生物分离工程部分习
题和答案
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
1 、生物下游加工过程（生物分离工程）：从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、分离、纯化和成品化的过程。（ppt 第一章、课本page 1）
2、生物加工过程：一般将生物产品的生产过程叫生物加工过程，包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应工程及目标产物的分离纯化过程。（课本page 1）
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？）
答：生物下游加工过程特点：
<1>：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
<2>：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。
<3>：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。
<4>：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。
<5>：生物产品稳定性差——严格限制操作条件，保证产物活性。
<6>：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。
<7>：各批次反应液性质有所差异——分离技术具有一定的弹性。
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（%）
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）
答：生物分离工程分四大部分：
<1>、发酵液预处理与液固分离。基本操作单元：过滤、离心
<2>、初步纯化。基本操作单元：根据产品性质而定
<3>、高度纯化。基本操作单元：根据产品性质而定，技术要有高度选择性
<4>、成品加工。基本操作单元：结晶、干燥
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：<1>、目标产物性质及其共存杂质的特性 <2>、充分考虑目标产物商业价值<3>、考虑生物加工过程自身规模 <4>、采用步骤次序相对合理
<5>、尽可能采用最少步骤 <6>、产品稳定性与物性
<7>、产品规格与型式 <8>、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
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？
答：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%
第二章发酵液预处理
一解释名词
凝聚：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。絮凝：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。
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？
答：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）、干燥处理
工业常用方法：高压匀浆法、高速珠磨法
5 沉降与离心的异同？
答：沉降：溶液中的颗粒或溶质在重力或离心力作用下发生沉淀的现象。沉降的结果使分散体系发生相分离。可利用悬浮在流体(气体或液体)中的固体颗粒下沉而与流体分离。利用悬浮的固体颗粒本身的重力而获得分离的称做重力沉降。利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降。
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。离心力（ rω2）大小对固液分离度很有影响，细胞悬浮液和其他颗粒尺寸多不大，并且液体黏度通常较大，因此要通过增大离心力来提高分离效果。
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
7 常用的离心沉降设备有哪些？常用的过滤设备有哪些？
答：离心沉降设备：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
过滤设备可分：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（离心过滤机）
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
9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。
答：过滤在结晶体类、颗粒相对较大时（非粘性物料）的处理时较好用。离心在颗粒细微（最小可达到纳米级别），或是粘性物料处理时比较合适。
10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点？
答：高压匀浆：优点是细胞经历了高速造成的剪切、碰撞、高压到常压
的变化，从而造成细胞破碎。
缺点是较容易造成堵塞的丝状真菌、放线菌以及较小的G+菌不适合
用本法。
?能耗：蛋白质与酶的失活主要是由于匀浆过程中产生热所至。将温度控制在35?C以下，损失可以忽略不计。
?高压匀浆一般需多级循环操作，每次循环前需要进行级间冷却。
?压力可提高细胞破碎效果，但同时需要增加能耗和带走热量付出的代价。
?主要能耗是高压和维持低温操作能量消耗。
高速珠磨破碎法：
破碎率与能耗成正比。增加装珠量或延长破碎时间或增加转速均可
提高破碎率，但同时能量消耗和产热增加，提高了制冷费和总能源消
耗量。当破碎率≥80%，能耗急剧增加。
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？
答：板框过滤机的优点是过滤面积大、过滤压力可较大幅度调整和耐受较高压力差，应用范围广；结构简单，价廉，动力消耗少；
缺点是不能连续操作，劳动强度大，卫生条件差，非生产周期长。
加压叶滤机：在密闭条件下操作，适应无菌过滤；机械装卸简单，清洗容易；
价高，更换过滤介质困难。
转鼓真空过滤机：能连续操作和自动化生产；
压差小，主要适应于霉菌发酵液。
