生物工程下游技术

华南师范大学生命科学学院生物工程下游技术考试：考试题型：名词解释（20分）、简答题（35分）、论述题（35分）B卷：一、名词解释（共10小题，每题2分，共20分）：1. 浸取：过程系指出溶媒进入细胞组织溶解、浸取目的产物后，变成浸取液的全部过程。

（知识要点第4页）2.超滤：从小分子溶质或溶剂中，将比较大的溶质分子筛分出来，能截流相对分子量在500以上的高分子的膜分离过程。

（知识要点192页）3.晶体的二次成核：受已存在的宏观晶体的影响而形成晶核的现象。

在二次成核中起决定作用的两种机理：液体剪应力成核和接触成核。

（知识要点352页）4.冷冻干燥：将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。

物料可先在冷冻装置内冷冻，再进行干燥。

但也可直接在干燥室内经迅速抽成真空而冷冻。

升华生成的水蒸气借冷凝器除去。

升华过程中所需的汽化热量，一般用热辐射供给。

（知识要点生物工程设备361页）5.等电点沉淀法：是利用蛋白质在等电点时溶解度最低而各种蛋白质又具有不同等电点的特点进行分离的方法。

（百度）6.热泵蒸发：将蒸发器蒸出的二次蒸汽用压缩机压缩,提高它的压力,使它的压力,使它的饱和温度提高到溶液的沸点以上,然后送入蒸发器的加热室作为加热蒸汽,二次蒸汽压缩机称为热泵,这种方法称为热泵蒸发。

（知识要点381页）7.双水相萃取：利用组分在两个互不相溶的水相间分配的差异而达到分离的萃取技术。

（知识要点：王巧娥,傅博强,王小如著.甘草深加工技术.北京：中国轻工业出版社.2011.第52-53页.）8降膜式蒸发器：原料液由加热管的顶部经分配器导流进入加热管，沿管壁成膜状向下流。

液体的运动是靠本身的重力和二次蒸汽运动的拖带力的作用，其下降的速度比较快，因此成膜的二次蒸汽流速可以较小，对黏度高的液体也较易成膜，并被蒸发浓缩。

气液混合物由加热管底部进入分离室，经汽液分离后，二次蒸汽由分离室顶部逸出，完成液则从底部排出。

《生物工程下游技术》教学改革与实践摘要：通过对生物工程下游技术课程内容、教学方法、考核方式等方面的思考，探讨了如何提高教学质量、学生学习积极性、创新能力及应用能力等问题。

关键词：生物工程下游技术教学改革创新能力中图分类号：g642 文献标识码：a 文章编号：1673-9795（2012）10（a）-0080-01生物工程下游技术课程是一门多学科交叉和比较前沿的学科，含有现代生物科学和工程的技术。

近年来在国内外备受重视，发展迅速，生物工程下游技术成为生物工程中必不可少的也是极为关键的环节，[1]成为制约生物工程产品生产及可持续发展的瓶颈。

[2]为了更好地适应生物工程产业化发展需要，必须开展生物工程下游技术、原理及装备的教学工作，构建适合本校学生的《生物工程下游技术》课程体系，培养基础理论扎实、科研能力强、具有创造性思维和能力的优秀人才。

1 生物工程下游技术课程主要内容和特点生物工程下游技术课程主要包括细胞破碎、初级分离、膜分离、萃取、吸附分离技术和理论、色谱、电泳、结晶、干燥等。

它所涉及的相关课程和知识较多，如物理、化学、化工原理、微生物、数学等，[3～4]所涉及的基础理论、基本知识较多、较散，各知识点间相互独立，自成体系，内容相对比较抽象，若单纯地讲授理论知识，学生学习效果差。

我院生物工程下游技术课程是针对生物工程以及生物技术等本科专业开设的专业主干课。

该课程兼有“工程技术”与“科学”的双重特点，不仅要强调工程观点、实验技能及创新能力，更要强调理论联系实际，解决工程问题；课程内容在介绍经典生物工程下游技术单元操作的同时，还应跟踪当今生物工程领域乃至相关学科最新发展动态，在教学活动中不仅要传授知识与技能，更应“树人、育才”。

因此，在生物工程下游技术教学中不仅帮助学生完成“从理论到实际”的转变，更要激发学生学习兴趣，培养学生的综合素质与创新能力。

2 教学改革与体会2.1 理论联系实际，激发学习兴趣理论联系实际包括生活实际和专业实际。

生物工程下游知识点总结一.名词解释1.清洁生产（cleaner production）：是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。

