高等生物分离工程知识点

生化分离过程思考题：

1. 生化分离工程是生化工程的一个重要组成部分，它是描述回收生物产品分离过程原理和

方法的一个术语，指从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。

2. 生物技术下游加工过程的一般步骤和单元操作:

(1) 发酵液的预处理与固液分离

选用的单元操作有限，一般选用过滤和离心的方法，有时也伴有沉降操作，错流过滤也较为常用。对非外泌性产物，还需进行细胞破碎。

(2) 初步纯化（或称产物的提取）

通过一个和几个单元操作以除去与目标产物性质有很大差异的杂质，提高了产物的浓度和质量。单元操作如吸附、萃取和沉淀。

(3) 高度纯化（或称产物的精制）

选用的单元操作有限，所用的技术对产物有高度的选择性，典型的单元操作有层析、电泳和沉淀等。

(4) 成品加工

产物的最终用途和要求，决定了最终的加工方法，浓缩和结晶常常是操作的关键。

3. 生物分离工艺的总设计原则和细节是什么？

总原则：保证目标产物的活性，保证高的回收率，工艺适度，设备适宜，提高效益

细节要求：

1）技术路线、工艺流程尽量简单化、集成化，尽量降低成本；

2）将完整工艺划分为不同的操作单元；

3）采用成熟技术与可靠设备；

4）纯化开始前编写、备好书面标准操作程序等技术文件；

5）适宜的检测方法。

4. 简述本课程所介绍的公用设施及设备。

1）洁净空气制备系统。空气调节的目的主要是通风以及通过各种空气处理（如净化、加热或冷却、加湿或除湿等）来维持室内适宜的温度环境。

①洁净空气调节系统的组成：小规模、单分区洁净空气调节系统；中大规模、多分区洁净空气调节系统两类

②空气净化和空气过滤器：由于不同的洁净室对洁净级别的要求不同，因此采用不同种类的空气过滤器，有初效中效高效静电过滤四种方式过滤器。

2）洁净室及洁净空气调节系统的测定

①洁净室，包括乱流和层流洁净室

②洁净室的物理指标和生物学指标：温度、相对湿度、噪度、照度、静压差、层流风速、换气次数。

③洁净空气调节系统的测定和调整：

A：空气调节系统的空气平衡测定和调整:N=Q

B：洁净室参数的测定：

a)室内温度和相对湿度的测定b）室内静压差的测定c）室内洁净度的测定d)室内浮游菌和沉降菌的测定e）室内噪声的测定f）室内噪度的测定

3）低温环境系统：制冷技术应用的三个温区：低温（-120℃），中温(-120℃~5℃)、高温①冷库制冷系统的基本组成：冷冻压缩机、冷凝器、蒸发皿、水冷却皿以

及其他组件

②冷库的类型：由保温围护系统、冷冻系统、电控网络系统等组成的用于冷冻、冷藏的成套设备。

A：按用途分：生产性冷库、分配性冷库、零售消费性冷库。

B：按围护结构的特点分：土建式冷库和装配式冷库。

4）生产用水供应系统：①制药用工艺用水：工艺用水中使用的水，按化学成分和微生物为纯度指标的不同分为饮用水、纯化水和注射用水3大类：

②水系统：设备操作原理为：

A：预处理系统：沙滤、活性碳过滤、微滤

B：反渗透系统

C：多效蒸馏系统：生产无菌、无热原水、重现性要好

D：纯水/注射用水储罐。

5.什么是错流过滤和板框过滤？

（1）错流过滤：料液给过滤介质表面一个平行的大流量冲刷，则过滤介质表面积累的滤饼就会减少到可以忽略的程度，而通过过滤介质的流速会比较小，称切向流过滤。

（2）板框过滤：是工业上常用的过滤方式，属于滤饼过滤，由多组滤板和滤框交替排列而成，板与框用机架支撑，在滤板的两边覆盖以过滤纸板，过滤面积大，过滤推动力能大幅度调整，并能耐受较高压力差，对不同过滤特性的发酵液适应性强。

