生物分离工程完整版
生物分离工程ppt课件
Table 3 typical products from fermentation
products Antibiotics Amino acids
Ethanol Organic acids
Enzymes r-DNA protein
in
Concentration g/l 25 100 100 100 20 10
（生物技术的目标就是指利用培养微生物、动物细胞、植 物细胞来生产对人有用的产品。）
By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document (4228BC) includes a description of brewing .Bread ; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology.
For example: 6steps 90% 53%
Biological products require high quality 生物产品要求高质量：
*purity（纯度） *sanitation（卫生） *biological activity（生物活性）
The recovery plant usually represents a major investment and, consequently the separations cost a substantial fraction of the total cost of the final product.
(完整版)生物分离工程复习题一(第1-9章)
《生物分离工程》复习题一（第1~3章）一、选择题1、下列物质不属于凝聚剂的有（）.A、明矾B、石灰C、聚丙烯类D、硫酸亚铁2、发酵液的预处理方法不包括（）A. 加热 B絮凝 C。
离心 D. 调pH3、其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（）A。
离心分离 B过滤 C. 沉降 D。
超滤4、那种细胞破碎方法适用工业生产（）A. 高压匀浆 B超声波破碎 C。
渗透压冲击法 D。
酶解法5、为加快过滤效果通常使用( ）A.电解质 B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D。
活性助滤剂6、不能用于固液分离的手段为（）A。
离心 B过滤 C.超滤 D。
双水相萃取7、下列哪项不属于发酵液的预处理： ( ）A。
加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D。
层析8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（）A．过滤 B．萃取 C．离子交换 D．蒸馏9、从四环素发酵液中去除铁离子，可用（ )A．草酸酸化 B．加黄血盐 C．加硫酸锌 D．氨水碱化10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（ )A.降低蛋白质溶液的介电常数 B。
中和电荷，破坏水膜C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D。
调节蛋白质溶液pH到等电点11、使蛋白质盐析可加入试剂（ )A:氯化钠；B：硫酸；C:硝酸汞；D：硫酸铵12、盐析法纯化酶类是根据( ）进行纯化。
A.根据酶分子电荷性质的纯化方法B.调节酶溶解度的方法C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法D.根据酶分子专一性结合的纯化方法13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（）A。
酸性条件 B碱性条件 C.中性条件 D。
和溶液酸碱度无关14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（ )A.乙酸乙酯 B正丁醇 C.苯 D.丙酮15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（）A.介电常数大 B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（）范围内适合。
A。
0。
5%～2％ B1%～3％ C。
2％～4％ D。
生物分离工程：02-细胞分离(2008)
第二章细胞的分离与破碎2.1 细胞分离2.1.1 重力沉降2.1.2 离心分离Centrifugation粒子在离心场中运动时的受力情况离心力F c=mω2r排开流体的向心力F b=-m oω2r摩擦力F f=-fv一些生物分子的沉降系数RNADNA胞内成分酶、激素，可溶性蛋白核糖体病毒线粒体细胞膜离心分离——固定角离心(Fixed-Angle Centrifugation)离心分离——水平离心(Swinging-Arm Centrifugation)2No.1No.2离心分离法差速离心Differential centrifugation密度梯度离心Density gradient centrifugation差速离心Differential centrifugation10,000 ×g for 10 mins离心分离——差速分级离心(Differential Centrifugation)影响因素：离心力（‘×g‘）和离心时间离心管尺寸、形状和摆放角度差速离心存在的问题？•污染（小分子粘附在大分子上）•分离精度有限（相似性质的分子难以分开）•振动和对流的影响密度梯度离心Density Gradient Centrifugation (常用于生化研究, 如蛋白质、核酸分离)最大密度小于待分离对象的密度最大密度大于待分离对象的密度密度梯度离心的一般步骤处理量小！工业离心分离设备管式离心机和碟式离心机碟片式离心机料液重相轻相(3) dr/2.1.3 过滤分离Filtration过滤——死端过滤(Dead-End Filtration)过滤——错流过滤(Cross-Flow Filtration)不同过滤方式的比较。
生物分离工程
Chapter 1 Introduction
§1.1 Downstream processing in biotechnology
• The producing process of a biotechnological product is termed bioprocess, that can be divided into two processes as follows
• Strictly monitor the DSP steps for keeping the activity of the product;
• Rapidly remove those impurities can affecting the stability of the final product;
– Upstream processing：strain development and bioreaction （enzyme catalyze reaction, microbial fermentation, plant/mammalian cell culture, etc）
– Downstream processing：the isolation and purification of biotechnological products
• Centrifugation
– Differential centrifugation
• It is an unit operation commonly used in the biochemical industry. According to the characteristics of the broth, the aim of isolation, and the extent of separation requested, different components can be separated from the broth separately by selecting proper operational parameters in practice.