它包括三个方面的内容，即清洁生产工艺（技术）、清洁产品、清洁能源。

2.凝聚作用：向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集的现象。

3.絮凝作用：絮凝剂通过静电引力范德华力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。

当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联接时，就形成了较大的絮团。

4.下游工程（下游技术，下游加工过程，downstream processing）:对于由自然界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术5.协萃:两种或两种以上的萃取剂同时萃取某一溶质或其它化合物时，萃取性能优于它们各自萃取性能之和的效应。

6.萃取因数:萃取平衡后，溶质在萃取相与萃余相中数量（质量或物质的量）的比值。

（E=DR）7.带溶剂：在纯气体溶剂中，加入被萃取物亲和力强的组分以提高其对被萃取组分的选择性和溶解度的一类物质。

8.离子交换带:溶液的组成和树脂的组成达到平衡时所对应的树脂层的高度。

9.反胶团（reversed micelles）:两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水基团自发地向内聚集而成，内含微小水滴的，空间尺度仅为纳米级的集合性胶体。

10.浓差极化:当溶剂透过膜而溶质留在膜上因而使膜面浓度增大，并高于主体浓度的现象。

（指在分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高。

在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂透过量下降。

第三章 发酵液预处理与固液分离1.加水稀释法 （稀释后要过滤速率提高的百分比要大于加水量）1.降低液体黏度2.加热法2.调整PH （如利用蛋白质的等电点）3.凝聚：在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。

过滤特性改变 凝聚值越小，凝聚能力就越强絮凝：在有些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。

混凝：包括上述两种方法。

4.加入助滤剂 （最常见的是硅藻土）5.加入反应剂1. Ca 2+: 加草酸钠除杂 Mg 2+ :加三聚磷酸钠 C a 2+ ：加黄血盐1.沉淀法2.杂蛋白的除去： 2.变性法 （有加热法，调PH ，加酒精，丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。

）3.吸附法 (加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去)1.离心 公式：Q=v ω2Zg d v L S •−=μρρ18)(2固液分离手段 θπctg r r gn Z )(323132−=2.过滤 （1）板框过滤机 （适合固体含量在１％—１０％的悬浮液的分离）（２）真空转鼓过滤机 （适合固体含量大于１０％） （３）硅藻土过滤机 （适合固体含量小于０．１％）第五章细胞破壁细胞破壁１．破壁方法：（１）珠磨法原理：进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠，石英砂，氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，研磨剂，珠子与细胞之间的互相剪切，碰撞，使细胞破碎。

（2 ）高压匀浆法原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎。

是大规模细胞破碎的常用方法。

（3）超声破碎法（适合实验室用）（4 ）酶溶法1 .外加酶法2. 自溶法（1）加热法（2）干燥法（5）化学渗透法2.破碎率的测定（1）直接测定法破碎前利用显微镜计数器直接计数破碎后用染色的方法把破碎的细胞与未受损的细胞分开。

即可直接计算破碎率。

（2）目的产物测定法通过测定破碎液中目的产物的释放量来估算破碎率。

（3）导电率测定法根据导电率随着破碎率的增加而呈线性增加第五章．溶剂萃取与浸取一、溶剂萃取过程的理论基础：——是把目标物质从第一个液相中依靠更强大的溶解力抽提到第二个液相中。

