生化分离技术思考题答案解析(1-6章)
生物分离工程总结 课后思考题

二、盐析的原理是什么?影响因素有哪些? 水溶液中蛋白质溶解度一般在生理离子强度范围内(0.15-0.2mol/kg) 最大,低于或高于此范围溶解度降低,蛋白质在高离子强度的溶液中溶 解度降低发生沉淀的现象称为盐析。 蛋白质的盐析行为随蛋白质的相对分子质量和立体结构而已,不同蛋白 质β值不同,KS值随蛋白质相对分子质量的增大或分子不对称性的增强 而增大,盐析沉淀结构不对称的高相对分子质量蛋白质所需的盐浓度较 低,对特定蛋白质影响蛋白质盐析的主要因素有无机盐的种类,浓度, 温度和pH值 盐的种类影响KS值,离子半径小而带电荷较多的阴离子盐析效果好 温度和pH值影响β,在高离子强度溶液中,温度上升,有利于某些蛋白 质失水,因此温度升高,蛋白质溶解度下降 pH值接近蛋白质等电点有利于提高盐析效果 四、常用的有机溶剂沉淀剂有哪些? 丙酮和乙醇 第四章 一、分配定律(分配系数概念)及其应用条件是什么? 在恒温恒压条件下,溶质在互不混溶的两相中达到平衡系数时,其在两 相中的浓度之比为一常数,该常数称为分配系数,即 上式应用条件:(1)稀溶液;(2)溶质对溶剂之间的互溶度没有影 响;(3)溶质之间不发生缔合或解离 二、弱电解质在溶剂萃取两相中的分配平衡有何特点,pH值如何影响 弱酸、弱碱的萃取 弱电解质在水相中发生不完全解离,仅仅是游离酸或游离碱在两相产生 分配平衡,而酸根或碱基不能进入有机相,所以萃取达到平衡状态时, 一方面弱电解质在水相中达到解离平衡,另一方面,未解离的游离电解 质在两相中达到分配平衡。对酸来说,越酸萃取效果越好,对碱来说越 碱效果越好 三、化学萃取及其应用领域 化学萃取是利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分 子实现水溶性溶质向有机相的分配,主要用于一些氨基酸和极性较大的 抗生素的萃取
萃取过程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
生物分离工程思考题

《分离》PPT思考题及部分答案分离概述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:<1>:发酵液组成复杂,固液分离困难——这是生物分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,应快速分离。
<4>:原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质——高效纯化技术进行分离。
<5>:生物产品稳定性差——严格限制操作条件,保证产物活性。
<6>:分离过程常需要多步骤操作,收率低,分离成本高——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——分离技术具有一定的弹性。
2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素?(1)产品的性质(2)成本(3)工艺步骤(4)操作程序(5)生产方式(6)生产规模(7)产品稳定性(8)环保和安全3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同?(1)初步纯化是将目标物和与其性质有较大差异的杂质分开,使产物的浓度有较大幅度的提高,可采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作.(2)高度纯化主要是除去与目标物性质相近的杂质,是产品的精制过程,可采用层析(柱层析和薄层层析)、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱.4 如何除去蛋白质溶液中的热原质?(1)生产过程无菌(2)所有层析介质无菌(3)所用溶液无菌(4)亲和层析(多粘菌素)5 生物分离为何主张采用集成化技术?6 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?得率=产品中目标产物总量/原料中目标产物总量总收率=(90%)6 =53.1441%发酵液预处理1 发酵液为何需要预处理?处理方法有哪些?1、发酵产物浓度较低,大多为1%—10%,悬浮液中大部分是水;2、悬浮物颗粒小,相对密度与液相相差不大;3、固体粒子可压缩性大(细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料);4、液相粘度大,大多为非牛顿型流体;5、性质不稳定,随时间变化,如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质酶水解等作用的影响。
