生物分離工程每章節(jié)期末重點名詞及習(xí)題

1、學(xué)習(xí)好資料歡迎下載一、緒論1、生物分離工程的特點是什么？生物分離工程：是指從發(fā)酵液、酶反應(yīng)液或動植物細胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產(chǎn)品的過程。又稱為下游加工過程。特點：eqoac(,1)產(chǎn)品品種很多.eqoac(,2)物質(zhì)分離的難度比一般化工產(chǎn)品大.eqoac(,3)常無固定操作方法可循;eqoac(,4)生物材料組成非常復(fù)雜,分離操作步驟多，成本高卻不易獲得高收率。2、生物分離工程可分為幾大部分，分別包括哪些單元操作？答：分為不溶物的去除（過濾、離心，使產(chǎn)物濃度和質(zhì)量得到了提高）、產(chǎn)物粗分離（離子交換、吸附、萃取，目的去除體系中大部分雜質(zhì)，提高目標產(chǎn)物濃度）、純化（色譜、電泳、沉淀等單元操作，這

2、些技術(shù)具有產(chǎn)物的高選擇性和雜質(zhì)的去除性）、精制（結(jié)晶技術(shù)和色譜分離，目的是提高產(chǎn)物濃度，形成最終產(chǎn)品形態(tài)）。二、過濾.凝聚：在某些電解質(zhì)作用下，使擴散雙電層的排斥電位降低，破壞膠體系統(tǒng)的分散狀態(tài)，使膠體粒子聚集的過程。凝聚和絮凝的區(qū)別在電介質(zhì)作用下，破壞溶質(zhì)膠體顆粒表面的雙電層，破壞膠體系統(tǒng)的分散狀態(tài)，使膠體粒子聚集的過程。凝聚：簡單電解質(zhì)降低膠體間的排斥力。從而范德華引力起主導(dǎo)作用，聚合成較大的膠粒，粒子的密度越大，越易分離。絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在下，在懸浮粒子之間發(fā)生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程助濾劑：為防止濾渣堆積過于密實，使過濾順利進，而使用的細碎程度不同的不溶性惰性

3、材料。重力沉降式固液分離設(shè)備：矩形水平流動池、圓形水平流動池、垂直流動式沉降池、斜板式沉降池發(fā)酵液為何需要預(yù)處理？處理方法有哪些？由于發(fā)酵液和生物溶液是高粘度的非牛頓型流體，所以過濾是相當(dāng)困難的，高黏性的可壓縮濾餅有事呈難滲透的膠體，使過濾難以進行，菌絲體尤其如此。預(yù)處理的的方法：加熱法（較穩(wěn)定的產(chǎn)物）、凝聚和絮凝（明礬、氧化鋁、氧化鎂、多糖）、助濾劑上的吸附（硅藻土、珍珠巖、活性炭）、調(diào)節(jié)PH值。三、離心和沉降離心：離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異，在離心場中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過程。2.沉降：當(dāng)靜置懸浮液時，密度較大的固體顆粒在重力作用下逐漸下沉的過程。3.常用的

4、離心沉降設(shè)備：離心沉降設(shè)備從操作方式上看，有間歇(分批)操作和連續(xù)操作之分；從型式上看有管式、套筒式、碟片式等；從出渣方式上看，有人工間歇出渣和自動出渣等方式。旋液分離器也屬于離心沉降設(shè)備。離心過程的放大：實驗室小型離心操作試驗與工業(yè)規(guī)模的離心過程存在很大差異，對此有兩種估算方法eqoac(,1)應(yīng)用等效時間te的近似方法eqoac(,2)利用離心機的幾何特性參數(shù)進行定量分析四、細胞破碎常用的細胞破碎方法：化學(xué)破碎法：滲透沖擊，酶消化法，增溶法，脂溶法，堿處理法機械破碎法：勻漿法，研磨法，超聲波法，珠磨破碎法其它：凍結(jié)-融化法，干燥法，自溶法。五、萃取萃取過程（原理）：是利用兩個不相混溶的液相

