生物分离工程每章节期末重点名词及习题

一、绪论

1、生物分离工程的特点是什么？

生物分离工程：是指从发酵液、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。又称为下游加工过程。特点：○1产品品种很多.○2物质分离的难度比一般化工产品大.○3常无固定操作方法可循;○4生物材料组成非常复杂, 分离操作步骤多，成本高却不易获得高收率。

2、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？答：分为不溶物的去除（过滤、离心，使产物浓度和质量得到了提高）、产物粗分离（离子交换、吸附、萃取，目的去除体系中大部分杂质，提高目标产物浓度）、纯化（色谱、电泳、沉淀等单元操作，这些技术具有产物的高选择性和杂质的去除性）、精制（结晶技术和色谱分离，目的是提高产物浓度，形成最终产品形态）。

二、过滤

.凝聚：在某些电解质作用下，使扩散双电层的排斥电位降低，破坏胶体系统的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。凝聚和絮凝的区别——在电介质作用下，破坏溶质胶体颗粒表面的双电层，破坏胶体系统的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。凝聚：简单电解质降低胶体间的排斥力。从而范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。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

的絮凝团的过程

助滤剂：为防止滤渣堆积过于密实，使过滤顺利进，而使用的细碎程度不同的不溶性惰性材料。

重力沉降式固液分离设备：矩形水平流动池、圆形水平流动池、垂直流动式沉降池、斜板式沉降池

发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？

由于发酵液和生物溶液是高粘度的非牛顿型流体，所以过滤是相当困难的，高黏性的可压缩滤饼有事呈难渗透的胶体，使过滤难以进行，菌丝体尤其如此。预处理的的方法：加热法（较稳定的产物）、凝聚和絮凝（明矾、氧化铝、氧化镁、多糖）、助滤剂上的吸附（硅藻土、珍珠岩、活性炭）、调节PH值。

三、离心和沉降

离心：离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。2.沉降：当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉的过程。

3.常用的离心沉降设备：离心沉降设备从操作方式上看，有间歇(分批)操作和连续操作之分；从型式上看有管式、套筒式、碟片式等；从出渣方式上看，有人工间歇出渣和自动出渣等方式。旋液分离器也属于离心沉降设备。

离心过程的放大：实验室小型离心操作试验与工业规模的离心过程存在很大差异，对此有两种估算方法○1应用等效时间te的近似方法○2利用离心机的几何特性参数∑进行定量分析

四、细胞破碎

常用的细胞破碎方法：①化学破碎法：渗透冲击，酶消化法，增溶法，脂溶法，碱处理法②机械破碎法：匀浆法，研磨法，超声波法，珠磨破碎法③其它：冻结-融化法，干燥法，自溶法。

五、萃取

萃取过程（原理）：是利用两个不相混溶的液相中各种组分(包括目的产物）溶解度不同、从而达到分离的目的。

反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操作。

反胶团：将表面活性剂溶解于非极性的有机溶液中，并使其浓度超过临界胶团浓度，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶团。

液－液萃取从机理上分析可分为哪两类？答：从萃取机理来讲，液－液萃取可分为：利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程的物理萃取；溶剂首先有选择性地与溶质化合成络合，从而在两相中重新分配而达到分离目的的化学萃取。根据料液和溶剂接触及流动情况，将萃取操作过程分为单级萃取和多级萃取。多级萃取可分为错流接触和逆流接触萃取过程。多级错流萃取：料液和各级萃余液都与新鲜的萃取剂相接触。萃取率较高，但萃取剂用量大。

多级逆流萃取：料液与萃取剂分别从级联或板式塔的两端加入，在级间作逆向流动，最后成为萃余液和萃取液，各自从另一端离开。萃取率较高。是工业上常用的方法。

何谓萃取的分配系数？答：在研究萃取过程时，常用分配系数表示平衡的两个共存相中溶质浓度的

关系。对互不混溶的两液相系统，分配系数k为k ＝y／x 式中y ——平衡时溶质在轻相中浓度，x

——平衡时溶质在重相中浓度。提高分配系数的方法：提高标况下重相与轻相的化学势之差1.改变溶剂、溶质的特性。

超临界流体萃取原理、概念、特点。

超临界萃取就是利用超临界流体的特殊性质，使之在高压条件下与待分离的固体或液体混合物相接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的办法，降低超临界流体的密度，从而萃取物得到分离。超临界萃取作为一种分离工艺的开发和应用的根据是，一种溶剂对固体和液体的苯取能力和选择性在其超临界状态下较其常温条件下可获得极大的提高。