《生化分离工程》思考题及习题

《生化分离工程》思考题及习题第一章绪论1、何为生化分离工程bioseparation engineering/ 下游加工过程,biotechnoiogy ?其主要研究那些内容?2、生化分离技术依据的分离原理有哪些?3、生化分离工程有那些特点?其包括那几种主要分离方法?4、何为传质分离过程?5、简述生化分离工程的发展趋势。
6亲和技术目前已衍生出那些子代分离技术?7、生化反应与生化分离耦合技术有那些特点?8、为何在生物技术领域中往往出现“丰产不丰收”的现象?9、生物产品与普通化工产品分离过程有何不同?10、设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素?11、初步纯化与高度纯化分离效果有何不同?12、如何除去蛋白质溶液中的热原质?13、生物分离为何主张采用集成化技术?14、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?第二章预处理与固-液分离法1、发酵液预处理的目的是什么?主要有那几种方法?2、何谓絮凝?何谓凝聚?各自作用机理是什么?3、絮凝剂可分为那三种?有那些因素影响絮凝过程?4、在生化工业中常用的过滤方式那两种?各自有何特点?5、离心分离分那两大类?各自有何特点及用途?常用离心法有那几种?6何谓密度梯度离心?其工作原理是什么?7、如何使用助滤剂?8、错流微滤与传统过滤相比有何优点?第三章细胞破碎法1、细菌细胞壁与真菌(酵母)细胞壁在组成上有何区别?2、细胞破碎主要有那几种方法?3、机械法细胞破碎方法非机械破碎方法相比有何特点?4、何谓脂溶破碎法?其原理是什么?包括那几种?5、酶法细胞破碎常用那几种酶类?6包涵体是如何产生的?如何使重组蛋白复性?7、如何测定细胞破碎程度?第四章沉淀法1. 理解概念:盐溶,盐析2. 常用的沉淀法有哪几种?3. 生产中常用的盐析剂有哪些?其选择依据是什么?4. 何谓分步盐析沉淀?5. 有机沉淀法与盐析沉淀法相比有何优缺点?第五章溶剂萃取法1、何谓溶剂萃取?其分配定律的适用条件是什么?2、在溶剂萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取?3、何谓乳化液?乳化液稳定的条件是什么?常用去乳化方法有那些?4、在发酵工业中,去乳化有何实际意义?5、理解概念:HLB分配系数,分离因子,介电常数,带溶剂6生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点?7、p H对弱电解质的萃取效率有何影响?8、发酵液乳化现象是如何产生的?对分离纯化产生何影响?如何有效消除乳化现象?9、什么叫超临界流体?10、为何在临界区附近,稍微改变流体的压力和温度,都会引起流体密度的大副变化?11、要提高超临界流体萃取的效率,可以考虑哪些方面?12、名词解释:胶束/反胶束13、影响反胶束萃取蛋白质的因素有哪些?第六章双水相萃取1、何谓双水相萃取?2、双水相体系可分为那几类?目前常用的体系有那两种?3、为什么说双水相萃取适用于生物活性大分子物质分离?4、影响双水相萃取的因素有那些?当电解质存在,PH是如何影响双水相萃取的?5、用双水相萃取细胞破碎(匀浆)液时,一般是把目标产物分布在上相,而细胞碎片、杂蛋白等杂质分布在下相,为什么?6何谓双水相亲和萃取?第七章膜分离法1、何谓膜分离?主要有那几种膜分离方法?2、膜在结构上可分为那几种?膜材料主要用什么?3、膜组件在形式上有那几种?各自有何优缺点?4、为何说非对称性膜的发明为膜分离走向工业化奠定了基础?5、简述微滤、超滤膜、反渗透膜在膜材料、结构、性能及其应用等方面的异同点6膜分离的表征参数有那些?