生化分离工程作业

生化分离工程作业 Final revision on November 26, 2020

作业

1.

生物技术：应用生命科学研究成果，以人们意志设计，对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。现代生物技术综合学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。

2.

生化工程：生物化学反应的工程应用，主要包括代谢工程、发酵工程和生物化学传感器等，生物化学工程和生物医学工程是最初的生物工程学概念，基因重组、发酵工程、细胞工程、生化工程等在21世纪整合而形成了系统生物工程。3.

生化反应工程：生物化学工程的重要组成部分，是化学反应工程与生物技术结合的产物。它以生物反应器为中心，主要研究发酵动力学、酶动力学，生物反应器中的传递过程，生物反应器的放大规律以及生物反应器的检测和控制等。4.

生化分离工程：生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程。

5.

热源：与工质发生热量交换的物质系统。可分为高温热源和低温热源，或者为热源和冷源。热源是指工质从中吸取热能的物质系统，冷源是指接受工质排出热能的物质系统。

6.

微生物工程：即是指发酵工程，指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。

7.

生化分离工程的一般工艺流程和所包括的单元操作及其适用范围？

8.那些单元操作适用于生物小分子物质的提取

层析、离子交换、亲和、疏水、吸附、电泳

9.那些单元操作适用于生物大分子物质的提取

沉淀、吸附、萃取、超滤

10.生物分离工程的发展趋势。

膜分离技术的推广使用、亲和技术的推广使用、优质层析介质的研究、上游技术对生化分离过程的影响、发酵于提取相结和：生物反应器方面

11.说出世界上十家生物工程方面的大公司的名称。

Amgen安进、Roche/Genentech罗氏、基因泰克、Johnson强生、NovoNordisk 诺瓦诺德、EliLilly礼来、Sanofi-Aventis赛诺菲、Abbott雅培、MerckKGaA 德国默克、Schering-Plough先灵宝雅、Wyeth惠氏

作业

1.絮凝：利用絮凝剂（通常是天然或合成的大分量聚电解质以及生物絮凝剂）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小的絮凝剂的过程，其中絮凝剂主要起架桥作用。

2.凝聚：在投加的化学物质（例如水解的凝聚剂，像铝、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.凝聚值：电解质的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(毫摩尔/升),称为凝聚值。

4.混凝：混凝现象是指微粒凝结现象。凝聚和絮凝总称为混凝。凝聚是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小悬浮物或胶体微粒互相吸附结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。絮凝是指由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互黏结的过程；脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。

2.凝聚原理

（1）对初始粒子表面电荷进行简单中和

（2）消除双电荷（利用中性盐，例如NaCl等）而脱稳

（3）通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合

3.絮凝机制

利用电荷中和及大分子桥联作用形成10mm大小的粒子。

4.常用的凝聚剂有哪些常用的絮凝剂有哪些

凝聚剂：（1）无机盐类

（2）金属无机盐类

（3）聚合无机盐类，例如：明矾、AlCl3.H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3

絮凝剂：

（1）聚丙烯酰胺衍生物：非离子型、阳离子型、阴离子型

（2）苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂：聚合铝盐、聚合铁盐（3）天然有机高分子絮凝剂：明胶、海藻酸钠、骨胶、甲壳素等。

作业

1.高速湿法珠磨

2.高压匀浆

3.超声波破碎

4.组织捣碎

5.酶解

6.自溶

7.化学溶胞

8.渗透压冲击

9.冻结融化

10.干燥

11.撞击破碎

每人请任选一种破碎方法，通过若干个典型实例来详细分析说明工艺流程、工艺成败关键点、操作方法及其原理、破碎的实际效果。列出中英文参考文献。作业

1.盐析法：指在药物溶液中加入大量的无机盐，使某些高分子物质的溶解度降低沉淀析出，而与其他成分分离的方法。盐析法主要用于蛋白质的分离纯化。

2.有机溶剂沉淀法：有机溶剂的加入会使溶质的构型及溶剂的介电常数等同时发生变化，从而使蛋白质沉淀。溶剂介电常数的降低，会使蛋白质分子间的静

电引力（库仑力）增大，而导致凝集和沉淀。溶质空间构型的改变致使一些原本包含在内部的疏水集团暴露于表面，并与有机溶剂的疏水集团结合形成疏水层，从而使蛋白质沉淀。

3.选择性变性沉淀法：利用蛋白质的变性作用，除去混合液中杂蛋白的方法。

4.等电点沉淀法：基于不同蛋白质离子具有不同等电点这一特性，用依次改变溶液pH值得方法，将杂蛋白沉淀除去，最终获得目标产物。

5.盐溶：在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。

6.盐析：向某些蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后，可以降低蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出。

7.β盐析：β盐析:在一定的离子强度下，改变溶液的pH值及温度，达到沉淀目的，称为“β”分级盐析法。

8.Ks盐析：在一定的pH值及温度条件下，改变盐的浓度（即离子强度）达到沉淀的目的，称为“Ks”分级盐析法。

9.二次盐析：在原盐浓度下,可除去难溶杂质,但不能除去易溶杂质，所以需要进行更高盐浓度的第二次盐析适用于目的蛋白的溶解性，高于“易溶杂质”的场合。

2.盐析的机理

（1）

把中性盐加入蛋白质溶液，中性盐对水分子的亲和力大于蛋白质，盐离子与

蛋白质分子争夺水分子，降低了用于溶解蛋白质的有效水量，减弱了蛋白质

的水合程度，破坏了蛋白表面的水化膜，导致蛋白质溶解度下降；于是蛋白

质分子周围的水化膜层减弱乃至消失。

（2）同时，中性盐加入蛋白质溶液后，由于离子强度发生改变，蛋白质表面电荷大量被中和，更加导致蛋白溶解度降低，使蛋白质分子之间聚集而沉淀（3）盐离子引起原本在蛋白质分子周围有序排列的水分子的极化，使水活度降低。由于蛋白质的组成及性质不同，所以盐析时所需中性盐的浓度也不相同。

3.有机溶剂沉淀的机理

①亲水性有机溶剂加入溶液后降低了介质的介电常数，使溶质分子之间的静电引力增加，聚集形成沉淀；

②水溶性有机溶剂本身的水合作用降低了自由水的浓度，压缩了亲水溶质分子表面原有水化层的厚度，降低了它的亲水性，导致脱水凝集

4.二次盐析如何实现？

由于不同的蛋白质其溶解度与等电点不同，沉淀时所需的pH值与离子强度也不相同，改变盐的浓度与溶液的pH值，可将混合液中的蛋白质分批盐析分开，这种分离蛋白质的方法称为分段盐析法。如半饱和硫酸铵可沉淀血浆球蛋白，饱和硫酸铵则可沉淀包括血浆清蛋白在内的全部蛋白质

作业

1.初级成核：

在高过饱和度下，溶液自发地生成晶核的过程，称为初级均相成核；溶液在外来物（如大气中的微尘）的诱导下生成晶核的过程，称为初级非均相成核。