生物分离工程(第6-7章)

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生物分离工程

生物分离工程

第一章绪论1.生物分离工程是指从发酵液、酶反应也活动植物培养液中分离、纯化生物产品的过程。

2.生物分离的一般流程:发酵液的预处理;提取;精制;成品加工。

第二章发酵液的预处理1.过滤和离心是最基本的单元操作。

2.凝集是指在投加的化学物质作用下,发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。

3.絮凝是指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用,使胶粒形成粗大絮凝团的过程。

4.调节pH法:在进行pH调节时,一般采用草酸等有机酸或某些无机酸来进行。

Ca+经常选用酸化剂为草酸;Mg+的去除是采用加入磷酸盐,如三磷酸钠;Fe+通常加入黄血盐。

5.影响发酵液过滤的因素:菌种;发酵液粘度。

6.发酵液的过滤设备形式很多,按过滤的推动力分为:重力式过滤器、压力式过滤器、针孔式过滤器和离心式过滤器。

7.目前国内外对过滤液的分离和过滤常采用的设备为:板框式压滤机;板式压滤机;自动板框式压滤机和真空过滤机。

第三章细胞分离技术1.细胞破碎的方法可分为:机械破碎发、物理破碎法、化学渗透法及酶溶法。

2.变性剂的加入,可削弱氢键的作用,使胞内产物相互之间的作用力减弱,从而易于释放。

3.包埋病毒粒子具一定形状和大小的蛋白结晶体,在相差显微镜下呈现强的折光性,由单一多肽构成。

第四章沉淀技术1.盐析:蛋白是在搞离子强度溶液中溶解度降低,以致从溶液里沉淀出来的现象称为盐析。

2. 常用脱盐处理的方法有:透析法、超滤法及凝胶过滤法。

3.有机溶剂沉淀法的原理:①传统观点认为向蛋白质溶液中加入丙醇或乙醇等有机溶剂,水的活度程度降低,水对蛋白子表面的水化程度降低,即破坏了蛋白子表面的某水化蹭;另外,溶液的介电常数下降,蛋白子分之间的静电引力增大,从而聚集和沉淀。

②新观点认为,有机溶剂可能破坏蛋白质的某种键,使其空间结构发生某种程度的变化,致使一些原来包在内部的疏水基团暴露于表面并与有机溶剂的疏水基团结合形成疏水层,从而是蛋白子沉底,而当蛋白子的空间结构发生变形超过一定程度时,使会导致完全的变性。

《生物分离工程》课程笔记

《生物分离工程》课程笔记

《生物分离工程》课程笔记第一章绪论一、生物分离工程的历史及应用1. 历史生物分离工程的历史可以追溯到古代酿酒和面包制作时期,但作为一个独立领域的发展始于20世纪。

早期的生物分离技术主要依靠自然现象,如沉淀、结晶等。

随着科技的发展,尤其是生物技术的崛起,生物分离工程逐渐形成一门独立的学科,并得到了迅速发展。

2. 应用生物分离技术在医药、食品、农业、环境保护等领域有广泛的应用。

例如,在疫苗生产中,需要从细胞培养液中分离出病毒或细菌;在抗生素提取中,需要从发酵液中提取抗生素;在蛋白质纯化中,需要从混合蛋白质中分离出目标蛋白质;在果汁澄清中,需要去除果汁中的悬浮固体等。

二、生物分离过程的特点1. 复杂性生物分离过程涉及生物大分子(如蛋白质、核酸、多糖等)的分离和纯化,这些生物大分子在结构和性质上具有很高的复杂性,因此生物分离过程也具有较高的复杂性。