何谓膜截留分子量?7、何谓浓差极化现象?它是如何影响膜分离的?减少浓差极化现象的措施?8、膜的清洗及保存方法有那几种?9、膜分离设备按膜组件形式可分为几种?相比较的优缺点?10、反渗透与超滤在分离机理上有何区别?11、超滤、反渗透膜分离主要有那些方面应用?12、比较膜分离技术与亲和层析技术的特点13、亲和剂由哪几部分组成?14、简述亲和膜分离的过程?15、液膜由哪几部分组成?各自的功能是什么?17、影响液膜稳定性的因素有哪些?第八章吸附法1、吸附作用机理是什么?2、吸附法有几种?各自有何特点?3、大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优缺点?4、影响吸附过程的因素有那些?5、何谓穿透曲线?6、膨胀床吸附的特点是什么?第九章离子交换法1、何谓离子交换法?一般可分为那几种?2、离子交换树脂的结构、组成?按活性基团不同可分为那几大类?3、离子交换树脂的命名法则是什么?4、离子交换树脂有那些理化性能指标?5、何谓真密度、湿真密度?&大孔径离子交换树脂有那些特点?7、p H值是如何影响离子交换分离的?8、普通型离子交换树脂为何不能用来分离提取蛋白质分子?9、各类离子交换树脂的洗涤、再生条件是什么?10、软水、去离子水的制备工艺路线?11、对生物大分子物质,离子交换剂是如何选择的?12、理解概念:交换容量,工作交换容量,膨胀度,湿真密度,交联度13、为何阴树脂交换容量用动态法测定而阳树脂用静态法测定?第十章色层分离1、何谓色层分离法?可分为那几大类?2、何谓保留值、分配容量K分离度?3、色层图中分离度有那几种表示方法?4、层析剂有那几种?各自有何特点?5、何谓亲和色层分离法?亲和力的本质是什么?亲和色层中常用的亲和关系有那几种?6何谓疏水作用层析?其最大的特点是什么?7、柱层析法与固定床吸附法有何异同点?8、苯硼酸亲和介质用于分离哪些目标物?原理是什么?9、凝胶层析分离机理是什么?10、亲和层析的机理是什么?11、配基偶联后残留电荷对分离有何影响?如何消除?12、小分子配基为何需插入手臂?13、何谓色层分离法?可分为那几大类?14、简述柱层析系统的工艺流程。
生化分离思考题1

生化分离思考题1第一章1、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生物物质的高效生产,而分离纯化是生物产品工程的重要环节,生物分离工程是生物技术的下游工程,是生物技术的重要组成部分。
在生物产品的加工过程中,分离过程成本往往占整个生产过程成本的大部分,决定着整个加工过程的成败。
2、生物分离工程的特点是什么?答:(1)产品稳定性差。
生物物质的生物活性大多是在生物体内的温和条件下维持并发挥作用的,当遇到高温,pH值的改变以及某些化学药物的存在等周围环境的急剧变化时极不稳定,容易发生活性下降甚至变性失活。
(2)生物产物的原料构成成分复杂。
原料液中常存在与目标分子在结构、构成成分等理化性质上及其相似的分子或异构体,形成用常法难于分离的混合物,有时候需采用多种分离技术和多个分离步骤完成一个目标产物的分离任务。
(3)产品质量要求高。
用作医药、食品和化妆品的生物产物与人类生命息息相关,要求分离纯化过程中必须除去对人体有害的物质。
(4)原料液中的目标产物你浓度一般很低,因此,往往需要从庞大体积的原料液中分离纯化目标产物,即需要对原料液进行高度浓缩。
3、生物分离过程的一般流程?答:(1)若目标产物存在于细胞外,将细胞与培养液分离,对上清液粗分离、纯化、脱盐、浓缩、结晶干燥处理后得到成品。
(2)若目标产物存在于细胞内,将细胞与培养液分离开来,利用细胞破碎等方法将目标产物释放到液相中,除去细胞碎片后进行一系列粗分离和纯化操作,脱盐、浓缩、结晶干燥处理后得到成品。
(3)若胞内目标产物是以包含体形式存在的蛋白质,将细胞与培养液分离开来,利用细胞破碎等方法将目标产物释放到液相中,除去细胞碎片后,利用盐酸胍等变性剂溶解包含体,然后进行蛋白质的体外折叠复性,获得具有活性的目标蛋白质,再经过粗分离、纯化、脱盐、浓缩、结晶干燥处理后得到成品。