生物分离工程.docx
第一章生物分离的一般步骤1、不溶物的去除（固液分离）——预处理包括过滤、离心、细胞破碎等，产物浓度和质量得到了提高。
2、产物提取（浓缩）产物初步纯化的过程。
将目标产物与性质差异较大的杂质分开，可大幅提高产物浓度。
往往多单元协同操作，如吸附、萃取、沉淀、超滤等。
以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，除去主要杂质3、产品的纯化产物被高度纯化，除去与目标物性质接近的杂质。
采用的技术具有产物的高选择性和杂质的去除性，即可以除去微量的杂质。
如色谱、电泳、层析等。
4、产品精制将纯化的产品按要求制成商用成品。
按商品要求的用途、纯度、剂型等进行最后加工。
如结晶、喷雾干燥、冷冻干燥等。
生物分离基本原理生物分离的基本原理是指根据混合物（包括原子、离子、分子、分子复合物、分子聚合体、和细胞、细胞碎片和颗粒等）中各种溶质间具有物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和能够扩大这些差别的分离设备，实现各种物质的分离，或使被分离的目的产物得以纯化。
第二章发酵液预处理的目的预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：（1）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。
（2）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。
（3）尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）。
发酵液预处理的方法1.加热法（Heating）2.调节悬浮液的pH值（Regulation of pH）3.助滤剂和反应剂（Filter aids and Reactant)4.杂蛋白的去除（Removal of useless protein）5.高价无机离子的去除（Removal of inorganicion）6.凝聚和絮凝（Coagulation and flocculation）凝聚：凝聚是指在电解质作用下，由于胶粒之间扩散双电层电位下降，电排斥作用降低，破坏胶体体系的分散状态，使之不稳定相互凝集成1mm左右块状凝聚体的现象。
(完整版)生物分离工程部分习题和答案
第一章导论一解释名词生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程1 、生物下游加工过程（生物分离工程）：从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、分离、纯化和成品化的过程。
（ppt 第一章、课本page 1）2、生物加工过程：一般将生物产品的生产过程叫生物加工过程，包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应工程及目标产物的分离纯化过程。
（课本page 1）二简答题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是什么？）答：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 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产物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，而且分离工程的质量往往决定整个生物加工过程的成败，因此，生物分离纯化过程在生物技术中极为重要。
3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？（ppt）答：根据分离目的的不同，评价分离效率主要有3个标准：以浓缩为目的：目标产物浓缩程度（浓缩率m）以纯度为目的：目标产物最终纯度（分离因子a）以收率为目的：产品收得率（%）4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元）答：生物分离工程分四大部分：<1>、发酵液预处理与液固分离。
生物分离工程第二章
➢板框压滤机 plate and frame filter
• 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。
广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵 母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含 量1-10%的悬浮液的分离。