2. 多样性生物分离过程中,针对不同的生物大分子和混合物,需要采用不同的分离方法和工艺,因此生物分离过程具有很高的多样性。

3. 灵敏度生物大分子在分离过程中容易受到外界因素的影响,如温度、pH值、离子强度等,因此生物分离过程需要严格控制条件,具有很高的灵敏度。

4. 易失活性生物大分子在分离过程中容易发生变性、降解等失活现象,因此生物分离过程需要尽量减少这些失活现象的发生。

5. 高价值生物大分子往往具有很高的经济价值,如药物、生物制品等,因此生物分离过程需要高效、高收率地分离目标物质,以满足市场需求。

第二章过滤一、过滤基本概念及预处理1. 过滤基本概念过滤是一种基于孔径大小实现固体与流体分离的技术。

在生物分离工程中,过滤技术被广泛应用于细胞培养液、发酵液、酶反应液等混合物的初步分离和纯化。

过滤过程中,混合物通过过滤介质(如滤纸、滤膜等),固体颗粒被拦截在过滤介质上,而流体则通过过滤介质流出,从而实现分离。

2. 预处理为了提高过滤效率,通常需要对混合物进行预处理。

《生物分离工程》复习内容提要

《生物分离工程》复习内容提要

2009级《生物分离工程》复习内容提要第一章绪论:重点节:第二节、第三节1、生物分离工程的一般流程Page42、生物分离纯化工艺过程的选择依据Page53、生物分离过程的特点Page6第二章发酵液的预处理:重点节:第一节1、发酵液的一般特性Page92、发酵液预处理的要求Page10-113、发酵液预处理的方法Page11-164、凝集&絮凝Page11-125、转筒真空过滤机的结构和工作原理Page27-28第三章细胞分离技术:重点节:第二节1、差速离心&密度梯度离心Page312、比较不同细胞破碎方法(机械法、化学法、物理法和酶溶法)的原理和优缺点Page34-393、比较珠磨法、高压匀浆法和超声波细胞破碎法的优缺点Page34-364、细胞破碎的方法主要有哪些?选择破碎方法时应考虑哪些因素?(自己总结)5、蛋白质复性及其主要复性方法(稀释与透析、色谱、反胶束)Page41-45第四章沉淀技术:重点节:第三节1、盐析的原理Page512、K s和β分级盐析法Page523、什么是饱和度?盐析沉淀操作曲线的制作实验步骤Page544、盐析操作计算Page53-545、主要的沉淀方法(盐析、有机溶剂、等电点、变性沉淀等)及其优缺点比较Page27-28第五章萃取技术:重点节:第二节(二)、第三节(二、三)、第四节(一、二、四)、第六节(一、二)、第八节(一、二、三、四)1、萃取分配系数、相比、萃取分离系数Page652、单级萃取、多级逆流萃取、多级错流萃取理论收率和萃余率的计算Page67-703、物理萃取&化学萃取Page72-734、水相条件如何影响有机溶剂萃取过程Page73-745、有机溶剂萃取剂的选择原则Page746、解释双水相相图Page817、常用的双水相系统有哪些?Page80-818、什么是道南电位Page82,试述道南平衡理论在双水相萃取、纳滤膜分离机制和离子交换树脂分离机制解释中的应用。

生物分离工程总复习填空题

生物分离工程总复习填空题

1-3章:二、填空题(26分,每空1分)1、Cohn方程logS=β-KsI中,Ks越,β值越,盐析效果越好。

2、固液分离的主要方法有和。

3、对发酵液进行预处理方法主要有、、、、。

4、根据过滤机理的不同,过滤操作可分为和两种类型5、盐析的操作方法有、、。

6、核酸的沉淀方法主要有、、、。

7、蛋白质胶体溶液的稳定性主要靠、等因素稳定。

8、为使过滤进行的顺利通常要加入。

9、典型的工业过滤设备有和。

10、常用的蛋白质沉析方法有、和。

4-5章:二、填空(25分)1、常用离心设备可分为和两大类;2、在一个转子中,将粒子沉降下来的效率可以用来描述。

3、超离心法是根据物质的、和不同,应用强大的离心力,将混合物中各组分分离、浓缩、提纯的方法。

4、密度梯度离心中,制备密度梯度的常用方法有、、。

5、反胶团的制备方法有、、。

6、工业萃取所需设备主要包括、、三部分。

7、当表面活性剂为非离子型时,体系的温度要时才产生浊点分离现象,温度在(浊点温度以下)时为单相;当表面活性剂为两性离子型时,体系的温度则要时才产生浊点分离现象,温度在(浊点温度以上)时为单相。

8、双水相萃取工艺流程主要包括、、。

9、超临界流体用于萃取的主要优点在于其既具有液体的又具有气体的。

10、超临界CO2萃取工艺流程主要有、和。

6-7章:二、填空(21.5分,每空0.5分)1、泡沫分离是以作为分离介质,以组分之间的作为分离依据,利用气体在溶液中的鼓泡来达到浓集物质的一种新型分离技术。

2、泡沫分离过程中,有两个主要的传质过程:一个是在鼓泡区内,传质是在进行;二是在泡沫区内,传质是在进行。

3、泡沫分离技术中气泡的产生方法有、和。

4、泡沫分离过程中主要的设备是和。

5、阳离子交换树脂按照活性基团分类,可分为、和;其典型的活性基团分别有、和。

6、蛋白质分离常用的层析方法有、、和。

7、离子交换分离操作中,常用的梯度洗脱方法有和。

8、多糖基离子交换剂包括和两大类。

9、离子交换树脂由、和组成。

生物分离工程-第六章 色谱分离2009

生物分离工程-第六章 色谱分离2009

H = A + B/u + Cu
塔板 高度 涡流 扩散 项 纵向 扩散 项 传质 阻抗 项
(1)涡流扩散(eddy diffusion) 也称为多径扩散

涡流扩散 原因:柱填充不均匀
A=2dp
A:涡流扩散系数,其单位为cm。 :填充不规则因子,填充技术和填料颗粒形 状决定。 dp:填料 (固定相) 颗粒的平均直径, dp小, A小;但dp 太小, 和柱阻大。
6)根据流动方式进行分类 一般色谱操作中流动相从固定床的一 端输入,沿轴向流向另一端,属于轴 向流色谱(axis flow chromatography) 。 径向流色谱(radial flow chromatography)是在柱心设一通透 性细管,料液及流动相从柱的圆周引 入,从外表面沿径向流向柱心,透过 中心管流出。 连续环状色谱(continuous annular chromatography)。 拟移动床色谱(simulated moving bed chromatography)。
(2)纵向扩散(longitudinal diffusion) 原因: 浓度差
F
柱内谱带形状 S 相应的响应信号 L

纵向扩散项
B/u
影响因素: u , B=2Dm
B:纵向扩散系数,其单位为cm2/s,
:弯曲因子,反映固定相颗粒对分子扩散
的阻碍。 Dm:组分在流动相中的扩散系数。
(3)传质阻力(mass
色谱现象
In 1903,俄国植物学家Michael Tsweett’s Work(see Ber. Deut. Botan. Ges., 1906; 24: 384). Chromatography = (chromatus = color, graphein = to write).