4、不同生物物质分离提取常用的单元操作?答:菌体:离心过滤、离心沉降、微滤细胞碎片:离心过滤、离心沉降、泡沫分离细胞:离心沉降、泡沫分离、微滤血球:离心沉降蛋白质:超离心、泡沫分离、超滤、透析、双水相萃取、反胶团萃取、反相色谱、离子交换色谱、亲和色谱、疏水性色谱、色谱聚焦、凝胶电泳、等电点聚焦、等速电泳、二维电泳、色谱电泳、溶液结晶、盐析沉淀、等电点沉淀、有机溶剂沉淀核酸:超离心、双水相萃取、反胶团萃取、离子交换色谱、亲和色谱、疏水性色谱、凝胶电泳、色谱电泳、盐析沉淀、有机溶剂沉淀糖类:超离心、反渗透、色谱电泳、超滤(用于多糖)抗生素:超滤、有机溶剂萃取、双水相萃取、液膜萃取、离子交换色谱、溶液结晶水:反渗透、电渗析盐:反渗透、透析、电渗析氨基酸:反渗透、电渗析、有机溶剂萃取、液膜萃取、反胶团萃取、离子交换色谱、等电点聚焦、等速电泳、溶液结晶、等电点沉淀有机酸:电渗析、有机溶剂萃取、液膜萃取、离子交换色谱、溶液结晶香料:超临界流体萃取脂质:超临界流体萃取、反相色谱生物碱:超临界流体萃取甾醇类:反相色谱乙醇:渗透汽化维生素:反相色谱第二章发酵液预处理部分1. 发酵液预处理常用哪些方法?发酵液预处理包括发酵液杂质的去除及改善培养液的性能,发酵液杂质常包括蛋白质,无机盐离子等。
生化思考题答案

第一章绪论1.生物分子之间的作用力有哪些?2.分子识别?1、范德华力、氢键、盐键、疏水作用力、芳环堆积作用、卤键都属于次级键(又称分子间弱相互作用2、分子识别是指分子选择性的相互作用,例如抗原与抗原之间、酶与底物之间、激素与受体之间。
分子识别是通过两分子各自的结合部位来实现的。
识别要求:要求两分子各自的结合部位结构互补;要求两个结合部位有相应的基因,相互作用之间能够产生足够的作用力,是两个分子能够结合在一起。
糖链、蛋白质、核酸、脂质之间相互之间都存在分子识别。
第二章糖类化学1.是不是所有的糖都有变旋现象?为什么?2.是否一切糖都是还原糖?什么样的糖是还原糖?3.举出几例重要单糖衍生物及生理作用? 4.淀粉、糖原组成及结构特点?二者的异同点?5.环糊精的结构特点及应用? 6.淀粉糊化?淀粉凝沉?变性淀粉?变性淀粉在纺织工业上的应用。
1:不是,糖分子当中必须有游离的醛基和酮基或者游离的半缩醛羟基.所有寡糖都有旋光性,但是并非所有寡糖都有变旋性,蔗糖由于分子中不存在半缩醛羟基,因此不具有变旋性,除二羟基丙酮外,单糖都,是旋光性物质2:不是,糖里面含有醛基和酮基的具有还原性。
单糖都是还原糖3:(1)取代单糖----氨基糖决定血型和细菌的细胞壁;(2)糖醇和糖酸:重要的工业产品;糖苷:多种中药的有效成分,糖醇(常见的有甘露醇和山梨醇):可防止龋齿的发生,可抑制血糖的发生,;抗坏血酸(山梨醇制造):可以保护蛋白质中的半胱氨酸。
山梨醇:甜味剂、保湿剂、防冻剂、防腐剂等使用,同时具有多元醇的营养优势,即低热值、低糖、防龋齿等甘露醇:利尿剂,降低颅内压、眼内压及治疗肾药、脱水剂、食糖代用品,无吸湿性,干燥快,化学稳定性好,爽口的甜味,用于麦芽糖、口香糖、年糕等食品的防粘,以及用作一般糕点的防粘粉。
4:淀粉是由许多a-D-葡萄糖分子以糖苷键连接而成,天然淀粉(淀粉粒状存在)有两种类别一种是溶于水的直链淀粉,一种是不溶于水的支链。
现代生化技术思考题

《现代生化技术》课程思考题绪论1、简述生化技术的定义和主要内容。
第一章提取与沉淀分离技术溶涨现象、自溶现象、抽提、盐析、等电沉淀、有机溶剂沉淀1、细胞破碎方法可分为哪些类型?简述细胞破碎的意义。
2、何谓抽提?影响抽提的主要因素有哪些?3、何谓盐析?其工作原理是什么?影响盐析的主要因素有哪些?4、常用的蛋白质沉淀方法有哪些?盐析操作时常用的盐有哪些?5、有机溶剂沉析法的原理是什么?影响有机溶剂沉析的主要因素有哪些?6、简述等电点沉析的原理。
7、常用的核酸物质沉淀分离技术有哪些?第二章过滤与膜分离技术过滤、膜过滤、膜分离技术、超滤、反渗滤1、何谓过滤?过滤的基本形式有哪些?2、何谓膜分离技术?膜分离技术有哪几种形式?3、根据膜孔径大小,膜分离技术可分为哪几类?4、何谓反渗透?在超滤和反渗透过程中渗透压有什么样的影响?5、常用的膜分离组件有哪些?6、何谓反渗透膜分离过程?其特点有哪些?7、简述亲和膜分离技术的工作原理。
