生物分离工程第二章 过滤

《⽣物分离⼯程》知识点整理⽣物分离⼯程第⼀章(绪论)⽣物分离⼯程的定义和过程⽣物分离⼯程定义（名词解释）：为提取⽣物产品时所需的原理、⽅法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集⽣物产品的过程。

过程：⽬标产物捕获⽬标产物初步纯化(萃取、沉淀、吸附等⽅法)⽬标产物⾼度纯化和精制细胞分离三种⼿段：重⼒沉降离⼼沉降过滤第⼆章离⼼分离原理和⽅法：原理：离⼼沉降是在离⼼⼒的作⽤下发⽣的。

单位质量的物质所受到的离⼼⼒：式中：r为离⼼半径，即从旋转轴⼼到沉降颗粒的距离；ω为旋转⾓速度；N为离⼼机的转数，s－1⽅法：（1）差速离⼼分级（2）区带离⼼（差速区带离⼼、平衡区带离⼼）离⼼分离设备：离⼼⼒（转速)的⼤⼩：低速离⼼机、⾼速离⼼机、超离⼼机按⽤途：分析性、制备性按⼯业应⽤：管式离⼼机、碟⽚式离⼼机实验室⽤以离⼼管式转⼦离⼼机，离⼼操作为间歇式悬浮液的预处理⽅法和⽬的：⽅法：1.加热：最简单和最廉价的处理⽅法。

黏度、促凝聚、固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率调pH值：⽅法简单有效、成本低廉2.凝聚：在凝聚剂(如铝盐、铁盐、⽯灰和NaCl)作⽤下，细胞蛋⽩质等胶体去稳定，并聚集成1mm⼤⼩的凝聚块的过程。

（机理：破坏双电层，⽔解后胶体吸附，氢键结合等）3.絮凝：在絮凝剂⾼分⼦聚合电解质的作⽤下，胶体颗粒和聚合电解质交连成⽹，形成10mm⼤⼩的絮凝团过程。

（机理：絮凝剂主要起中和电荷、桥架和⽹络作⽤）4.惰性助滤剂：⼀种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质，⽤于扩⼤过滤表⾯的适应围，减轻细⼩颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞。

（使⽤⽅法：预涂层；按⼀定⽐率混合。

助滤剂种类：硅藻⼟、纤维素、未活化的炭、炉渣、重质碳酸钙等。

）⽬的：提⾼过滤速度和过滤质量是过滤操作的⽬标。

各种细胞破碎技术原理和优缺点：原理：许多⽣物产物在细胞培养过程中保留在细胞，需破碎细胞，使⽬标产物选择性地释放到液相。

第一章绪论1.生物分离工程是指从发酵液、酶反应也活动植物培养液中分离、纯化生物产品的过程。

2.生物分离的一般流程：发酵液的预处理；提取；精制；成品加工。

第二章发酵液的预处理1.过滤和离心是最基本的单元操作。

2.凝集是指在投加的化学物质作用下，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.絮凝是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.调节pH法：在进行pH调节时，一般采用草酸等有机酸或某些无机酸来进行。

Ca+经常选用酸化剂为草酸；Mg+的去除是采用加入磷酸盐，如三磷酸钠；Fe+通常加入黄血盐。

5.影响发酵液过滤的因素：菌种；发酵液粘度。

6.发酵液的过滤设备形式很多，按过滤的推动力分为：重力式过滤器、压力式过滤器、针孔式过滤器和离心式过滤器。

7.目前国内外对过滤液的分离和过滤常采用的设备为：板框式压滤机；板式压滤机；自动板框式压滤机和真空过滤机。

第三章细胞分离技术1.细胞破碎的方法可分为：机械破碎发、物理破碎法、化学渗透法及酶溶法。

2.变性剂的加入，可削弱氢键的作用，使胞内产物相互之间的作用力减弱，从而易于释放。

3.包埋病毒粒子具一定形状和大小的蛋白结晶体，在相差显微镜下呈现强的折光性，由单一多肽构成。

第四章沉淀技术1.盐析：蛋白是在搞离子强度溶液中溶解度降低，以致从溶液里沉淀出来的现象称为盐析。

2. 常用脱盐处理的方法有：透析法、超滤法及凝胶过滤法。

3．有机溶剂沉淀法的原理：①传统观点认为向蛋白质溶液中加入丙醇或乙醇等有机溶剂，水的活度程度降低，水对蛋白子表面的水化程度降低，即破坏了蛋白子表面的某水化蹭；另外，溶液的介电常数下降，蛋白子分之间的静电引力增大，从而聚集和沉淀。

