(优选)生物分离工程三版

第一章1.生物分离工程又称为生物加工过程的下游加工过程。

（）答案:对2.下列哪些属于生物产品的特点（）答案:发酵液成分复杂;目标产物的浓度低;产品质量要求更加严格;稳定性差3.下列关于生物分离过程中常用的几大类生物产品活性测定方法，描述正确的是（）答案:基于动物模型的活性测定方法通常最耗时且重现性低，成本高;体外的生化测定方法通常是几类方法中最为便宜且更方便、快捷的一种;基于模式细胞的活性测定方法，通常要比基于动物模型的测定的周期短、成本低且重现性好4.下列哪些属于生物产品加工精制常用的单元操作（）答案:结晶;冷冻干燥5.若经过一步单元操作后，目标产物的浓缩率大于1，则说明目标产物在该过程中得到富积。

（）答案:对第二章1.过滤预处理的方法不包括以下( ) 答案:搅拌2.去除发酵液中的高价铁离子通常是加入（）答案:黄血盐3.关于过滤，下列说法正确的是（）答案:深层过滤的过滤介质主要为填充于过滤器中的硅藻土、沙或颗粒活性炭等 ;滤布在滤饼过滤中仅起支撑作用;深层过滤主要适用于固含量相对较低的发酵液;板框式过滤机和鼓式真空过滤机是工业中常用的两类过滤设备4.与过滤相比，离心的主要缺点在于设备投资费用高、能耗大、固相干燥程度不如过滤。

（）答案:对5.关于离心，下列说法不正确的是（）答案:在提高离心分离效果方面，增加转子半径要比提高转速更有效第三章1.细胞膜的结构是决定细胞破碎难易的关键。

（）答案:错2.根据细胞结构的性质，各种细胞破碎由难到易的先后顺序为：（）答案:Yeast＞G＋＞G－＞Animal Cell3.酶溶法中加入溶菌酶作用于G＋的效果要比G- 明显。