8、简述电渗析膜分离的工作原理第三章萃取分离技术萃取、超临界萃取、双水相萃取1、什么是萃取过程?2、液-液萃取从机理上分析可分为哪几类?3、常见物理萃取体系由那些构成要素?4、何谓萃取的分配系数?其影响因素有哪些?5、何谓超临界流体萃取?其特点有哪些?6、什么是超临界流体?它与一般流体相比具有什么特性?其形成的主要影响因素有哪些?7、何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些?8、简述反胶团的构成与及反胶团萃取的基本原理。
9、反胶团形成需具备什么条件?其特性是什么?10、影响反胶团萃取蛋白质的主要因素有哪些?第四章层析分离技术层析技术、吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶层析、亲和层析、分配系数、滞留时间、1、什么是层析分离技术?层析分离技术的分类有哪些?2、常用的层析分离技术可分为哪几种类型?其工作原理各是什么?3、什么是离子交换层析?其工作原理是什么?影响离子交换速度的因素有哪些?4、什么是亲和层析?其工作原理是什么?5、什么是凝胶层析?其工作原理是什么?6、什么是吸附过程?影响吸附的主要因素有哪些?7、吸附的类型有哪些?它们是如何划分的?8、什么是亲和吸附?亲和吸附的原理和特点是什么?9、常用的离子交换树脂类型有哪些?10、用于蛋白质提取分离的离子交换剂有哪些特殊要求,主要有哪几类?11、简述高效反相液相色谱的工作原理?12、试分析HPLC和HIC(疏水层析)技术的异同13、离子交换的机理是什么?如何利用离子交换法分离蛋白质?14、什么是离子交换的选择性?其选择性受哪些因素影响?15、简述凝胶层析的分离原理及其分类16、简述离子交换及疏水作用层析的基本原理17、简述高效液相色谱的分离原理及应用18、蛋白质分离的常用层析方法有哪些?用于蛋白质提取分离的离子交换剂有哪些特殊要求?19、层析分离技术共分几类?常用的蛋白质分离方法有哪些?并简述其原理。
《生化分离工程》思考题及答案

第一章绪论1、何为生化分离技术?其主要研究那些内容?生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。
2、生化分离的一般步骤包括哪些环节及技术?一般说来,生化分离过程主要包括4个方面:①原料液的预处理和固液分离,常用加热、调PH、凝聚和絮凝等方法;②初步纯化(提取),常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作;③高度纯化(精制),常选用色谱分离技术;④成品加工,有浓缩、结晶和干燥等技术。
3、生化分离工程有那些特点,及其重要性?特点:1、目的产物在初始物料(发酵液)中的含量低;2、培养液是多组分的混合物,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;3、生化产物的稳定性低,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;4、对最终产品的质量要求高重要性:生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中.唯有经过分离和纯化等下游加工过程,才能制得符合使用要求的产品。
因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。
在生物产品的开发研究中,分离过程的费用占全部研究费用的50%以上;在产品的成本构成中,分离与纯化部分占总成本的40~80%;精细、药用产品的比例更高达70~90%。
显然开发新的分离和纯化工艺是提高经济效益或减少投资的重要途径。
4、生物技术下游工程与上游工程之间是否有联系?它们之间有联系.①生物工程作为一个整体,上游工程和下游工程要相互配合,为了利于目的产物的分离与纯化,上游的工艺设计应尽量为下游的分离纯化创造条件,例如,对于发酵工程产品,在加工过程中如果采用液体培养基,不用酵母膏、玉米浆等有色物质为原料,会使下游加工工程更方便、经济;②通常生物技术上游工程与下游工程相耦合。
发酵-分离耦合过程的优点是可以解除终产物的反馈抑制效应,同时简化产物提取过程,缩短生产周期,收到一举数得的效果。
生化分离实验思考题