39
第三十九页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
2.2 细胞破碎
第二章 细胞分离与破碎
1
第一页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
总体学习目的和要求
通过本章学习，要求掌握细胞分离 和目标产物释放的原理和方法，熟知各 种方法的优缺点和应用范围。
2
第二页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
固液分离的目的
• 收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物 （细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和它 们的絮凝体等）。
11
第十一页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
离心沉降和重力沉降只是对沉降的作用力不同，因此， 将式(1)中的g用Zg代替，可得离心沉降速度Vs为
或
s
2
2
d
2 P
(
S
9 L
L)N 2r
s
dr dt
Sr
2 .N
12
第十二页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
即：
vs dP 2 (S L ) r 2 18L
过滤
• 过滤速度 • 过滤设备
31
第三十一页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
过滤
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。
过滤介质 : 过滤采用的多孔物质。
织物状介质，棉花、石棉、蚕丝、麻、羊
生物分离工程三版孙彦
第一章 绪论
授课内容
生物下游加工技术简介
生物下游加工过程的特点
分离机理和分离操作
生物物质
分离效率的评价
学习目的和要求
总体要求：对本课程具有比较初步的认识； 掌握：生物下游加工技术的特点；生物分离
下游加工技术的一般流程
生物下游加工过程是指目 标产物的分离纯化过程， 包括
产物提取(isolation) 产物浓缩(concentration) 产物纯化(purification) 成品化(polishing) 注意：
多步分离导致收率降低；
分离技术的选择依据
产物所处的位置；
产物性质（分子大小、疏水性、 电荷形式和溶解度等）；
过程的单元操作原理；
了解：生物分离技术的研究内容和发展情况 ；
生物物质的种类和特性；下游加工过程的一般 流程 ；
应用：运用生物分离技术的评价方法分析实
际问题；
何谓工程（学）？
The application of scientific and mathematical principles to practical ends such as the design, manufacture, and operation of efficient and economical structures, machines, processes, and systems. 将科学及数学原理运用于实际用途的应用手段， 如设计、制造并操纵高效、经济的结构、机器、过 程及系统
(完整版)生物分离工程练习题二(第4-5章)
《生物分离工程》练习题二（第4～5章)一、选择题（22分）1、以下哪项不是在重力场中，颗粒在静止的流体中降落时受到的力( B ）A.重力 B。
压力 C.浮力 D. 阻力2、颗粒与流体的密度差越小,颗粒的沉降速度( A ）A.越小B.越大 C。
不变 D.无法确定3、等密度区带离心的密度梯度中最大密度（ A ）待分离的目标产物的密度.A.大于B.小于C.等于D.以上均可4、差速区带离心的密度梯度中最大密度（ B ）待分离的目标产物的密度。
A.大于B.小于C.等于D.以上均可5、以下各物质可用于密度梯度离心介质的是（ D ）。
A。
蔗糖 B。
聚蔗糖 C。
氯化铯 D。
以上均可6、当两种高聚物水溶液相互混合时，二者之间的相互作用不可能产生（D）A。
互不相溶，形成两个水相 B. 两种高聚物都分配于一相，另一相几乎全部为溶剂水C。
完全互溶，形成均相的高聚物水溶液 D. 形成沉淀7、超临界流体萃取中，如何降低溶质的溶解度达到分离的目的(C）A.降温 B升高压力 C。
升温 D。
加入夹带剂8、物理萃取即溶质根据（B）的原理进行分离的A。
吸附 B.相似相溶 C分子筛 D 亲和9、超临界流体萃取法适用于提取（ B ）A、极性大的成分B、极性小的成分C、离子型化合物D、亲水性成分10、在萃取液用量相同的条件下，下列哪种萃取方式的理论收率最高（C）A。
