第1章 绪论 作业答案

第1章绪论作业参考答案一. 名词解释1.下游技术（下游加工过程）：是一种技术，即下面加工过程的技术。

人们通常把工业生物技术产品的生产过程比作河流：微生物育种技术为上游技术，发酵技术为中游技术，那么产物分离及产品制作即为下游技术。

生物工程下游技术概念：对于由生物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源料，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，通常称为下游技术，也称为下游工程或下游加工过程。

2. 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。

它包括三方面内容，即清洁生产工艺(技术)、清洁产品、清洁能源。

二. 选择1. 生物工业下游技术是指（C ）。

A、“物质分离”B、“产品加工”C、“物质分离”和“产品加工”三. 选择题1 分离是混合的逆过程，是一个熵增加的过程，是一个自发的过程（×）。

四. 简答题1 产品的分离提取工艺应考虑那些因素？答：某一具体产品的分离提取工艺与下列情况有关：(1)是胞内产物还是胞外产物；(2)原料中产物和主要杂质浓度；(3)产物和主要杂质的物理化学特性及差异；(4)产品用途和质量标准；(5)产品的市场价格；(6)废液的处理方法等。

2 与目的产物混合的杂质主要包括那些成分？答：与目的产物混合的杂质包括：1.生物反应过程中的副产物2.未消耗完毕的原料；3.生产过程中加入的化学试剂；4.生产设备材料物质。

第2章下游技术的理论基础作业参考答案一名词解释亲和色谱：利用生物物质间的特异性相互作用，或者说是利用了某些生物物质之间特异的亲和力进行选择性分离的一种色谱分离技术。

二填空1 以物理学为基础的分离操作，大致可分为以下三类：（平衡分离过程）、（拟平衡分离操作）、（非平衡分离操作）。

2 从工程学的角度来说，物性差异（越大），作为分离基础的实际利用价值越大。

3 一般地说，物质间的化学作用与物质间的物理作用力相比，选择性（更强），在高度选择性的精密分离中占有重要地位。

三简答题1 以物理过程为基础的分离操作可分为那几种操作过程？答：以物理学过程为基础的分离操作，大致可分为以下三类：1．平衡分离过程：建立在相平衡关系上的。

利用相的组成差别进行混合物体系的分离。

2．拟平衡(速度差)分离操作：在混合物体系本身所占有的空间之外加一个能引起物质分离的势能场，在它的作用下，形成分离场。

3 ．非平衡分离操作：1、2以外均划归其中，利用物质移动速度差和广义的、基于“屏蔽效应”的分离操作。

2 生物高分子特异性结合作用包括那几种可逆结合作用？答：生物高分子特异性结合作用包括有：1．离子间的相互作用2．氢键结合3．硫水性相互作用4．对金属原子配位5．弱共价键结合第2章下游技术的理论基础作业参考答案一名词解释亲和色谱：利用生物物质间的特异性相互作用，或者说是利用了某些生物物质之间特异的亲和力进行选择性分离的一种色谱分离技术。

二填空1 以物理学为基础的分离操作，大致可分为以下三类：（平衡分离过程）、（拟平衡分离操作）、（非平衡分离操作）。

2 从工程学的角度来说，物性差异（越大），作为分离基础的实际利用价值越大。

3 一般地说，物质间的化学作用与物质间的物理作用力相比，选择性（更强），在高度选择性的精密分离中占有重要地位。

三简答题1 以物理过程为基础的分离操作可分为那几种操作过程？答：以物理学过程为基础的分离操作，大致可分为以下三类：1．平衡分离过程：建立在相平衡关系上的。

利用相的组成差别进行混合物体系的分离。

2．拟平衡(速度差)分离操作：在混合物体系本身所占有的空间之外加一个能引起物质分离的势能场，在它的作用下，形成分离场。

3 ．非平衡分离操作：1、2以外均划归其中，利用物质移动速度差和广义的、基于“屏蔽效应”的分离操作。

2 生物高分子特异性结合作用包括那几种可逆结合作用？答：生物高分子特异性结合作用包括有：1．离子间的相互作用2．氢键结合3．硫水性相互作用4．对金属原子配位5．弱共价键结合第3章发酵液预处理作业参考答案一名词解释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。

二选择题1. 在过滤分离中，滤液通过滤饼的速率与其黏度成（ B ）。

A、正比B、反比C、无关2. 微生物代谢产物大多（A ）。

A、分泌到细胞外B、存在于细胞内三判断题1 发酵液预处理的目的是浓缩目标产物（×）。

2 絮凝剂须有长链的线性结构，越长越好（×）。

3 除去发酵液中的杂蛋白质的最常用方法是离心分离（×）。

四简答题1微生物发酵液有那些特性？答：微生物发酵液的特性可归纳为：①发酵产物浓度较低，大多为1％一10％，悬浮液中大部分是水；②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；③固体粒子可压缩性大；④液相粘度大，大多为非牛顿型流体；⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。

这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难2 除去发酵液杂蛋白质的常用方法有那些？答：杂蛋白质的除去常用方法：(1) 沉淀法：蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子（三氯乙酸盐、水扬酸盐）形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。

