生化分离工程习题示范

南京工业大学

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、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？

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。

4、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？

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，而且这些化合物在分离时仍在不断的代谢变化中。

2)在生物材料中，有些化合物含量很低或极微，制备时，原材料用量很大，得到产品很少。近年来，利用某些分子特有的专一亲和力，将某

一化合物从极复杂的体系中分离出来，与其他化学分离技术相比具有很大的优越性。

3)许多生物活性物质，一旦离开了生物体内环境，很易变性和被破坏，应十分注意保护这些化合物的生物活性，常选择十分温和的条件，尽可能在较低温度和洁净环境中进行。

4)生化分离制备过程几乎都在溶液中进行，各种温度、pH、离子强度等参数，对溶液中各种组成的综合影响，常常无法固定，有些实验或工艺的设计理论性不强，常带有很大的经验成分。因此，要建立重复性好的成熟工艺，对生物材料、各种试剂及其辅助材料等都要严格地加以规定。

第二章过滤

1、何谓过滤

答：过滤（filltration）是借助粒状材料或多孔介质截除水中悬浮固体的过程。过滤是将料液通过固体支持或者过滤介质时，使得固体物质从溶液中分离，对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步骤。过滤操作广泛用于各种化工生产中，尤其是用于分离液体中的固体颗粒，也有用于分离气体的粉尘，如袋滤器。

2、凝聚和絮凝的区别

答：凝聚——从作用机理来看，是指胶体和分散系双电层压缩、ζ电位破坏、电性中和而脱稳并聚集为絮粒的过程。

絮凝——从工艺上看，是指絮粒通过吸附、交联、网捕，聚结为大絮体沉降的过程。采用凝聚方法得到的凝聚体，颗粒常常是比较细小的，有时还不能有效地分离。

3、常用的絮凝剂有哪些？

絮凝剂有不少品种，其共通特点是能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块。

（1）无机絮凝剂：简单的酸或碱、三氯化铁

（2）有机高分子絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物

硅藻土、珍珠岩

4、过滤设备分类

答：过滤设备从传统的板框式过滤机到旋转式真空过滤设备，种类很多。最普遍的是板框式过滤机，有可填充的、金属隔片的和凹显空间滤饼的。其它类型还有平的金属板，可用滤纸或滤布过滤介质在开放式框架上分离形成滤饼。这种过滤机适合于相对的干性滤饼，能被清除，不适合有毒气和生物危害物的滤饼。

第三章离心和沉降

1、何谓沉降

答：由于分散相和分散介质的密度不同，分散相粒子在力场(重力场或离心力场)作用下发生的定向运动。沉降的结果使分散体系发生相分离。可利用悬浮在流体(气体或液体)中的固体颗粒下沉而与流体分离。利用悬浮的固体颗粒本身的重力而获得分离的称做重力沉降(gravitational settling)。利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降(centrifugal settling)。应用于化学、燃料、冶金等工业，如气体的净化、沉淀或晶体的集积等。

2、沉降与离心的异同

答：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

的固体颗粒加速沉降的分离过程。当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降

3、沉降与离心的速度方程

答：离心沉降方程为：

式中，——转鼓回转角速度，r/s

r ——转鼓中心轴线与微粒间距离, m.

4、离心设备可分为哪两大类?

答：利用离心沉降力将悬浮液中固液相分离，其设备可分两大类：一类是离心沉陈设备，另一类是离心过滤设备。

5、常用的离心沉降设备有哪些？

答：离心沉降设备从操作方式上看，有间歇(分批)操作和连续操作之分；从型式上看有管式、套筒式、碟片式等型式；从出渣方式上看、有人工间歇出渣和自动出渣等方式。此外，旋液分离器也属于离心沉降设备。

6、常用的离心过滤设备有哪些？

常用的离心过滤设备主要有三种，(1)三足式离心机；(2)卧式刮刀离心机；(3)螺旋卸料离心机

第四章细胞破碎

1、简述细胞破碎的意义

答：细胞破碎(即破坏细胞壁和细胞膜)使胞内产物获得最大程度的释放。通常细胞壁较坚韧，细胞膜强度较差，易受渗透压冲击而破碎，因此破碎的阻力来自于细胞壁。各种微生物的细胞壁的结构和组成不完全相同，主要取决于遗传和环境等因紊，因此，细胞破碎的难易程度不同。另外，不同的生化物质，其稳定性亦存在很大差异，在破碎过程中应防止其变性或被细胞内存在的酶水解，因此选择适宜的破碎方法十分重要。

2、细胞破碎方法的大致分类