细胞破碎，包含体 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？ 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？ 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？ 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？ 5 沉降与离心的异同？ 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？ 7 常用的离心沉降设备有哪些？常用的过滤设备有哪些？ 8 固-液分离主要包括哪些方法和设备？ 9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。 10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点？ 11 比较工业常用的过滤设备优缺点。离心与过滤各有什么优缺点？ 第三章沉淀与结晶 一解释名词 沉淀，结晶，盐析，盐溶，盐析结晶，盐析沉淀，硫酸铵饱和度，晶种，晶核，晶型, 饱和溶液，过饱和溶液，饱和度 二简答题 1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类？） 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？ 3 影响盐析的主要因素有哪些？在工艺设计中如何应用？ 4 如何确定盐析过程中需要加入硫酸铵的量？ 5 简述有机溶剂沉淀的原理。 6沉淀与结晶有何不同？ 7 结晶操作的原理是什么？常用结晶器包括哪两种类型？如何选择结晶设备？ 8 粒子大小与溶解度有何关系？ 9 有哪些方法造成溶液过饱和？ 10 绘制饱和温度曲线和过饱和温度曲线，并标明稳定区、亚稳定区和不稳定区。并简述其意义 11 影响硫酸铵盐析效果的主要因素有哪些？公式Ig S=β- Ks I 中β、Ks各与什么因素有关？ 第四章萃取 一解释名词 萃取，反萃取，分配系数，有机溶剂萃取，分离因子，乳化，胶团，反胶团，反胶团萃取，临界胶束浓度，溶解度参数，介电常数，HLB 值，萃取因素，带溶剂，超临界流体，超临界流体萃取，双水相萃取，液膜萃取，多级逆流萃取 二简答题 1 生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？ 2 溶剂萃取按参与溶质分配的两相不同而分为哪5类？有机溶剂萃取中产生乳化后使有机相和水相分层困 难，一般会出现哪两种夹带？各产生什么后果？ 3 萃取过程（方式）设计分为哪几种类型？ 4 pH 对弱电解质的萃取效率有何影响？ 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？ PART B 生物分离工程实验 实验九硅胶色谱法分离甘油三酯 一、实验目的 通过从粗油中分离甘油三酯，学习运用凝胶色谱法分离油脂中各个成分的方法。 二、实验原理 吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用溶剂或气体洗脱，以使组分分离。常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。硅胶色谱频繁使用在脂质中的单一脂质，糖脂质以及磷脂质的分离。各种脂质被硅胶吸附，随着洗脱溶液的极性增加，各种极性不同的化合物被分离出来。 三、实验仪器 1. 层析柱(1.5×75cm) 2. 250mL 三角容量瓶 3. 分析天平（0.001g） 4. 真空浓缩装置 5. 搜集瓶 6. 氮气 四、实验材料与试剂 1. 正己烷 200mL 2. 乙醚15mL 3. 蒸馏水 1.3mL 4. 硅胶（100目左右） 25g 五、实验步骤 1. 活化硅胶（110度，6小时干燥）25g中加入5%蒸馏水使其部分钝化并充分混 匀放置30分钟。加入正己烷至刚好淹没硅胶为止并用超声波脱气3分钟。2. 层析柱底部放入脱脂棉少许（防止硅胶泄漏），将硅胶放入到层析柱中正己烷 溶液要没过硅胶层表面。 3. 准确称取食用油1±0.001 g加入到硅胶层析柱中用150mL正己烷/乙醚 （87∶13，v/v）洗脱，洗脱速度为2-3滴/min。洗脱时表面不能干和。 4. 收集的洗脱液用真空浓缩装置浓缩至无有机溶剂气味为止。 5. 准确称取浓缩物质量。 六、回收率计算 回收率= Ws/W×100% Ws：回收的甘油三酯质量（g） W：食用油质量（g） 七、思考题 1. 实验中加水的目的是什么？ 2. 怎样验证洗脱液中收集的甘油三酯的纯度。 第一章绪论 一、生物分离工程在生物技术中的地位？ 二、生物分离工程的特点是什么？ 1．产品丰富产品的多样性导致分离方法的多样性 2．绝大多数生物分离方法来源于化学分离 3．生物分离一般比化工分离难度大 3.生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 三、生物分离过程一般分四步： 1.固-液分离（不溶物的去除） 离心、过滤、细胞破碎 目的是提高产物浓度和质量 2.浓缩（杂质粗分） 离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取 以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量。 3．纯化 色谱、电泳、沉淀 以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。 4．精制结晶、干燥 四、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？ （1）产品价值 （2）产品质量 （3）产物在生产过程中出现的位置 （4）杂质在生产过程中出现的位置 （5）主要杂质独特的物化性质是什么？ （6）不同分离方法的技术经济比较 上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。 五、.生物分离效率有哪些评价指标？ 1.目标产品的浓缩程度——浓缩率m 2．系数α回收率REC 第二章细胞分离与破碎 1．简述细胞破碎的意义 一、细胞破碎的目的 由于有许多生化物质存在于细胞内部，必须在纯化以前将细胞破碎，使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏（增大通透性）或破碎，释放其中的目标产物，然后方可进行提取。 二、细胞破碎方法的大致分类 破碎方法可归纳为机械破碎法和非机械破碎法两大类，非机械破碎法又可分为化学（和生物化学）破碎法和物理破碎法。 1．机械破碎 处理量大、破碎效率高速度快，是工业规模细胞破碎的主要手段。 细胞的机械破碎主要有高压匀浆、研磨、珠磨、喷雾撞击破碎和超声波破碎等。 2．化学（和生物化学）渗透破碎法 （1）渗透压冲击法（休克法）（2）酶溶（酶消化）法 3．物理破碎法 1）冻结－融化法（亦称冻融法）（2）干燥法 空气干燥法真空干燥法冷冻干燥法喷雾干燥法 三、化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点？ 化学渗透破碎法与机械破碎法相比优点：化学渗透破碎法比机械破碎法的选择性高，胞内产物的总释放率低，特别是可有效地抑制核酸的释放，料液的粘度小，有利于后处理过程。 化学渗透破碎法与机械破碎法相比缺点：化学渗透破碎法比机械破碎法速度低，效率差，并且化学或生化试剂的添加形成新的污染，给进一步的分离纯化增添麻烦。 第三章初级分离 一、常用的蛋白质沉淀方法有哪些？ 盐析沉淀,等电点沉淀,有机溶剂沉淀,热沉淀 二、影响盐析的主要因素有哪些？ （1）离子强度：Ks和β值, 强度越大,蛋白质溶解度越小； （2）蛋白质的性质:因相对分子质量和立体结构而异,结构不对称、相对分子质量大的蛋白质易于盐析； （3）蛋白质的浓度：蛋白质浓度大，盐的用量小，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；2.5%～3.0% 时最适合； （4）pH值：通常调整到pI附近，盐浓度较大会对等电点产生较大影响，pH对不同蛋白质的共沉影响；生物分离工程实验
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