生物技术的下游加工是指从生物来源净化和隔离所需产品所涉及的各个阶段。

这一过程对于药品、酶和其他有价值的生物产品的生产至关重要。

一个典型的下游加工工作流程涉及若干步骤，包括细胞干扰、分离和净化以及抛光，以获得最后的净化产品。

下游加工的第一步是细胞干扰，其中生物源（如细菌细胞，酵母，或植物组织）被打开释放细胞内成分。

这可以通过机械方法（如同化或声化），化学方法（使用洗涤剂或溶剂），或酶方法（使用酶来分解细胞壁）来实现。

一旦细胞被中断，下一步是将所期望的产物与其他细胞组分分开。

分离和净化涉及过滤、离心和色谱等各种技术。

滤泡常用于去除大颗粒，而离心则可以根据它们的密度分离部件。

另色谱学是一种强大的技术，可以根据其与固定相（如树脂或凝胶）和移动相（如缓冲溶液）的相互作用，分离和净化想要的产物。

不同种类的色谱，如离子交换，大小排斥，以及亲和色谱等，可以根据产品的具体特点使用。

在分离和净化步骤后，下游加工的最后一步是抛光，这涉及额外的净化，以确保产品符合规定的质量标准。

这可能包括进一步的色谱阶梯，以及超滤波，透滤等技术，以及精液化。

超滤和透析可以用来去除较小的杂质和浓缩产物，而脱脂是使产物冻干以提高其稳定性和保质期的一种方法。

下游加工的一个实例是生产用于糖尿病治疗的胰岛素。

胰岛素传统上来自动物的胰腺，但随着基因工程的进步，现在可以使用重组DNA技术生产。

重组胰岛素的下游加工涉及细胞干扰基因工程微生物，随后利用色谱学和其他技术分离和净化胰岛素。

最终产品被抛光去除任何残留的杂质，然后配制成患者使用的胰岛素注射。

下游加工是生物技术的一个关键部分，可以净化和分离生物来源的宝贵产品。

工作流程通常包括细胞干扰、分离和净化以及抛光，使用各种技术确保最终产品达到质量标准。

这一进程使重要的生物药品和其他生物产品得以生产，对保健和各种行业产生了重大影响。

名词解释：生物工业下游技术:下游技术是生物工程的一个组成部分，生物化工产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，从上述发酵液、反应液或培养液中提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，称为下游技术。

特异性相互作用：主要以蛋白质为代表的生物高分子（另外含有肝素、明胶、核苷酸等）（亲和介质），能分辨特定的物质（目标物），再与其可逆性结合。

这种现象是非常排他性的、特异性的结合，故称为特异性相互作用（或生物亲和力）。

疏水性相互作用：在水性介质中，分子和分子的疏水性部分相互作用的凝聚力，即疏水性基团有尽可能避免和水接触，自身相互之间聚集起来的趋势。

这就是疏水性相互作用的本质。

盐析：在发酵液中加入中性盐能破坏蛋白质或酶的胶体性质，消除微粒上的电荷及水化层，促使蛋白质或酶沉淀。

凝聚：凝聚作用就是向发酵液胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集的现象。

絮凝：当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联接时．就形成了较大的聚团，这就是絮凝作用。

膜的截留率：对一定相对分子量的物质，膜能截留的程度。

截断分子量：相当于一定截留率的（90%/95%）相对分子量。

分离膜的污染：固体或溶质在膜面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量变小与分离性能恶化的暂时性不可逆变化的现象。

分离膜的浓差极化：溶剂透过膜，而溶质留在膜上，导致膜面上溶质浓度增大，并高于主体中的浓度的现象。

结晶：利用物理的方法将溶质从溶液中以规则的形状析出的分离方法叫结晶。

沉淀：从溶液中得到无定型的溶质的分离方法叫沉淀。

清洁生产：清洁生产是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以减少对人类和环境的风险。

生物下游工业常用的膜分离过程：微滤，超滤，纳滤，反渗透。

生物工业常用的细胞破碎方法：改变发酵液过滤特性的方法过饱和溶液的获得方法：(1)将热饱和溶液冷却（冷却结晶）(2)将部分溶媒蒸发（恒温蒸发结晶）(3)将热饱和溶液冷却和将部分溶媒蒸发(冷却蒸发结晶)（4）加入晶种（5）加入化学反应剂超临界流体萃取中常用的萃取剂：二氧化碳盐析沉淀法所得蛋白质中的盐的去除：饱和溶液法；添加固体硫酸铵溶剂萃取操作中萃取剂需满足的条件：(1)有很大的萃取容量，即单位体积的萃取溶剂能萃取大量的产物；(2)有良好的选择牲，理想情况是只萃取产物而不萃取杂质；(3)与被萃取的液相(通常是水相)互溶度要小，且粘度低，即界面张力小或适中，这样有利于相的分散和两相分离；(4)溶剂的回收和再生容易；(5)化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小；(6)经济性好，价廉易得；(7)安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。

一、概念1、生物制药：是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，利用生物技术的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。

2、基因工程：是指在体外按既定的目的和方案，将一目的基因片段，与载体结合，构成DNA重组体，随即引入受体细胞中，随细胞繁殖而扩增，同时也可进行基因表达，产生特定的基因产物或新性状的遗传物质的技术。