（）答案:对4.下列对植物细胞具有较好破碎效果的物理破碎法是（）答案:珠磨5.渗透压冲击法是最为温和的一类细胞破碎方法，易于破碎动物细胞和G-质膜中的蛋白质( )答案:对第四章1.下列哪些生物产品料液特性对于后续生物产品的萃取过程造成影响：（）答案:生物料液中组分种类的复杂性和相的复杂性，其全部（或部分）特性是难以得到;生物产品往往稳定性差;生物料液中有可溶的或者不可溶的生物表面活性剂成分，影响其传质速率和相分离2.青霉素是较强的有机酸，采用有机溶剂萃取时，水相中pH从3升至6时，分配系数会（）答案:明显降低3.下列关于胶团和反胶团描述正确的有（）答案:胶团和反胶团的构成都有三要素：水相、有机相和表面活性剂;胶团是水包油的微乳液;反胶团是油包水的微乳液4.下列关于双水相萃取描述不正确的有（）答案:聚乙二醇/葡聚糖系统相比较聚乙二醇/盐系统产生的废水更难处理5.下列关于超临界流体描述不正确的有（）答案:其密度仅与压力有关第五章1.下列关于沉淀法描述正确的有（）答案:兼具分离与浓缩双重作用;是一种粗分离的方法;加入试剂（沉淀剂）或改变温度等方法，引起溶质周围物理环境的变化来降低溶质溶解度，使产物形成固相从溶液中析出而达到分离2.影响蛋白质盐析的因素不包括以下哪项（）答案:含氧量3.下列关于有机溶剂沉淀法描述正确的有（）答案:有机溶剂加入使蛋白质分子间静电相互吸引力增加;通常加入与水互溶的极性有机溶剂;常用的有机溶剂有乙醇和丙酮4.关于Cohn经验方程式，下述说法正确的有（）答案:是描述高离子强度对蛋白质溶解度影响的一个经验式;相同盐类、不同蛋白质或相同蛋白质不同盐类的情况下，Ks值均不相同;Ks为盐析常数，与溶液的pH及温度无关，只依赖于蛋白质及盐的种类5.β盐析法主要是靠改变离子强度进行盐析作用（）答案:错第六章1.下列哪种膜分离技术的过程驱动力与其它不同？（）答案:Dialysis2.超滤膜主要用于什么的分离？（）答案:不含固形物的料液3.透析主要用于生物大分子溶液的脱盐（）答案:对4.下列关于各向异性膜分离技术的表述正确的为（）答案:支撑层决定了各向异性膜的透过通量;各向异性的膜是指膜在厚度方向是不对称的;超薄层决定了各向异性膜的截留物尺寸5.下列有关膜组件的描述，哪些是正确的（）答案:板式和管式膜组件相对较易清洗，但存在单位体积的膜面积较小的缺点;常见的有平板式、螺旋卷式、管式和中空纤维式等;膜组件是由膜、固定膜的支持体、间隔物及收纳这些部件的容器构成的一个单元第七章1.下列关于色谱分离技术的描述哪个是错误的（）答案:紫外检测器是蛋白质、核酸和糖类分离分析过程中最常用的一种检测器2.下列关于凝胶过滤色谱GFC的描述哪些是正确的（）答案:通常不需要梯度洗脱;GFC是一种基于分子尺寸和形状不同来分离的技术;对于大部分球形蛋白质而言，相同时间内进入GFC的分离柱，分子量越大则其在柱中的实际运行路径越短，流出柱所需的时间越短3.下列有关离子交换色谱IEC的描述正确的是（）答案:与凝胶过滤的操作不同，典型的IEC操作包括：平衡、结合、洗脱和再生四个阶段;按照离子交换基团在是否能够在很广的pH范围内能够始终保持离子化状态，IEC的介质可分为强离子交换和弱离子交换两类;IEC是基于目的组分带电特性的不同而分离的技术4.下列有关反相色谱的描述正确的是（）答案:流动相常以水为基础溶剂，加入一定比例的极性有机溶剂如乙腈或甲醇等;流动相的极性大于固定相的极性则称为反相色谱;溶质分子疏水性越大，经反相色谱时出峰越慢5.下列有关亲和色谱AFC的描述不正确的是（）答案:AFC固定相与目的产物的一对一专一性结合，粗原料液经AFC仅需一步法纯化，则一定得到电泳纯样品第八章1.下列电泳技术的描述不正确的是（）答案:迁移率为带电粒子在单位电场强度下的泳动速度，仅与粒子所带电荷数和质量有关2.电渗现象会加快样品的表观迁移速率（）答案:错3.毛细管中实现电泳分离的主要优点是电泳速度快，分离时间短，分辨率高，分析样品少，应用广泛。

⽣化分离⼯程电⼦版课本1-591 绪论1．1 ⽣物技术与⽣物分离⽣物技术(biotechnology)即有机体的操作和应⽤有机体⽣产有⽤物质、改善⼈类⽣存环境的技术。

1953年，Watson和Crick提出了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构模型．阐明了DNA是⽣物遗传信息(基因)的携带者，开辟了现代分⼦⽣物学的新纪元，为⽣物技术及其产业的发展开辟了⼴阔的空间。

20世纪70年代，重组DNA(recombinant DNA，rDNA)技术[1]和蛔／蝗融合技术[：]相继建⽴，现代⽣物技术步⼊了崭新的发展时期。

1980年前后，世界主要发达国家先后实施⽣物技术发展计划，⽣物技术迎来了⽇新⽉异的⾼速发展阶段。

进⼊21世纪，⼈类基因组研究取得巨⼤成就，各染⾊体测序⼯作逐步完成[1]迎来了⽣物技术的后基因组时代，蛋⽩质组学L5]、药物基因组学、⽣物信息学和系统⽣物学研究蓬勃兴起．为⽣物技术的发展注⼈了巨⼤的⽣机和活⼒。

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(bioproduct engineering)的重要环节。

因此，⽣物分离(bloseparation)是⽣物技术的重要组成部分[61。

在⽣物技术领域，⼀般将⽣物产品的⽣产过程称为⽣物加⼯过程(bioprocess)，包括优良⽣物物种的选育、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)及⽬标产物的分离纯化过程，后者⼜称下游加⼯过程(downstream processing)。

⽣物分离过程包括⽬标产物的提取(isolation)、浓缩(concentration)、纯化(purification)及成品化(product polishing)等过程．⽣物分离过程特性主要体现在⽣物产物的特殊性、复杂性和对⽣物产品要求的严格性上，其结果导致分离过程成本往往占整个⽣产过程成本的⼤部分[71。

