生物分离技术期末复习

生物分离技术期末复习

一、名词解释

1、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。

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

3、双水相萃取：是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。

4、结晶：是指溶质自动从过饱和溶液中析出形成新相的过程。

5、初级成核：是过饱和溶液中的自发成核现象。

6、二次成核：在过饱和度较小的介稳区内不能发生初级成核，但如果向介稳态过饱和溶液中加入晶种，就会有新的晶核产生，这种现象称为二次成核。

7、截断分子量（MWCO）:相当于一定截留率(通常为90％或95％)的分子量。

二、问答题

1、生物分离的一般流程和单元操作。

析：

2、不同微生物的特点及其破碎方式。

析：⑴细菌：肽聚糖、多糖、磷壁酸，主要阻力来自于肽聚糖的网状结构。

酵母菌：葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质，主要阻力来自于壁结构交换的紧密程度和厚度。真菌：多糖、蛋白质、脂类、葡聚糖、几丁质，主要阻力来自于壁强度和聚合物网状结构。

⑵选择的一般原则

A、提取产物在细胞质内，用机械法破碎

B、提取产物在细胞膜附近，用化学法

C、提取产物与细胞膜和细胞壁结合，可采用化学法和机械法结合的方法

3、生物分离（蛋白质）经过哪些预处理？

析：1）加热：加热可产生：降低黏度、促凝聚、减少固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率、去杂蛋白；

2）调pH值：pH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH可改善其过滤特性；、

3）凝聚和絮凝：主要作用为增大混合液中悬浮粒子的体积，提高固液分离速度，同时可除去一些杂质；

4）惰性助滤剂：一种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质，用于扩大过滤表面的适应范围，减轻细小颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞；

5）加入反应剂：加入某些不影响目的产物的反应剂，可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速率。

4、膜分离方法种类的比较，并且区分分离分子的大小和范围及其应用。

析：按分离粒子大小分类：透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透气化。

（MWCO：分子截留量）

微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点：

①以膜两侧压力差为推动力；②按体积大小而分离；

③膜的制造方法、结构和操作方式都类似。

微滤、超滤、纳滤、反渗透区别：

1）膜孔径：微滤0.1~10um > 超滤0.01~0.1um > 纳滤0.001~0.01um > 反渗透小于0.001um；

2）分离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、纳滤、反渗透为分子级水平的分离；

3）机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗透机理是渗透现象的逆过程：4）压差：微滤、超滤和纳滤压力差不需很大0.1~0.6 MPa

5、如何改变发酵液的过滤性能，提高过滤速度？

析：同3一样

1）改变发酵液的粘度：加水稀释法和加热法

6、发酵（液）预处理的要求。

析：1）菌体分离：通常采用离心和过滤两种方法。应设法提高过滤速度和分离效率，以保证发酵产品质量和卫生标准；

2）固体悬浮物的去除：过滤；

3）蛋白质的去除：滤液要保证在一定的pH范围内不发生混浊；

4）重金属离子的去除；

5）色素、热原质、毒性物质等有机杂质的去除；

6）改变发酵液的性质，以利于提取和精制后续工作的操作顺利进行；

7）调节适宜的pH和温度：避免因pH过高或过低而引起产物的破碎损失。

7、影响盐析的因素。

析：1）溶质（蛋白质等）种类的影响；

2）溶质（蛋白质等）浓度的影响：低浓度，离心分离；高浓度，过滤；

3）pH对盐析的影响：pH=pI时，蛋白质溶解度最小；

4）盐析温度的影响：在低盐浓度下，温度升高，溶解度下降；高盐浓度下，温度升高，溶解度下降；

5）离子强度较高时，升高温度有利于蛋白质失水——溶解度下降。

8、蛋白质在盐析过程中会产生什么现象？原理是什么？

析：“盐溶”现象—低盐浓度下，蛋白质溶解度增大；

“盐析”现象—高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降。

9、选择细胞破碎的依据。

析：破碎方法的选择原则：1）提取产物在细胞质内，用机械法；2）提取产物在细胞膜附近，用化学法；3）提取产物在细胞膜和细胞壁结合，可采用化学法和机械法结合。

选择破碎方法的依据：1）细胞的数量和细胞壁的强度；2）目标产物对破碎条件的敏感性；3）要达到破碎的程度及破碎所需要的速度等；4）具有大规模应用潜力的生化产品应选择适合于放大的破碎技术；5）把破碎条件和后面的提取步骤结合起来。

10、双水相萃取的特点（优缺点）

析：优点：1）整个体系含水量高(70％--90％)，萃取是在接近生理环境的体系中进行，不会引起生物活性物质失活或变性；

2）可以直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需的蛋白质（或者酶），还能不经过破碎直接提取细胞内酶，省略了破碎或过滤等步骤；

3）传质速率快，分相时间短。双水相体系中，含水量高，界面张力小，故传质和平衡速率较快；

4）不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发物质，对人体无害；

5）单级分离提纯效率高。通过选择适当的双水相体系，一般可获得较大的分配系数，也可调节被分离组分在两相中的分配系数，使目标产物有较高收率。

6）处理量大，能耗低，易于工艺放大和连续操作，与后续提纯工序可直接相连接，无需进行特殊处理；

7）操作条件温和，所需设备简单，整个操作过程在常温常压下进行；大量杂质可与固体物质一同除去，简化分离操作过程；

8）分配过程因素较多，可以采取多种手段来提高分配选择性或过程收率。

缺点：易乳化,相分离时间较长,分离效率不高等,一定程度制约了双水相技术的工业化推广与应用。

11、影响双水相萃取的因素。

析：1）成相聚合物浓度：成相物质的总浓度越高，系线越长，蛋白质越容易分配于其中的某一相。

2）成相聚合物的分子量：降低聚合物的分子量，则蛋白质分配于富含该聚合物的相中。

3）电化学分配：双水相萃取时，盐对带电大分子的分配影响很大。生物大分子的分配主要决定于离子的种类和各种离子之间的比例。