生化分离实验思考题(仅供参考)1. 为什么可以采用乙醇或自来水提取栀子黄色素?栀子黄色素的乙醇提取和水提取工艺的异同点如何?答:①栀子黄色素的主要成分是类胡萝卜素的藏花素和藏花酸,还含有环烯谜萜苷类的栀子苷以及黄酮、绿原酸、葬花素和葬花酸是少有的水溶性类胡萝卜素,其中葬花素、葬花酸及栀子苷均是水溶性的极性分子,实验证明栀子黄色素在水和乙醇中的溶解性很高,所以可以采取乙醇和水浸泡的办法来提取色素。
②水浸取法浸取的栀子黄色素杂质多,浓缩时粘度大、难过滤、纯度低、色泽差。
水-乙醇浸取温度提高有利于浸取率的提高,但受水-乙醇体系共沸点限制,栀子黄色素热不稳定,因此,温度过高反而降低浸取率和纯度,一般50~60℃为宜。
2. 要提高栀子黄色素的色价或纯度,该采取哪些有效的方法?请提出一个合理的改进措施。
答:大孔吸附树脂的吸附率与树脂的表面极性、比表面积、孔径等有关。
可以通过静态吸附与解析实验、动态吸附实验等筛选出吸附容量最大、树脂的再生能力越强、选择性最佳的树脂来精制色素,提高栀子黄色素的色价或纯度。
可采用空隙较小些的树脂,比如凝胶树脂和离子交换树脂,可提高栀子黄色素的纯度,但经济上不合算,故只供研究用;可通过降低提取转速而增加其提取时间;可采用冷冻干燥技术;提取前先浸提和浓缩,在采用大孔吸附树脂吸附课提高提纯效率;如果要得到色价更高的栀子黄色素,我们可以适当提高洗脱杂质的乙醇浓度,但这样是要以损失产率为代价的,只要洗脱杂质用的乙醇浓度不要太大,产率也不会降得很多。
3. 栀子黄色素为什么要避光保存?答:由于分子中存在多个共轭双键,栀子黄色素对光有一定的不稳定性。
但暗处理对色素的影响较小,所以栀子黄色素要避光保存。
4. 栀子黄色素在保藏或使用过程发生褪色或绿变,该如何解决?答:藏花酸、藏花素分子本身含有多个不饱和共轭双键,易受亲电试剂破坏,逐渐变为饱和烃,色素吸收峰向紫外区飘逸,即发生褪色,可以通过添加色素稳定剂(如EDTA二钠),避免与金属离子接触,调整色素所在体系的酸碱度等方向课有效防止褪色。
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生化分离技术思考题答案解析生化分离第一章1. 简述生化分离技术在生物技术中的地位和主要作用。
2.生化分离技术的主要种类及特点。
种类:细胞破碎(cell disruption) 、沉淀分离(precipitation) 膜过滤(membrane filtration) 层析分离(chromatography)、电泳分离(electrophoresis)、离心分离(centrifugation)特点:成分复杂、含量甚微、易变性,破坏、具经验性、均一性的相对性3.何谓生化分离技术的集成化概念?请举例加以说明。
1) 利用已有的和新近开发的生化分离技术,将下游过程中的有关单元进行有效组合(集成) 2) 或把两种以上的分离技术合成为一种更有效的分离技术,达到提高产品收率、降低过程能耗和增加生产效益的目标。
如膜过滤与亲和配基、离子交换基团相结合,形成了亲和膜过滤技术、亲和膜色谱、离交膜色谱;亲和配基和聚合物沉淀作用相结合,形成亲和沉淀技术等等。
(P5)4.说明生化分离的主要步骤并指出胞内产物和胞外产物的分离纯化流程不同之处。
1选材,来源丰富,含量相对较高,杂质尽可能少2.提取:将目的物从材料中以溶解状态释放出来,方法与存在部位及状态有关。
3.分离纯化:核心操作,须据目的物的理化性质,生物学性质及具体条件定。
4.浓缩、结晶、干燥。
5、保存。
整个过程应有快速灵敏准确的分析方法来衡量效果(收率、纯度)。
胞内产物需要破壁的过程:需要将目的物从胞内转移到外界溶液中,需要细胞提取物破碎、匀浆、离心,如果是液体的话,获得提取液,如果是想获得固体目的物,就对沉淀进行洗涤再获得提取物。
生化分离第二章1、简要说明常用细胞破碎的主要方法、原理、特点、适用范围及细胞破碎今后的发展方向。
答:常用的细胞破碎方法有:组织捣碎、珠磨法、高速匀浆法、挤压法、超声破碎法、酶溶法、化学渗透法、干燥法等。
1 组织捣碎,其原理是利用机械运动产生剪切力的作用破细胞,利用高速旋转的叶片所产生的剪切力将组织细胞破碎。
(10000~20000r/min);适用范围:动植物组织。