生物分离工程

生物分离工程

Chapter 5 沉析1、何谓盐析?其原理是什么?▪在高浓度的中性盐存在下,蛋白质(酶)等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低,产生沉淀的过程。

原理:首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在状态:▪两性电解质,由于静电力的作用,分子间相互排斥,形成稳定的分散系▪蛋白质周围形成水化膜,保护了蛋白质粒子,避免了相互碰撞2、等电点沉析的工作原理是什么?▪原理:蛋白质是两性电解质,当溶液pH值处于等电点时,分子表面净电荷为0,双电层和水化膜结构被破坏,由于分子间引力,形成蛋白质聚集体,进而产生沉淀。

▪概念:调节体系pH值,使两性电解质的溶解度下降,析出的操作称为等电点沉淀。

3、有机溶剂沉析法的原理是什么?▪概念:在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂,降低溶质的溶解度,使其沉淀析出。

▪原理:(1)降低了溶质的介电常数,使溶质之间的静电引力增加,从而出现聚集现象,导致沉淀。

(2)由于有机溶剂的水合作用,降低了自由水的浓度,降低了亲水溶质表面水化层的厚度,降低了亲水性,导致脱水凝聚。

4、影响盐析的主要因素有哪些?▪溶质种类的影响:Ks和β值▪溶质浓度的影响:•蛋白质浓度大,盐的用量小,但共沉作用明显,分辨率低;•蛋白质浓度小,盐的用量大,分辨率高;▪pH值:影响蛋白质表面净电荷的数量•通常调整体系pH值,使其在pI附近;▪盐析温度:•一般在高盐浓度下,温度升高,其溶解度反而下降Chapter 6 结晶1.饱和溶液和过饱和溶液的概念饱和溶液:当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶解度时,该溶液称为饱和溶液;过饱和溶液:溶质浓度超过饱和溶解度时,该溶液称之为过饱和溶液;溶质只有在过饱和溶液中才能析出;2.过饱和溶液形成的方法有哪些?热饱和溶液冷却部分溶剂蒸发法真空蒸发冷却法化学反应结晶3.绘制饱和温度曲线和过饱和温度曲线,并标明稳定区、亚稳定区和不稳定区。

4.常用的工业起晶方法有哪些?υ自然起晶法:溶剂蒸发进入不稳定区形成晶核、当产生一定量的晶种后,加入稀溶液使溶液浓度降至亚稳定区,新的晶种不再产生,溶质在晶种表面生长。

生物分离工程复习纲要

生物分离工程复习纲要

生物分离工程复习纲要--裴武第一章绪论1.生物分离工程在生物技术中的地位?答: 生物技术的重要目的是运用培养微生物、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, 其技术进步限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、生物反映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。

生物工程的重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, 分离操作环节多, 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.生物分离工程可分为几大部分, 分别涉及哪些单元操作?答: 生物分离工程可分为可分为不溶物的去除、产物分离、产品的纯化及产品的精制四大部分。

不溶物的去除涉及过滤、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。

产物分离涉及离子互换吸附、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。

以上分离过程不具有特异性, 只是进行初分可提高产物浓度和质量。

产品的纯化涉及色谱、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。

产品的精制涉及结晶及干燥等单元操作。

4.在设计下游分离过程前, 必须考虑哪些问题方能保证我们所设计的工艺过程最为经济、可靠?答: 在设计下游分离过程前, 通常要注意以下几个问题:1)生物材料的组成成分非常复杂, 有数百种甚至更多, 各种化合物的形状、大小、相对分子质量和理化性质都各不相同, 有的迄今还是未知物, 并且这些化合物在分离时仍在不断的代谢变化中。

生物分离工程第7章-萃取

生物分离工程第7章-萃取
萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作,在发酵和 其它生物工程生产上的应用也相当广泛,
❖ 萃取操作可以提取和增浓产物,使产物获得初步的纯化,甚 至获得纯的天然产物。
溶剂萃取法
利用一种溶质组分(如产物)在两个互不混溶的液相(如水 相和有机溶剂相)中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行 分离操作的。
第七章 萃取 (Extraction)
萃取:利用物质在互不相溶的两相之间溶解度的不同,使
所需提取的生化物质有选择性地发生转移,集中到一相中, 而其它杂质(如中间代谢产物、杂蛋白等)分配在另一相中, 从而达到某种程度的提纯和浓缩。
反萃取: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 相转入水相的操作就称为反萃取(Back extraction)
美国戴安公司 产ASE快速溶剂萃 取仪 ,可对固体、
半固体样品中的目 标分析物进行快速 全自动地萃取。系 统带有多项安全特 性以避免潜在的危 险。
德国产IKA固液萃取 仪,所需化学溶剂更少, 可减少废料处理费用。 全电脑控制,可同时进 行4个萃取过程。 labworldsoft软件组合, 可方便的建立自动化的 处理程序,一套软件可 同时控制八台仪器。
浸取的影响因素
1.相平衡 浸取过程中的相平衡用分配系数KD表示 KD =y / x
y——达到平衡时溶质在液相中的浓度 x——平衡时溶质在固相中的浓度 2.溶剂的选择
KD大且对目的物质的选择性高,溶剂的价格应低廉,无腐蚀性, 无毒,闪点高,无爆炸性,产品中易去除,容易回收。 3.增溶作用
原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的 生物物质转变,但不能过度。也有向不溶性转变的。 4.固体原料的预处理: 如粉碎、干燥等。

生物分离工程 教学大纲

生物分离工程  教学大纲

《生物分离工程》教学大纲英文名称:Bioseparations Engineering学分:2.5学分学时:50学时先修课程:生物化学、化工原理、微生物学教学对象:生物工程、制药工程、药物制剂、食品工程、生物技术专业的本科生教学目的:本课程主要讲授各种生物活性物质中各种杂质的去除、分离、纯化和精制技术,是生物工程中不可缺少的组成部分,通过对本课程的学习,能使学生针对不同产品的特性,较好地运用各种分离技术来设计合理的提取、精制的工艺路线,并能从理论上解释各种现象,提高分析问题和解决问题的能力,是一门理论和实践密切结合的课程。