离心法分离液体和固体的优点是技术容易掌握，分离结果重复性好，通过增加转速和延长离心时间可以使得一些难以过滤的物质（细胞碎片等）沉降下来，但缺点是难以除去一些密度较小的物质。生产投资较高，噪声较大等。
过滤技术难以掌握，影响因素很多，常出现颗粒泄漏和膜堵塞等问题，生产中稳定性不如离心好，常需要有经验的工人从事操作。但如果分离介质选择恰当和掌握好技术，对于一些密度差小离心难以分离的颗粒物质常可全部除去。
第三章沉淀与结晶
一解释名词
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）
盐析: 蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低产生沉淀的现象。
盐溶: 低盐离子强度下，随着离子强度增加蛋白质溶解度升高的现象。
盐析结晶: 在高离子强度溶液中,蛋白质形成一定形状、大小的分子、原子或离子有规则排列的固体颗粒的过程。
盐析沉淀: 由于溶液中离子的加入试剂，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。
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。
晶型：
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
1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类？
答：沉淀分离的主要方法：
1）盐析沉淀法
2）有机溶剂沉淀法
3）|pH水– p I| Value调节法
4）亲水聚合物沉淀法
5）聚电解质絮凝法
6）高价金属离子沉淀法
7）亲和沉淀法
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：①常用的蛋白质沉淀方法有：
蛋白质盐析沉淀、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。
②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。
③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%（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。
3 影响盐析的主要因素有哪些？在工艺设计中如何应用？
答：用Cohn经验公式来看
lgS=-β--KsI
影响盐析的主要因素有:
β：与蛋白质种类、温度、pH有关，与无机盐种类无关
Ks：与无机盐种类、蛋白质种类（不同蛋白之间溶解度相差不超过1倍）有关，与温度、pH无关.
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？
答：0～300C 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（NH4）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）/（3.825-0.285M2）或505（S2-S1）/（100-0.285S2）
5 简述有机溶剂沉淀的原理。
答：有机溶剂沉淀的原理：①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；②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。）
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？答：结晶操作的基本原理：使溶液处于过饱和状态。
工业结晶设备主要有：冷却式、蒸发式（常压蒸发、减压蒸发）
结晶器的选择：根据目标产物溶解度曲线确定——目标产物溶解度随温度升高而显著升高则可选用其中任何一类；否则只能选用蒸发式结晶设备。
8 粒子大小与溶解度有何关系？
答：粒子大小与溶解度：颗粒直径越小，溶解度越大。
溶解度还与颗粒大小有关，微小颗粒的溶解度大于较大直径的颗粒。从热力学方法可得到颗粒大小与溶解度的关系：
（ C 普遍晶体溶解度 Cs半径为rc的晶体溶解度σ结晶界面张力 Vm晶体摩尔体积 R气体常数 T绝对温度）
9 有哪些方法造成溶液过饱和？
答：冷却；蒸发结晶；加溶质。
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？
答：影响硫酸铵盐析的因素：Ig S=β- Ks I。式中,
S为蛋白质的溶解度(g/L)；
I为离子强度；
m 为盐的摩尔浓度；
β值为蛋白质在纯水中(I=0时)的假想溶解度对数值，是pH值和温度的函数。在蛋白质pI时最小，与蛋白质种类、温度、pH有关，与无机盐种类无关；Ks 为盐析常数，与盐和蛋白质种类有关，与温度和pH值无关。
第四章萃取
1萃取：是利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同，使溶质得到纯化或浓缩，从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。
3分配系数：溶质在两相中的总浓度之比。
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。
7胶团(micelles): 表面活性剂在连续的水相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。
8临界胶束浓度：是S在水溶剂中形成胶束的最低浓度。
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。
10
11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
12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D和电场强度E之比D=εE
13 HLB值：亲水—亲油平衡值。=(亲水基团的分子量/ 疏水基团的分子
量)*20
14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。
15带溶剂: 带溶剂是指易溶于溶剂中并能够和溶质形成复合物且此复合物在一定条件下又容易分解的物质，也称为化学萃取剂。对于水溶性
强的溶质，可利用脂溶性萃取剂与溶质间的化学反应生成脂溶性
复合分子，使溶质向有机相转移。这种溶剂称为带溶剂
16超临界流体:是指超过临界温度与临界压力状态的流体.
