生物分离工程期末复习资料

生物分离工程期末复习资料1第一章1．生物分离工程的一般过程P4答：①发酵液的预处理主要采用凝聚和絮凝等技术来加速固相，液相分离，提高过滤速度。过滤、离心是其最基本的单元操作。②产物的提取采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。③产物的精制常采用色谱分离技术，有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。④成品的加工处理浓缩、结晶、干燥第二章一、概念：1.发酵液的预处理：指采用凝聚和絮凝等技术来加速固相、液相分离，提高过滤速度。2.凝集（凝聚）：指在投加的化学物质（如水解的凝聚剂，铝、铁的盐类或石灰等）作用下，发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。3.絮凝：指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。4.离心分离：指在离心场的作用下，将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。主要用于颗粒较细的悬浮液和乳浊液的分离。（分为差示离心、均匀介质离心、密度梯度离心、等密度梯度离心和平衡等密度离心。）5.等电点沉淀法：利用蛋白质等两性化合物在等电点时溶解度最低，易产生沉淀的性质，用酸化剂或碱化剂调节发酵液的pH，使其达到菌体蛋白的等电点而产生沉淀。二、填空：1、按过滤时料液流动方向的不同，分为常规过滤和错流过滤。2、可溶性杂蛋白的去除法包括：等电点沉淀法、热处理法、化学变性沉淀法和吸附法三、问答1、发酵液的一般特征？①组成大部分为水；②发酵产物的浓度较低；③发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物；④含有培养基中的残留成分，如无机盐类、非蛋白质大分子及其降解产物；⑤含有其他少量代谢副产物；⑥含有色素、毒性物质。热原质等有机杂质。2、常用的絮凝剂有什么？无极絮凝剂：Al2(SO4)3·18H2O(明矾)、氯化钙、氯化镁碱式氯化铝、高分子无机聚合物等。有机絮凝剂：壳多糖及其衍生物、明胶、丙烯酰胺类、聚苯乙烯类、聚丙烯酰类聚乙烯亚胺类。3、影响絮凝效果的因素？答：①絮凝剂的种类；②絮凝剂浓度；③pH;最关键因素，影响絮凝剂活性基团的解离度。④搅拌转速和时间。4、发酵液预处理的方法？答：①凝聚和絮凝方法②加热法③调节PH法生物分离工程期末复习资料2④加水稀释法⑤加入助滤剂法⑥加吸附剂法或加盐法⑦高价态无机离子去除法Ca2+——草酸、草酸钠→形成草酸钙沉淀Mg2+——三聚磷酸钠(Na5P3P10)→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物Fe3+——黄血盐(K4Fe(CN)6)→普鲁士蓝淀⑧可溶性杂蛋白的去除法3、VB12发酵液絮凝预处理的研究答：由正交试验确定影响絮凝的主要因素，结果表明，最佳絮凝条件：絮凝剂为聚合氯化铝、加入体积分数7%，pH6、搅拌速度14r/min、搅拌时间45s。通过加压过滤实验，得到絮凝后滤饼的过滤特性；在此基础上，加入硅藻土助滤剂以探讨对滤饼结构和过滤速率的影响，并考察滤饼的比阻值及可压缩性。实验表明，絮凝预处理后的滤饼为高可压缩滤饼，加入硅藻土后滤饼的比阻值降低，可压缩性系数减少到0.387过滤速率提高30%。第三章细胞分离技术一、填空1.根据被分离物质颗粒的大小，可分为一般过滤和膜过滤。2.离心分离因子Fr来定量评价离心设备的分离能力3.离心分离法根据其操作方式不同，又可分为重力沉降和密度梯度离心。4-1细胞壁结构微生物革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌酵母菌霉菌壁厚/nm20-8010-13100-300100-250层次单层多层多层多层主要组成肽聚糖(40-90%)多糖胞壁酸蛋白质脂多糖(1-4%)肽聚糖(5-10%)脂蛋白脂多糖(11-22%)磷脂蛋白质葡聚糖（30-40%）甘露聚糖（30%）蛋白质(6-8%）脂类(8.5-13.5%)多聚糖（80-90%）脂类蛋白质gFr2生物分离工程期末复习资料34-2革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁结构比较指标金黄色葡萄球菌（G+）大肠杆菌（G-）肽聚糖含量多，一般占细胞壁干重的60%~90%少，只占细胞壁干重的10%左右肽聚糖层数多，可达50层少，只有1~2层磷壁酸有无外膜无有厚度厚，20~80nm薄，2~3nm强度坚韧疏松5.