例如，⼤多数⼯业酶(enzyme)的分离过程成本约占⽣产过程的?o％，⽽对纯度要求更⾼的医⽤酶如天冬酰胺酶(asparaginase)，分离过程成本⾼达⽣产过程的85％；基因重组蛋⽩质药物的分离过程成本⼀般占85％⼀90％以上．与此相⽐，⼩分⼦⽣物产物的分离成本较低，如青霉素的分离过程成奉约占50％，⽽⼄醇的分离过程成本仅占“％．因此，在⽣物⼤分⼦药物的⽣产过程中，分离过程的质量往往决定整个⽣物加⼯过程的成败。

《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 cq 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；17.常用的化学细胞破碎方法有渗透冲击法，酶消化法，增溶法，脂溶法和碱处理法；18.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；19.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；20.晶体质量主要指晶体大小，形状和纯度三个方面；21.亲和吸附原理包括配基固定化，吸附样品和样品解析三步；22.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23.盐析实验中用于关联溶质溶解度与盐浓度的Cohn方程为 lgS=β-K s I；当在一定pH和温度下，改变体系离子强度（盐浓度）进行盐析的方法称为Ks盐析法；当在一定离子强度下，改变pH和温度进行盐析称为β盐析法；24.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；25.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；26.常用的蛋白质沉析方法有等电点沉析法，盐析法和有机溶剂沉析；27.常用的工业絮凝剂有有机高分子聚合物和无机高分子聚合物两大类；28.典型的工业过滤设备有板框压滤机、垂直叶片式硅藻土过滤机和真空转鼓过滤机；29.常用离心设备可分为离心沉降设备和离心过滤设备两大类；30.根据物化理论，萃取达到平衡时，溶质在萃取相和萃余相中的化学势相等；31.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；32.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；33.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H SO 3-、COOH -、2)(OH PO -；34.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；35.DEAE Sepharose 是 阴 离子交换树脂，其活性基团是25252)(H C NH H C O ----；36.CM Sepharose 是 阳 离子交换树脂，其活性基团是COOH CH O 2--；37.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 、 有机溶剂 、和 交联度、膨胀度、分子筛 ；38.离子交换操作一般分为 静态 和 动态 两种；39.蛋白质等生物大分子，在溶液中呈稳定的分散状态，其原因是由于静电斥力作用 和 水化膜层 ；40.盐析用盐的选择需考虑 盐析作用要强 、 盐析用盐需有较大的溶解度 、 受温度影响小、 盐必须是惰性的、 来源丰富、经济 等几个方面的因素；41.影响有机溶剂沉淀的因素有 温度 、 溶液pH 、离子强度、样品浓度和金属离子的助沉作用；42.常用的超滤装置有板式、管式、螺旋式和中空纤维式；43.依据电泳原理，现有电泳分离系统可分为移动界面电泳、区带电泳和稳态电泳；44.依据建立pH梯度的原理不同，等电聚焦（IEF）可分为载体两性电解质电泳和同相电泳；45.双相电泳中，第一相是等电聚焦；第二相是SDS-PAGE ；46.结晶包括三个过程过饱和溶液的形成、晶核的形成和晶体生长；47.过饱和溶液的形成方法有热饱和溶液冷却、部分溶剂蒸发、真空蒸发冷却法、化学反应结晶法和盐析法；48.晶核自动形成时，体系总的吉布斯自由能的改变ΔG 由表面过剩吉布斯自由能ΔG S和体积过剩吉布斯自由能ΔG V组成；49.物料中所含水分可分为机械结合水、物化结合水和化学结合水三种；50.根据干燥曲线，物料干燥可分为恒速干燥和降速干燥两个阶段；51.工业生产中常用的助滤剂有硅藻土和珍珠岩；52.液－液萃取从机理上分析可分为物理萃取和化学萃取两类；53.基本的离子交换过程由外部扩散、内部扩散和化学交换组成；54.吸附包括将待分离的料液通入吸附剂中，吸附质被吸附到吸附剂表面，料液流出和解吸四个过程组成；55.大孔网状吸附剂有非极性，中等极性和极性三种主要类型；56.亲和吸附剂表面连接的“手臂链”的作用是降低空间位阻的影响；57.根据修饰基团的不同，离子交换树脂可分为强酸性阳离子交换树脂，强碱性阴离子交换树脂，弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂等四大类；58.根据聚合方法，离子交换树脂的合成方法可分为加聚法和缩聚法两类；59.根据聚合单体，离子交换树脂的合成方法可分为共聚法和均聚法两类；60.影响离子交换速度的因素有颗粒大小、交联度、温度、离子化合价、离子大小、搅拌速率和溶液浓度；61.分配色谱的基本构成要素有载体、固定相和流动相；62.反相色谱常用的流动相有乙腈和异丙醇等；63.反相色谱常用的固定相有 C8 和 C18等；64.Sepharose系列的离子交换树脂的载体是琼脂糖凝胶注：葡聚糖凝胶（sephadex系列）；65.分子筛色谱（凝胶色谱）的主要应用是脱盐、生物大分子的分离；66.因重复被删67.根据膜材料的不同，常用的膜可分为合成有机聚合物膜和无机材料膜两类；68.根据膜结构的不同，常用的膜可分为对称性膜、不对称膜和复合膜三类；69.强制膜分离过程是指超滤和反渗透过程；70.电泳系统的基本组成有电泳槽、电源、灌胶模具、外循环恒温系统、凝胶干燥器、电泳转移装置、电泳洗脱仪和凝胶扫描和摄录装置；71.电泳后，样品的主要染色方法有考马斯亮蓝和银染法；72.SDS－PAGE电泳中，SDS的加入是为了消除不同样品分子间形状和电荷的差异；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；73.电泳过程中，加入溴酚兰的目的是指示蛋白的迁移位置；74.固体可分为晶体和无定形固体两种状态；75.因重复被删76.结晶的前提是溶液达到过饱和状态；结晶的推动力是过饱和度；77.根据晶体生长扩散学说，晶体的生长包括溶质通过扩散作用穿过靠近晶体表面的一个滞流层，从溶液中转移到晶体的表面、到达晶体表面的溶质长入晶面，使晶体增大，同时放出结晶热和结晶热传递回到溶液中三个过程；78.影响晶体生长的主要因素有杂质、搅拌和温度；79.超临界流体萃取过程中溶质与溶剂分离的常用方法有改变温度和压力；80.常用于描述吸附过程的数学模型有 langmuir吸附模型 和 freundlich 吸附模型 ，其形式分别为cK c q q 0+=和n Kc q =； 二. 讨论题1. 请结合图示简述凝胶排阻色谱（分子筛）的分离原理；答：凝胶排阻色谱的分离介质（填料）具有均匀的网格结构，其分离原理是具有不同分子量的溶质分子，在流经柱床是，由于大分子难以进入凝胶内部，而从凝胶颗粒之间流出，保留时间短；而小分子溶质可以进入凝胶内部，由于凝胶多孔结构的阻滞作用，流经体积变大，保留时间延长。