教学基本要求:本课程的教学与学习要侧重于准确理解生物活性物质分离过程的特点和基本规律,本课程将生物分离过程分成不溶物的去除、提取、分离与精制四大部分。

要求学生对重要的公式要会推导,明确公式的物理意义,结合课后的习题练习学会熟练运用公式进行一些生物分离过程的计算,加深对生物分离过程基本原理的理解,并学会正确选择各种分离设备的型号,使学生能顺利学习后续如发酵工厂设计等专业课,提高自学与更新本专业知识的能力。

教学内容:第一章绪论(2学时)1. 生物分离工程的历史及应用2. 生物分离过程的特点基本要求掌握生物分离工程在生物工程领域的地位,生物分离过程的特点以及生物分离过程的分类。

重点:准确理解生物分离过程的特点。

难点:正确理解生物分离过程与普通化工产品分离的区别,准确理解生物分离过程的特点。

第一部分不溶物的去除第二章过滤(4学时)1. 过滤的基本概念过滤前物料的预处理方法、关于过滤过程的基本理论及方法、理想不可压缩滤饼及可压缩滤饼过滤过程方程。

2. 连续旋转式真空抽滤机的操作原理连续旋转式真空抽滤过程的三个步骤即滤饼的形成、滤饼的洗涤、滤饼的去除过程的分析与计算。

3. 过滤的设备及其结构过滤设备的分类、设备的选择、过滤介质的特征以及典型过滤设备的种类和结构。

基本要求:掌握过滤前物料预处理的基本方法,过滤的基本理论及相关方程,了解连续旋转式真空抽滤机的操作原理与过程,以及过滤设备的基本结构及选择原则。

生物分离工程 第六章综合测试

生物分离工程 第六章综合测试

第六章吸附与粒子交换一、名词解释吸附剂:吸附操作所使用的固体材料一般为多孔微粒或多孔膜,具有很大的比表面积,称为吸附剂或吸附介质。

物理吸附:物理吸附基于吸附剂与溶质之间的分子间力,即范德华力,可以是单分子层吸附,也可以是多分子层吸附。

被背媳妇的介质可以通过改变温度、PH和盐浓度等物质条件脱附。

化学吸附:化学吸附是吸附剂表面活性点与溶质之间发生化学键合,产生电子转移的现象。

化学吸附释放大量的热。

吸附平衡:溶质通过吸附作用在在液固两相间分配达到平衡。

吸附等温线:一般吸附操作在恒温度下进行,即温度保持不变。

此时吸附剂上的平衡吸附剂浓度q只是液相游离溶质浓度c的函数,q与c的关系称为吸附等温线。

离子交换:通常将基于离子交换原理的吸附操作称为离子交换或离子交换吸附。

吸附作用力为静电引力,所用吸附剂为离子交换剂,离子交换剂表面含有离子基团或可离子化得集团,通过静电引力吸附带有相反电荷的离子,吸附过程发生电荷转移。

通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。

交换容量:用离子交换容量是单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数表示,是表征离子交换能力的主要参数之一。

穿透曲线:吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称穿透曲线。

穿透点:吸附过程中吸附柱出口溶质浓度的变化曲线称穿透曲线,出口处溶质浓度开始上升的点称为穿透点。

工作交换容量:工作交换容量是表示离子交换树脂在一定工作条件下所具有的交换能力,通常是指单位体积的湿树脂所能交换离子的物质的量,单位以mmol/g、mol/m3或mmol/L表示。

填空1.吸附按作用力主要分为物理吸附、化学吸附和离子交换。

2.孔径和比表面积是评价吸附剂性能的主要参数,孔径越大,比表面积越小。

3.溶液的pH>等电点时,蛋白质带负电荷;溶液的pH<等电点时,蛋白质带正电荷。

4.生物分离中常用的吸附剂种类有活性炭、硅胶、有机高分子吸附剂等。

5.离子交换树脂由不溶性的三维空间的高分子网状骨架、以共价键连接在骨架上的官能团、和活性基团所带的相反电荷的活性离子三部分构成。

生物分离工程复习

生物分离工程复习

生物分离工程复习题第一章导论一解释名词生物下游加工过程(生物分离工程),生物加工过程二简答题1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同?(生物下游加工过程特点是什么?生物分离工程的特点是什么?)2 生物分离工程在生物技术中的地位?3 分离效率评价的主要标准有哪些?各有什么意义?4 生物分离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作?(简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元)5 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?6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面?7 纯化生物产品的得率是如何计算的?若每一步纯化产物得率为90%,共6步纯化得到符合要求产品,其总收率是多少?第二章发酵液预处理一解释名词凝聚,絮凝,凝聚剂,过滤,离心,细胞破碎,包含体二简答题1 为什么要进行发酵液的预处理?常用处理方法有哪几种?2 凝集与絮凝过程有何区别?如何将两者结合使用?常用的絮凝剂有哪些?3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用?絮凝机理是什么?4 细胞破碎的方法包括哪几类?工业上常用的方法有哪些?为什么?5 沉降与离心的异同?6 离心设备可分为哪两大类?按分离因子Fr不同,离心机一般分为哪几类?7 常用的离心沉降设备有哪些?常用的过滤设备有哪些?8 固-液分离主要包括哪些方法和设备?9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。

