分离工程总结剖析

第一章

1、生物技术(Biotechnology)即有机体的操作和应用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。生物技术的目标就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品。

2、生物技术多学科性之间关系性（见右下图）

3、技术发展阶段概况表格：（见下图）

4、生物分离工程：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程。

5、生物加工过程：生物技术上游加工过程：优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应过程（酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养等)。了解

6、生物下游加工在生物技术中的地位（必记）

1) 生化产品的必经的过程(一夫挡关)2) 回收率不高。3) 分离纯化昂贵。4) 基因工程的费用。

5) 中药现代化的重要技术平台。农学、分离科学、生化分析、药学等。

6) 提供产品竞争力的关键技术之一。WTO，降低生产成本、提高产品标准。

7) 环境污染的治理（慢性铅中毒）。

7、生物产品分类：

（1）按用途分类：食品类。保健品类。医用类产品（1998年，719种）。抗生素112种

农业用产品（1998年，36种）。生物试剂类（1998年，975种）。

（2）按分子量大小分类

Mass < 1000D：抗生素、有机酸、aa、多肽类等

Mass > 1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类

（3）按发酵时目的产物所在的位置分类

cell内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质

cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（α-淀粉酶）等

8、生化产品的特点（逼急）

1)应用面广。医药卫生、环保、动植物生长调节、食品和试剂等。

2)种类繁多。分子量X0–X000000，结构功能复杂，生物活性各异。

3)目的产物在初始物料中的含量低。青霉素(4.2%)、庆大霉素(0.2%)、干扰素(<50ug/ml)。

4)初始物料成分复杂。除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代谢物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等。

5)生物活性物质的稳定性低。易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感。

6)产品的质量要求高，尤其是药品等。成品青霉素对其强致敏原---青霉噻唑蛋白必须控制RIA值(放射免疫测定)小于100(1.5*10-6)，蛋白类药物(杂质<2%)、重组胰岛素(Humulin)中杂蛋白小于0.01%。

9、生物分离的流程与单元操作（了解）

①细胞回收技术: 絮凝，离心，过滤，微过滤。

②细胞破碎技术: 球磨，高压匀浆，化学破碎技术

③初步纯化技术: 吸附，离子交换，沉淀（盐析法，有机溶剂沉淀，等电点，沉淀剂），溶剂萃取，两水相萃取，超临界萃取，逆胶束萃取，膜分离技术

④高度纯化技术: 各类层析，亲和，聚焦，离子交换，结晶

⑤成品加工：浓缩，除菌与热原，喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥，冷冻干燥

10、生物分离过程的一般流程图：记住

11、生物分离过程的特点：

A. 主要特点是生物制品多种多样，产品的多样性导致分离方法的多样性。

B. 绝大多数生物分离方法来源于化学品的分离方法大约80%的化工分离方法可应用于生物分离技术中。

C. 生物分离一般比化工分离难度大。

D.生物产品要求高质量。

12、生物分离的一般流程与单元操作。（大题）

A. （不溶物的去除）：（过滤；离心；细胞破碎）

B. （产物分离）：离子交换吸附；萃取；反微团萃取；超临界流体萃取；双水相萃取

C. （产品的纯化）：色谱；电泳；沉淀

D. （产品的精制）：结晶；干燥

第二章：

13、细胞分离方法有：重力沉降；离心沉降；过滤。其中离心分离法有：差速离心；区带离心。1）差速离心：生化工业中最常用的离心分离方法。以菌体细胞的收集或除去为目的的固液离心分离是分级离心操作的一种特殊情况，即为一级分级分离。操作中，根据实际物料的特点(目标产物和其他组分的性质和相互作用等)、分离的目的和所需分离的程度，选择适当的操作条件(离心转数和时间)，可使料液中的不同组分得到分级分离。