17超临界流体萃取:利用超临界流体为萃取剂的萃取操作。
18双水相萃取：利用生物物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
19液膜萃取：以液膜为分离介质、以浓差为推动力的液-液萃取与反萃过程结合为一体的分离过程。
20多级逆流萃取：P105
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？
答：生物萃取要尽可能保证分离目标产物的活性。目标分离物量少。还有超临界流体萃取等新萃取技术的使用。
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？答：有机溶剂萃取，双水相萃取，液膜萃取，反胶团萃取，超临界流体萃取
两种夹带及后果：①发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；
②有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难。
3 萃取过程（方式）设计分为哪几种类型？
答：混合-澄清式，多级错流接触萃取，多级逆流接触萃取，分馏萃取，微分萃取
4pH 对弱电解质的萃取效率有何影响？
答：弱酸性电解质分配系数虽ph减小而增大，弱碱性电解质相反。
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：
①发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；
②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。
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) ：利用脂溶性萃取剂与溶质之间发生化学反应生成脂溶性复合分子，使溶质优先向有机相分配的萃取操作。
7 常见物理萃取体系由那些构成要素？
答：萃取剂，原溶剂（稀释剂），溶质（被萃取的物质）
8 何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？
答：溶质在两相中的总浓度之比。影响因素：水相ph，温度，无机盐，有机溶剂或稀释剂种类。
9 何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？提高超临界流体萃取选择性的原则是什么？
山科大生物分离工程试题（ A ）卷 一、填充题（40分，每小题2分） 1. 生物产品的分离包括R ，I ，P 和P 。 2. 发酵液常用的固液分离方法有和等。 3. 离心设备从形式上可分为，，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，和； 5. 多糖基离子交换剂包括和两大类。 6. 工业上常用的超滤装置有，，和。 7. 影响吸附的主要因素有，，，，和。 8. 离子交换树脂由，和组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是；甲叉双丙烯酰胺的作用 是；TEMED的作用是； 10 影响盐析的因素有，，和； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有，和； 12.简单地说，离子交换过程实际上只有，和三个步骤； 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； 14. 反相高效液相色谱的固定相是的，而流动相是的；常用的固定相有和；常用的流 动相有和； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的，与液体有相似的； 16.离子交换树脂的合成方法有和两大类； 17.常用的化学细胞破碎方法有，，，和； 18.等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其的不同； 19.离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有和； 20. 晶体质量主要指，和三个方面； 三.计算题（30分） 1、用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3，萃取平衡常数为K=40，处理能力为H=0.5m3/h，萃取溶剂流量为L=0.03m3/h，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数？（10分） 2、应用离子交换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量（10分） 3、一种耐盐细胞其能积累细胞内低分子量卤化物，适应高渗透压，能在含有0.32mol/LNaCl, 0.02mol/LMgCl2, 0.015mol/LCaCl2, 0.01mol/LFeCl3 的培养基这培养，当其从含盐量高的培养基中转移至清水中，在数分钟内能将胞内
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
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。
例1:如图，已知大气压p b=101325Pa ，U 型管内 汞柱高度差H =300mm ，气体表B 读数为0.2543MPa ，求：A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。 解： 强调： P b 是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa （和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的p~f （v ）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。 解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出p~f （v ） (2) （3） 例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg ，缸壁充分导热，取走100kg 负载，待平 衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已 知 解：取缸内气体为热力系—闭口系 分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数： 过程中质量m 不变 据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p 1=p b ，t 1=27℃，缓缓加热， 使 p 2=0.15MPa ，t 2=207℃ ，若m =0.1kg ，缸径=0.4m ，空气 求：过程加热量Q 。 解： 据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知：0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2，气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ，问换热器的换热量。 解： 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K)，水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水
《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 ）