2 珠磨法,工作原理是:进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂(直径小于1mm)一起快速搅拌或研磨,研磨剂、珠子与细胞之间相互剪切、碰撞,使细胞破碎,释放出内含物;特点:一般可以达到较高的破碎率,但同时为控制温度,冷耗能耗较高,成本亦随之增加;适用范围:微生物(细菌)与植物细胞。
3 高速匀浆法,工作原理:利用高压使细胞悬浮液通过针性阀,由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破裂;特点:破碎程度较高,而其机械剪切力对生物大分子的破坏较少,处理量大;适用范围:较柔软、易分散的组织细胞。
4 挤压法,工作原理:微生物细胞在高压下通过一个狭窄的孔道高速冲出,因突然减压而引起一种空穴效应,使细胞破碎;适用范围:细菌(革兰氏阴性菌)5 超声破碎法,工作原理:声频高于15-20kHz的超声波在高强度声能输入下可以进行细胞破碎,破碎机理不详,可能与空化现象引起的冲击波和剪切力有关,空化现象是在强声波作用下,气泡形成、胀大和破碎的现象;特点:多采用短时多次处理样品,且由于过程产热较多,常在冰浴中进行超声;处理少量样品,操作简便,液量损失少;适用范围:微生物细胞。
6 酶溶法,又分为外加酶和自溶两种,外加酶原理:用生物酶将细胞壁核细胞膜消化溶解;特点:具有选择性释放产物、核酸泄露少、细胞外形完整,但价格较高、通用性差。
自溶法。
原理:控制一定条件,诱发微生物细胞产生过剩的溶胞酶或激发溶胞酶活力,使细胞自溶;特点:对不稳定的微生物,易引起所需蛋白质的变性。
7 化学渗透法,原理:某些有机溶剂、表面活性剂、抗生素等化学药品都可以改变细胞壁或膜的通透性,使内含物有选择的渗透出来;特点:对产物释放有一定的选择性,细胞外形保持完整,浆液黏度低,但反应时间长,效率低,有毒。
8 干燥法,原理:细胞壁膜的结合水丧失,改变细胞渗透性。
又分为热空气干燥(适用酵母)、真空干燥(适用细菌)、冷冻干燥(制备不稳定的酶)。
9 急热骤冷法,原理:将材料投入沸水,维持85~90℃数分钟,冰浴中急速冷却,使胞壁结构破坏;适用范围:细菌及病毒等中对热不太敏感的物质提取。
10 反复冻融法,原理:将材料深冷(-15℃~-20℃),形成水晶,破坏胞膜疏水键,增加亲水性,反复可破细胞;适用:动物材料。
细胞破碎技术研究发展方向:1 多种破碎方法相结合2与上游技术相结合3 与下游技术相结合。
2、抽提的含义是什么?影响抽提有效成分的主要因素有哪些?答:抽提是从一种固体或一种液体混合物中将所要的物质根据其特性用溶剂提取分离出来的方法。
1. 离子强度:影响物质溶解度的主要因素。
适当的低离子强度溶液(0.05~0.2mol/l)除增加溶解度,还对活性有稳定作用。
2.pH 影响目的物的溶解度及稳定性。
一般控制在pI附近的稳定性范围内。
3.添加剂:抑制剂(主要水解酶抑制剂)如提取核酸时,添加核酸酶抑制剂防目的物被分解。
保护剂(稳定性)如对含巯基的酶添加谷胱甘肽等巯基保护剂3、在生物活性物质的提取中,怎样选这合适的提取剂?造成提取液混浊的主要原因是什么?如何解决?答:在生物活性物质的提取中,选择提取剂的要求:目的物溶其中,保活性,减杂质量。
考虑因素如下:1. 离子强度影响物质溶解度的主要因素。
适当的低离子强度溶液(0.05~0.2mol/l)除增加溶解度,还对活性有稳定作用。
2. pH影响目的物的溶解度及稳定性。
一般控制在pI附近的稳定性范围内。
3.添加剂抑制剂(主要水解酶抑制剂),如提取核酸时,添加核酸酶抑制剂防目的物被分解。
保护剂(稳定性),如对含巯基的酶添加谷胱甘肽等巯基保护剂另外提取剂的用量,对于目标:收率(80%以上)且目的物浓度大时:动物、微生物—加1.5~3体积的提取剂;植物—加入0.5~1体积的提取剂。
造成提取液混浊的主要原因是蛋白质和核酸等杂质未除净;使提取液澄清的方法有:㈠.粒子聚结(增大颗粒粒径)⑴. 25%(NH4)SO4处理(适用于动物细胞)⑵.酸化法㈡.降低提取液粘度NA(DNA、RNA),类树胶等易造成粘度大。
(适用于微生物细胞)㈢.其他方法⑴80%硫胺或55%丙酮,使蛋白质沉淀类树胶不沉淀;⑵吸附法;⑶改善破碎方法。