单级萃取 B。
三级错流萃取 C.三级逆流萃取 D.二级逆流萃取11、关于萃取下列说法正确的是(C)A。
酸性物质在酸性条件下萃取 B碱性物质在碱性条件下萃取C. 两性电解质在等电点时进行提取D. 两性电解质偏离等电点时进行提取12、液一液萃取时常发生乳化作用，如何避免（D)A.剧烈搅拌 B低温 C.静止 D.加热13、在葡聚糖与聚乙二醇形成的双水相体系中，目标蛋白质存在于（A）A.上相 B下相 C.葡聚糖相 D。
以上都有可能14、超临界流体萃取中,如何降低溶质的溶解度达到分离的目的（C）A.降温 B升高压力 C.升温 D.加入夹带剂15、关于反萃取的概念,下列说法正确的是：（A)。
生物分离工程完整版
一、选择题：1、生物分离过程的一般步骤包括___D____。
A、预处理和固液分离B、初步纯化C、高度纯化和成品加工D、A，B和C2、生物悬浮液常用的预处理方法有：____D_____。
A、加热法B、调节悬浮液的pH值的大小C、凝聚和絮凝D、A，B和C3、有机溶液沉淀是利用亲水性的有机溶剂______A____，从而降低溶质的溶解度来实现的。
A、降低水的活度B、降低溶质的浓度C、增加水化层厚度D、提高介质的介电常数5、反胶团萃取是利用两性表面活性剂在____B___有机溶剂中亲___C___性基团自发向内形成反微团的的原理而实现的。
A、极性B、水C、非极性D、脂6、双水相萃取是利用_________B_________的原理。
A、物质在互不相溶的两相间的分配系数的差异B、物质在互不相溶的两水相间的分配系数的差异C、物质在互不相溶的两相间的溶解度的差异D、物质在互不相溶的两水相间的溶解度的差异7、反渗透膜分离的原理是______B________。
A、利用反渗透膜，使溶液中的水能通过而使溶质浓缩的过程B、利用渗透膜，使溶液中的水能通过而使溶质浓缩的过程C、利用渗透膜，使溶液中的溶质能通过而水分子被截留的过程D、利用反渗透膜，使溶液中的溶质能通过而水分子被截留的过程8、电泳分离是利用物质的__B__差异进行分离的方法。
A、在力场中沉降速度B、在电场中泳动速度C、pID、相对分子质量9、细胞的化学破碎的推动力为____B_______。
A、胞内外的蒸汽压差B、胞内外的渗透压差C、机械力D、浓度差二、填空题1、高效液相色谱分离方法中，液-液色谱是以液体作为流动相；以固定在固相载体表面的液体作为固定相。
2、完整的萃取操作过程一共分三个步骤，分别为萃取，洗涤和反萃取。
3、离子交换树脂的组成： ___载体__， _活性基团__和可交换离子。
4、根据分离机理的不同，色谱法可分为吸附色谱，分配色谱，离子交换色谱，凝胶色谱。
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一、选择题：
1、生物分离过程的一般步骤包括___D____。
A、预处理和固液分离
B、初步纯化
C、高度纯化和成品加工
D、A，B和C
2、生物悬浮液常用的预处理方法有：____D_____。
A、加热法
B、调节悬浮液的pH值的大小
C、凝聚和絮凝
D、A，B和C
3、有机溶液沉淀是利用亲水性的有机溶剂______A____，从而降低溶质的溶解度来实现的。
A、降低水的活度
B、降低溶质的浓度
C、增加水化层厚度
D、提高介质的介电常数
5、反胶团萃取是利用两性表面活性剂在____B___有机溶剂中亲___C___性基团自发向内形成反微团的的原理而实现的。
A、极性
B、水
C、非极性
D、脂
6、双水相萃取是利用_________B_________的原理。
A、物质在互不相溶的两相间的分配系数的差异
B、物质在互不相溶的两水相间的分配系数的差异
C、物质在互不相溶的两相间的溶解度的差异
D、物质在互不相溶的两水相间的溶解度的差异
7、反渗透膜分离的原理是______B________。
A、利用反渗透膜，使溶液中的水能通过而使溶质浓缩的过程
B、利用渗透膜，使溶
液中的水能通过而使溶质浓缩的过程C、利用渗透膜，使溶液中的溶质能通过而水分子被截留的过程D、利用反渗透膜，使溶液中的溶质能通过而水分子被截留的过程
8、电泳分离是利用物质的__B__差异进行分离的方法。
A、在力场中沉降速度
B、在电场中泳动速度
C、pI
D、相对分子质量
9、细胞的化学破碎的推动力为____B_______。
A、胞内外的蒸汽压差
B、胞内外的渗透压差
C、机械力
D、浓度差
二、填空题
1、高效液相色谱分离方法中，液-液色谱是以液体作为流动相；以固定在固
相载体表面的液体作为固定相。
2、完整的萃取操作过程一共分三个步骤，分别为萃取，洗涤和反萃取。
3、离子交换树脂的组成： ___载体__， _活性基团__和可交换离子。
4、根据分离机理的不同，色谱法可分为吸附色谱，分配色谱，离子交换色谱，凝胶色谱。
