生物工程下游技术

⽣物⼯程下游技术
⽣物⼯程下游技术⽣物⼯程下游技术的定义
指从动植物与微⽣物的有机体或器官、⽣物⼯程产物（发酵液、培养液）及其⽣物化学产品中提取、分离、纯化有⽤物质的技术过程。

实质：是研究如何从混合物中把⼀种或⼏种物质分离出来的科学技术。

1.⽣化⼯程分离技术
预处理
结晶⼲燥
离⼼法：离⼼过滤、离⼼沉降、超离⼼
萃取法：有机溶剂、双⽔相、液膜、反胶团、超临界
层析法：凝胶过滤层析、反相层析、亲和、疏⽔相互作⽤、聚焦、离⼦交换
膜分离：微滤、超滤、
反渗透、透析、电渗透
2.⽣物物质常⽤的分离技术
氨基酸：结晶和离⼦交换法
蛋⽩质和多肽：离⼦交换层析、电泳
糖类：吸附层析
脂质：有机溶剂萃取、超临界流体萃取和层析
抗⽣素：有机溶剂萃取、离⼦交换、结晶和吸附层析
3. ⽣物分离⽅法的选择与评价
原则：
步聚少，次序合理，产品规格（注射，⾮注射），⽣产规模，物料组成，产品形式，产品稳定性，危害性，物性：溶解度、电荷、分⼦⼤⼩、功能团、稳定性、挥发性，废⽔处理
4.浓缩率：浓缩程度⼀般⽤浓缩率(concentration factor)表达，是⼀个以浓缩为⽬的的分离过程的最重要指标。

浓缩率为
m，mt=mx则⽬标产物未得到任何程度的分离纯化。

5.分离因⼦：分离因⼦⼜称分离系数。

产品中⽬标产物浓度越⾼，杂质浓度越低，则分离因⼦越⼤，分离效率越⾼。

6. 回收率：⽆论是以浓缩还是以分离为⽬的操作过程，⽬标产物均应以较⼤的⽐例回收, 回收率R：
⽣物分离操作多为间歇过程（分批操作），若原料液和产品溶液的体积分别为VC和VP。

1 ⽣物产品与普通化⼯产品分离过程有何不同？
2 设计⽣物产品的分离⼯艺应考虑哪些因素？
3 分离纯化的回收率与浓缩率如何计算？
4 现代⽣物分离⼯程研究⽅向有哪些特点？
5 分离纯化指标有哪些?
简述pH对发酵液过滤特性的影响，并举例说明。

答：（1） pH直接影响发酵液中某些物质的电离程度和电荷性质，因此适当调节pH值可以改善发酵液的过滤特性。

（2）氨基酸和蛋⽩质在酸性条件下带正电，碱性条件下带负电，等电点时净电荷为零，两性物质在等电点下的溶解度最⼩，等电点沉淀法在⽣物⼯业分离中⼴泛使⽤。

（3）如味精⽣产，利⽤等电点沉淀法提取⾕氨酸，⼀般蛋⽩质也在酸性范围达到等电点；膜
分离中可通过调整pH 值改变易吸附分⼦的电荷性质，减少膜堵塞和膜污染；此外，细胞、细胞碎⽚及某些胶体物质等在特定pH下也可能趋于絮凝⽽成为较⼤颗粒，有利于过滤进⾏。

第⼆章
1.预处理的⽬的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提⾼固液分离的效率：
⑴改变发酵液的物理性质，包括增⼤悬浮液中固体粒⼦的尺⼨，降低液体黏度。

⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（⾼价⽆机离⼦和杂蛋⽩质），以利于后续各步操作。

⑶尽可能使产物转⼊便于后处理的⼀相中（多数是液相）；
2.预处理的⽅法
凝聚和絮凝
加热法
调节悬浮液的pH值
杂蛋⽩的去处
⾼价⽆机离⼦的去处
助滤剂
反应剂
3凝聚与絮凝：.凝聚与絮凝处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋⽩质等胶体粒⼦的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增⼤体积以便固液分离。

凝聚和絮凝技术常⽤于菌体细⼩⽽且黏度⼤的发酵液的预处理中。

凝聚和絮凝是两种⽅法，两个概念。

凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类）作⽤下，胶体脱稳并使粒⼦相互聚集成１ mm ⼤⼩块状凝聚体的过程。