细胞破碎效果通常用细胞破碎率来衡量。直接测定法：其中：X---细胞破碎率，%N---经t时间操作后未破碎细胞的数量，个/cm3N0---细胞初始量，个/cm36.细胞破碎方法：机械破碎法、物理破碎法、化学渗透法、酶溶法。7.机械破碎法又分为珠磨法、高亚匀浆法、超声波破碎法。8.不宜采用高压匀浆法的微生物：团状或丝状真菌、较小的革兰氏阳性菌、质地坚硬的亚细胞。9.传统的化学渗透剂包括：酸碱、盐、表面活性剂、变性剂，螯合剂、有机溶剂等。10.冻结的目的：为了破坏细胞膜的疏水键（膜的通透性改变）。11.蛋白质复性方法：稀释与透析复性法、色谱复性技术、反胶束萃取复性法。12.提高复性率的策略：二硫键的形成、小分子添加剂、模拟体内蛋白折叠过程（共表达分子伴侣、折叠酶可提高外源蛋白的可溶性表达）、温和溶解工艺相结合提高复性率。二．名词解释1、离心沉降：是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的一项分离、浓缩或提取操作。2、超声波破碎法：超生波破碎细胞时的频率一般为15～20kHz，功率为100～250W，可分为槽式和探头直接插入介质式两种型式。其原理可能与空穴现象引起的冲击波和剪切作用有关。3、蛋白质复性：又称再折叠，是指变性蛋白质在变性剂去除或浓度降低后，就会自发地从变性的热不稳定状态向热力学稳定状态转变，形成具有生物学功能的天然结构。第四章沉淀技术一、填空1.蛋白质胶体具稳定性因素：蛋白质周围的水化层、蛋白质分子间的静电斥力。2.双电层可分为：紧密层和分散层。3.盐析公式：其中：S---蛋白中溶解度，mol/Lβ---盐浓度为0时，蛋白质溶解度的对数值，与蛋白质种类、温度、pH有关，与盐无关I---离子强度%100(%)00NNNXKsIgSl生物分离工程期末复习资料4ci---离子浓度Zi---离子化合价Ks---盐析常数，与蛋白质和无机盐有关,与温度、pH无关4．有机溶剂沉淀法的原理：破坏了蛋白质表面的水化层。5．有机溶剂沉淀法溶剂用量：计算公式：V=V0(S2-S1)/(100-S2)其中：V——需要加入100%浓度有机溶剂的体积，mL；V0——原始溶液的体积，mL;S2——所要求达到的有机溶剂的浓度，g/100mL；S1——原溶液中有机溶剂的浓度，g/100mL；100——指加入的有机溶剂的浓度为100%，如所加入的有机溶剂浓度为95%，则（100-S2）改为（95—S2）6.果胶提取中，乙醇沉淀法的最佳条件为：pH3.5~4.0，沉淀时间30min，沉淀温度为25℃，以硫酸铝钾为盐析剂，其盐析最佳条件为：PH5.8，沉淀时间30min，沉淀温度为25℃；以三氯化铁为盐析剂，其盐析条件为：pH4.0，沉淀时间60min，沉淀温度为60℃。二．名词解释1.结晶：同类分子或离子以有规则排列形式析出。2.沉淀：同类分子或离子以无规则紊乱排列形式析出。3.分散双电层：偏离等电点的蛋白质净电荷或正或负，成为带电粒子，在电解质溶液中吸引相反电荷的离子（简称反离子），由于热运动的影响，这些离子有离开蛋白胶粒的趋势，反离子层并非全部排布在一个面上，而是在距胶粒表面由高到低有一定的浓度分布，形成分散双电层，简称双电层。4.盐析：在高浓度中性盐存在的情况下，蛋白质等生物大分子在水溶液中的溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析。（常用盐析剂：硫酸铵）5.等电点：是两性物质在其质点的净电荷为零时介质的pH值，溶质净电荷为零，分子间排斥电位降低，吸引力增大，能相互聚集起来，沉淀析出，此时溶质的溶解度最低。三．简答or论述1.蛋白质沉淀方法：答：①盐析法②有机溶剂沉淀法③等电点沉淀法④非离子多聚物沉淀法⑤变性沉淀⑥生成盐类复合物的沉淀⑦亲和沉淀2.