生化分离工程1全解

Chapter 1Downstream processing(DSP)：The isolation and purification of a biotechnological product to a form suitable for its intended use. The separation and purification of products synthesized by bioprocesses:Biotechnology：the use of cultured microorganisms, animal cells, and plant cells to produce products useful to humans.Modern biotechnology：Built on genetic engineering to produce commercial products or processes.Chapter 2Coagulation：the chemical alteration of the colloidal partic les to make them stick together凝聚值：表示电解质的凝聚能力，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度m mol/L. Flocculation: a process whereby particles are aggregated into clusters.Filtration separates solid from a liquid by forcing the liquid through a filter medium. Conventional or dead-end filtration: the fluid flows perpendicular to the medium which result in a cake of solids depositing on the filter medium.Crossflow filtration:The fluid flows parallel to the medium to minimize buildup to solids on the medium.Centrifugation is a process that involves the use of the centrifugal force for the separation of mixtures.分离因数（Z）：离心力与重力的比值。

《生化分离工程》思量题及答案第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些内容？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、生化分离的普通步骤包括哪些环节及技术？普通说来，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、凝结和絮凝等方法；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、其他代谢物(几百上千种)、培养基成份、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、表面张力等非常敏感； 4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品普通存在于一个复杂的多相体系中。

惟有经过分离和纯化等下游加工过程，才干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，分离与纯化部份占总成本的 40~80％；精细、药用产品的比例更高达 70~90％。

显然开辟新的分离和纯化工艺是提高经济效益或者减少投资的重要途径。

5、为何生物技术领域中往往浮现“丰产不丰收”的现象？第二章预处理、过滤和细胞破碎1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？目的：改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速率；出去大部份可溶性杂质，并尽可能使产物转入便于以后处理的相中(多数是液相)，以便于固液分离及后提取工序的顺利进行。

：①加热法。

升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用于粘度随温度变化较大的流体。

控制适当温度和受热时间，能使蛋白质凝结形成较大颗粒，进一步改善发酵液的过滤特性。

《生化分离工程》思考题及习题第一章绪论1、何为生化分离工程bioseparation engineering/ 下游加工过程,biotechnoiogy ?其主要研究那些内容？2、生化分离技术依据的分离原理有哪些？3、生化分离工程有那些特点？其包括那几种主要分离方法？4、何为传质分离过程？5、简述生化分离工程的发展趋势。

6亲和技术目前已衍生出那些子代分离技术？7、生化反应与生化分离耦合技术有那些特点？8、为何在生物技术领域中往往出现“丰产不丰收”的现象？9、生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？10、设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？11、初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？12、如何除去蛋白质溶液中的热原质？13、生物分离为何主张采用集成化技术？14、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？第二章预处理与固-液分离法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、絮凝剂可分为那三种？有那些因素影响絮凝过程？4、在生化工业中常用的过滤方式那两种？各自有何特点？5、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？6何谓密度梯度离心？其工作原理是什么？7、如何使用助滤剂？8、错流微滤与传统过滤相比有何优点？第三章细胞破碎法1、细菌细胞壁与真菌（酵母）细胞壁在组成上有何区别？2、细胞破碎主要有那几种方法？3、机械法细胞破碎方法非机械破碎方法相比有何特点？4、何谓脂溶破碎法？其原理是什么？包括那几种？5、酶法细胞破碎常用那几种酶类？6包涵体是如何产生的？如何使重组蛋白复性？7、如何测定细胞破碎程度？第四章沉淀法1. 理解概念：盐溶，盐析2. 常用的沉淀法有哪几种？3. 生产中常用的盐析剂有哪些？其选择依据是什么？4. 何谓分步盐析沉淀？5. 有机沉淀法与盐析沉淀法相比有何优缺点？第五章溶剂萃取法1、何谓溶剂萃取？其分配定律的适用条件是什么？2、在溶剂萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取？3、何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？4、在发酵工业中，去乳化有何实际意义？5、理解概念：HLB分配系数，分离因子，介电常数，带溶剂6生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？7、p H对弱电解质的萃取效率有何影响？8、发酵液乳化现象是如何产生的？对分离纯化产生何影响？如何有效消除乳化现象？9、什么叫超临界流体？10、为何在临界区附近，稍微改变流体的压力和温度，都会引起流体密度的大副变化？11、要提高超临界流体萃取的效率，可以考虑哪些方面？12、名词解释：胶束/反胶束13、影响反胶束萃取蛋白质的因素有哪些？第六章双水相萃取1、何谓双水相萃取？2、双水相体系可分为那几类？目前常用的体系有那两种？3、为什么说双水相萃取适用于生物活性大分子物质分离？4、影响双水相萃取的因素有那些？当电解质存在，PH是如何影响双水相萃取的？5、用双水相萃取细胞破碎（匀浆）液时，一般是把目标产物分布在上相，而细胞碎片、杂蛋白等杂质分布在下相，为什么？6何谓双水相亲和萃取？第七章膜分离法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？膜材料主要用什么？3、膜组件在形式上有那几种？各自有何优缺点？4、为何说非对称性膜的发明为膜分离走向工业化奠定了基础？5、简述微滤、超滤膜、反渗透膜在膜材料、结构、性能及其应用等方面的异同点6膜分离的表征参数有那些？何谓膜截留分子量？7、何谓浓差极化现象？它是如何影响膜分离的？减少浓差极化现象的措施？8、膜的清洗及保存方法有那几种？9、膜分离设备按膜组件形式可分为几种？相比较的优缺点？10、反渗透与超滤在分离机理上有何区别？11、超滤、反渗透膜分离主要有那些方面应用？12、比较膜分离技术与亲和层析技术的特点13、亲和剂由哪几部分组成？14、简述亲和膜分离的过程？15、液膜由哪几部分组成？各自的功能是什么？17、影响液膜稳定性的因素有哪些？第八章吸附法1、吸附作用机理是什么？2、吸附法有几种？各自有何特点？3、大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优缺点?4、影响吸附过程的因素有那些？5、何谓穿透曲线？6、膨胀床吸附的特点是什么？第九章离子交换法1、何谓离子交换法？一般可分为那几种？2、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？3、离子交换树脂的命名法则是什么？4、离子交换树脂有那些理化性能指标？5、何谓真密度、湿真密度？&大孔径离子交换树脂有那些特点？7、p H值是如何影响离子交换分离的？8、普通型离子交换树脂为何不能用来分离提取蛋白质分子？9、各类离子交换树脂的洗涤、再生条件是什么？10、软水、去离子水的制备工艺路线？11、对生物大分子物质，离子交换剂是如何选择的？12、理解概念：交换容量，工作交换容量，膨胀度，湿真密度，交联度13、为何阴树脂交换容量用动态法测定而阳树脂用静态法测定？第十章色层分离1、何谓色层分离法？可分为那几大类？2、何谓保留值、分配容量K分离度？3、色层图中分离度有那几种表示方法？4、层析剂有那几种？各自有何特点？5、何谓亲和色层分离法？亲和力的本质是什么？亲和色层中常用的亲和关系有那几种?6何谓疏水作用层析？其最大的特点是什么？7、柱层析法与固定床吸附法有何异同点？8、苯硼酸亲和介质用于分离哪些目标物？原理是什么？9、凝胶层析分离机理是什么？10、亲和层析的机理是什么？11、配基偶联后残留电荷对分离有何影响？如何消除？12、小分子配基为何需插入手臂？13、何谓色层分离法？可分为那几大类？14、简述柱层析系统的工艺流程。