机理：
1）中和粒⼦表⾯电荷
2）消除双电层结构
3）破坏⽔化膜
胶体双电层结构
发酵液中菌体表⾯带有负电荷，由于静电引⼒使溶液中反离⼦被吸附在其周围，在界⾯上形成了双电层。

正离⼦同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表⾯的趋势。

两种相反作⽤⼒下，双电层分裂成两部：
1）吸附层或stern层；2）扩散层。

扩散双电层的结构模型(Gouy-Chapman-Stern model)。

两种相反作⽤⼒下，双电层分裂成两部：
1）吸附层或stern层；2）扩散层。

扩散双电层的结构模型(Gouy-Chapman-Stern model)。

絮凝：指使⽤絮凝剂（天然的和合成的⼤分⼦量聚电解质）将胶体粒⼦交联成⽹，形成10mm⼤⼩絮凝团的过程。

其中絮凝剂主要起架桥作⽤。

机理：架桥作⽤
采⽤絮凝法可形成粗⼤的絮凝体，使发酵液较易分离。

⼈⼯合成有机⾼分⼦聚合物、天然有机⾼分⼦聚合物、⽆机⾼分⼦聚合物
聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点
⽤量少，⼀般以mg/L计量；
絮凝体粗⼤，分离效果好；
絮凝速度快；
种类多，适⽤范围⼴。

聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：
存在⼀定的毒性，特别是阳离⼦型聚丙烯酰胺，⽤于⾷品和医药⼯业时应谨慎。

天然有机⾼分⼦絮凝剂具有⽆毒，易⽣物降解，原料来源⼴等优点。

天然有机⾼分⼦改性絮凝剂根据其原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。

其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引⼈注⽬。

微⽣物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，
由微⽣物或其分泌物产⽣的具有絮凝细胞功能的代谢产物。

主要成分是糖蛋⽩、粘多糖、纤维素及核酸等⾼分⼦物质。

微⽣物絮凝剂和天然絮凝剂最⼤的优点是安全，⽆毒和不污染环境。

4.助滤剂：⼀种不可压缩的多孔微粒，
菌体可吸附于助滤剂微粒上，降低了滤饼的可压缩性，减⼩了过滤阻⼒。

常⽤的助滤剂是硅藻⼟，其次是珍珠岩粉、活性炭、⽯英砂、⽯棉粉、纤维素等。

(1)粒度
根据悬浮液中的颗粒和滤液的澄清度确定，⼀般颗粒较⼩的滤饼应采⽤细⼩的助滤剂。

(2)助滤剂的品种
根据过滤介质选择助滤剂品种。

使⽤粗⽬滤⽹时易泄漏，可选择⽯棉粉、纤维素；采⽤细⽬滤布时，可使⽤细硅藻⼟；
(3)⽤量
间歇操作时，过滤介质表⾯预涂助滤剂，其厚度应不⼩于2mm。

连续过滤机中根据过滤速度确定。

使⽤硅藻⼟时，通常细粒为500g/m3，中等粒度700g/m3,粗粒700-1000g/m3。

5.反应剂：加⼊某些不影响⽬标产物的反应剂，可消除发酵液中的⼀些杂质对过滤的影响，从⽽提⾼过滤速度。

1）反应剂与某些可溶性盐类发⽣反应⽣成不溶性沉淀,⽣成的沉淀能防⽌菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，⼜能使蛋⽩质凝固，过滤性能上升，沉淀本⾝可作为助滤剂.
如新⽣霉素发酵液中加⼊CaCl2和Na3PO4，⽣成Ca3(PO4)2沉淀。

2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，⽤酶将其转化为单糖，以提⾼过滤速率。

如万古霉素⽤淀粉作培养基，发酵液过滤前加⼊%的淀粉酶，搅拌30min后，再加%硅藻⼟助滤剂，可提⾼过滤效率5倍。

6. 杂蛋⽩的去除⽅法
沉淀法
A 等电点沉淀法（isoelectric precipitation ）
蛋⽩质的等电点⼤都在酸性范围内～，调节发酵液的pH到蛋⽩质的等电点是除去蛋⽩质的有效⽅法。

B. 酸碱调节，使蛋⽩质与离⼦形成沉淀
在酸性溶液中，蛋⽩质与⼀些阴离⼦形成沉淀，如三氯⼄酸盐、⽔杨酸盐、苦味酸盐等；
在碱性溶液中，蛋⽩质与⼀些阳离⼦形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等。