5、中各種組分(包括目的產(chǎn)物）溶解度不同、從而達到分離的目的。反萃取：溶質(zhì)從萃取劑轉(zhuǎn)移到反萃劑的過程。在完成萃取操作后，為進一步純化目標產(chǎn)物或便于下一步分離操作的實施，將目標產(chǎn)物從有機相轉(zhuǎn)入水相的操作。反膠團：將表面活性劑溶解于非極性的有機溶液中，并使其濃度超過臨界膠團濃度，便會在有機溶劑內(nèi)形成聚集體，這種聚集體稱為反膠團。液液萃取從機理上分析可分為哪兩類？答：從萃取機理來講，液液萃取可分為：利用溶劑對需分離組分有較高的溶解能力，分離過程純屬物理過程的物理萃?。蝗軇┦紫扔羞x擇性地與溶質(zhì)化合成絡(luò)合，從而在兩相中重新分配而達到分離目的的化學(xué)萃取。根據(jù)料液和溶劑接觸及流動情況，將萃取操作過程分為單級萃取

6、和多級萃取。多級萃取可分為錯流接觸和逆流接觸萃取過程。多級錯流萃?。毫弦汉透骷壿陀嘁憾寂c新鮮的萃取劑相接觸。萃取率較高，但萃取劑用量大。多級逆流萃?。毫弦号c萃取劑分別從級聯(lián)或板式塔的兩端加入，在級間作逆向流動，最后成為萃余液和萃取液，各自從另一端離開。萃取率較高。是工業(yè)上常用的方法。何謂萃取的分配系數(shù)？答：在研究萃取過程時，常用分配系數(shù)表示平衡的兩個共存相中溶質(zhì)濃度的關(guān)系。對互不混溶的兩液相系統(tǒng)，分配系數(shù)k為kyx式中y平衡時溶質(zhì)在輕相中濃度，x學(xué)習(xí)好資料歡迎下載平衡時溶質(zhì)在重相中濃度。提高分配系數(shù)的方法：提高標況下重相與輕相的化學(xué)勢之差1.改變?nèi)軇?、溶質(zhì)的特性。超臨界流體萃取原理、概念、特點

7、。超臨界萃取就是利用超臨界流體的特殊性質(zhì)，使之在高壓條件下與待分離的固體或液體混合物相接觸，萃取出目的產(chǎn)物，然后通過降壓或升溫的辦法，降低超臨界流體的密度，從而萃取物得到分離。超臨界萃取作為一種分離工藝的開發(fā)和應(yīng)用的根據(jù)是，一種溶劑對固體和液體的苯取能力和選擇性在其超臨界狀態(tài)下較其常溫條件下可獲得極大的提高。特點：超臨界流體的黏度低，擴散系數(shù)高，因此傳質(zhì)效率高于液液兩相萃??；超臨界流體表面張力低，在固態(tài)物料中的滲透速度非?？?；超臨界萃取同時具有精餾和液相萃取的特點，即在萃取過程中由于被分離物質(zhì)問的揮發(fā)度的差異和它們分子間親和力的不同，這兩種因素同時發(fā)生作用而產(chǎn)生相際分離效果；超臨界萃取具有獨一

8、無二的優(yōu)點是它的萃取能力的大小取決于流體的密度，而流體密度很容易通過調(diào)節(jié)溫度和壓力來加以控制；超臨界萃取的溶劑回收，方法簡單并且大大節(jié)省能源。被萃取物可通過等溫降壓或等壓降溫的辦法與萃取劑分離；而萃取劑只需再經(jīng)壓縮便可循環(huán)使用；高沸點物質(zhì)往往能大量地、有選擇性地溶解于超臨界流體中而形成超臨界流體相。雙水相萃?。弘p水相萃取法是利用物質(zhì)在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異來進行萃取的方法。優(yōu)點：1.操作條件溫和，在常溫常壓下進行；不會引起生物活性物質(zhì)的失活或變性；2.兩相的界面張力小，萃取時兩相能高度分散，傳質(zhì)速度快；3.排除了使用有毒、易燃的有機溶劑，能夠提供溫和的水環(huán)境，避免被萃取成分的脫水變性