生化分离工程的一般工艺流程生化分离工程是一种利用不同物质的化学或生物特性差异进行分离的工程技术。

它主要应用于制药、食品、化工等领域，用于提取、分离和纯化目标物质。

下面将介绍一般的生化分离工艺流程。

一、前处理前处理是生化分离工程的第一步，主要目的是将原料进行预处理，以去除杂质、减少影响分离效果的物质，为后续的分离步骤做好准备。

前处理的具体步骤包括物料破碎、浸泡、搅拌等。

二、提取提取是生化分离工程的核心步骤，它是将目标物质从原料中提取出来的过程。

提取方法多种多样，常用的方法包括溶剂提取、超临界流体提取、浸提等。

在提取过程中，需要控制好提取的时间、温度、pH值等因素，以提高提取效率和提取纯度。

三、分离分离是将提取得到的混合物中的目标物质与其他物质进行分离的过程。

常用的分离方法有蒸馏、结晶、萃取、吸附、离心、膜分离等。

分离的选择要根据目标物质的特性以及产品的要求来确定。

四、纯化纯化是将分离得到的目标物质进一步提纯的过程。

纯化的方法有很多种，常用的方法有晶体生长、再结晶、色谱层析、电泳等。

纯化的目的是提高产品的纯度和质量。

五、精制精制是对纯化后的物质进行进一步处理，以达到更高的纯度和质量要求。

精制的方法包括洗涤、溶解、过滤、干燥等。

在精制过程中，需要注意控制操作的条件，防止杂质的污染。

六、成品制备成品制备是将精制后的物质进行最终的加工和包装，以获得成品产品。

成品制备的步骤包括配制、混合、包装等。

在成品制备过程中，需要严格控制生产工艺，确保产品的质量和安全性。

七、检测与分析检测与分析是生化分离工程的重要环节，它用于检验产品的质量和性能。

常用的检测与分析方法包括色谱分析、质谱分析、核磁共振等。

通过检测与分析，可以对产品进行定性和定量的分析，为产品的质量控制提供依据。

八、工艺优化与改进工艺优化与改进是生化分离工程的持续改进过程。

通过对工艺流程的优化和改进，可以提高产品的产率、纯度和质量，降低生产成本，提高经济效益。

发酵液名词解释生化分离工程
发酵液是指在发酵过程中形成的液体产物，其中含有发酵产物、代谢产物、废水等。

它是通过微生物在有机物质的存在下进行生物化学反应而形成的。

生化分离工程是利用生物学和化学工程原理，对发酵液进行分离和纯化的过程。

它旨在将发酵液中的目标产物（如有机酸、酒精、酶等）从复杂的混合物中分离出来，并使其达到纯净度要求。

生化分离工程常用的方法包括以下几种：
1. 澄清：通过离心、过滤等方法去除发酵液中的悬浮物、沉淀物等固体颗粒。

2. 过滤：使用不同孔径的滤材，根据目标产物和杂质的粒径差异进行分离。

3. 膜分离：利用微孔膜、反渗透膜等的选择性渗透，将目标产物和杂质分离。

4. 萃取：利用溶剂的选择性提取特定的目标产物。

5. 蒸馏：通过升温使混合液体组分分别沸腾、汽化，再通过冷凝、收集、分离将目标产物从其他组分中分离出来。

6. 结晶：利用溶解度差异将目标物质从溶液中结晶出来。

7. 离子交换：通过固定相上的离子交换树脂，实现目标物质和杂质的分离。

生化分离工程在微生物发酵、生物制药、食品工业等领域具有重要应用价值。

通过合适的工艺和方法，可以提高发酵产物的纯度
和质量，满足工业生产和市场需求。

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。

生化分离工程知识点归纳第一章绪论1、生物物质分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现生物物质（产品）制备的过程，是生物产业的一个重要组成部分。

2、生物工程下游加工过程的特点：（1）成分复杂：固体成分、液体成分（2）悬液中的目标产物浓度低（3）稳定性差：化学（温度和pH值）或微生物引起的降解（4）生物产品质量要求高：纯度、卫生、生物活性3、下游加工过程的一般流程（4个阶段）：发酵液的预处理与固液分离、初步纯化（提取）、高度纯化（精制）、成品加工。