影响盐析的因素：答：①蛋白质种类相对分子质量大、结构不对称的蛋白质Ks值大，越易沉淀②离子类型相同离子强度下，不同种类的盐对蛋白质的盐析效果不同。③温度和pH在保持待沉淀物稳定的前提下，尽可能的接近其等电点。盐析一般在室温下进行。但对于温敏型生化物质，盐析最好在低温④盐的加入方式⑤蛋白质的原始浓度一般较适当的样品浓度是2.5%-3.0%3.以硫酸铵为例介绍盐析操作过程盐析曲线的制作步骤：答：①取一部分料液，将其分成等体积的份数，冷却至0℃；生物分离工程期末复习资料5②跟据公式或者附表查料液饱和度达20%-100%所需加入硫酸铵的质量，并在搅拌条件下分别加到终了，继续搅拌1h以上，同时保持0℃，使沉淀得到平衡；③在3000g下离心40min后，将沉淀溶于2倍体积的缓冲液中，测定其中蛋白质的总浓度和目标蛋白的浓度；④分别测定上清液中蛋白质的总浓度和目标蛋白的浓度，比较前后蛋白质时候保持物料守恒，检测分析结果的可靠性；⑤以饱和度为横坐标，上清液中蛋白的总浓度和目标蛋白的浓度为纵坐标作图。4.有机溶剂沉淀法影响沉淀效果的因素：答：①温度在使用有机溶剂沉淀生物高分子时，整个操作过程应在低温下进行。②pHpH多控制在待沉蛋白质的等电点附近。③蛋白质浓度蛋白质的初浓度以0.5～2％为好，粘多糖则以1～2％较合适。④离子强度一般在有机溶剂沉淀时中性盐浓度以0.01～0.05mol/L为好，常用的中性盐为醋酸钠、醋酸铵、氯化钠等。⑤多价阳离子的影响实际操作时往往先加有机溶剂除去杂蛋白，再加Ca2+、Zn2+沉淀目的产物。第五章一、概念1、萃取：利用溶质在互不相容的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。2、分配定律：在恒温恒压条件下，溶质在互不相容的两相中达到分配平衡时，如果在两相中的相对分子质量相等，则其在两相中的平衡浓度之比为一常数，称为分配常数A。3、萃取速率计算公式：V=c料液相中溶质的浓度c*与萃取相中溶质呈平衡的料液相中溶质的浓度k传质系数a相间接触比表面积4、单级萃取萃取过程中的萃余分率：萃取分率（收率）为5、双节线：是两种高分子聚合物和水形成的双水体系的相图图中以聚合物Q的浓度（%，质量分数）为纵坐标，以聚合物P的浓度（%，质量分数）为纵坐标。图中把均匀区与两相分开的曲线称为双节线。影响因素：相图中双节线的位置、形状与聚合物的相对分子质量有关，一般聚合物的相对分子质量越高，相分离所需要的浓度越低；两种聚合物的相对分子质量相差越大，双节线的形状越不对称。生物分离工程期末复习资料66、反胶团：若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶团。7、超临界流体：处于超临界状态时，气液界面消失，体系性质均一，既不是气体也不是液体，呈流体状态。二、填空1、液液萃取类型分为单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取。2、选择有机溶剂的原则是相似相容。3、乳化现象发生后，可能产生两种形式的乳浊液，一种是（有机相）以油滴分散在水中的水包油型（0/W）；另一种是水以水滴分散在油中的油包水型（W/O）。4、双水相体系的形成主要取决于两个因素：体系熵的增加和分子间作用力。5、在生化工程中得到广泛应用的双水相体系主要是聚乙二醇-葡萄糖体系和聚乙二醇-无机盐系统。6、溶质能在双水相系统中，进行分配主要是受体系表面自由能和表面电荷的影响。7.液膜分离系统的膜相通常由膜溶剂、表面活性剂、流动载体、膜增强剂构成。8、反胶团萃取蛋白质的主要推动力是蛋白质与表面活性剂极性头间的静电相互作用。9、乳化液膜分离的工艺流程依次为液膜制备、液膜萃取、分离浓缩、破乳。10、液固萃取过程分为润湿、溶解、扩散和置换四个过程。11、超临界流体的溶剂萃取能力取决于萃取的温度和压力。12、常用的超临界流体为CO2。13、由超临界流体的特点可知，在临界点附近（即工作区里），P上升或T下降则溶剂的ρ大幅度增加，对溶质溶解度大幅度增加，有利于溶质的萃取；而P下降或T上升，则溶质的ρ大幅度减小，对溶质溶解度大幅度减小，有利于溶质的分离和溶剂的回收。三、问答：1、分配常数A在使用时应满足哪些条件？①必须是稀溶液②