(完整版)生物工业下游技术习题(附答案)

生物工业下游技术习题

第一章绪论

1、何为生化分离工程？其主要研究那些内容？

下游加工过程（下游技术）：

对由生物界自然产生的或由微生物发酵过程、动植物细胞组织培养或酶反应过程等各种生物工业生产过程获得的生物原料（发酵液、培养液、反应液），经提取分离、加工精制成有关生物化工产品的过程（技术）。由不同生物化工单元操作组成。

研究内容：产品的分离纯化，从混合物（发酵液等）中用最低的投入，获得最高的产出（产物的高得率、高纯度）。

2、试述生物技术下游加工过程的特点及应遵循的原则。

特点：发酵液等为复杂多相系统，属非牛顿性液体，成分复杂多样，固液分离困难。

产物起始浓度低（发酵液起始浓度较低而杂质又较多），常需多步纯化操作；

产物（生物物质）通常很不稳定：遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解；

发酵或培养都是分批操作，生物变异性大，各批发酵液不尽相同，下游加工应有弹性；

发酵液不宜久存，应尽快提取。

原则：时间短；温度低；pH适中（在生物物质的稳定范围内）；严格清洗消毒。基因工程产品，生物安全问题

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、简述生化分离工程的发展趋势。

操作集成化(减少步骤，提高收率）；

方法集成化；

大分子与小分子分离方法的相互渗透；

亲和技术的推广使用和配基的人工合成；

优质层析介质的开发；

基因工程对下游过程的影响；

发酵与提取相耦合。

5、简述生物技术下游加工过程的一般流程。

按生产过程划分，下游技术大致分为4个阶段：

a)预处理（发酵液或培养液的预处理和固液分离)；

b)提取（初步分离纯化）；

c)精制（高度纯化）；

d)成品加工（最后纯化）；

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？

预处理：

a)预处理目的：改变发酵液的性质，利于固液分离。

b)方法：采用酸化、加热、以降低发酵液的粘度；或加入絮凝剂，使细胞

或溶解的大分子聚结成较大颗粒。

目的：分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，利于提取精制后续工序的顺利进行；菌种不同、发酵液特性不同，预处理方法选择也不同。

胞外产物：经预处理使目的产物移至液相，经固液分离，除去固相；

胞内产物：收集菌体或细胞，进行破碎，使目的产物移至液相，进行细胞碎片分离。

2、何谓絮凝？何谓凝聚？各自作用机理是什么？

凝聚：

在电解质（中性盐）作用下，胶粒间双电层电排斥作用降低，电位下降，使胶体体系不稳定的现象。

凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集的现象。

絮凝

♦絮凝：在高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使细胞、胶粒等聚集成粗大的絮凝团。

♦絮凝剂：一种能溶于水的高分子聚合物，相对分子质量大，具长链结构（链节含许多活性官能团）。

♦作用力：由静电引力、范德华力或氢键作用力等吸附于胶粒的表面。

3、简述微生物发酵液有何特性？改变发酵液过滤特性的主要方法有哪些？其简

要机理如何？

微生物发酵液的特性：

a)发酵产物浓度较低（1~10%），悬浮液中大部分为水；

b)发酵液是组分非常复杂的混合物；

c)悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；

d)固体粒子的可压缩性大；

e)液相粘度大（多为非牛顿型流体）；

f)性质不稳定，随时间发生变化。

二、发酵液的预处理（改善发酵液过滤特性的物化方法）

♦降低液体粘度：滤液通过滤饼的速率与液体粘度成反比。

–加水稀释法：↓ρ，ν过滤↑，会增加悬浮液的体积，加大后续处理任务。–加热法：提高温度，有效↓ρ，↑ν过滤；蛋白质凝聚成较大颗粒凝聚物。一般加热温度控制在65~80ºC。

•适用于对非热敏感性产品发酵液预处理；

•使用时严格控制加热温度和时间。

4、除去发酵液中杂蛋白质的常用方法有哪些？

2、杂蛋白质的去除方法

♦沉淀法: 蛋白质在酸性溶液中，能与一些阴离子，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子如Ag+、 Cu2+、Zn 2+、Fe 3+和Pb2+等形成沉淀。

♦吸附作用: 加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。

例如：在枯草芽孢杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，从而可加快过滤速率。

♦变性法：加热，大幅度调节pH，加酒精等有机溶剂或表面活性剂等。

例如：抗生素生产中，常将发酵液pH调至偏酸性范围(pH2-3) 或较碱性范围(pH8-9)使蛋白质凝固，一般以酸性下除去的蛋白质较多。

变性法的局限性：加热法只适合于对热较稳定的目的产物；极端pH也会导致某些目的产物失活，并且要消耗大量酸碱；而有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。

5、在生化工业中常用的过滤方式那两种？各自有何特点？

离心分离：

a)利用转鼓高速转动所产生的离心力，实现分离。可分离悬浮液中极小的

固体微粒和大分子物质。

优点：分离速度快，效率高，液相澄清度好等。

缺点：设备投资高，能耗大。

过滤：发酵液的过滤特性：

–发酵液属非牛顿型液体，滤渣为可压缩性的

6、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？

7、过滤式离心机：

a)转鼓上开小孔，有过滤介质，离心力下，液体穿过过滤介质经小孔流出

而得以分离。

b)用于处理悬浮液固体颗粒较大、固含量较高的物料。

8、沉降式离心机：

a)转鼓上无孔，离心力下，物料按密度大小不同分层沉降分离。

b)用于液-固、液-液、液-液-固分离。

9、试述生物工业中常用固液分离设备的原理、特点及适用范围。

板框压滤机：

a)传统设备，广泛应用

b)结构简单、装配紧凑、过滤面积大，适应性强，过滤推动力能大幅调整

等。