12级生物分离工程期中复习题

12级生物分离工程期中复习题

第一章绪论

1. 简述生物分离工程在生物技术中的地位？

答：生物技术的主要目标是利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品，而分离纯化过程是生物产品工程的重要环节。因此，生物分离工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节，在生物技术研究和产业发展中发挥着重要作用，其技术进步程度对于保持和提高各国在生物技术领域内的经济竞争力有至关重要的作用。

2. 生物分离工程的特点是什么？

答：生物分离是从生物材料、微生物的发酵液、生物反应液或动植物细胞的培养液中分离并纯化有关产品（如具有药理活性作用的蛋白质等）的过程，又称为下游加工过程。

生物工程的主要特点是生物制品多种多样; 常无固定操作方法可循;生物材料组成非常复杂, 分离操作步骤多，不易获得高收率; 培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低，而杂质含量却很高; 分离进程必须保护化合物的生理活性; 生物活性成分离开生物体后，易变性、破坏。

3. 生物分离工程都有哪些单元操作？请举例说明。

发酵液的预处理、产物的提取、产物的精制、成品的加工处理。

不溶物的去除包括过滤、离心和细胞破碎，通过这些单元操作使产物浓度和质量得到了提高。

产物分离包括离子交换吸附、萃取等。其中萃取又分为溶剂萃取、反微团萃取、超临界流体萃取和双水相萃取等。以上分离过程不具备特异性，只是进行初分可提高产物浓度和质量。

产品的纯化包括色谱、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。

产品的精制包括结晶及干燥等单元操作。

第二章发酵液的预处理与细胞破碎

1、发酵液有那些特性？

❖1、发酵产物浓度较低。

❖2、发酵液是含有细胞、细胞碎片、蛋白质、核酸、脂类、糖类及无机盐等多种物质的混合物。且悬浮物颗粒小，固体粒子可压缩性较大。

❖3、发酵液性质和产物性质不稳定。其性质易受空气氧化、微生物污染以及蛋白酶水解等作用的影响；各批次发酵液的性质也不尽相同；pH值、离子强度和温度等变化常常造成产物的失活。

这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难；发酵产品的价格也较高。

2、改变发酵液过滤特性的主要方法有哪些？

<1>、加热法

<2>、凝聚（电解质的作用）和絮凝（大分子化合物的敏化作用）

<3>、调节悬浮液的pH值

<4>、添加助滤剂

3、除去发酵液中杂蛋白质的主要方法有哪些？

❖⑴沉淀法

（凝聚和絮凝及沉淀反应）

❖⑵变性法

（如加热法、调节悬浮液的pH法、加入有机溶剂和表面活性剂等）

❖⑶吸附法

（加入某些吸附剂或沉淀剂吸附蛋白质而将其除去）

4、试述常用细胞破碎方法（珠磨法、高压匀浆法、超声破碎法、酶溶法和化学渗透法）的原理、特点及适用性。

（1）酶解法

❖酶解法是利用生物酶将菌体的细胞壁和细胞膜消化、溶解的方法。

❖细胞壁主要成分是肽聚糖。能够破坏它们之间连接键的酶可以去除细胞壁。常用的酶有溶菌酶、蜗牛酶等。

❖因酶的价格较高，只能小规模应用。

（2）化学渗透法

❖某些有机溶剂、表面活性剂及变性剂等化学试剂可以改变细胞壁的通透性，从而使细胞内含物有选择性地释放出来，故称为化学渗透法。

❖化学渗透法释放率低，而且某些化学试剂对生物活性物质有毒性。（3）超声波破碎

❖超声波是指频率在15～25kHz范围内的声波。

❖超声波破碎的机理与由空穴化现象引起的冲击波及剪切力有关。

❖超声波破碎的效率与声频、声强、处理时间、细胞种类和浓度等因素有关。

❖超声波振荡器分为槽式和探头直接插入式两种。后者破碎效果较好。

❖超声波破碎主要用于实验室。（大规模装置的能量传递和散热问题难以解决而受到限制。）

（4）高速珠磨法

由于圆盘的高速旋转，细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝一起快速搅拌或研磨，使细胞得以破碎。

第三章萃取技术

1、什么叫溶质、稀释剂和萃取剂？

•溶质：混合液中被分离出的物质，以A表示；

•稀释剂（原溶剂）：混合液中的其余部分，以B表示；

•萃取剂：萃取过程中加入的溶剂，以S表示。

2、什么叫萃取相、萃余相？什么叫萃取液、萃余液？

原料液与萃取剂混合，经过一段时间后会分成比较明显的上下两层，上层为萃取相，下层为萃余相。

萃取相分离出萃取剂后，剩余的为萃取液。萃余相分离出萃取剂后，剩余的为萃取液。

3、简述溶剂萃取的基本原理和单级萃取的基本流程。

原理：在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂（萃取剂），形成液-液两相，利用液体混合物中各组分在两液相中溶解度的差异而达到分离的目的。

流程：萃取剂和料液混合后，通过混合澄清槽分层，分离出萃取液得到溶质B 的过程。

4、三角形坐标图中的组成是如何表示的？

（1）三角形的三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。

（2）三条边上的任一点代表某二元混合物的组成，不含第三组分。

（3）三角形内任一点代表某三元混合物的组成。

5、什么叫做分配系数？

一定温度下，A 组分在互成平衡的两液相中的浓度比

6、溶媒萃取设备一般由哪几部分组成？

混合设备、分离设备和溶剂回收设备。

7、什么叫液－固萃取？简述其方法

应用溶液将固体原料中的可溶组分提取出来的操作。常用于中药制药过程。

方法：(1)润湿：溶剂从溶剂主体传递到固体颗粒的表面；扩散渗入固体内部和内部微孔隙内；

(2) 溶解：溶质溶解进入溶剂；

(3) 扩散：通过固体微孔隙通道中的溶液扩散至固体表面并进一步进入溶剂主体。(费克定律)

(4) 置换：关键在于保持最大的浓度梯度。

8、什么叫做固相萃取（SPE）？