分离工程第二章,细胞分离与破碎

第一章绪论生物技术与生物分离（填空）1.生物分离的一般步骤：预处理、产物提取、纯化、产品精制。

生物分离的本质是物质的分离。

2.生物分离基本原理：生物分离的基本原理是指根据混合物（包括原子、离子、分子、分子复合物、分子聚合体、和细胞、细胞碎片和颗粒等）中各种溶质间具有物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离性质和能够扩大这些差别的分离设备，实现各种物质的分离，或使被分离的产物得以纯化。

3.生物分离的方法依靠的性质①物理学性质：力学性质：溶质的密度:尺寸、大小和形状。

重力沉降,分子或颗粒的离心分离和膜分离热力学性质：溶质的溶解度(液相固相平衛)、挥发度(气液相平衡),表面活性剂及在相间的分配平衡行为的差异等性质,可进行蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、沉淀、泡沫分离、吸附传质性质：粘度、分子扩散系数和热扩散现象等,利用传质速度的差异也可进行分离如透析电磁性质：溶质的荷电特性,如电荷分布,电离度、等电点和磁性等可采用电渗析、离子交换、磁性分离②化学性质：化学吸附和化学吸收是利用化学反应进行的分离的典型例子化学热力学性质(化学平衡常数)、反应动力学(反应速率)、化学解离特性(激光激发作用极化、离子化)、③生物学：生物分子识别:生物亲和作用；生物输送性质:生物膜输送；生物反应、控制:酶反应、免疫系统第二章发酵液的预处理和固体分离一.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:①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。

②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。

③尽可能使产物转入便于后处理的一相中(多数是液相)二.发酵液预处理的方法：1.降低液体的粘度：常用方法有加水稀释和加热处理。

2.调节PH：直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质,3.凝聚：改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。

第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些容？生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。

2、生化分离的一般步骤包括哪些环节及技术？一般说来，生化分离过程主要包括4个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调PH、凝聚和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。

3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？特点：1、目的产物在初始物料（发酵液）中的含量低；2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等；3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面力等非常敏感；4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中。

唯有经过分离和纯化等下游加工过程，才能制得符合使用要求的产品。

因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。

在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部分占总成本的40～80％；精细、药用产品的比例更高达70～90％。

显然开发新的分离和纯化工艺是提高经济效益或减少投资的重要途径。

4、生物技术下游工程与上游工程之间是否有联系？它们之间有联系。

①生物工程作为一个整体，上游工程和下游工程要相互配合，为了利于目的产物的分离与纯化，上游的工艺设计应尽量为下游的分离纯化创造条件，例如，对于发酵工程产品，在加工过程中如果采用液体培养基，不用酵母膏、玉米浆等有色物质为原料，会使下游加工工程更方便、经济；②通常生物技术上游工程与下游工程相耦合。

发酵-分离耦合过程的优点是可以解除终产物的反馈抑制效应，同时简化产物提取过程，缩短生产周期，收到一举数得的效果。

⽣物分离⼯程知识点复习（有）2009-2010学年第⼀学期《⽣物分离⼯程》复习⼤纲第⼀章绪论⼀、⽣物分离过程的⼀般流程P3⼆、⽣物分离的⼀般步骤：⼀般分四步1、不溶物的去除（固液分离）Removal of insolubles2、杂质粗分或称分离（浓缩）使⽤离⼦交换吸附、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。

Isolation3、纯化（⾊谱、电泳、沉淀）Purification4、精制（结晶）Polishing三、⽣物分离过程的特点（四个，P4）第⼆章细胞分离与破碎⼀、⽣物悬浮液预处理⽬的a 改变发酵液物理性质b 产物转⼊液相中c 除去发酵液中部分杂质⼆、凝聚和絮凝的概念及作⽤凝聚：添加盐类破坏细胞双电层，导致细胞聚集。