4、试比较在分离制备蛋白质、多糖和核酸的过程中所用方法的通用性,并说明为什么?答:这些大分子物质大多存在于胞内,对于蛋白质、多糖、核酸的提取,首先要进行细胞破碎,主要包括机械法和非机械法,但破碎过程中都尽可能保证目的物不失活。
在提取过程中尽量除去杂质,对于这些生物活性物质,为防止酚类物质及氧化剂的影响,一般在提取过程中都需要加入保护剂及抑制剂。
对于除杂处理,在这三种物质的提取中,相同杂质去除亦有着相似的方法。
比如在提取核酸或多糖时,去除蛋白质的方法,均可使用蛋白质变性剂使蛋白沉淀,亦或采用苯酚、氯仿抽提除蛋白。
对于无机盐及低分子量的有机物质可用透析法、离子交换树脂或凝胶过滤法除去;对于大分子杂质可用酶消化(如蛋白酶、木质素酶),乙醇或丙酮等溶剂沉淀法或金属络合物法。
5、简述盐析分级范围的选择依据。
某纯酶和粗酶的盐析分级范围是否相同?为什么?答:在分离混合蛋白质的过程中,不同蛋白质的盐析峰有重叠,盐析范围要权衡纯度和回收率进行选择。
各种酶和蛋白质的沉淀曲线的Ks相差不大,因此盐析的最适分级范围在8%左右,如一种蛋白在此范围内约有90%的蛋白质能沉淀下来,若盐析范围加宽,虽可提高回收率,但可能会带入杂蛋白,使盐析的分辨率降低。
同一种蛋白酶的纯酶和粗酶的盐析分级范围不同。
对于纯酶,因其含有杂质较少,在纯度较高的前提下,盐析分级范围可以适当加大,以期提高酶的回收率;对于粗酶,含有较多的杂蛋白,在分离的起始阶段应先考虑除去杂质,提高纯度,故盐析范围应适当减小。
6、确定盐析分级宽或窄的原则是什么?如何操作?答:不同蛋白质盐析峰有重叠,须权衡纯度与回收率进行选择。
盐析沉淀的最适分级范围在8%左右,一种蛋白质在这个范围内约有90%蛋白质能沉淀下来,若分级范围加宽,尽管能提高回收率,但可能引入较多杂蛋白,是盐析分辨率降低。
可采用盐浓度对蛋白质沉淀量的盐析曲线测得。
(从回收率和纯度考虑)举例说明取一份小样分段盐析,从回收率和纯度考虑来确定范围如需回收率高,可取40 ~80,94%回收率,纯化倍数1.9需高纯度,可取48 ~65,75%回收率,纯化倍数3.07、简述盐析分离的原理,可采用什么措施提高盐析效率?答:低浓度中性盐离子对蛋白质分子表面极性基团及水活度的影响,增加蛋白质与溶剂相互作用力,使其溶解度增大,这一现象称为盐溶;但当中性盐浓度增一定时,水分子定向排列,活度大大减少,蛋白质表面电荷被中和,水膜被破坏,从而聚集沉淀,此现象称为盐析。
纯一单蛋白质盐析公式:lgS = β-Ks×IS为蛋白质溶解度(g/L);β为I=0时lgS,它取决于溶质的性质;Ks为盐析常数,主要决定于加入盐的性质及Pr性质。
I为盐浓度(mol/L)其中Ks与蛋白质性质和盐的种类有关,与pH、温度无关;β与蛋白质性质、盐的种类、pH、温度均有关系。
所以对于某种蛋白质的盐析提取过程,要提高盐析效率,主要从盐的种类、pH、温度等方面考虑。
其中,对于盐的选择,可使用的中性盐有:(NH4)2SO4 Na2SO4 MgSO4 NaCl NaAc Na3PO4 柠檬酸钠硫氰化钾等以(NH4)2SO4 Na2SO4最广泛,前者最受欢迎。
pH影响β值,进而影响了蛋白质的溶解度,故在其他条件一定时,通过改变pH也可实现蛋白质的分离。
在高离子强度的溶液中,升高温度可使β值下降,,若在保证蛋白质不失活的情况下,可使蛋白质溶解度下降,加快盐析过程。
此外,蛋白液的浓度对沉淀有双重影响,蛋白浓度越高,盐的饱和度极限越低,但杂蛋白的共沉淀现象也随之加重,故一般控制蛋白浓度在2.5-3%。
8、从植物或动物材料中提取酶类,一般预处理过程中影响酶回收率的原因是什么?如何解决?答:植物酶提取过程,影响酶回收率的主要因素是酚类物质的去除程度,此外还有温度、pH、搅拌剪切等因素。
操作要求包括:⑴温度尽可能低;⑵提取液的量要保证“充分浸入”;⑶加入足量酚类吸附剂;⑷加入足量氧化酶抑制剂;⑸搅拌转速要恰当;⑹pH要控制在合适范围,一般5.5~7 。
动物酶提取过程,影响因素包括破碎程度、pH、温度等,具体操作注意如下:匀浆化前的预处理,冷冻有利于破碎提取物缓冲液的选择(中性)蛋白酶抑制剂的添加保护剂的添加(β-巯基乙醇、EDTA、辅酶等)提取液的澄清( 高速离心、沉淀、吸附等)9改变发酵液过滤特性的主要方法有哪些?其简要机理如何?答:主要方法有:细胞的破碎:1珠磨法。