《生化分离工程》思考题与答案

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。

5、为何生物技术领域中往往出现“丰产不丰收”的现象？

第二章预处理、过滤和细胞破碎

1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？

目的：改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速率；出去大部分可溶性杂质，并尽可能使产物转入便于以后处理的相中( 多数是液相) ，以便于固液分离及后提取工序的顺利进行。

方法：①加热法。升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用于粘度随温度变化较大的流体。控制适当温度和受热时间，能使蛋白质凝聚形成较大颗粒，进一步改善发酵液的过滤特性。使用加热法时必须注意加热温度必须控制在

不影响目的产物活性的范围内，对于发酵液，温度过高或时间过长可能造成细胞

溶解，胞内物质外溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化；②调节悬浮液的 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可以改善其过滤特性；③凝聚和絮凝；④使用惰性助滤剂。

2、何谓絮凝？何谓凝聚？何谓混凝？各自作用机理是什么？

3、常用的凝聚剂有哪些？常用的絮凝剂有哪些？

(1)凝聚作用 : 凝聚作用是指在某些投加的化学物质的作用下，胶体粒子脱稳并

使粒子聚集成 1mm大小块状凝聚体的过程。这些物质称为凝聚剂。

凝聚剂的作用机理 : 凝聚剂的加入可使胶粒之间双电层电位下降或者使胶体表面

水化层破坏或变薄，导致胶体颗粒间的排斥作用降低，吸引作用加强，破坏胶体系统的分散状态，导致颗粒凝聚。

工业上常用的凝聚剂大多为阳离子型 , 无机盐类 :AlCl3 ·6H2O、FeCl3·6H2O 、

Al2(SO4)3 · 18H2O、K2SO4· Al2(SO4)3 ·24H2O、 FeSO4·7H2O、ZnSO4， MgCO3等；金属氧化物类：氢氧化铝、氢氧化铁等；聚合无机盐类：聚合铝、聚合铁

凝聚值：电解质凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质

浓度（mmol/L）称为凝聚值。阳离子的价数越高，该值就越小，即凝聚能力越强。

(2)絮凝作用 : 絮凝作用是利用带有许多活性官能团的高分子线状化合物（絮

凝剂）将胶体粒子交联成网，形成 10mm大小凝絮团的过程。

絮凝作用的机理：实现絮凝作用的关键在于长链状结构的多个活性官能团，包括带电荷的阴离子（如—COOH）或阳离子（如— NH2）基团以及不带电荷的非离子

型基团。它们通过静电引力、范德华力或氢键作用，强烈地吸附在胶粒表面。即

架桥作用。

工业上使用的絮凝剂分类：①有机高分子絮凝剂 : 聚丙烯酰胺 , 聚丙烯酸类衍生物

阴离子型絮凝剂 ; ②无机高分子聚合物 , 如聚合铝盐、聚合铁盐等;③生物絮凝

剂 , 主要有蛋白质、粘多糖、纤维素和核酸等.

(3)混凝 : 在实际应用中，絮凝剂与无机电解质凝聚剂经常搭配在一起使用，加入无

机电解质使悬浮粒子间的排斥能力降低而凝聚成微粒，然后加入絮凝剂，

两者相辅相成，二者结合的方法称为混凝。混凝可有效提高凝聚和絮凝效果。

4、何为惰性助滤剂？其使用方法有哪些？

惰性助滤剂是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质，用于扩大过滤

表面的适用范围，使非常稀薄和非常细小的悬浮液在过滤时发生的快速挤压和介质

堵塞现象得到减轻，易于过滤。

原理 : 助滤剂能吸附胶体，且形成的滤饼具有网格型结构，不可压缩，滤孔不会

被堵塞，从而提高过滤效率。

常用的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等。最常

用的是硅藻土

助滤剂的使用方法 : ①将助滤剂在支持介质（滤布）的表面上预涂薄层 1～ 2mm; ②将助滤剂分散在待过滤的悬浮液中 .

补充 : 生化产品固液分离方法：过滤、沉降和离心分离。过滤是以某种多孔性物

质作为介质，在外力的作用下，悬浮液中的流体通过介质孔道，而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离的过程; 沉降是依靠外力的作用，利用分散物质（固相）与分散介质（液相）的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分离的过

程 ; 离心分离是利用装臵所提供的惯性离心力的作用来实现固液分离的过程。

5、深层过滤和饼层过滤的异同点？

依据过滤介质所起主要作用不同可分为：饼层过滤或深层过滤。

深层过滤 : 过滤介质 ( 如硅藻土、砂、颗粒活性炭等 ) 起主要过滤作用 , 当悬浮液通过过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清, 这种方法适合于固体含量少于0.001g/mL ，颗粒直径在 (5 ～100) μm的悬浮液的过滤分离，如河水、麦芽汁、酒类和饮料的过滤澄清;饼层过滤:沉积于过滤介质上的饼层