絮凝：添加絮凝剂在细胞间形成桥架作⽤。

作⽤：加快重⼒沉降速率（直径增加），去除蛋⽩质，提⾼过滤速度和质量。

三、⽣物悬浮液固液分离⽅法离⼼和过滤四、离⼼设备从形式上分为管式、螺旋式、碟⽚式。

五、细胞破碎的概念和破碎的关键⽬标及原因破碎细胞壁和细胞膜，关键是细胞壁。

原因：因为细胞壁是具有⼀定刚性和坚韧的物质，起到保护细胞的作⽤，当细胞与周围环境交换营养物或代谢产物时，细胞壁起了调节和控制的作⽤。

此外，它还具有抗机械撞击作⽤的功能。

六、超声破碎细胞的原理超声波在⾼强度声能输⼊下，利⽤空化现象(cavitation)引起的冲击波和剪切⼒使细胞破碎。

七、细胞破碎程度的测定⽅法直接计数法：直接对适当稀释后的样品进⾏计数，可以通过平板计数技术或在⾎球细胞器上⽤显微镜观察来实现最终染⾊细胞的计数。

间接计数法：间接计数法是在细胞破碎后，测定悬浮液中细胞释放出来的化合物的量(例如可溶性蛋⽩、酶等)。

破碎率可通过被释放出来化合物的量R与所有细胞的理论最⼤释放量Rm之⽐进⾏计算。

间接计数法最常⽤的细胞内含物是蛋⽩质，特别是酶活性释放到基质中，是破碎程度很好的指⽰参数。

⼋、离⼼和珠磨法破碎细胞的计算第三章初级分离⼀、沉淀的概念（P35）以及与结晶的区别沉淀和结晶的区别在于形态的不同，结晶是同类分⼦或离⼦以有规则排列形式析出，沉淀是同类分⼦或离⼦以⽆规则的紊乱排列形式析出。

生物分离工程总复习题第一章绪论复习题1.生物分离工程在生物技术中的地位？在生物技术领域，通常将生物产品的生产过程称作生物加工过程，包含优良生物物种的育种、基因工程、细胞工程、生物反应过程（酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养等）及目标产物的拆分提纯过程，后者又称作下游加工过程。

生物产物的特殊性、复杂性和对生物产品要求的严格性。

因此导致下游加工过程的成本往往占整个生物加工过程成本的大部分。

生物拆分工程研究的根本任务：设计和优化拆分过程，提升拆分效率，增加拆分过程步骤，延长拆分操作方式时间，达至提升海口收率与活性、降低生产成本的目的。

生物拆分工程的特点就是什么？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.生物拆分工程可以分成几大部分，分别包含哪些单元操作方式？生物拆分过程通常分后四步：1.固-液拆分（不溶物的除去）Vergt、过滤器、细胞碎裂目的就是提升产物浓度和质量2.铀（杂质斯维恰河）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、结晶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）产物在生产过程中发生的边线（4）杂质在生产过程中发生的边线（5）主要杂质独有的物化性质就是什么？（6）相同拆分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。

5.生物分离效率有哪些评价指标？目标产品的浓缩程度――浓缩率m2．目标产物的拆分提纯程度――拆分因子或拆分系数α3．回收率rec第二章细胞分离与破碎复习题1．简述细胞破碎的意义一、细胞破碎的目的由于存有许多生化物质存有于细胞内部，必须在提纯以前将细胞碎裂，并使细胞壁和细胞膜受相同程度的毁坏（减小通透性）或碎裂，释放出来其中的目标产物，然后方可展开抽取。

《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。

生物分离工程思考题1 绪论1、生物分离工程可分为几大部分？分别包括那些单元操作？2、生物分离工程有那些特点？简述生化分离过程的一般流程？2 细胞分离与破碎1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？2、何谓絮凝？何谓凝聚？各自作用机理是什么？3、离心分离分那两大类？各自有何特点及用途？常用离心法有那几种？4、何谓密度梯度离心？其工作原理是什么？5、发酵液过滤特性及影响过滤速度的因素及改进过滤性能的方法。