3、载体：是携带外源DNA片段进入宿主细胞进行扩增和表达的工具，载体本质是DNA 。

4、质粒：是染色体外能自主复制的双链闭环DNA分子。

5、沉淀：是溶液中的溶质由液相变成固相析出的过程。

6、盐析：是一种根据蛋白质在高浓度盐溶液中的溶解度低的特点来分离蛋白质的方法。

7、等电点沉淀法：是利用蛋白质在等电点时溶解度最低而各种蛋白质又具有不同等电点的特点进行分离的方法。

8、凝胶过滤层析：是以多孔性凝胶填料为固定相，按分子大小顺序分离样品中各个组分的液相色谱方法。

9、离子交换层析：带有不同电荷的物质，对层析柱中的离子交换剂亲和力不同，通达改变冲洗液的离子强度和pH值,将物质依次从层析柱中洗脱分离出来的方法。

10、亲和层析：就是根据生物大分特异性的分子识别建立的一种纯化方法11、膜分离：在压力、电场或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，这种分子级的分离称为膜分离。

12、电泳：在直流电场中，带电粒子向带符号相反的电极移动的现象称为电泳。

13、分光光度技术：利用紫外光、可见光、红外光和激光等测定物质的吸收光谱，利用此吸收光谱对物质进行定性定量分析和物质结构分析的方法二、简答题1、现代生物制药下游技术包括哪些内容1.生物反应器及大规模细胞培养2.生物细胞破碎技术3•生物分子的分离纯化技术4.生物分子含量检测技术5.生物分子鉴定技术6.生物分子活性检测技术2、基因工程基本操作过程包括目的基因的制备、基因载体的选择、DNA重组、DNA重组体的转化、重组体的筛选和鉴定、外源基因的表达3、生物化学样品制备特点⑴生物材料的组成极其复杂，常常包含有数百种乃至几千种化合物。

《生物工程下游技术》复习资料一、名词解释1. 凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。

2. 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。

3. 助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。

4. 浸取：也称之为浸出，用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程。

5. 超临界流体（SF）：是指某种气体（液体）或气体（液体）混合物在操作压力和温度均高于临界点时，使其密度接近液体，而其扩散系数和黏度均接近气体，其性质介于气体和液体之间的流体。

6. 反胶团：是两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发的向内聚集而成，内含微小水滴的空间尺度仅为纳米级的集合型胶体，是一种自我组织和排列而成的，并具有热力学稳定的有序构造。

7. 浓差极化：浓差极化是指，当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。

8. 膜：即死膜，人工合成的无生命的膜，是指分隔两相界面，并以特定形式限制和传递各种化学物质。

9. 超滤：以压力差为推动力，以多孔小薄膜为过滤介质，按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。

10. 软水：利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。

11. 色谱分离：色谱分离也称为色层分离或层析分离，在分析检测中则常称为色谱分析。

它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(如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、分配系数等)的差别，使各组分以不同程度分布在固定相和流动相中；当多组分混合物随流动相流动时、由于各组分物理化学性质的差别，而以不同的速率移动，使之分离。

12. 结晶：当溶质从液相中析出时，形成晶形物质的过程称为“结晶”。

13. 干燥：常指借热能使物料中水分(或溶剂)气化，并由惰性气体带走所生成的蒸气的过程。

等电点沉淀法：对于氨基酸和蛋白质等两性物质，在酸性条件下带正电荷，在碱性条件下带负电荷，而在某一pH值下净电荷为零，称为等电点，此时两性物质的溶解度最小，此即为等电点沉淀法。

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。

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。

离心分离因素：将离心加速度和自由落体加速度的比值称为离心分离因素或离心力与重力比，用公式表示为：K＝Rω2/g。

高压匀浆破壁法：将细胞悬浮在适宜的匀浆液中制成匀浆，在其尚未沉降之前，很快以高压泵将其以很高的流速喷出，这种高速喷出的浆液经过碰撞被迫改变方向而流出，细胞在这一系列过程中经历了高流速下的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，使细胞产生较大的形变，导致细胞壁的破坏。

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。

有机溶剂沉淀法：利用有机溶剂与蛋白质水溶液互溶，在溶解于蛋白质水溶液的同时从蛋白质分子周围的水化层中夺走水分子，降低水溶液的介电常数，破坏蛋白质分子表面的水化膜，从而导致蛋白质分子相互聚集发生沉淀作用。

膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件或膜装置。

膜的水通量：即膜通量，指单位时间内通过单位膜面积的水体积流量。

膜的孔隙率：孔总面积在单位膜上所占面积的比例，空隙率越大强度越差，膜透量越大。

膜的孔径分布：膜的截留分子量：膜壁上微孔的形状和大小并非完全一致，常使用截留率和截留分子量两个参数共同来衡量，当90%的溶质被膜截留时，在截留曲线上所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的截留分子量，用MMCO表示。

树脂工作交换容量：是表示单位质量或单位体积的树脂所能交换的离子（相当于一价离子）的物质的量。