9、；4.溶質(zhì)對目標組分選擇性強，大量雜質(zhì)能與所有固形物一同除去，使分離操作；5過程簡化，易于連續(xù)操作，處理量大，適合工業(yè)應(yīng)用。常見的雙水相構(gòu)成體系：互不相溶，形成兩個水相，兩種高聚物分別富集于上、下兩相；復(fù)合凝聚，也形成兩個水相，但兩種高聚物都分配于一相，另一相幾乎全部為溶劑水；完全互溶，形成均相的高聚物水溶液。反膠團萃取原理：反膠團萃取利用表面活性劑在有機相中形成的反膠團，從而在有機相內(nèi)形成分散的親水微環(huán)境，使生物分子在有機相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團的親水微環(huán)境中，消除了生物分子，特別是蛋白質(zhì)類生物活性物質(zhì)難于溶解在有機相中或在有機相中發(fā)生不可逆變性的現(xiàn)象。過程：在反膠團中，表面活性劑的非極性

10、尾在外與非極性的有機溶劑接觸，而極性頭則排在內(nèi)形成一個極性核。此極性核具有溶解極性物質(zhì)的能力，極性核溶解于水后，就形成了“水池”，當(dāng)含有此種反膠團的有機溶劑與蛋白質(zhì)的水溶液接觸后，蛋白質(zhì)就會溶于水池，由于周圍水層和極性頭的保護，蛋白質(zhì)不會與有機溶劑接觸，因而不會造成失活。優(yōu)點：1.極性“水核”有較強的溶解能力；2.生物大分子由于有較強的極性，可溶解于極性水核中，防止與外界有機溶劑的接觸減少變性作用；3.由于“水核”的尺度效應(yīng)，可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)，增加結(jié)構(gòu)的剛性，提高反應(yīng)性能。六、吸附和離子交換吸附是利用吸附劑對液體或氣體中某一組分具有選擇吸附的能力，使其富集在吸附劑表面，而從混合物中的分

11、離的的過程。吸附過程：待分離料液與吸附劑混合吸附質(zhì)被吸附到吸附劑表面料液流出吸附質(zhì)解吸回收后，將吸附質(zhì)再生。吸附等溫線：當(dāng)固體吸附劑與溶液中的溶質(zhì)達到平衡時，其吸附量與濃度和溫度有關(guān)，當(dāng)溫度一定時，吸附量與濃度之間的函數(shù)關(guān)系稱為吸附等溫線。作用鍵：載體與配體之間以共價鍵或離子鍵相連。樹脂的轉(zhuǎn)型：樹脂去雜后，為了發(fā)揮其交換性能按使用要求賦予平衡離子的過程。離子交換：離子交換法是利用溶液中各種帶電粒子與離子交換劑之間結(jié)合力的差異進行物質(zhì)分離的操作方法。離子交換的選擇性：某種樹脂對不同離子吸附親和性的差別，離子和樹脂活性基的親和力越大，越易被該樹脂吸附。離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)：樹脂骨架、聯(lián)接骨架上的功能

12、基、活性離子何謂親和吸附，有何特點？答：親和吸附是吸附單元操作的一種，它是利用親和吸附劑與目標物之間的特殊的化學(xué)作用實現(xiàn)的高效分離手段。親和吸附劑的組成包括：惰性載體、手臂鏈、特異性親和配基。親和吸附的特點是高效、簡便、適用范圍廣、分離速度快、條件溫和，但載體制備難度大，通用性差，成本較高。影響雙水相萃取的因素：成相高聚物濃度-界面張力成相高聚物的分子量電化學(xué)分配疏水作用生物親和分配溫度及其他因素。親和吸附原理和過程：親和吸附依靠于溶質(zhì)和吸附學(xué)習(xí)好資料歡迎下載劑間特殊的化學(xué)作用，這不同于依靠范德華力的傳統(tǒng)吸附及離子交換靜電吸附。親和吸附具有更高的選擇性，吸附劑由載體與配位體兩部分組成。載體與配