第一章生物分离的一般步骤1、不溶物的去除（固液分离）——预处理包括过滤、离心、细胞破碎等，产物浓度和质量得到了提高。

2、产物提取（浓缩）产物初步纯化的过程。

将目标产物与性质差异较大的杂质分开，可大幅提高产物浓度。

往往多单元协同操作，如吸附、萃取、沉淀、超滤等。

以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，除去主要杂质3、产品的纯化产物被高度纯化，除去与目标物性质接近的杂质。

采用的技术具有产物的高选择性和杂质的去除性，即可以除去微量的杂质。

如色谱、电泳、层析等。

4、产品精制将纯化的产品按要求制成商用成品。

按商品要求的用途、纯度、剂型等进行最后加工。

如结晶、喷雾干燥、冷冻干燥等。

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介质和能够扩大这些差别的分离设备，实现各种物质的分离，或使被分离的目的产物得以纯化。

第二章发酵液预处理的目的预处理的目的：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）。

发酵液预处理的方法1.加热法（Heating）2.调节悬浮液的pH值（Regulation of pH）3.助滤剂和反应剂（Filter aids and Reactant)4.杂蛋白的去除（Removal of useless protein）5.高价无机离子的去除（Removal of inorganicion）6.凝聚和絮凝（Coagulation and flocculation）凝聚：凝聚是指在电解质作用下，由于胶粒之间扩散双电层电位下降，电排斥作用降低，破坏胶体体系的分散状态，使之不稳定相互凝集成1mm左右块状凝聚体的现象。