(2) 变性法：使蛋白质变性的方法很多，如：加热，调节PH，有机溶剂，表面活性剂等。

其中最常用的是加热法。

(3) 吸附法：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。

3 发酵液过滤与分离的困难的原因及解决方法。

答：微生物发酵液的特性可归纳为：①发酵产物浓度较低，大多为1％一10％，悬浮液中大部分是水；②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；③固体粒子可压缩性大；④液相粘度大，大多为非牛顿型流体；⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。

这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难。

通过对发酵液进行适当的预处理，即可改善其流体性能，降低滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。

1）降低液体粘度：加水稀释法和加热法2）调整pH：等电点沉淀法3）凝聚与絮凝4）加入助滤剂：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。

如：硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等。

5）加入反应剂：不影响目的产物，可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响，提高过滤速率。

五. 论述题1利用离心法和过滤法进行固液分离的原理、常用设备及优缺点。

（一）离心法：原理：离心机是利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的机械，由于离心力场所产生的强大离心力，所以利用离心分离可分离悬浮液中极少的固体微粒和大分子物质。

常用设备：按其作用原理不同，可分为过滤式离心机和沉降式离心机两大类。

前者转鼓上开有小孔，有过滤介质。

主要用于处理悬浮液固体颗粒较大、固体含量较高的场合。

后者转鼓上无孔，不需过滤介质。

主要用于处理固液、液液固等分离。

优点：具有分离速率快，分离效率高、液相澄清度好。

缺点：设备投资高、能耗大，此外连续排料时，固相干度不如过滤设备。

（二）过滤法：原理：悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒与溶液分离。

根据过滤机理不同，过滤操作分为澄清过滤和滤饼过滤。

在澄清过滤中，所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管子等组成的成型颗粒滤层，当悬浮液通过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清。

此法适用于固体含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5~100μm的悬浮液的过滤分离。

滤饼过滤中，过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布;毡、石棉扳、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。

滤饼过滤按推动力的不同可以分为四种，即重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。

优点：固相干度好，无需设备，能耗低，经济成本低。

缺点：容易形成滤饼，分离效率低。

第4章微生物细胞破碎作业参考答案一名词解释细胞破碎技术：是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内物质包括目的产物成分释放出来的技术。

化学渗透法：某些化学试剂，如表面活性剂、有机溶剂、金属螯合剂等可以改变细胞壁或细胞膜的通透性（渗透性），从而使胞内物质有选择地渗透出来，这种处理方式称为化学渗透法。

二填空题1 （肽聚糖）是细菌细胞壁的主要化学成分；酵母细胞壁的主要成分是（葡聚糖）；霉菌细胞壁主要由多糖组成，其中大多数的多糖壁是由（几丁质）和葡聚糖构成的。

2 细胞破碎的目的是释放出细胞内目的产物，方法很多。

按其是否使用外加作用力可分为（机械法）和（非机械法）两大类。

3 机械法主要有（珠磨法）、（高压匀浆法）、（超声破碎法）和X-press法等。

在机械破碎法中，由于消耗的机械能转为热量会使温度上升，在大多数情况下要采用（冷却）措施，以防止生物产品受热破坏。

4 非机械法有（酶溶法）、（化学渗透法）、物理法和干燥法等。

5 细胞破碎率测定方法主要有（直接测定法）、（目的产物测定法）和（导电测定法）三种。

三判断题1 细胞壁破碎的主要阻力是连接细胞壁网状结构的共价键（√）。

2 革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌细胞壁要薄。

（X ）四简答题1 细菌、酵母、霉菌细胞壁的主要成分。

答：细胞破碎的主要阻力来自于细胞壁，不同类型的微生物其细胞壁的结构特性是不同的。

1）细菌细胞壁主要化学成分：肽聚糖；主要阻力—肽聚糖的网状结构。

2）酵母菌细胞壁主要化学成分：葡聚糖(30％一34％)、甘露聚糖(30％)、蛋白质(6％一8％)和脂类；主要阻力—壁结构交联的紧密程度和它的厚度。

3）霉菌细胞壁主要化学成分：几丁质和葡聚糖；主要阻力—几丁质或纤维素的纤维状结构。

2 影响细胞壁破碎难易程度的主要因素。

答：微生物细胞壁的形状和强度取决于细胞壁的组成以及它们之间相互关联的程度。

破碎细胞要克服的主要阻力是连接细胞壁网状结构的共价键。

在机械破碎中，细胞的大小和形状以及细胞壁的厚度和聚合物的交联程度是影响破碎程度的重要因素。

细胞壁结构与细胞破碎关系：细胞个体小、球形、壁厚、聚合物交联程度高是最难破碎的。

在使用酶法和化学法溶解细胞时，细胞壁的组成显得特别重要，特别是细胞壁的结构。

五论述题1 论述细胞壁破碎常用的五种方法。

答：细胞壁破碎常用的五种方法有珠磨法、高压匀浆法、超声波法、酶溶法和化学渗透法。

1）珠磨法：利用进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的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，使细胞破碎释放出内含物。