6. 如欲提高固体剪切法（珠磨技术）的破碎效率，应从哪些方面考虑？

珠磨技术破碎的速率和效率是所有操作参数的函数，这些因素包括转盘外缘速度u、细胞浓度c、珠粒大小、温度和流量Q，故欲提高固体剪切法的破碎效率，应从这些因素考虑。

1）转盘外缘速度u 的影响：在一定的范围内，破碎的比速度与这个外缘速度成正比，

但由于高速能量旋转所引起的能量消耗、高的热量产生和珠粒的磨损以及因剪切而引起的产物的失活，必须限制圆盘外缘的速度，故实际生产中应控制合适的速度。

2）细胞浓度c 的影响：产生的热量随细胞浓度的降低而下降，但是单位细胞重量所

消耗的功率却会增加，故应使细胞浓度控制在合适的范围。

3）珠粒大小的影响：磨珠越小，细胞破碎速度也越快，但磨珠太小又易于漂浮，对于

一定的细胞，存在适宜的的微珠粒径，使细胞破碎率最高，故应选择最合适的粒径。

4）温度的影响：一般用冷却夹套和搅拌轴的方式来调节磨室的温度，降低温度主要是

保证所分离的成分不失活。

5）流量Q的影响：流量增加，破碎量下降，单位质量的能耗降低；流量降低，弥散和

返混增加。故使控制合适的流量以提高破碎效率。

7. 超声波有哪些作用？破碎细胞的原理是什么？

超声波的作用：a.机械作用：使物质作激烈的强迫机械作用，并产生单向力作用。

b.空化作用: 在液固两相的交界处，存在一些小空泡，声波的稀疏阶段使小空泡迅速地涨大，在声波的压缩阶段，小泡又突然被极度地压缩。在小泡突然被压缩时，液体以极大的速度来填充空穴，使小泡附近的液体或固体都受到上千个大气压的高压。这种现象称为空化现象。

c. 热作用：媒质对超声的吸收会引起温度上升，往往造成分界面处的局部高温。

超声波破碎细胞的原理：在细胞悬浮液中输入高的声能时，在细胞周围会形成许多小气泡，在压缩相中气泡会被压缩，直到不能被压缩时，气泡破裂，释放出猛烈的震波。这种震波通过介质传播，此时大量声能被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。

8.离心沉降：利用固液两相的相对密度，在离心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液的分离操作

离心过滤：利用离心力并通过过滤介质，在有孔转鼓离心机中分离悬浮液的操作9.什么是离心分离因数？根据分离因数Fr的大小，可将离心机分为哪几类？有何特征？

Fr表示粒子在离心机中产生的离心加速度与自由下降的加速度之比；Fr=ωr/g

来定量评价分离的效果：Fr愈大，愈利于分离。

常按分离因数Fr的大小对离心机分类：

A）Fr﹤3000，常速离心机；

B）Fr = 3000 ～50000，中速离心机；

C）Fr ≥ 50000，高速离心机；

D）Fr = 2* 104～106，超速离心机.

10. 膜的截留相对分子质量：在截留曲线上，截留率为90%或95%的溶质的相对分子质量定义为膜的截留相对分子质量。

11.如何根据孔径大小、分离机制和推动力来对微滤和超滤进行比较？

超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，用于截流高分子溶质或固体颗粒。超滤膜的孔径比微滤膜小，是根据高分子溶质之间或高分子与小分子溶质之间相对分子质量的差别进行分离的方法，主要用于处理不含固形成分的料液。微滤一般用于悬浮液的过滤，广泛用于菌体细胞的分离与浓缩，微滤过程中膜两侧的渗透压差可忽略不计，由于膜孔径较大，操作压力比超滤更低。12. 什么是膜操作过程中的浓差极化，如何消除浓差极化？

（1）浓差极化指在超滤过程中，由于水透过膜，因而在膜表面的溶质浓度增高，形成梯度，在浓度梯度的作用下，溶质与水以相反方向扩散，在达到平衡状态时，膜表面形成一溶质浓度分布边界层，它对水的透过起着阻碍作用。

（2）通过改变流速、压力、温度和料液浓度等可以降低浓差极化效应。方法包括降低压力，降低膜表面的浓度，降低溶质在料液中的浓度等。

16. 沉淀法改变溶液的条件，使蛋白质以固体形式从溶液中分出的操作技术称为固相析

出分离法。

14.常用蛋白质沉淀的方法有哪几种？提高盐析效率的思路是什么？

（1）常用的蛋白质沉淀方法有中性盐盐析法，等电点沉淀法，有机溶剂沉淀法，其他沉淀法

如金属离子沉淀法等。

提高盐析效果的思路：

（2）影响盐析效果的因素有盐的种类，浓度，温度，PH，蛋白质起始浓度等。