10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点?11 比较工业常用的过滤设备优缺点。

离心与过滤各有什么优缺点?第三章沉淀与结晶一解释名词沉淀,结晶,盐析,盐溶,盐析结晶,盐析沉淀,硫酸铵饱和度,晶种,晶核,晶型, 饱和溶液,过饱和溶液,饱和度二简答题1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类?)2 常用的蛋白质沉淀方法有哪些?有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么?用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项?3 影响盐析的主要因素有哪些?在工艺设计中如何应用?4 如何确定盐析过程中需要加入硫酸铵的量?5 简述有机溶剂沉淀的原理。

生物分离工程工艺原理6

生物分离工程工艺原理6

• 2.温度的影响 • 不同温度条件下,制得的相图略有 差别。在临界点附近温度对两相系 统的形成比较敏感。 • 3.时间的影响 • 两相的形成需要有一定的时间。 • 4.低分子物质能调节系统的平衡。
• • • •
五、影响分配的因素 1.盐类的影响 (1)种类 加入适当的盐类,会大大促进带相反电荷的 两种蛋白质的分离。 • (2)浓度 • 当盐类浓度很大时(1-5M,NaCl),则由 于盐析作用,蛋白质易分配于上相,logK几 乎随NaCl浓度增大,而线性地增大。 • 2.聚合物的影响
• 二、双水相萃取技术同其他分离技术结 合,提高分离效率。 • 1.双水相体系同生物转化相结合 • 可解决在许多生物转化中存在的两个问 题: • (1)是由于双水相体系对菌体及酶没 有毒性,同时又可将产物萃入上相,所 以可消除产物抑制效应; • (2)是使分布在下相的细胞(酶)循 环使用从而为固定化细胞及酶的应用开 辟了新路。 • 2.双水相萃取同膜分离技术结合 • 3.双水相萃取同亲和层析相结合-亲和 双水相
• 第一节 双水相分离理论 • 一、双水相的形成 • 当两种聚合物溶液互相混合时,究竟是否 分层或混合成一相,决定于两种因素:
• 一为体系熵的增加;另一为分子间作 用力。两种物质混合时熵的增加与涉 及的分子数目有关。因而,如以摩尔 计算,则小分子间与大分子间的混合, 熵的增加是相同的。但分子间的作用 力,可看作分子中各基团间相互作用 力之和,分子越大,当然作用力也越 大。因此,对大分子而言,如以摩尔 为单位,则分子间的作用力与分子间 的混合熵相比占主要地位,因而主要 由前者决定混合的结果。 •
Separation engineering of Biotechnology
E-mail: 刘树中 Liushuzhong@

生物分离工程第6章膜分离

生物分离工程第6章膜分离

生物膜
反渗透膜
二、 膜分离技术发展简史
1748年,耐克特(A. Nelkt)发现水能自动地扩散 到装有酒精的猪膀胱内,开创了膜渗透的研究。
1861年,施密特(A. Schmidt)首先提出了超过 滤的概念。按现代观点,这种膜属于微滤膜。
1950年W.Juda试制出选择透过性能的离子交换膜, 奠定了电渗析的实用化基础。

溶质的扩散传 递
电位差
电解质离子的 选择传递
透过物 低分子量物、离

电解质离子
续上表 截留物 膜类型
溶剂
非对称性膜
非电解质, 离子交换膜 大分子物质
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
均相膜、复 难渗透性气 合膜,非对 体或蒸汽 称膜
渗透蒸发 压力差 选择传递
液膜分离
浓度差
反应促进和 扩散传递
第六章 膜分离
生物分离过程的一般流程
原料液
细胞分离(离心,过滤)
路线一 细胞-胞内产物
路线二 清液-胞外产物
路线一B 包含体
细胞破碎 碎片分离
路线一A
溶解(加盐酸胍、脲)
粗分离(盐析、萃取、超过滤等)
复性
纯化(层析、电泳)
脱盐(凝胶过滤、超过滤) 浓缩(超过滤)
精制(结晶、干燥)
• 第一节 膜分离技术概述 • 第二节 膜分离装置 • 第三节 极化、污染现象和控制 • 第四节 典型的膜分离技术及应用领域
四、 膜的分类
1. 按膜的材料分类
表1 膜材料的分类
类别 纤维素酯类
膜材料
纤维素衍生物 类 聚砜类
非纤维素酯 类
聚酰(亚)胺类 聚酯、烯烃类 含氟(硅)类

生物分离工程第6章膜分离

生物分离工程第6章膜分离

生物膜
反渗透膜
二、 膜分离技术发展简史
1748年,耐克特(A. Nelkt)发现水能自动地扩散 到装有酒精的猪膀胱内,开创了膜渗透的研究。
1861年,施密特(A. Schmidt)首先提出了超过 滤的概念。按现代观点,这种膜属于微滤膜。
1950年W.Juda试制出选择透过性能的离子交换膜, 奠定了电渗析的实用化基础。
溶质的扩散传 递
电位差
电解质离子的 选择传递
透过物 低分子量物、离

电解质离子
续上表 截留物 膜类型
溶剂
非对称性膜
非电解质, 离子交换膜 大分子物质
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
均相膜、复 难渗透性气 合膜,非对 体或蒸汽 称膜
渗透蒸发 压力差 选择传递
液膜分离
浓度差
反应促进和 扩散传递
从结构上看,每个葡萄糖单元上有三个羟基。 在催化剂(如硫酸、高氯酸或氧化锌)存在下,能 与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应,得到二醋酸纤维 素或三醋酸纤维素。
C6H7O2 + (CH3CO)2O = C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O = C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH
流涎法制成平板型、圆管型;纺丝法制成中空纤维
蒸出部分溶剂
凝固液浸渍
水洗 后处理 非对称膜
图 L—S法制备 分离膜工艺流程框图
(2) 复合制膜工艺 由L—S法制的膜,起分离作用的仅是接触空气
的极薄一层,称为表面致密层。它的厚度约0.25~ 1μm,相当于总厚度的1/100左右。理论研究表明可 知,膜的透过速率与膜的厚度成反比。而用L—S法 制备表面层小于0.1μm的膜极为困难。为此,发展 了复合制膜工艺。

