生物分离工程解析

第一章绪论

一生物分离工程的特点是什么？

1 发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液

2 培养液是多组分的混合物

3 生化产品的稳定性差

4 对最终产品的质量要求高

二生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？

三在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？

1 采用步骤数最少

2 次序要相对合理

3 适应产品的技术规格

4 生产规模

5 进料组成

6 产品形式、产品的稳定性、物性

7 环保和安全要求

8 生产方式

第二章细胞分离与破碎

一如何预处理发酵液?

1. 高价无机离子的去除方法

去除钙离子：通常使用草酸。但由于草酸溶解度较小，不适合用量较大的场合。

去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。

用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。例如：环丝氨酸的提取。

去除铁离子: 加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。

2 杂蛋白质的除去

(1) 沉淀法盐析调节pH→pI

(2) 吸附法加入吸附剂或沉淀剂

(3) 变性法加热，大幅度调节pH，加有机溶剂或表面活性剂等。

(4) 凝聚Coagulation和絮凝flocculation 目前工业上最常用的预处理方法之一。常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理。

3. 有色物质的去除及其他

(1) 使用吸附剂去除有色物质 离子交换剂、离子交换纤维、活性炭等

(2) 用工业酶制剂可净化发酵产物，除去干扰性浑浊物 淀粉酶：不溶性多糖 单糖 (3) 使用惰性助滤剂 硅藻土、纸浆、珍珠岩等

(4) 加入反应剂 环丝氨酸发酵液用CaO 和H3PO4处理

二 凝聚和絮凝的区别

凝聚：向胶体悬浮液中加入电解质，由于双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集（1mm 左右）的现象。常用的凝聚剂有：Al2(SO4)3.18H2O ，AlCl3.6H2O ，FeCl3，ZnSO4，MgCO3

絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大（10mm ）的絮凝团的过程。

三 滤饼的重量比阻rB

表示单位滤饼厚度的阻力系数，是衡量过滤特性的主要指标。

对于不可压缩滤饼，比阻值为常数，但对于可压缩滤饼，rB = f （p ）。

如忽略过滤介质的阻力，恒压下的过滤速率方程式为：

22B B p q r X ∆τ

=

μ q — 到瞬间τ，通过单位过滤面积的滤液量，m3/m2；

⊿p —操作压差，Pa ； τ —过滤时间，s ； μ — 滤液黏度，Pa.s;

rB — 滤饼的重量比阻,m/kg;

XB — 通过单位体积滤液所形成的滤饼干重,kg/m3;

在不同时间τ测定滤液量,根据过滤面积就可得q 值。以q 为横轴，τ /q 为纵轴作图，所得

直线获得斜率（M ）。2B B

r X q Mq q p τμ=⨯=∆

2B B M p

r X ∆=

μ

四 了解常用固-液分离设备及其特点 1 板框式压滤机

优点：结果简单、价格低廉、过滤面积大。

缺点：不能连续操作、劳动强度大、滤液澄清度不高。 2 鼓式真空过滤机

优点：能连续操作，实现自动化控制，适用于处理量大而固体含量较多的滤浆。 缺点：压差较小，不适用于滤饼阻力较大的物料。 3 错流过滤

优点：过滤速度快。

缺点：固液相的分离不太完全。

五 常用的细胞破碎方法, 了解机械破碎法所用设备 1. 机械破碎

1) 高压匀浆法 设备：高压匀浆器 2) 珠磨 设备：珠磨机

3）撞击破碎 设备：撞击破碎器

4）超声波破碎设备：超声波探头

2. 非机械法

1）酶溶法①外加酶法②自溶法

2）化学法①酸碱处理②化学渗透法3）物理法①渗透压冲击法②冻融法

第三章初级分离

一常用的蛋白质沉淀方法有哪些？

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多价金属离子

聚电解质

非离子型聚合物

特殊沉淀剂

热沉淀

其他沉淀法

有机溶剂沉淀

等电点沉淀

盐析沉淀

沉淀法

二比较Ks盐析法和β盐析法

Ks盐析法由于蛋白质对离子强度的变化非常敏感，易产生共沉淀现象，因此常用于提取液的前处理。

β盐析法由于溶质溶解度变化缓慢，且变化幅度小，因此分辨率更高，常用于初步的纯化。

三影响盐析的主要因素有哪些？

(一) 无机盐种类(二) 温度和pH值(三) 蛋白质浓度

四用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？

⑴温度：温度越低，沉淀越完全。－10℃

⑵乙醇浓度：乙醇浓度上升，蛋白质溶解度下降。

⑶pH值：pI

⑷蛋白质浓度：应避免使用很稀的浓度，蛋白质在高浓度下比较稳定。

五泡沫分离定义、原理和操作过程影响因素

定义：泡沫分离是以气泡为介质，利用组分的表面活性差进行分离的一种方法。

原理：利用待分离物质本身具有表面活性或能与表面活性剂结合，在泡沫柱中被吸附在气泡表面，得以富集，气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待分离物质的目的。

影响因素：A 料液性质溶液的pH值、离子强度和其他添加剂

B 表面活性剂浓度不宜超过临界胶束浓度

C 操作条件温度应达到表面活性剂的起泡温度气体流速

D 泡沫柱

第四章膜分离

一何谓膜分离？主要有哪几种膜分离方法？

膜分离的定义：利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。

方法：微滤、超滤、反渗透、透析、电渗析、渗透气化

二膜分离技术有何优缺点？