13、位體之間以共價鍵或離子鍵相連，但載體不與溶質(zhì)反應(yīng)。相反，被束縛的配位體有選擇地與溶質(zhì)反應(yīng)，當(dāng)溶質(zhì)為大分子時，這種作用表示為“鑰匙和鎖”的機制，大致可分為三步：配基固定化：選舞合適的配基與不溶性的支撐載體偶聯(lián)，或共價結(jié)合成具有特異親和性的分離介質(zhì)。吸附樣品：親和吸附介質(zhì)選擇性吸附酶或其他生物活性物質(zhì)，雜質(zhì)與層折介質(zhì)問沒有親和作用，故不能被吸附而被洗滌去除。樣品解析：選擇適宜的條件，使被吸附的親和介質(zhì)上的酪或其他生物活性物質(zhì)解吸。七、色譜分離法色譜分離技術(shù)：是一種分離復(fù)雜混合物中各個組分的有效方法。它是利用不同物質(zhì)在由固定相和流動相構(gòu)成的體系中具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對運動時，這些物質(zhì)隨流動

14、相一起運動，并在兩相間進行反復(fù)多次的分配，從而使各物質(zhì)達到分離。流動相：指色譜過程中攜帶組分向前移動的物質(zhì)。固定相：指色譜過程中不移動的具有吸附活性的固體或是涂漬在載體表面上的液體。吸附色譜：利用溶質(zhì)與吸附劑之間的分子吸附力(范德華力，包括色散力、誘導(dǎo)力、定向力以及氫鍵)的差異而實現(xiàn)分離。要素：吸附劑和展開劑。分配色譜：利用固定相與流動相之間對待分離組分子溶解度的差異來實現(xiàn)分離，即是溶質(zhì)在固定相與流動相之間的分配系數(shù)不同而分離的方法。反相色譜：是指固定相的極性低于流動相的極性，在這種層析過程中，極性大的分子比極性小的分子移動的速度快而先從柱中流出。離子交換色譜法：是利用離子交換原理和液相色譜技

15、術(shù)的結(jié)合來測定溶液中陽離子和陰離子的一種分離分析方法。凝膠色譜：將樣品混合物通過一定孔徑的凝膠固定相，由于流經(jīng)體積的差異，使不同分子量的組分得以分離的色譜方法。反相液相色譜：在分配色譜中，組分在色譜柱上的保留程度，取決于它們在固定相和流動相之間的分配系數(shù)，組分在固定相上的保留時間越長，固定相與流動相之間的極性差值越大。而流動相為極性，固定相為非極性的液相色譜就是反相液相色譜。離子交換色譜：以離子交換樹脂作為固定相，選擇合適的溶劑作為流動相，使溶質(zhì)按照其離子交換親合力的不同而得到分離的方法。分子篩凝膠色譜：在樣品通過一定孔徑的凝膠固定相時，由于流經(jīng)體積的不同，使不同相對分子量的組分得以分離。免疫

16、親和色譜法：免疫親和色譜是指利用抗體或者與抗體相關(guān)的材料作為固定相的色譜?？贵w對抗原性物質(zhì)的選擇結(jié)合，使該技術(shù)越來越多地應(yīng)用于生物物質(zhì)以及非生物物質(zhì)的分離、純化和分析。疏水作用色譜法：采用具有適度疏水性的填料，以含鹽水溶液作流動相，借助于溶質(zhì)與固定相間的疏水相互作用實現(xiàn)分離的色譜方法。色譜方法共分幾類？答：根據(jù)分離的機理，色譜法可以分為：1.吸附色譜法靠吸附力不同而分離；2.分配色譜法靠物質(zhì)在兩液相間的分配系數(shù)不同而分離；3.離子交換色譜法靠各物質(zhì)對離子交換樹脂的化學(xué)親和力不同而分離；4.凝膠色譜法靠各物質(zhì)的分子大小或形狀不同而分離。根據(jù)固定相的形狀不同，可以分為：柱色譜法、紙色譜法、薄層(板