4、某一具体产品的分离提取工艺设计中应考虑的问题：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦不同分离方法的技术经济比较及废液的处理方法等。

第二章发酵液的预处理与过滤1、发酵液的预处理发酵液的预处理的方法：（1）加热：最简单、最经济的预处理方法是加热，降低料液黏度，也可以对其进行灭菌。

但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。

（2）调节料液的pH值：促进全细胞聚集。

（3）凝聚和絮凝：凝聚是指通过加入简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位，从而使得范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。

常用凝聚剂多为阳离子型如明矾、三氯化铁。

絮凝是指预处理时加入絮凝剂（通常指天然或合成的生物大分子聚电解质）既能降低排斥电位，又吸附了周围的微粒，形成桥架作用，促使胶粒形成粗大，密度低的絮凝团。

这些絮凝团很容易被过滤得到。

主要絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物。

（4）使用惰性助滤剂：硅藻土、珍珠岩。

2、真空过滤器的优点：连续自动操作,节省人力，生产能力大。

真空过滤器的缺点：附属设备多，投资费用高，推动力小适用于量大易过滤的料液。

3、压滤器的优点：过滤推动力大，过滤面积大。

压滤器的：缺点：板框压滤机劳动强度大，投资、维护费用高。

第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些内容？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。

第二章预处理、过滤和细胞破碎6、影响过滤的因素及改善措施？影响过滤性能的因素主要有:①混合物中悬浮微粒的性质和大小;②混合液的粘度;③操作条件：固液分离操作中温度、pH、操作压力、滤饼厚度等;④助滤剂的使用;⑤固液分离设备和技术改善过滤性能的方法:工艺上一般采用降低混合液粘度的方法、增大被分离颗粒的粒度或者在混合液中加入助滤剂的方法、提高离心机的转速或提高操作压力、增大真空度、降低滤饼层的厚度，或除去滤饼等方法以改善过滤性能。

1、机械法细胞破碎与非机械破碎相比有何特点？2、细胞破碎主要有那几种方法？10、何谓化学法破碎细胞？其原理是什么？包括那几种？细胞破碎技术:（一）机械法①珠磨法:在磨腔中装入小玻璃球或小钢球，由电动机带动搅拌碟片高速搅拌微生物细胞悬浮物和小磨球而产生剪切力，将细胞破碎，释放出内含物。

一般有立式或卧式两种珠磨机;②高速匀浆法:利用高压使悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎。

设备是高速匀浆器，由高压泵和均压阀组成;③超声破碎法:另一种液相剪切破碎法，常为实验室方法.当通过超声探头向悬浮液输入声能，大量声能转化成弹性波形式的机械能，引起局部的剪切梯度，使细胞破碎。

（二）非机械方法①酶法溶胞:利用酶分解细胞壁上特殊的化学键使之破裂。

②化学法:用某些化学试剂溶解细胞壁或抽提细胞中某些组分，改变细胞壁或膜的通透性，从而使内含物有选择性地渗透出来。

包括酸碱条件改变pH、有机溶剂法、表面活性剂法等。

③物理法如渗透压冲击法、冻融法、干燥法等。

11、何为包涵体？包涵体中分离产物一般包括哪几个步骤？所谓包涵体是指蛋白质分子本身及与其周围的杂蛋白、核酸等形成不溶性的，无活性的聚集体，其中大部分是克隆表达的目标产物蛋白。

从包涵体中分离产物的处理步骤为：收集菌体细胞→细胞破碎→离心分离→包涵体的洗涤→目标蛋白的变性溶解→目标蛋白的复性。