生物分离工程习题

一、名词解释
1.亲和吸附
2.凝聚
3.乳化
4.吸附
5.反萃取
二、填空题
1. 发酵液常用的固液分离方法有___离心______ 和__过滤_______ 等。

2. 离心设备从形式上可分为 __管式_______，___套筒式______ ，___碟片式______ 等型式。

3. 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__ ，_超滤__ ，__纳滤_ 和_反渗透___。

4. 影响吸附的主要因素有__吸附剂性质____ ，_吸附物性质_____ ，__温度____ ，__pH____ ，__吸附物浓度_和吸附剂用量____。

5. 离子交换树脂由 __惰性载体_______， __活性功能基团_______和___平衡离子______ 组成。

6. 常用的化学细胞破碎方法有__碱处理_____ ，_金属螯合剂______ ，__表面活性剂_____ ，_有机溶剂_______。

7. 影响盐析的因素有___盐的种类______ ， _溶质的种类和性质________，___温度______ 和___pH_____ 。

8. 晶体质量主要指 __晶体大小_______，__晶体的形状_______ 和___晶体的纯度______ 三个方面。

9. 工业上常用的超滤装置有板式，管式，和螺旋式
和中空纤维式。

10.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶，刺激起晶，
和晶种起晶；
11.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
换三个步骤；
12.超临界流体的特点是与气体有相似的流动性（扩散性），与液体有相似的密
度（溶解性）；
13.离子交换树脂的合成方法有共聚和均聚两大类；
14.等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其等电点（pI）的不同；
15.离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有 pH梯度和离子浓度梯
度；
三、计算题
应用离子交换树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量.
四、问答题
1.简述生物分离的一般工艺流程
2.简述结晶过程中晶体形成的条件
3.简述常用细胞破碎方法的原理及适用范围.
4.简述超临界流体萃取技术的原理.
5.何谓等电点沉析法
6.离子交换树脂的工作过程.
7.绘制结晶过程中饱和曲线和过饱和曲线图，并简述其意义
一、名解
1亲和吸附：是吸附单元操作的一种，它是利用亲和吸附剂与目标物之间的特殊的化学作用实现的高效分离手段。

亲和吸附剂的组成包括：惰性载体、手臂链、特异性亲和配基。

2凝聚：是指在某些电解质作用下,破坏细胞,菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,使胶体粒子聚集的过程。

3乳化:发酵液经预处理和过滤后,虽能除去大部分非水溶性的杂质和部分水溶性杂质,但残留的杂质(如蛋白质等)具有表面活性,在进行溶剂萃取时,有机相和水相难以分层.
4吸附:是指物质从气体或液体浓缩到固体表面从而达到分离的过程.
5反萃取：就是通过调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作过程
色谱是根据混合物中溶质在互不混溶的两相间分配行为的差别而引起移动速度的不同而进行分离的方法。

二、填空
1离心，过滤
2管式，套筒式，碟片式
3微滤膜，超滤膜，纳滤膜，反渗透膜
4吸附剂的性质，吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐浓度，吸附物浓度和吸附剂用量
5载体，活性基团，可交换离子
6渗透压冲击，增溶法，脂溶法，酶消化法，碱处理法
7溶质种类，溶质浓度，pH值，温度
8晶体大小，晶体性状，晶体纯度
9盐析，等电点沉析，有机溶剂沉析
10板式，管式，螺旋卷式，中空纤维式
11自然起晶法，刺激起晶法，晶种起晶法
12外部扩散，内部扩散，化学交换反应
13粘度（扩散系数），密度
14共聚（加聚），均聚（缩聚）
15等电点（pI）
16梯度，离子强度（盐）梯度
17均聚（缩聚）
三、计算题
解：由题设，根据吸附等温式得出K值，即
q=q0C/k+4=0.06x0.02/k+4=0.04
k=0.01
当料液含抗菌素0.2Kg/m3时
q=0.06x0.2/0.01+0.2=0.057kg/kg
四、问答题：
1．简述生物分离的一般工艺流程（6）
发酵液→预处理→细胞分离→( 细胞破碎→细胞碎片分离 )
→初步纯化(各种生物分离提取方法)→高度纯化（色层分离，结晶）→成品加工
2．简述结晶过程中晶体形成的条件（6）
答：结晶过程包括过饱和溶液的形成、晶核的形成及晶体的生长三个过程，其中溶液达到过饱和状态是结晶的前提，过饱和度是结晶的推动力。