6、细菌细胞壁与真菌（酵母）细胞壁在组成上有何区别？7、细胞破碎主要有那几种方法？及其原理。

8、试举例说明如何将破碎技术与上游技术结合提高破碎率？4 膜分离1、何谓膜分离？主要有那几种膜分离方法？2、膜在结构上可分为那几种？膜材料主要是什么？3、简述微滤、超滤膜、反渗透膜在推动力、分离原理、膜材料、结构、性能及其应用等方面的异同点。

4、反渗透膜分离机理模型内容如何？4、浓度极化、凝胶极化概念,是如何影响膜分离的？有何危害？减少浓差极化现象的措施？5、超滤膜的分子截留作用，实际膜分离过程中影响截留率的因素。

6、简单分析操作形式、流速、压力以及料液浓度对分离速度的影响。

7、膜分离操作过程中膜污染的主要原因是什么？膜的清洗方法有哪些？6 吸附分离技术和理论1、什么是吸附过程？吸附的类型有哪些？如何划分溶质从液相或气相转移到固相的现象。

按吸附作用力分为：物理吸附、化学吸附、离子交换。

2、常用的吸附剂种类有哪些？多孔型介质、凝胶型介质3、离子交换树脂的结构、组成？按活性基团不同可分为那几大类？常用的活性基团有哪些？4、吸附剂、离子交换剂性能评估方法，掌握典型离子交换剂的滴定曲线的意义。

5、什么是吸附等温线？其意义何在？几种不同类型的吸附等温线各自代表了怎样的吸附机理？6、普通型离子交换树脂为何不能用来分离提取蛋白质分子？蛋白质等生物大分子的离子交换特性是什么？与小分子有什么不同？7、大孔吸附剂的特点，与离子交换树脂在结构上有什么不同？8、穿透曲线、穿透点和穿透时间等概念9、膨胀床适用于何种情况下的物料分离，有何优点？缺点是什么？10、膨胀床与流化床、固定床特征有何不同？7 液相色谱1、什么是色谱分离技术？色谱分离技术的分类及其英文简称？3、简述液相色谱的分离操作方式。

第一章绪论1、何谓生物分离技术？2、生物分离技术特点的特点是什么？3、生物分离技术可分为几大部分，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、简述生物分离工程的发展动向。

第二章细胞分离与破碎1、何谓过滤、沉降；沉降与离心的异同？2、简述过滤的基本形式。

3、凝聚和絮凝的区别有哪些？4、简述过滤、离心设备的分类及其特点。

5、简述细胞破碎的意义。

6、常用细胞破碎方法有哪些？第三章萃取1、液－液萃取的分类？2、何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？3、什么是乳化现象，其产生原因是什么；如何消除乳化现象？4、何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？5、何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？其成相机理如何？6、反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理第四章膜分离1、什么是膜？2、简述膜分离技术的分类3、基本的膜材料有哪些？4、常用的膜组件有哪些？5、何谓反渗透？实现反渗透分离的条件是什么？6、电渗析的工作原理？第五章吸附与离子交换1、什么是吸附过程？吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？2、什么是吸附等温线？其意义何在？影响吸附过程的因素有哪些？3、什么是亲和吸附？其特点有哪些？4、什么是离子交换？离子交换的机理是什么？5、什么是离子交换树脂的交换容量，如何测定？6、基本的离子交换操作是怎样的？7、什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？第六章结晶1、结晶操作的原理是什么？2、饱和溶液和过饱和溶液的概念3、结晶的一般步骤是什么？4、过饱和溶液形成的方法有哪些？5、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。

6、常用的工业起晶方法有哪些？7、重结晶的概念第七章干燥1、干燥的概念2、干燥的基本流程3、物料中所含水分的种类有哪些？平衡水分和自由水分的概念4、了解干燥曲线，并结合干燥速率曲线说明恒速干燥阶段和降速干燥阶段的特点5、干燥设备选型的原则是什么？6、常用的干燥设备有哪些？其特点是什么？友情提示：部分文档来自网络整理，供您参考！文档可复制、编制，期待您的好评与关注！。

分离⼯程思考题第⼀章1、⽣物技术与⽣物分离的关系是什么？为什么说⽣物分离过程是⽣物技术的重要组成部分？⽣物技术的主要⽬标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。