生物分离工程部分习题和答案

生物分离工程部分习题和答案

第一章导论一解释名词生物下游加工过程〔生物别离工程〕,生物加工过程1 、生物下游加工过程〔生物别离工程〕:从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、别离、纯化和成品化的过程。

〔ppt 第一章、课本page 1〕2、生物加工过程:一般将生物产品的生产过程叫生物加工过程,包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应工程及目标产物的别离纯化过程。

〔课本page 1〕二简答题1 生物产品与普通化工产品别离过程有何不同?〔生物下游加工过程特点是什么?〕答:生物下游加工过程特点:<1>:发酵液组成复杂,固液别离困难——这是生物别离过程中的薄弱环节<2>:原料中目标产物含量低,有时甚至是极微量——从酒精的1/10到抗菌素1/100,酶1/100万左右,成本高。

<3>:原料液中常伴有降解目标产物的杂质——各种蛋白酶降解基因工程蛋白产物,应快速别离。

<4>:原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质——高效纯化技术进行别离。

<5>:生物产品稳定性差——严格限制操作条件,保证产物活性。

<6>:别离过程常需要多步骤操作,收率低,别离成本高——提高每一步的产物收得率,尽可能减少操作步骤。

<7>:各批次反应液性质有所差异——别离技术具有一定的弹性。

2 生物别离工程在生物技术中的地位?答:生物技术的主要目标产物是生物物质的高效生产,而别离纯化是生物产品工程的重要环节,而且别离工程的质量往往决定整个生物加工过程的成败,因此,生物别离纯化过程在生物技术中极为重要。

3 别离效率评价的主要标准有哪些?各有什么意义?〔ppt〕答:根据别离目的的不同,评价别离效率主要有3个标准:以浓缩为目的:目标产物浓缩程度〔浓缩率m〕以纯度为目的:目标产物最终纯度〔别离因子a〕以收率为目的:产品收得率〔%〕4 生物别离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作?〔简述或图示别离工程一般流程及基本操作单元〕答:生物别离工程分四大部分:<1>、发酵液预处理与液固别离。

生物分离工程复习纲要

生物分离工程复习纲要

第一章:绪论1、生物分离工程概念回收生物产品分离过程的原理与方法,即从发酵液、酶反应液、动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。

2、生物分离工程研究的内容目标产品及其基质的性质。

根据产品及基质选择适宜的分离纯化技术(基本技术原理;基本方法;基本设备)。

第二章:发酵液预处理1、发酵液预处理的目的除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质,以利于后继各步操作;改变发酵液的物理性质和降低溶液的粘度;尽可能使产物转入便于以后处理的相中。

(除去悬浮颗粒、改善滤液的性状、方便后续步骤)2、凝集与絮凝凝集(coagulation)作用是在某些电解质作用下,如中性盐作用下,使扩散双电层的排斥电位降低,破坏胶体系统的分散状态,而使胶体粒子聚集的过程。

(机理:中和粒子表面电荷;消除双电层结构;破坏水化膜)(通过电解质破坏胶体分散状态)絮凝(flocculation):指在某些高分子絮凝剂存在下,在悬浮粒子之间产生架桥作用,而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

(物理高分子物质的桥联作用)3、高价态无机离子的去除Ca2+去除:一般用草酸的钠盐生成草酸钙;Mg2+去除:加入三聚磷酸钠,从而形成三聚磷酸钠镁络合物;Fe3+去除:加入黄血盐(亚铁氰化钾) 。

4、固液分离的主要方法a)过滤(垂直过滤(死过滤);错流过滤)b)离心第三章:细胞分离技术1、细胞破碎的方法(了解原理)机械法:主要利用高压、研磨、超声波等方法产生剪切力达到破碎细胞壁的目的。

热量的产生是该法的一个缺点。

高压匀浆的原理:从高压室(几百个大气压)压出的细胞悬浮液速度可达几百米每秒,高速喷出的浆液喷射到静止的撞击环上,细胞在高速造成的剪切力,碰撞力和高压到常压的变化等作用下,造成细胞破碎。

珠磨法的原理:细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨,研磨剂、珠子与细胞之间的互相剪切、碰撞,使细胞破碎。

超声波破碎法的原理:液体中局部空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力,引起的粘滞性旋涡在细胞上造成了剪切力,使细胞内液体发生流动,从而使细胞破碎。

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《生物分离工程》练习题三(第6~7章)一、选择题(16.5分,每题0.5分)1、下列方法中不属于有泡沫分离技术的是( D )A. 沉淀浮选B. 离子浮选C. 吸附胶体浮选D. 鼓泡分馏2、对于泡沫分离技术中的泡沫,下列说法准确的是(A )A. 泡沫是由被极薄的液膜所隔开的许多气泡所组成的B. 表面活性剂分子在溶液中的气泡表面排成双分子层膜C. 在气泡表面亲油基指向溶液,亲水基指向气泡内部D. 泡沫是由许多单分子层的气泡形成的聚集体3、关于泡沫的稳定性,下列说法错误的是( B )A. 在临界胶束浓度时所形成的泡沫最稳定B. 表面积大的气泡,稳定性比表面积小的气泡要好C. 气体可以从小气泡通过液膜向大气泡扩散,导致大气泡变大,小气泡变小,以至消失D. 多个气泡的膜间夹角为120°时,压力差最小,泡沫稳定4、针对配基的生物学特异性的蛋白质分离方法是( C )。