②新观点认为，有机溶剂可能破坏蛋白质的某种键，使其空间结构发生某种程度的变化，致使一些原来包在内部的疏水基团暴露于表面并与有机溶剂的疏水基团结合形成疏水层，从而是蛋白子沉底，而当蛋白子的空间结构发生变形超过一定程度时，使会导致完全的变性。

1第二章过滤和离心第三章细胞破碎一、名词解释、1.凝聚:就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，使胶粒的双层电位降低，排斥作用降低，使胶体体系不稳定，胶粒间因相互碰撞而产生凝聚的现象。

2.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，产生架桥联接，形成较大凝絮团的过程。

3.助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，能使滤饼疏松，滤速增大。

4.分离因数：是指离心设备所能达到的离心力与重力加速度的比值，用Z表示。

Z=4π2N2r/g5.盐溶：在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。

这种现象称为盐溶。

6.盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象称为盐析。

7.包含体：外源基因表达的产物不能分泌到细胞外，而且在细胞内凝聚成没有生物活性的固体颗粒。

8.高压匀浆法：也称高压剪切破碎法，是利用高压匀浆器破碎细胞的一种方法。

即细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间的环隙高速喷出后撞击到碰撞环上，细胞在受到高速撞击作用后，急剧释放到低压环境，从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎。

9.珠磨法：是指在搅拌机的高速搅拌下微珠高速运动，微珠与微珠之间以及微珠和细胞之间发生冲击和研磨，使悬浮液中的细胞受到研磨剪切和撞击而破碎。

10.酶溶法：酶溶法利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到部分或完全破坏后，再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜，进一步增大细胞内产物的通透性。

11.超声破碎法：超声波破碎发是利用发射15~24kHZ的超声波探头处理细胞悬浮液。

是在超声波作用下发生空化作用，空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。

12.空化现象：在相当高频率的超声波作用下，液体产生空穴泡，这种空穴泡在超声波继续作用下膨大和破碎，从而产生极强的剪切力，使细胞破碎。

13.有机溶剂沉淀：向蛋白质溶液中加入丙酮或乙醇等水溶性有机溶液，水的活性降低，随着有机溶剂浓度的增大，水对蛋白质分子表面荷电集团或亲水集团的水化程度降低，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。

《生物分离工程》课程笔记第一章绪论一、生物分离工程的历史及应用1. 历史生物分离工程的历史可以追溯到古代酿酒和面包制作时期，但作为一个独立领域的发展始于20世纪。

早期的生物分离技术主要依靠自然现象，如沉淀、结晶等。

随着科技的发展，尤其是生物技术的崛起，生物分离工程逐渐形成一门独立的学科，并得到了迅速发展。

2. 应用生物分离技术在医药、食品、农业、环境保护等领域有广泛的应用。

例如，在疫苗生产中，需要从细胞培养液中分离出病毒或细菌；在抗生素提取中，需要从发酵液中提取抗生素；在蛋白质纯化中，需要从混合蛋白质中分离出目标蛋白质；在果汁澄清中，需要去除果汁中的悬浮固体等。

二、生物分离过程的特点1. 复杂性生物分离过程涉及生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖等）的分离和纯化，这些生物大分子在结构和性质上具有很高的复杂性，因此生物分离过程也具有较高的复杂性。

2. 多样性生物分离过程中，针对不同的生物大分子和混合物，需要采用不同的分离方法和工艺，因此生物分离过程具有很高的多样性。

3. 灵敏度生物大分子在分离过程中容易受到外界因素的影响，如温度、pH值、离子强度等，因此生物分离过程需要严格控制条件，具有很高的灵敏度。

4. 易失活性生物大分子在分离过程中容易发生变性、降解等失活现象，因此生物分离过程需要尽量减少这些失活现象的发生。

5. 高价值生物大分子往往具有很高的经济价值，如药物、生物制品等，因此生物分离过程需要高效、高收率地分离目标物质，以满足市场需求。

第二章过滤一、过滤基本概念及预处理1. 过滤基本概念过滤是一种基于孔径大小实现固体与流体分离的技术。

在生物分离工程中，过滤技术被广泛应用于细胞培养液、发酵液、酶反应液等混合物的初步分离和纯化。

过滤过程中，混合物通过过滤介质（如滤纸、滤膜等），固体颗粒被拦截在过滤介质上，而流体则通过过滤介质流出，从而实现分离。

2. 预处理为了提高过滤效率，通常需要对混合物进行预处理。

生物分离工程复习纲要--裴武第一章绪论1.生物分离工程在生物技术中的地位？答: 生物技术的重要目的是运用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品, 而分离纯化过程是生物产品工程的重要环节。