3.简述常用细胞破碎方法的原理及适用范围.（8）
1,非机械法
A,高压匀浆法
适用于酵母菌,大肠杆菌,巨大芽孢杆菌和黑曲霉等.不适用于高度分枝的微生物.
B,高速珠磨法:利用玻璃小珠与细胞悬液一起快速搅拌,由于研磨作用,使细胞破碎.
C,超声波破碎法:实验室常用
2,非机械法
A,化学法:采用化学试剂处理细胞,溶解细胞或抽提细胞组分
B,酶解法
利用酶(溶菌酶,蛋白酶,脂肪酶,核酸酶,透明质酸酶等)反应分解破坏细胞壁上特殊的键,以达破壁的目的.需与其它方法配合使用(辐射,渗透压冲击,反复冻融法等)
途径:在细胞悬液中加酶或采用自溶作用
C,渗透压冲击法
先把细胞放在高渗溶液中,由于渗透压作用,细胞内水分向外渗出,细胞发生收缩,当达到平衡后,将介质快速稀释或将细胞转入水或缓冲液中,由于渗透压发生突然变化,胞外的水分迅速渗入胞内,使细胞快速膨胀而破裂.
D,冻结-融化法
将细胞放在低温(-150C),然后在室温中融化,反复多次,细胞壁破裂.
E,干燥法
经干燥后的菌体,其细胞膜的渗透性发生变化,同时部分菌体会产生自溶,然后用丙酮,丁醇或缓冲液等溶剂处理时,胞内物质就会被抽提出来.
4.简述超临界流体萃取技术的原理.（6）
超临界流体萃取技术(简称SFE):是利用超临界流体作为萃取剂的一种高效萃取技术.
临界点:物质气液不分(既有气体的性质,又有液体的性质)的状态点.物质具有固有的临界点,
此状态点的温度Tc,压力Pc称为临界温度和临界压力.当气体物质处于它的临界温度和压力以上,无论施加多大的压力,也不可能使其液化.
超临界流体(简称SCF):处于临界温度和压力以上的流体.
5、何谓等电点沉析法（6）
答：蛋白质再等电点下的溶解度最低，根据这一性质，再溶液中加入一定比例的有机溶剂，破坏蛋白质表面的水化层和双电层，降低分子间斥力，加强了蛋白质分子间的疏水相互作用，使得蛋白质分子得以聚集成团沉淀下来
6、离子交换树脂的工作过程.（8）
1.预处理和转型
1)用水浸泡,使其充分膨胀并除去细小颗粒(倾泻或浮选法).
2)用8～10倍量的1mol/L盐酸或NaOH交替浸泡(或搅拌)一次.每次换酸碱前都要用水洗至中性.
3)在使用时,常用酸,碱或NaCl将树脂转变为一定的离子形式,称为转型.
阳树脂处理成氢型按酸-碱-酸顺序处理;处理成钠型按碱-酸-碱 (或NaCl)顺序.
阴树脂处理成羟型按碱-酸-碱顺序处理;处理成氯型按酸-碱-酸(或NaCl)顺序处理.
2.装柱
装柱时,先在交换柱的下端铺上一层玻璃丝(或棉花),灌入少量水(或缓冲溶液),然后倾入带水(或缓冲溶液)的树脂.
装柱时应防止树脂层中存留气泡,以免交换时试液与树脂无法充分接触.树脂高度一般约为柱高的90%.为防止加试液时树脂被冲起,在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维.装柱时还应注意不能使树脂露出水面,因为树脂露于空气中,当加入溶液时,树脂间隙中会产生气泡,而使交换不完全.
交换柱也可以用滴定管代替.
3. 交换吸附
将样品加到交换柱上,用活塞控制一定的流速进行交换,完成离子吸附.
4. 洗脱
当交换完毕之后,用适当的洗脱液(改变pH值或含高浓度同性离子)进行洗脱.
随着洗脱的进行,洗出液离子浓度逐渐增大,达到最大值之后又逐渐减小,至完全洗脱之后,被洗出之离子浓度又等于零.
5. 树脂的再生
再生就是让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程.
7、绘制结晶过程中饱和曲线和过饱和曲线图，并简述其意义
答：结晶过程中的饱和温度曲线和不饱和温度曲线的简图如右图所示：
S-S曲线为饱和温度曲线，在其下方为稳定区，在该区域溶液为不饱和溶液，不会自发结晶；T-T曲线为过饱和温度曲线，在其上方为不稳定区，能够自发形成结晶；
S-S曲线和T-T曲线之间为亚稳定区，在该区域，溶液为过饱和溶液，但若无晶种存在，也不能自发形成晶体；。