17、)色譜法、凝膠色譜法和旋轉(zhuǎn)薄層色譜法等。根據(jù)流動相的物態(tài)可以分為：氣相色譜法和液相色譜法。氣相色譜法分離效果很好，但僅用于能氣化的物質(zhì)，在抗生親生產(chǎn)中很少應(yīng)用。根據(jù)實驗技術(shù)，色譜分離法可以分為迎頭法、頂替法和洗脫分析法。以羧酸吸附蛋白質(zhì)為例，簡要說明離子交換樹脂的洗脫方法及其原理？答：1、加堿：主要是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)到達等電點，是蛋白質(zhì)帶電量減少，吸附力下降從而被洗脫下來。2、加酸：主要是抑制羧酸的電離，使活性基團帶電量下降，吸附力下降從而蛋白質(zhì)被洗脫下來。3、加鹽：依照質(zhì)量作用定律，把蛋白質(zhì)洗脫下來。八、沉析沉析：利用沉析劑使需要提取的生化物質(zhì)或雜質(zhì)在溶液中的溶解度降低而形成固體沉淀的過程。親和層

18、析：是利用生物活性物質(zhì)之間的專一親和吸附作用而進行的層析方法。是近年來發(fā)展的純化酶和其他高分子的一種特殊的層析技術(shù)。疏水層析：是利用表面偶聯(lián)弱疏水性基團（疏水性配基）的疏水性吸附劑為固定相，根據(jù)蛋白質(zhì)與疏水性吸附劑之間的弱疏水性相互作用的差別進行分離純化的層析技術(shù)。鹽析：是利用不同物質(zhì)在高濃度的鹽溶液中溶解度的差異，向溶液中加入一定量的中性鹽，使原溶解學(xué)習(xí)好資料歡迎下載的物質(zhì)沉淀析出的分離技術(shù)。鹽析的原理及影響因素？1、親水性大于蛋白質(zhì)破壞水化層2、帶電離子中和蛋白質(zhì)表面電荷。影響因素：（1）鹽離子濃度（2）生物分子種類（3）生物分子濃度（4）pH值有機溶劑沉淀的原理：親水性有機溶劑加入溶液后

19、降低了介質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)分子之間的靜電引力增加，聚集形成沉淀;水溶性有機溶劑本身的水合作用降低了自由水的濃度，降低了親水溶質(zhì)面水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。等電點沉析法的原理。答:蛋白質(zhì)再等電點下的溶解度最低，根據(jù)這一性質(zhì)，再溶液中加入一定比例的有機溶劑，破壞蛋白質(zhì)表面的水化層和雙電層，降低分子間斥力，加強了蛋白質(zhì)分子間的疏水相互作用，使得蛋白質(zhì)分子得以聚集成團沉淀下來。九、膜分離膜分離：利用膜的選擇性，以膜的兩側(cè)存在一定量的能量差作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移速率不同而實現(xiàn)的分離。膜分離的種類答：生物分離中常用的膜有微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、電滲析膜和反滲透膜

20、(RO)等。超濾是利用超濾膜的微孔篩分機理，在壓力驅(qū)動下，將直徑為0.002-0.1m之間的顆粒和雜質(zhì)截留，去除膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機物。納濾是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù)，其截留分子量在80-1000的范圍內(nèi)，孔徑為幾納米，因此稱納濾。微濾也是利用微濾膜的篩分機理，在壓力驅(qū)動下，截留直徑在0.11m之間的顆粒，如懸浮物、細菌、部分病毒及大尺寸膠體。反滲透一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。1發(fā)酵液常用的固液分離方法有（離心）和（過濾）等。2常用的蛋白質(zhì)沉析方法有（等電點沉淀），（鹽析）和（有機溶劑沉淀）。5蛋白質(zhì)分離常用的色譜法有（疏水作用色譜法）和（免疫親和色譜法）。蛋白質(zhì)離子交換分離的步驟：平衡、吸附、洗脫、再生。11常用的化學(xué)細胞破碎方法有（滲透沖擊），（酶消化法），（增溶法），（脂溶法）和（堿處理法）。13影響離