因此, 生物分离工程是生物技术的重要组成部分, 是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节, 在生物技术研究和产业发展中发挥着重要作用, 其技术进步限度对于保持和提高各国在生物技术领域内的经济竞争力有至关重要的作用。

2.生物分离工程的特点是什么？答: 生物分离是从生物材料、微生物的发酵液、生物反映液或动植物细胞的培养液中分离并纯化有关产品（如具有药理活性作用的蛋白质等）的过程, 又称为下游加工过程。

生物工程的重要特点是生物制品多种多样; 常无固定操作方法可循;生物材料组成非常复杂, 分离操作环节多, 不易获得高收率; 培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低, 而杂质含量却很高; 分离进程必须保护化合物的生理活性; 生物活性成分离开生物体后, 易变性、破坏。

3.生物分离工程可分为几大部分, 分别涉及哪些单元操作？答: 生物分离工程可分为可分为不溶物的去除、产物分离、产品的纯化及产品的精制四大部分。

不溶物的去除涉及过滤、离心和细胞破碎, 通过这些单元操作使产物浓度和质量得到了提高。

产物分离涉及离子互换吸附、萃取等。

其中萃取又分为溶剂萃取、反微团萃取、超临界流体萃取和双水相萃取等。

以上分离过程不具有特异性, 只是进行初分可提高产物浓度和质量。

产品的纯化涉及色谱、电泳、沉淀等单元操作, 这些技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。

产品的精制涉及结晶及干燥等单元操作。

4.在设计下游分离过程前, 必须考虑哪些问题方能保证我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？答: 在设计下游分离过程前, 通常要注意以下几个问题:1)生物材料的组成成分非常复杂, 有数百种甚至更多, 各种化合物的形状、大小、相对分子质量和理化性质都各不相同, 有的迄今还是未知物, 并且这些化合物在分离时仍在不断的代谢变化中。

第一章：绪论1、生物分离工程概念回收生物产品分离过程的原理与方法，即从发酵液、酶反应液、动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。

2、生物分离工程研究的内容目标产品及其基质的性质。

根据产品及基质选择适宜的分离纯化技术(基本技术原理；基本方法；基本设备)。

第二章：发酵液预处理1、发酵液预处理的目的除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于后继各步操作；改变发酵液的物理性质和降低溶液的粘度；尽可能使产物转入便于以后处理的相中。

（除去悬浮颗粒、改善滤液的性状、方便后续步骤）2、凝集与絮凝凝集(coagulation)作用是在某些电解质作用下，如中性盐作用下，使扩散双电层的排斥电位降低，破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程。

（机理：中和粒子表面电荷；消除双电层结构；破坏水化膜）（通过电解质破坏胶体分散状态）絮凝(flocculation)：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间产生架桥作用，而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

（物理高分子物质的桥联作用）3、高价态无机离子的去除Ca2+去除：一般用草酸的钠盐生成草酸钙；Mg2+去除：加入三聚磷酸钠，从而形成三聚磷酸钠镁络合物；Fe3+去除：加入黄血盐(亚铁氰化钾) 。

4、固液分离的主要方法a)过滤（垂直过滤（死过滤）；错流过滤）b)离心第三章：细胞分离技术1、细胞破碎的方法（了解原理）机械法：主要利用高压、研磨、超声波等方法产生剪切力达到破碎细胞壁的目的。

热量的产生是该法的一个缺点。

高压匀浆的原理：从高压室（几百个大气压）压出的细胞悬浮液速度可达几百米每秒，高速喷出的浆液喷射到静止的撞击环上，细胞在高速造成的剪切力，碰撞力和高压到常压的变化等作用下，造成细胞破碎。

珠磨法的原理：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。

超声波破碎法的原理：液体中局部空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，引起的粘滞性旋涡在细胞上造成了剪切力，使细胞内液体发生流动，从而使细胞破碎。