A.凝胶过滤B.离子交换层析C.亲和层析D.纸层析5、用于蛋白质分离过程中的脱盐和更换缓冲液的色谱是( C )A.离子交换色谱 B.亲和色谱 C.凝胶过滤色谱 D.反相色谱6、蛋白质分子量的测定可采用( C )方法。

A.离子交换层析 B.亲和层析 C.凝胶层析 D.聚酰胺层析7、凝胶色谱分离的依据是( B )。

A、固定相对各物质的吸附力不同B、各物质分子大小不同C、各物质在流动相和固定相中的分配系数不同D、各物质与专一分子的亲和力不同8、下列哪一项是强酸性阳离子交换树脂的活性交换基团( A )A 磺酸基团(-SO3 H)B 羧基-COOHC 酚羟基C6H5OHD 氧乙酸基-OCH2COOH9、依离子价或水化半径不同,离子交换树脂对不同离子亲和能力不同。

树脂对下列离子亲和力排列顺序正确的有( A )。

A、Fe3+﹥Ca2+﹥Na+B、Na+﹥Ca2+﹥Fe3+C、Na+﹥Rb+﹥Cs+D、Rb+﹥Cs+﹥Na+10、如果要将复杂原料中分子量大于5000的物质与5000分子量以下的物质分开选用( D )。

A、Sephadex G-200B、Sephadex G-150C、Sephadex G-100D、Sephadex G-5011、离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂,通过( A )将溶液中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上。

A、静电作用B、疏水作用C、氢键作用D、范德华力12、阴离子交换剂( C )。

A、可交换的为阴、阳离子B、可交换的为蛋白质C、可交换的为阴离子D、可交换的为阳离子13、洗脱体积是( C )。

A、凝胶颗粒之间空隙的总体积B、溶质进入凝胶内部的体积C、与该溶质保留时间相对应的流动相体积D、溶质从柱中流出时所用的流动相体积14、工业上强酸型和强碱型离子交换树脂在使用时为了减少酸碱用量且避免设备腐蚀,一般先将其转变为( B )。

A、钠型和磺酸型B、钠型和氯型C、铵型和磺酸型D、铵型和氯型15、吸附色谱分离的依据是( A )。

A、固定相对各物质的吸附力不同B、各物质分子大小不同C、各物质在流动相和固定相的分配系数不同D、各物质与专一分子的亲和力不同16、下面哪一种是根据酶分子专一性结合的纯化方法( A )。

A. 亲和层析B. 凝胶层析C. 离子交换层析D. 盐析17、酚型离子交换树脂则应在( B )的溶液中才能进行反应A. pH>7 B pH>9 C. pH﹤9 D. pH﹤718、羧酸型离子交换树脂必须在( C )的溶液中才有交换能力A. pH>5 B pH﹤7 C. pH>7 D. pH﹤519、离子交换树脂使用( B )进行溶胀A.水 B乙醇 C.氢氧化钠 D.盐酸20、下列关于离子交换层析洗脱说法错误的是( D )A. 对强酸性树脂一般选择氨水、甲醇及甲醇缓冲液等作洗脱剂B弱酸性树脂用稀硫酸、盐酸等作洗脱剂C. 强碱性树脂用盐酸-甲醇、醋酸等作洗脱剂D. 若被交换的物质用酸、碱洗不下来,应使用更强的酸、碱21、离子交换用的层析柱直径和柱长比一般为( B )之间A. 1:10-1:20 B1:10-1:50 C. 1:10-1:30 D. 1:20-1:5022、通过改变pH值从而使与离子交换剂结合的各个组分被洗脱下来,可使用( A )A. 阳离子交换剂一般是pH值从低到高洗脱 B阳离子交换剂一般是pH值从高到低洗脱C. 阴离子交换剂一般是pH值从低到高D. 以上都不对23、下列哪一种凝胶的孔径最小( A )A. Sephadex G-25 B Sephadex G-50 C. Sephadex G-100 D. Sephadex G-20024、下列哪一种凝胶的吸水量最大( D )A. Sephadex G-25 B Sephadex G-50 C. Sephadex G-100 D. Sephadex G-20025、疏水亲和吸附层析通常在( D )的条件下进行A.酸性 B碱性 C. 低浓度盐溶液 D. 高浓度盐溶液26、当硅胶吸水量在( B )以上时,就失去其吸附作用A. 13% B 17% C. 10% D. 15%27、关于疏水柱层析的操作错误( D )A疏水层析柱装柱完毕后,通常要用含有高盐浓度的缓冲液进行平衡B疏水层析是利用蛋白质与疏水性吸附剂之间的弱疏水性相互作用的差别进行分离纯化的层析技术C洗脱后的层析柱再生处理,可用8mol/L尿素溶液或含8mol/L尿素的缓冲溶液洗涤,然后用平衡缓冲液平衡D疏水柱层析分辨率很高、流速慢、加样量小28、在凝胶过滤(分离范围是5000~400000)中,下列哪种蛋白质最先被洗脱下来( B )A.细胞色素C(13370)B.肌球蛋白(400000)C.过氧化氢酶(247500)D.血清清蛋白(68500)E.肌红蛋白(16900)29、亲和层析的洗脱过程中,在流动相中减去配基的洗脱方法称作( D )A、阴性洗脱B、剧烈洗脱C、正洗脱D、负洗脱30、下列哪一项不是阳离子交换树脂(D )A 氢型B 钠型C 铵型D 羟型31、下列哪项不是常用的树脂再生剂( D )A 1%~10%HClB H2S04、C NaCl、D 蒸馏水32、亲和层析的洗脱过程中,在流动相中加入配基的洗脱方法称作( C )A、阴性洗脱B、剧烈洗脱C、竞争洗脱D、非竞争洗脱33、凝胶层析中,有时溶质的Kd>1,其原因是( B )A、凝胶排斥B、凝胶吸附C、柱床过长D、流速过低二、填空(21.5分,每空0.5分)1、泡沫分离是以泡沫作为分离介质,以组分之间的表面活性差异作为分离依据,利用气体在溶液中的鼓泡来达到浓集物质的一种新型分离技术。