变性
蛋⽩质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。

变性蛋⽩质溶解度较⼩。

加热，
⼤幅度调节pH值，
加酒精、丙酮等有机溶剂或表⾯活性剂等。

不⾜之处：
加热法只适合于对热较稳定的⽬的产物；
极端pH值也会导致某些⽬的产物失活，且要消耗⼤量酸碱；
有机溶剂法通常只适⽤于所处理的液体数量较少的场合。

1.沉淀法主要包括盐析法，有机溶剂沉淀法，等电点沉淀法，结晶法等等。

2.按照⼀般的习惯，析出物为晶体时称为结晶，析出物为⽆定形固体则称为沉淀。

3.影响盐析的因素有：⽆机盐的种类、溶质（蛋⽩质等）种类的影响、蛋⽩质浓度的影响、温度的影响、pH的影响。

吸附法
加⼊某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋⽩质⽽除去。

四环类抗⽣素⽣产中，采⽤黄⾎盐和硫酸锌的协同作⽤⽣成亚铁氰化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]2的胶状沉淀来吸附蛋⽩质，利⽤此法除蛋⽩质已取得很好的效果。

在枯草杆菌发酵液中，常加⼊氯化钙和磷酸氢⼆钠，这两者本⾝⽣成庞⼤的凝胶，把蛋⽩质、菌体及其它不溶性粒⼦吸附并包裹在其中⽽除去，从⽽加快了过滤速度。

1 发酵液为何需要预处理？处理⽅法有哪些？其简要机理如何？
2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使⽤？
3 除去发酵液中杂蛋⽩常⽤⽅法有哪些？
4 简述胶体双电层结构及稳定性机理?
5 什么是助滤剂和反应剂？能列举1-3个应⽤的例⼦
1. 盐析法：是利⽤各种⽣物分⼦在浓盐溶液中溶解度的差异，通过向溶液中引⼊⼀定数量的中性盐，使⽬的物或杂蛋⽩以沉淀析出，达到纯化⽬的的⽅法。

2. Ks盐析：在⼀定的pH和温度下改变离⼦强度（盐浓度）进⾏盐析，称作Ks盐析法。

Ks盐析法多
⽤于提取液的前期分离⼯作。

3．β盐析：在⼀定离⼦强度下仅改变pH和温度进⾏盐析，称作β盐析法。

在分离的后期阶段，为了求得较好的分辨率，或者为了达到结晶的⽬的，有时应⽤β盐析法。

β盐析法由于溶质溶解度变化缓慢且变化幅度⼩，沉淀分辨率⽐K S盐析法好。

4．亲和沉淀: 利⽤亲和反应原理，将配基与可溶性的载体偶联后形成载体-配基复合物（亲和沉淀剂），该复合物可选择性地与蛋⽩质结合，在⼀定条件下沉淀出来。

四问答
1.什么是盐析作⽤？盐析的原理是什么？
答：盐析作⽤：向蛋⽩质溶液中逐渐加⼊中性盐，在⾼盐浓度时，蛋⽩质溶解度随之减⼩，发⽣了盐析作⽤。

产⽣盐析作⽤的⼀个原因是由于盐离⼦与蛋⽩质表⾯具相反电性的离⼦基团结合，形成离⼦对，因此盐离⼦部分中和了蛋⽩质的电性，使蛋⽩质分⼦之间电排斥作⽤减弱⽽能相互靠拢，聚集起来。

盐析作⽤的另⼀个原因是由于中性盐的亲⽔性⽐蛋⽩质⼤，盐离⼦在⽔中发⽣⽔化⽽使蛋⽩质脱去了⽔化膜，暴露出疏⽔区域，由于疏⽔区域的相互作⽤，使其沉淀。

2.如何选择盐析所⽤中性盐？
（1）盐析作⽤要强。

⼀般来说多价阴离⼦的盐析作⽤强，有时多价阳离⼦反⽽使盐析作⽤降低。

（2）盐析⽤盐要有⾜够⼤的溶解度，且溶解度受温度影响应尽可能⼩。

这样便于获得⾼浓度盐溶液，有利于操作，尤其是在较低温度下的操作，不致造成盐结晶析出，影响盐析效果。

（3）盐析⽤盐在⽣物学上是惰性的，不致影响蛋⽩质等⽣物分⼦的活性，最好不引⼊给分离或测定带来⿇烦的杂质。

（4）来源丰富、经济。

3.有机溶剂沉淀的原理是什么？
答：亲⽔性有机溶剂加⼊溶液后降低了介质的介电常数，使溶质分⼦之间的静电引⼒增加，聚集形成沉淀；⽔溶性有机溶剂本⾝的⽔合作⽤降低了⾃由⽔的浓度，压缩了亲⽔溶质分⼦表⾯原有⽔化层的厚度，降低了它的亲⽔性，导致脱⽔凝集。