2）区带离心：生化研究中的重要分离手段，根据离心操作条件不同，分为：

差速区带离心；平衡区带离心。区带离心的密度梯度离心：常用的介质有蔗糖、氯化铯等。

14、过滤介质有哪些：织物状介质，棉花、石棉、蚕丝、麻、羊毛及各种人造纤维与金属丝等。

多孔陶瓷介质，此为特殊的介质，低温烧制，具有大量微细孔道的滤管或滤板（其他多孔材料，PE 等）。膜分离介质，微滤分离等。

第三章

15、什么是沉淀分级：沉淀是溶液中的溶质由液相变成固相析出的过程。采用沉淀的手段，主要是为了通过沉淀达到浓缩的目的，或者通过沉淀，固液分相后，除去留在液相或沉积在固体中的非必要成分；其次，沉淀可以将已纯化的产品由液态变成固态，加以保存或进一步处理。沉淀方法用于分离纯化是有选择性的，即有选择地沉淀杂质或有选择地沉淀所需成分。

16、沉淀操作常在发酵液经过过滤和离心（除去不溶性杂质及细胞碎片）以后进行，其操作方式可分连续法或间歇法两种，规模较小时，常采用间歇法。不管哪一种方式操作步骤通常按三步进行：逼急①首先加入沉淀剂;②沉淀剂的陈化，促进粒子生长；③离心或过滤，收集沉淀物。

加沉淀剂的方式和陈化条件对产物的纯度、收率和沉淀物的形状都有很大影响。

17、蛋白质的表面特性（逼急）

蛋白质的溶解行为是一个独特的性质，由其组成、构象以及分子周围的环境所决定。

一般而言，小分子蛋白质比大分子蛋白质更易溶解。

蛋白质在自然环境中通常是可溶的，所以其大部分是亲水的，但其内部大部分是疏水的。

18、盐析沉淀机理：在蛋白质溶液中加入中性盐后会压缩扩散双电层、降低ζ电位，即中性盐既会使蛋白质脱水，又会中和蛋白质所带电荷，使颗粒间的相互排斥力失去，在布朗运动的互相碰撞下，蛋白质分子结合成聚集物而沉淀析出。（文字叙述或者如下图示）

19、Cohn方程式：㏒S=β－ＫsＩ。（考作业中的一道；必须熟练掌握！！看本本……）

20、盐析操作：硫酸铵是最常用的蛋白质盐析沉淀剂；硫酸铵的溶解度在0～30℃范围内变化很小。20℃时的饱和浓度约为4.05mol/dm3（534g/dm3)，饱和溶液密度为1.235kg/dm3；

用1.0dm3水制备硫酸铵的饱和溶液，需加入761g硫酸铵，饱和溶液体积为1.425dm3

21、加盐方式（逼急）采用硫酸铵进行盐析时可按二种方式加入：

①直接加入固体(NH4)2SO4 粉末，工业上常采用这种方法，加入速度不能太快，应分批加入，并充分搅拌，使其完全溶解和防止局部浓度过高；

②加入硫酸铵饱和溶液，在实验室和小规模生产中，或(NH4)2SO4 浓度不需太高时，可采用这种方式，它可防止溶液局部过浓，但加量较多时，料液会被稀释。

22、典型的硫酸铵盐析过程最适饱和度是35%~55%。

23、等电点沉淀定义：在低的离子强度下，调pH至等电点，使蛋白质所带净电荷为零，降低了静电斥力，而疏水力能使分子间相互吸引，形成沉淀。本法适用于憎水性较强的蛋白质，如酪蛋白在等电点时能形成粗大的凝聚物；但对一些亲水性强的蛋白质。如明胶，则在低离子强度的溶液中，调pH在等电点并不产生沉淀。

24、有机溶剂沉淀的原理：加入有机溶剂使溶液的介电常数减小，增加酶、蛋白质、核酸等带电粒子之间的作用力，因相互吸引聚合沉淀。

25、泡沫分离是什么？