5、双相电泳中，第一相是等电凝胶；第二相是凝胶电泳。
6、物料中所含水分可分为化学结合水，物理结合水，机械结合水三种；
7、电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂；甲叉双丙
烯酰胺的作用是交联剂；TEMED的作用是增速剂。
9、简单地说，离子交换过程实际上只有外部扩散，内部扩散，化学交换反应三个
步骤。
10、电泳过程中，加入溴酚兰的目的是指示蛋白的迁移位置。
11、吸附剂按孔道结构区分多孔型介质和凝胶介质。
12、常用的工业起晶方法：自然起晶法、刺激起晶、晶种起晶法
三、名词解释题
凝聚：添加盐类破坏细胞双电层，导致细胞聚集
絮凝：添加絮凝剂在细胞间形成桥架作用。
超临界流体萃取：当一种流体处于其临界点的温度和压力之下，则称之为超临界流体。
使用超临界流体作为萃取剂的萃取方法。
膜分离：利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。
包含体：外源基因在基因工程菌中高水平表达时，通常会形成不溶
性、无活性的蛋白聚集体。
凝胶过滤色谱（Gle filtration chromatography）:利用凝胶粒子
作为固定相是根据料液中溶质相对分子质量的差别进行分离的液相
色谱法
四、简答题
1、请结合图示简述凝胶排阻色谱（分子筛）的分离原理。
答：凝胶排阻色谱的分离介质（填料）具有均匀的网格结构，其分离原理是具有不同分子量的溶质分子，在流经柱床是，由于大分子难以进入凝胶内部，而从凝胶颗粒之间流出，保留时间短；而小分子溶质可以进入凝胶内部，由于凝胶多孔结构的阻滞作用，流
经体积变大，保留时间延长。
这样，分子量不同的溶质分子得以分离。
2、绘制结晶过程中饱和曲线和过饱和曲线图，并简述其意义。
结晶过程中的饱和温度曲线和不饱和温度曲线的简图如下图所示：
S-S曲线为饱和温度曲线，在其下方为稳定
区，在该区域溶液为不饱和溶液，不会自发结
晶；
T-T曲线为过饱和温度曲线，在其上方为不
稳定区，能够自发形成结晶；
S-S曲线和T-T曲线之间为亚稳区，在该区
域，溶液为过饱和溶液，但若无晶种存在，也
不能自发形成晶体。
3、何谓亲和吸附，有何特点？
答：亲和吸附是吸附单元操作的一种，它是利用亲和吸附剂与目标物之间的特殊的化学作用实现的高效分离手段。
亲和吸附剂的组成包括：惰性载体、手臂链、特异性亲和配基。
亲和吸附的特点是高效、简便、适用范围广、分离速度快、条件温和，但载体制备难度大，通用性差，成本较高。
4、蛋白质盐析的两种方法和适用的范围，以及影响盐析的因素
Ks盐析法：一定的pH和温度下通过改变盐离子浓度进行盐析，此时β影响较小，此法由于蛋白质对离子强度的变化非常敏感，易产生共沉淀现象，沉淀的分辨率低，故常用于提取液的前处理。
β盐析法：一定的盐离子浓度下改变pH和温度进行盐析，β影响较大，用于后期，分辨率高。
影响盐析的因素
无机盐的种类和浓度：影响Ks值。
温度与pH值：影响β值。
5、萃取操作中的乳化现象概念、产生原因以及乳化对分离的影响
乳化即水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象。
产生乳化的主要原因是发酵液中存在的蛋白质相固体颗粒等物质，这些物质具有表面活
性剂的作用，使有机溶剂(油)和水的表面张力降低，油或水易于以微小液滴的形式分散于水相或油相中。
产生乳化后使有机相和水相分层困难，出现两种夹带：①发酵废液(萃余液)中夹带有机溶剂(萃取液)微滴，使目标产物受到损失；②有机溶剂(萃取相)中夹带发酵液(萃余液)，给后处理操作带来闲难。
五、讨论题
1. 请说明在进行SDS PAGE电泳之前，样品的处理方法，并解释其原因；并结合SDS PAGE电泳的分离原理说明未知蛋白质分子量的测定方法。
答：SDS是一种阴离子去污剂，作为变性剂和助溶性试剂，能断裂分子内和分子间的氢键，使分子去折叠，破坏蛋白质分子的二级、三级结构；而强还
原剂，如二硫苏糖醇、β-巯基乙醇能使半胱氨酸残基之间的二硫键断裂。
因此，在样品和凝胶中加入SDS和还原剂后，蛋白质分子被解聚为组成
它们的多肽链，解聚后的氨基酸侧链与SDS结合后，形成带负电的蛋白
质-SDS胶束，所带电荷远远超过了蛋白质原有的电荷量，消除了不同分
子间的电荷差异；同时，蛋白质-SDS聚合体的形状也基本相同，这就消
除了在电泳过程中分子形状对迁移率的影响。
基于SDS-PAGE的原理，我们可以利用SDS-PAGE电泳进行未知蛋白质的
分子量测定；以不同分子量的标准蛋白进行SDS-PAGE电泳得到不同标
准蛋白的电泳迁移率，制作标准校正曲线，然后对未知蛋白在相同
条件下进行SDS-PAGE电泳，测定迁移率，从标准曲线得到相应的分子量；。