4.有机溶剂沉淀影响沉淀效果的因素有那些？
答：（1）有机溶剂种类及⽤量
（2）pH的影响
（3）温度⽆机盐的含量
（4）某些⾦属离⼦的助沉淀作⽤
(5)样品浓度
第三章
1.影响发酵液固液分离的因素
2.1）发酵液中悬浮离⼦的⼤⼩
3.2）发酵液的黏度viscosity ：
4.固液分离速度通常与粘度成反⽐，粘度越⼤，固液分离越困难。

影响粘度的因素：
5.菌体的种类和浓度(重要因素)
6.培养液中蛋⽩质、核酸⼤量存在
7.培养基成分
8.此外，某些染菌发酵液，如染细菌，则粘度会增⼤。

9.发酵过程的不正常处理，如⼤量过剩的培养基和消沫油加⼊，都会使粘度增⼤。

10.2.常见的固液分离⽅法
11.过滤 filtration
12.过滤操作是借助于过滤介质，在⼀定的压⼒差ΔP作⽤下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，
⽽固体颗粒被截留在介质上，从⽽实现固液分离的单元操作。

13.离⼼ Centrifugation
14.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
15.加速沉降的分离过程。

扩张床吸附 EBA(Expanded Bed Adsorption)
⼀种新型的⽣物分离技术：集成化分离技术，即对已有的两种或两种以上的单元操作进⾏有效的组合，组成⼀种有效的单元操作，以达到提⾼产品收率、缩短纯化步骤、降低纯化费⽤和投资成本的⽬的
2.固液分离过滤设备
按操作⽅式分类：间歇过滤机、连续过滤机
按操作压强差分类：压滤、吸滤和离⼼过滤
典型过滤设备：
实验室⽤抽滤装置
板框压滤机（间歇操作）板框压滤机的过滤推动⼒来⾃泵产⽣的液压或进料贮槽中的⽓压。

转筒真空过滤机（连续操作）真空过滤设备以⼤⽓与真空之间的压⼒差作为过滤操作的推动⼒。

⽣物⼯业中，⽤得较多的是转筒式真空过滤机和带式真空过滤机。

过滤式离⼼机:由于离⼼⼒作⽤，液体产⽣径向压差，通过滤饼、滤⽹及滤筐⽽流出。

16.离⼼分离设备优缺点
优点：
分离速度快，分离效率⾼、
液相澄清度好；
缺点：
与过滤设备相⽐，设备投资⾼、能耗⼤、
离⼼产⽣的固体浓缩物和过滤产⽣的浓缩不同。

通常离⼼只能得到⼀种较为浓缩的悬浮液或浆体。

⽽过滤可获得的⽔分含量较低的滤饼。

3.离⼼的⼏种原理类型
（⼀）差速离⼼
特点：
介质密度均⼀；速度由低向⾼，逐级离⼼。

⽤途：分离⼤⼩相差悬殊的细胞和细胞器。

沉降顺序：核——线粒体——溶酶体与过氧化物酶体——内质⽹与⾼基体——核蛋⽩体。

可将细胞器初步分离，常需进⼀步通过密度梯离⼼再⾏分离纯化。

（⼆）密度梯度离⼼
⽤介质在离⼼管内形成⼀连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过离⼼⼒场的作⽤使细胞和细胞成分分层、分离。

类型：速度沉降、等密度沉降。

常⽤介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖。

分离活细胞的介质要求：
1）能产⽣密度梯度，且密度⾼时，粘度不⾼；
2）pH中性或易调为中性；
3）浓度⼤时渗透压不⼤；
4）对细胞⽆毒。

4.膨胀床吸附原理和固相分级特性
膨胀床与传统固定床的区别在于：膨胀床的床层上部安装有调节器，当料液或清洗液从床底输⼊时，吸附剂床层产⽣膨胀，⾼度调节器上升，膨胀床状态下床层⾼度⼀般为固定床状态的2-3倍，可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液,提⾼⽬标产物收率。