特点：①超临界流体的黏度低，扩散系数高，因此传质效率高于液液两相萃取；②超临界流体表面张力低，在固态物料中的渗透速度非常快；③超临界萃取同时具有精馏和液相萃取的特点，即在萃取过程中由于被分离物质问的挥发度的差异和它们分

子间亲和力的不同，这两种因素同时发生作用而产生相际分离效果；④超临界萃取具有独一无二的优点是它的萃取能力的大小取决于流体的密度，而流体密度很容易通过调节温度和压力来加以控制；⑤超临界萃取的溶剂回收，方法简单并且大大节省能源。被萃取物可通过等温降压或等压降温的办法与萃取剂分离；而萃取剂只需再经压缩便可循环使用；⑥高沸点物质往往能大量地、有选择性地溶解于超临界流体中而形成超临界流体相。

双水相萃取：双水相萃取法是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。优点：1.操作条件温和，在常温常压下进行；不会引起生物活性物质的失活或变性；2.两相的界面张力小，萃取时两相能高度分散，传质速度快；3.排除了使用有毒、易燃的有机溶剂，能够提供温和的水环境，避免被萃取成分的脱水变性；4.溶质对目标组分选择性强，大量杂质能与所有固形物一同除去，使分离操作；5过程简化，易于连续操作，处理量大，适合工业应用。常见的双水相构成体系：①互不相溶，形成两个水相，两种高聚物分别富集于上、下两相；②复合凝聚，也形成两个水相，但两种高聚物都分配于一相，另一相几乎全部为溶剂水；③完全互溶，形成均相的高聚物水溶液。

反胶团萃取原理：反胶团萃取利用表面活性剂在有机相中形成的反胶团，从而在有机相内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶团的亲水微环境中，消除了生物分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解在有机相中

或在有机相中发生不可逆变性的现象。过程：在反胶团中，表面活性剂的非极性尾在外与非极性的有机溶剂接触，而极性头则排在内形成一个极性核。此极性核具有溶解极性物质的能力，极性核溶解于水后，就形成了“水池”，当含有此种反胶团的有机溶剂与蛋白质的水溶液接触后，蛋白质就会溶于水池，由于周围水层和极性头的保护，蛋白质不会与有机溶剂接触，因而不会造成失活。优点：1.极性“水核”有较强的溶解能力；2.生物大分子由于有较强的极性，可溶解于极性水核中，防止与外界有机溶剂的接触减少变性作用；3.由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，增加结构的刚性，提高反应性能。

六、吸附和离子交换

吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有

选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中的分离的的过程。

吸附过程：①待分离料液与吸附剂混合②吸附质被吸附到吸附剂表面③料液流出④吸附质解吸回收后，将吸附质再生。

吸附等温线：当固体吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量与浓度和温度有关，当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。

作用键：载体与配体之间以共价键或离子键相连。树脂的转型：树脂去杂后，为了发挥其交换性能按使用要求赋予平衡离子的过程。

离子交换：离子交换法是利用溶液中各种带电粒子与离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。离子交换的选择性：某种树脂对不同离子吸附亲和性的差别，离子和树脂活性基的亲和力越大，越易被该树脂吸附。离子交换树脂的结构：树脂骨架、联接骨架上的功能基、活性离子

何谓亲和吸附，有何特点？答：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。亲和吸附的特点是高效、简便、适用范围广、分离速度快、条件温和，但载体制备难度大，通用性差，成本较高。影响双水相萃取的因素：①成相高聚物浓度-界面张力②成相高聚物的分子量③电化学分配④疏水作用⑤生物亲和分配⑥温度及其

他因素。

亲和吸附原理和过程：亲和吸附依靠于溶质和吸附