2、泡沫分离过程中,有两个主要的传质过程:一个是在鼓泡区内,传质是在主题溶液与气泡界面进行;二是在泡沫区内,传质是在气泡表面与气泡间隙进行。

3、泡沫分离技术中气泡的产生方法有布气法、溶气法和电解法 .4、泡沫分离过程中主要的设备是泡沫塔和破沫塔。

5、阳离子交换树脂按照活性基团分类,可分为强酸型、弱酸型和中等强度;其典型的活性基团分别有磺酸基团、羧基和磷酸基。

6、蛋白质分离常用的层析方法有凝胶层析、多糖基离子交换、亲和层析和疏水层析。

7、离子交换分离操作中,常用的梯度洗脱方法有 PH梯度和离子强度梯度。

8、多糖基离子交换剂包括葡集团离子交换剂和离子交换纤维素两大类。

9、离子交换树脂由载体、活性基团和可交换离子组成。

10、DEAE Sepharose是阴离子交换树脂,其活性基团是二乙基氨基乙基。

11、CM Sepharose是阳离子交换树脂,其活性基团是羧甲基。

12、离子交换操作一般分为动态和静态两种。

13、利用薄层定量测定时,一般控制待测组分的Rf在 0.2-0.5 之间。

14、疏水层析是根据被分离组分分子表面的疏水残基与固定相的疏水配基之间结合力差异进行的层析分离方法。

15、我国化工部规定离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成,第一位数字代表产品的分类,第二位数字代表骨架的差异,第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的差异。

型号前加“D”的为大孔树脂。

16、亲和吸附剂的制备过程包括基质的活化、基质与配体的偶联和基质与配体的选择三个步骤。

三、其他题型(42分)1、典型连续式泡沫分离过程有哪些?各自的操作特点是什么?浓缩塔:含有表面活性剂的原料液不断地加入到塔的鼓泡区,一定量的浓缩泡沫液可以从塔顶返回,这样的操作可以达到很高的泡沫浓度,但去污效果不够理想。

提取塔:料液从泡沫塔的顶部加入,这样的操作可以达到很高的去污系数(原料液中金属离子浓度/残留液中金属离子浓度)常可达200,此种塔相当于提取塔。

复合塔:一部分表面活性剂直接加入到料液中,另一部分则加入到塔的鼓泡区内。

这种操作可得到较高的去污系数。

2、何为内水体积?何为外水体积?内水体积:指基质颗粒内部液体体积的总和,即基质膨胀是所膨胀的体积。

外水体积:指基质颗粒之间液体体积的总和。

外水体积:指基质颗粒之间液体体积的总和3、列举五种层析分离技术,说明其原理。

1)吸附层析:组分吸附在吸附剂表面,固定相是固体吸附剂,各组分能力不同。

2)分配层析:各组分在流动相和静止相中的分配系数不同。

3)离子交换层析:4、试以蛋白质在pH梯度介质中的移动行为说明聚焦效应的形成原理。

在流动过程中,当pH刚高于pI时,蛋白带负电荷,与交换剂结合,移动速度显著减慢。

当pH梯度下降至使该处pH低于pI,蛋白带正电荷,不与交换剂结合,而随洗脱液快速移动。

如此多次重复而达聚焦、分离目的。

如果一种蛋白质加到已经形成pH梯度的层析柱上时,将迅速移动到与其等电点相同的pH处。

从此位置开始,蛋白质以缓慢的速度进行吸附、解吸附,直到pH小于pI时被洗出。

若在此蛋白洗出之前再加入第二份同种蛋白样品时,后者将在洗脱液的作用下快速向前移动,而不被固定相吸附,直到其移动到近似本身等电点环境处。

然后两份样品以同样的速度移动,最后同时从柱底流出。

5、蛋白质疏水层析时,洗脱的方式有哪三种?1)降低流动相中盐浓度2)往流动相中添加有机溶剂3)往流动相中添加去污剂6、例举两种新型的疏水层析技术,说明其原理。

1)亲硫性疏水层析该技术主要在疏水作用的基础上增加了硫元素的相互作用。

利用层析介质与含硫蛋白质和非硫蛋白质的亲硫性差异,对蛋白质加以分离。

2)疏水电荷诱导层析(HCIC) HCIC的配基中含有吡啶环,中性时不会带有电荷,而随着pH值的降低,吡啶环中的氮原子会带有正电荷,这样和带同样电荷的蛋白质发生排斥,从而实现解吸7、何为树脂的有效粒径和均一系数?1)有效粒径是指筛分树脂时,10%体积的树脂颗粒通过,而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。

2)均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂的筛孔直径之比8、什么是凝胶的排阻极限?指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子的分子量。

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