因此，⽣物分离是⽣物技术的重要组成部分。

2、⽣物物质有哪些？现代⽣物技术产品的主体是什么？⽣物物质总类繁多，包括⼩分⼦化合物，⽣物⼤分⼦，超⼤分⼦，细胞和具有复杂结构与组成成分的⽣物体组织。

现代⽣物技术产品的主体---蛋⽩质类药物.1)细胞因⼦:⼲扰素、⽣长因⼦、红细胞⽣成素2)激素：胰岛素、⽣长激素3)抗体药物：单克隆抗体、抗体⽚段4)酶类药物：尿激酶5)基因⼯程疫苗6)基因治疗3、⽣物分离过程设计应考虑哪些因素？为什么⾊谱是分离过程的核⼼技术？考虑因素：1)⽬标产物的存在位置：胞内或胞外2)⽬标产物的存在形式：活性表达产物或包含体3)⽬标产物分⼦的⼤⼩、疏⽔性、电荷性质、溶解度和稳定性4)⽬标产物的商业价值和对纯度的要求4、⽣物分离过程有哪些特点？1)⽣化产物的稳定性差，产物可能失活2)分离难度⼤，⼀般需⽤特殊的⾼效分离技术3)⽣物产物的原料构成成分复杂，需要采⽤多种分离技术和多个分离步骤完成⼀个⽬标产物的分离4)对最终产物的质量要求很⾼5)需对原料液进⾏⾼度浓缩5、⽣物分离过程中需要考虑分离对像的哪些性质？1)根据物理性质的差异实现分离i.⼒学性质：密度、尺⼨和形状。

⽤于重⼒沉降、离⼼、膜分离等ii.热⼒学性质：溶解度、挥发度等。

⽤于如蒸馏、蒸发、结晶、吸附和离⼦交换等iii.传质性质：粘度、扩散系数、热扩散现象等。

即利⽤传质速度的差别进⾏分离iv.电磁性质：荷电性质、电荷分布、等电点等。

⽤于电泳、电渗析、离⼦交换、磁性分离等2)根据化学性质的差异实现分离i.化学性质包括热⼒学(化学平衡)、反应动⼒学(反应速率)和光化学特性等。

ii. 化学吸附和化学吸收即利⽤化学性质实现分离。

3) 根据⽣物学性质的差异实现分离a) ⽣物分⼦间的识别作⽤，如亲和⾊谱b) 利⽤酶的⽴体选择性，如对⼿性分⼦进⾏选择性修饰后以增⼤分⼦间差异，从⽽⽤常规⽅法进⾏分离6、什么是平衡分离？什么是差速分离？差速分离（速度分离）分离机理：根据溶质在外⼒作⽤下产⽣的移动速度的差异实现分离。

生物分离工程复习题第一章绪论填空题：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。

第二章细胞分离与破碎填空题：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。

5.单从细胞直径的角度，细胞越小，所需的压力或剪切力越大，细胞越难破碎。

判断并改错：在恒压过滤中，过滤速率会保持恒定。

（×）改：不断下降。

生长速率高的细胞比生长速率低的细胞更难破碎。

(×)改：更易破碎。

第三章初级分离填空题：1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围的水化层和双电层。

2、.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。

3、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。

4、8.Cohn方程中，Ks越大，β值越小，盐析效果越好。

5.等电点沉淀的操作条件是低离子强度和 pH=pI 。

6.有机溶剂沉淀时，蛋白质的相对分子质量越大，则有机溶剂用量越少；在溶液等电点附近，则溶剂用量越少。

7.盐析常数Ks随蛋白质的相对分子量的增高或分子结构的不对称性而增加。

判断题：1、当蛋白质周围双电层的ζ点位足够大时，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。

（√）2、无论是亲水性强，还是疏水性强的蛋白质均可采用等电点沉淀。

（×）改：适用于疏水性强的蛋白质(酪蛋白)。

第四章膜分离填空题：1.反渗透中，溶质浓度越高，渗透压越大，则施加的压力越大。

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。