膨胀床与流化床的区别：后者的吸附型粒⼦和液体在床层内混合程度⾼，吸附效率低，⽽前者的吸附剂粒⼦基本悬浮于固定的位置，液体的流动与固定床相似，接近平推流，吸附效率⾼。

第四章
细胞破碎的⽬的:破坏细胞外围，使细胞内容物释放出来。

意义：破碎细胞, 提取其中的各种物质, 分析细胞的结构, 遗传物质的研究, 对⼈类的发展具有重要的意义。

包含体可⽤密度梯度离⼼机收集，收集的包含体⽤变性剂溶解，再除去变性剂即可得到恢复活性的蛋⽩质产品。

1. ⾮机械破碎⽅法有酶溶破碎法\化学破碎法\去垢剂破碎法\渗透压冲击破碎法\冻融破碎法。

2.破碎率的测定：直接测定法\⽬的产物测定法\导电率测定法
3.基因⼯程包涵体的纯化过程为____洗涤____ 、_____溶解___和___复性____;
⽬标蛋⽩的变性溶解通常使⽤的变性剂是___盐酸胍__和___尿素__;⽬标蛋⽩复性的⽅法通常有__稀释法___ 、__膜分离法___和__层析法_。

4.⽓流⼲燥主要适⽤于酵母菌，⼀般在25-30℃的⽓流中吹⼲；真空⼲燥多⽤于细菌，冷冻⼲燥适⽤于不稳定的⽣化物质
5.细胞破碎常⽤的表⾯活性剂：⼗⼆烷基硫酸钠（SDS，阴离⼦型）；。

⾮离⼦型如Triton X-100和吐温（Tween）等对疏⽔性物质具有很强的亲和⼒，能结合并溶解磷脂，破坏内膜的磷脂双分⼦层，使某些胞内物质释放出来第五章
1.萃取（Extraction）指任意两相之间的传质过程。

在液液萃取过程中常⽤有机溶剂作为萃取试剂，因⽽常常称
液液萃取为溶剂萃取。

溶剂萃取法是⽣物⼯业中⼀种重要的分离提取⽅法。

它是利⽤⼀种溶质组分（如产物）在两个互不相溶的液相（如⽔相和有⽤机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进⾏分离操作的。

有机溶剂萃取法⼴泛应⽤于抗⽣素、
有机酸、维⽣素、激素等发酵产物⼯业规模的提取上。

2.溶剂萃取法有以下⼀些优点：⽐化学沉淀法分离程度⾼；⽐离⼦交换法选择性好、传质快；⽐蒸馏法能耗低。

另外它还有⽣产能⼒⼤、周期短、便于连续操作、容易实现⾃动化控制等优点。

2.⼀个良好的溶剂要满⾜以下⼏⽅⾯的要求:
①有很⼤的萃取容量，即单位体积的萃取溶剂能萃取⼤量的产物；
②有良好的选择性，理想情况是只萃取产物⽽不萃取杂质；
③与被萃取的液相（通常是⽔相）互溶度要⼩，且粘度低、界⾯张⼒⼩或适中；
④溶剂的回收和再⽣容易；
⑤化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性⼩；
⑥经济性好，价廉易得；
⑦安全性好，闪点⾼，对⼈体⽆毒性或毒性低。

⽣物⼯业上常⽤的溶剂有酯类、醇类和酮类等.
3、单级萃取
单级萃取是使⽤⼀个混合器和⼀个分离器的萃取操作。

料液F与萃取溶剂S⼀起加⼊混合器内搅拌混合萃取，达到平衡后的溶液送到分离器内分离得到萃取相L和萃余相R，萃取相送⾄回收器，萃余相R为废液。

在回收器内产物P与溶剂分离（如蒸馏、反萃取等），溶剂S则可循环使⽤。

⽬的物在两相中的数量⽐:
E=K·VS/VF ＝ K/m
其中m为浓缩⽐，即: m ＝ VF/VS
令未被萃取的分率为φ，则:
φ= 1/(E+1)
⽽理论收(得)率: 1－φ= E/(E+1)
4、多级萃取
1）多级错流萃取
多级错流萃取流程的特点是：每级均加新鲜溶剂，故溶剂消耗量⼤，得到的萃取液产物平均浓度较稀，但萃取较完全。

