生物分离原理及技术复习过程

生物分离原理及技术

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？

①生物产品的多样性

②产品的多样性导致分离方法的多样性

3.生物分离技术分为哪几个阶段？以及各阶段使用的相关技术？

A. 不溶物的去除——过滤，离心，细胞破碎

B. 产物粗分离——离子交换吸附，萃取，溶剂萃取，反微团萃取，超临界流体萃取，双水相萃取

C. 纯化——色谱，电泳，沉淀，结晶

D. 产品的精制——结晶，干燥

4、分离过程的成本占产品总投资的大部分，因此在设计产品的回收和纯化过程设计中，应考虑下列问题

①. 产品价值②. 产品质量③. 产物在生产过程中出现的位置④. 杂质在生产过程中出现的位置⑤主要杂质独特的物化性质是什么⑥. 不同分离方法的技术经济比较

生物分离工程是生物工程的下游技术

生物分离工程的定义：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程 (Downstream Processing)。

单元操作：完成一道工序所需的一种方法和手段。

第二章过滤

1、何谓过滤？

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。

2发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？

答：由于发酵液和生物溶液是高粘度的非牛顿型流体，所以过滤是相当困难的，高黏性的可压缩滤饼有事呈难渗透的胶体，使过滤难以进行，菌丝体尤其如此。

预处理的的方法：加热法、凝聚和絮凝、加助滤剂

3.凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？

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

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。其中絮凝剂主要起架桥作用。

通过混凝结合使用

4.固液分离的方法有哪些？过滤和离心分离

5.过滤介质有哪几种？

答：无定形颗粒，成型颗粒，非金属织布，金属织布，无纺品

Schulze－Hardy法则：反离子的价数越高，凝聚价越小，即凝聚能力越强。

阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受化合价、水化半径、离子运动能力的影响，次序为：Al3+ >Fe3+ >H+ >Ca2+ >Mg2+ >K+ >Na+ >Li+

第三章离心和沉降

1、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

2.、离心沉降的速度方程？

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.

3.、离心设备可分为哪两大类?

答：①过滤式离心机：三足式离心机；卧式刮刀离心机；螺旋卸料离心机（不是重点）②沉降式离心机：根据结构分管式离心机和碟式离心机（重点）

第四章细胞破碎

1.常用的细胞破碎方法有哪些？

答;①化学破碎法：渗透冲击，酶消化法，增溶法，脂溶法，碱处理法

②机械破碎法：匀浆法，研磨法，超声波法，珠磨破碎法

③其它破碎方法

2在选择细胞破碎方法时需要考虑哪些因素？

答：①细胞壁的组成成分②破碎方法的选择

３.酶消化法和碱处理法的优缺点？

答：酶消化法：优点：发生酶解的条件温和，能选择性地释放产物，胞内核酸等泄出量少，细胞外形较完整。缺点：溶酶价格高，溶酶法通用性差（不同菌种需选择不同的酶)，产物抑制的存在

碱处理法和酶消化法相反，反应激烈，不具选择性，而且较便宜。

４．.细胞破碎常用的表面活性剂？

十二烷基硫酸钠（SDS，阴离子型）；非离子型如Triton X-100和吐温（Tween）等

细胞破碎（cell rupture）技术：是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内物质包括目的产物成分释放出来的技术。

第五章：萃取

萃取:溶质从料液转移到萃取剂的过程。

反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操作就称为反萃取。

乳化：水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象。

HLB（亲憎平衡值）：表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱，在工业上常用HLB来表示。

超临界流体萃取：利用超临界流体的特殊性质，使其在超临界状态下，与待分离的物料(液体或固体)接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，使萃取物得到分离

所谓超临界流体(SCF):即处于临界温度、临界压力以上的流体。在临界温度、压力以上，无论压力多高，流体都不能液化但流体的密度随压力增高而增加。（特点：密度接近液体、萃取能力强、粘度接近气体、传质性能好)

1.物理萃取和化学萃取的区别?

答：物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡定律。

2、液－液萃取从机理上分析可分为哪两类？

答：物理萃取和化学萃取。

3、何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？

答分配定律：一定T、P下，溶质在两个互不相溶的溶剂中分配，平衡时，溶质在两相中

分配系数k为：

4.

答：双水相萃取法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。常见的双水相构成体系可以分为三类：①互不相溶，形成两个水相，两种高聚物分别富集于上、下两相；②复合凝聚，也形成两个水相，但两种高聚物都分配子一相，另一相几乎全部为溶剂水；②完全互溶，形成均相的高聚物水溶液。

5、萃取操作方法？

根据料液和溶剂接触及流动情况，可以将萃取操作分为单级萃取和多级萃取。

6.何谓双水相萃取？

利用生物物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行分离的过程

7.影响双水相萃取因素？

成相高聚物浓度，成相高聚物的Ｍ，电化学分配，疏水作用，生物亲和分配，温度及其它因素

８．萃取的影响因素及应用？

影响因素：ＰＨ，盐浓度，盐离子的种类，蛋白质分子量M，底物的种类及浓度，助表面活性剂

应用：蛋白质分离，胞内酶的提出，蛋白质复性

常用于生化萃取的有机溶剂有：丁醇、丁酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等