生物分离工程复习题 一、名词解释 1.凝聚：在电解质作用下，破坏细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。 2.分配系数：在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度为一 常数叫分配系数。 3.絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程 4.过滤：是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常 用方法之一。 5.萃取过程：利用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 6.吸附：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的过程。 7.反渗析：当外加压力大于渗透压时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。 8.离心沉降：利用悬浮液或乳浊液中密度不同的组分在离心力场中迅速沉降分层，实现固液分离 9.离心过滤：使悬浮液在离心力场作用下产生的离心力压力，作用在过滤介质上，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 10.离子交换：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂 上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。 11.固相析出技术：利用沉析剂（precipitator）使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定 形固体沉淀的过程。 12.助滤剂：助滤剂是一种具有特殊性能的细粉或纤维，它能使某些难以过滤的物料变得容易过滤 13.色谱技术：是一组相关分离方法的总称，色谱柱的一般结构含有固定相（多孔介质）和流动相，根据物质在两 相间的分配行为不同（由于亲和力差异），经过多次分配（吸附-解吸-吸附-解吸…），达到分离的目的。 14.有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。 15.等电点沉淀：调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀。 16.膜分离：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一种技术。 17.化学渗透破壁法：某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞 壁或细胞膜的通透性，从而使胞内物质有选择地渗透出来。 18.超临界流体：超临界流体是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点——临界点后的流体。 19.反渗透：在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧，形成大于渗透压的压力差，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到 浓缩的效果，这种操作成为反渗透。 20.树脂工作交换容量：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称为树脂交换容量，在 充填柱上操作达到漏出点时，树脂所吸附的量称为树脂工作交换容量。 21.色谱阻滞因数：溶质在色谱柱（纸、板）中的移动速率与流动相移动速率之比称为阻滞因数，以Rf表示。 22.膜的浓差极化：是指但溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度。 23.超滤：凡是能截留相对分子量在500以上的高分子膜分离过程称为超滤，它主要是用于从溶剂或小分子溶质中 将大分子筛分出来。 24.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。 25.物理萃取：即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。 26.化学萃取：则利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。 27.盐析：是利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度的差异，向溶液中加入一定量的中性盐，使原溶解的物质沉 淀析出的分离技术。 28.有机聚合物沉析：利用生物分子与某些有机聚合物形成沉淀而析出的分离技术称为有机聚合物沉析。 29.离子交换平衡：当正反应、逆反应速率相等时，溶液中各种离子的浓度不再变化而达平衡状态，即称为离子交 换平衡。 30.功能基团：离子交换树脂中与载体以共价键联结的不能移动的活性基团，又称功能基团 31.平衡离子：离子交换树脂中与功能基团以离子键联结的可移动的平衡离子，亦称活性离子。 32.树脂的再生：就是让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程，树脂的再生反应是交换吸附的逆反应。 33.层析分离：是一种物理的分离方法，利用多组分混合物中各组分物理化学性质的差别，使各组分以不同的程度 分布在两个相中。 34.流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或租临界体等，都称为流 动相。 35.正相色谱：是指固定相的极性高于流动相的极性，因此，在这种层析过程中非极性分子或极性小的分子比极性 大的分子移动的速度快，先从柱中流出来。
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 ；
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而 对 于 能 量 方 程 来 说 ，其循环积分：
《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
第一章复习题 1.生物分离工程在生物技术中的地位？ 2.生物分离工程的特点是什么？ 3.生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 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？ 5.生物分离效率有哪些评价指标？ 第二章复习题 1．简述细胞破碎的意义 2．细胞破碎方法的大致分类 3．化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点？ 第三章复习题 1．常用的蛋白质沉淀方法有哪些？ 2．影响盐析的主要因素有哪些？ 3．何谓中性盐的饱和度？ 4．盐析操作中，中性盐的用量（40% 硫酸铵饱和度）如何计算？5．简述盐析的原理。6．简述有机溶剂沉析的原理。 7．简述等电点沉析的原理。 第四章复习题 1．膜分离技术的概念 2．膜的概念 3．根据膜孔径大小，膜分离技术的分类 4．基本的膜材料有哪些？ 5．常用的膜组件有哪些？ 6．何谓反渗透？实现反渗透分离的条件是什么？其特点有哪些？ 7．强制膜分离的概念？ 8．电渗析的工作原理？ 9．膜污染的主要原因是什么？常用的清洗剂有哪些？如何选择？ 10．膜分离在生物产物的回收和纯化方面的应用有哪些方面？ 第五章复习题 1.什么是萃取过程？ 2.液－液萃取从机理上分析可分为哪两类？ 3.常见物理萃取体系由那些构成要素？ 4.何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？ 5.何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？有哪几种方法？ 6.何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 7.反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理 第六章复习题 1.影响吸附的主要因素？ 2.亲和吸附的原理和特点是什么？ 3.常用的离子交换树脂类型有哪些？ 4.影响离子交换速度的因素有哪些？ 5.用于蛋白质提取分离的离子交换剂有哪些哪些特殊要求，主要有哪几类？ 第七章复习题
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
工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。
《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。
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；
1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h p v =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本 质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+??? 虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？
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. ％～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