多级错流萃取流程收率
1－φ＝1－1/(E1+1)(E2+1)…(En+1)
2）多级逆流萃取
多级逆流萃取流程的特点是：料液⾛向和萃取剂⾛向相反，只在最后⼀级中加⼊萃取剂，故和错流萃取相⽐，萃取剂消耗少，萃取液产物平均浓度⾼，产物收率最⾼。

多级逆流萃取流程收率
1－φ＝(En+1－E)/(En+1－1)
5.乳化和去乳化
乳化：是⼀种液体(分散相)分散在另⼀种不相混溶的液体（连续相）中的现象。

乳化发⽣后，两相分层困难，出现夹带现象，影响收率和分离效果。

乳化的结果可能形成两种形式的乳浊液。

⼀种是⽔包油型（O/W），另⼀种为油包⽔型（W/O）。

由蛋⽩质引起的乳化，构成形式为O/W型，液滴粒径再.5～30微⽶。

形成稳定的乳浊液，⼀般应有第三种物质即表⾯活性剂的存在。

乳浊液的稳定性与下列因素有关：
①界⾯上保护膜是否形成；
②液滴是否带电；
③介质的粘度。

其中①最重要。

在发酵液中，蛋⽩质是引起乳化的最重要的表⾯活性物质。

表⾯活性剂亲⽔性强，乳化时易形成⽔包油。

表⾯活性剂疏⽔性强，乳化时易形成油包⽔。

6、破乳化
破乳⽅法：
1）过滤或离⼼分离破乳法，
2）化学法（加电解质中和离⼦型乳浊液的电荷）
3）物理法（加热、稀释、吸附等）
4）顶替法（加⼊表⾯活性更⼤，但因其C链较短难以形成坚固的保护膜的物质，取代界⾯上的乳化剂，如戊醇）
5）转型法（如在O/W中加⼊亲油性乳化剂，使乳化液有⽣成W/O的倾向，但⼜不稳定，从⽽达到破乳⽬的）
7.浸取：⽤某种溶剂把有⽤物质从固体原料中提取到溶液中的过程称为浸取，也称之为浸出。

溶剂从固体颗粒中浸取可溶性物质的过程⼀般包括以下⼀些步骤：
1）溶剂从溶剂主体传递到固体颗粒的表⾯；
2）溶剂扩散渗⼊固体内部和内部微孔隙内；
3）溶质溶解进⼊溶剂；
4）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。

其中，第3和4步是浸取过程总速率的控制性步骤。

溶质从固体内部向溶剂主体的传递受各种因素的影响。

包括⼏个⽅⾯：
1）通常情况，为普通的扩散传递。

2）对于⽣物⼤分⼦，传递通道的空间尺度影响较⼤。

3）溶液中的凝胶物质形成的框架结构会影响分⼦的扩散。

4）在固体内部的分⼦扩散包含两种不同的机理（溶解扩散和多孔内扩散）。

8、分配定律和分配系数
从料液中提取出来的物质称为溶质；
⽤来萃取产物的溶剂常称为萃取剂；
溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液称为萃取液；
被萃取出溶质后的料液称萃余液。

在⼀定温度⼀定压⼒的条件下，溶质分配在两个互不相溶的溶剂中，达到平衡时溶质在两相中的活度之⽐为⼀常数，这个现象即为分配定律，⽐例常数为分配系数。

分配定律成⽴的条件：
1）稀溶液
2）溶质对溶剂互溶性没有影响
3）必须是同⼀分⼦类型
不同溶质在不同溶剂中有不同的K值。

K值越⼤，表⽰该溶质在上层液相中溶解度愈⼤，K值越⼩，表⽰该溶质在下层液相中溶解度愈⼤。

9.分离因数
含有两个及两个以上的溶质时，萃取剂对溶质A和B分离能⼒的⼤⼩可⽤分离因数(β)来表征： ?
β=( C1A/C1B)/(C2A/C2B)=( C1A/C2A)/(C1B/C2B)?
=KA/KB ?
式中：C 代表浓度，下标1、2 代表萃取相和萃余相，A、B 为溶质。

如果A是产物，B为杂质，分离因数可写为：
β＝ K产/K杂
β越⼤，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。

10.弱电解质表观分配系数
（1）pH值
如果溶质是弱酸，表观分配系数为 K = K0[H+]/(Kp＋[H+])，如果是弱碱，则K = K0Kp/(Kp＋[H+])。

可见pH直接影响表观分配系数。

pH除影响K外，还可能对选择性有影响。

pH值还应尽量选择在使产物稳定的范围内。

（2）温度
温度会影响⽣化物质的稳定性，所以⼀般在室温或低温下进⾏。

温度会影响分配系数K，因为温度通过影响溶质的化学位⽽影响溶质在两相中的分配。

（3）盐析
⽆机盐类可降低产物在⽔中的溶解度⽽使其更易于转⼊有机溶剂相中。

⽆机盐类还能减⼩有机溶剂在⽔相中的溶解度。

盐析剂⽤量要适宜，⽤量过多也有可能促使杂质⼀起转⼊溶剂相，同时还要考虑其经济性，必要时要回收。

（4）带溶剂
带溶剂是指这样⼀种物质，它们能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中，提⾼分配系数K，该复合物在⼀定条件下⼜要容易分解。

第七章
1.双⽔相系统
双⽔相系统就是当两种聚合物或⼀种聚合物与⼀种盐溶于⽔中⽽形成溶液时，由于聚合物溶液间或聚合物与⽆机盐溶液间具有不相容性，致使当聚合物和⽆机盐的浓度达到⼀定值以上时，就会分成互不相溶的两相系统，由于其共同溶剂是⽔，就称此系统为双⽔相系统。

常见的⽤于⽣物物质分离的聚合物/聚合物系统有聚⼄⼆醇（ PEG）/葡聚糖，聚合物/⽆机盐系统有PEG/磷酸盐，PEG/硫酸铵等。

相对于葡聚糖来说，⽆机盐价格便宜，所以聚合物/⽆机盐系统在⼯业应⽤上具有更为⼴阔的前景。

2.要成功地运⽤双⽔相萃取⽅法，应满⾜下列条件：
1）欲提取的酶和细胞碎⽚应分配在不同的相中；
2）酶的分配系数应⾜够⼤，使在⼀定的相体积⽐时，经过⼀次萃取，就能得到较⾼的收率；
3）两相⽤离⼼机很容易分离。

3.相图
⽔溶性两相的形成条件和定量关系常⽤相图来表⽰。

图1所⽰是由两种聚合物和⽔组成的体系（如 PEG /Dextran体系，这两种聚合物都能与⽔⽆限混合），以聚合物PEG的浓度（重量％）为纵坐标，以聚合物Dextran的浓度（重量％）为横坐标所作相图。

只有在这两种聚合物达到⼀定浓度时才会形成两相。

图中曲线TCB把均匀区域和两相区域分隔开来，称作双节线。

处于双节线下⾯的区域时是均匀的，当它们的组成位于上⾯的区域时，体系才会分成两相。

例如，点M代表整个系统的组成，轻相（或上相）组成⽤T点表⽰，重相（或下相）组成⽤B点表⽰。

T、M、B三点在⼀条直线上，其连接的直线称系线。

第九章
膜分离：利⽤膜的选择性（孔径⼤⼩），以膜的两侧存在的能量差作为推动⼒，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同⽽实现分离的⼀种技术。

浓差极化：是指但溶剂透过膜，⽽溶质留在膜上，因⽽使膜⾯浓度增⼤，并⾼于主体中浓度。

1. 膜分离过程中所使⽤的膜，依据其膜（孔径）不同可分为（微滤膜），（超滤膜），（纳滤膜）和（反渗透膜）。

2．⼯业上常⽤的膜装置有（板式），（管式），（螺旋卷式）和（中空纤维式）。

3.根据膜结构的不同，常⽤的膜可分为（对称性膜）、（⾮对称膜）和（复合膜）三类
4.膜的污染主要有两种情况，⼀种是化学污染；另⼀种是物理污染。

1. 区分渗透与反渗透？举例说明反渗透的应⽤。

答：渗透是由于存在化学势存在梯度⽽引起的⾃发扩散现象。

因此，通常情况下，
µµ?
o
其结果是⽔从纯⽔⼀侧透过半透膜向溶液侧渗透，使后者的液位抬⾼。

如果在溶液⼀侧施加压⼒1
P，外界⼒做功使溶液中⽔的化学势升⾼，则纯⽔通过膜的渗透就会逐渐减⼩，并最终停⽌（条件？），此时的压⼒差就是溶液的渗透压π。

当。