下游技术复习题

1名词解释1.下游技术：生物界自然产生的，微生物菌体发酵的，动植物细胞组织培养的，酶反应获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术2.双水相萃取：当两种聚合物、一种聚合物与一种亲液盐或是两种盐（一种是离散盐且另一种是亲液盐）在适当的浓度或是在一个特定的温度下相混合在一起时就形成了双水相系统。通过溶质在两水相相间的分配系数的差异而进行萃取的方法。3.超临界流体萃取：是利用超临界流体作为萃取剂，对物质进行溶解和分离的过程。具有气体和液体之间的性质，且对许多物质均具有很强的溶解能力，分离速率远比液体萃取快，可以实现高效的分离过程。4.反胶团萃取：是有机相-水相间的分配萃取,是从主体水相向溶解于有机溶剂相中反胶团微水相中的分配萃取。同时也是一个浓缩操作。改变水相条件可实现反萃取。5.膜组件：将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件6.超滤：是指能截留相对分子在500以上的高分子的膜分离过程。7.反渗透：是一种高压、高性能的技术。适用于海水脱盐、低分子量化合物浓缩、废污清洁等过程8.微孔过滤：是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。9.浓差极化：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化10.纳米过滤：纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳滤”11.色谱分离:以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用等物理化学性质的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。也称为色层分离或层析分离，在分析检测中则常称为色谱分析。它是一种物理分离方法。12.分配色谱:分配色谱的流动相和固定相都是液体，又称液液色谱。是利用混合物中各物质在两液相中的分配系数不同而分离。13.阻滞因素:14.亲和色谱亲和色谱(affinitychromatography，AFC)利用固定相配基与生物大分子之间的特殊生物亲和力的不同实现分离的15.膜污染：膜在使用中，尽管操作条件保持不变，但通量仍逐渐降低的现象.膜与料液中某一溶质的相互作用，或吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互作用而引起的，即产生附着层和堵塞16.生物工程分离过程可以划分成那几个阶段，各阶段的任务是什么？答：1)预处理和固液分离：固液分离以除去发酵液中的不溶性固形物杂质和菌体细胞或收集菌体细胞。过滤和离心，侧重点放在速度和处理量上。2)提取(初步分离)：目的是除去与产物性质差异较大的杂质，是目的产物要求有较大浓缩比的过程。侧重点放在分辨率和处理量上。3)精制(高度纯化)：目的是去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。通常采用色谱分离，结晶特别是重结晶。侧重点放在分辨率上。(4)成品制作：成品形式与产品的最终用途有关，有液态产品也有固态产品，美观的产品形态也是产品档次的一个标志。17.发酵液预处理中凝聚和絮凝的作用机理有何不同？答;①凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。凝聚机理：破坏水化膜，消除双电层结构，中和粒子表面电荷絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。218.除去发酵液中杂蛋白的常用方法有哪些答：酸碱调节法;调节pH至等电点.变性法:加热，大幅度调节pH值，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等.吸附法:吸附剂或沉淀剂吸附除去杂蛋白——活性炭、硅胶、氧化铝19.细胞碎片常用的分离方法有离心，膜过滤和双水相萃取，是比较各自特点答：20.简述高压匀浆法的基本原理答：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎。细胞悬浮液自高压室针形阀喷出时，每秒速度高达几百米，高速喷出的浆液又射到静止的撞击环上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。21.什么是双水相，双水相形成原因是什么答：早在1896年，Beijerinck发现，当明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液相混时，得到一个混浊不透明的溶液，随之分为两相，上相富含明胶，下相富含琼脂（或淀粉）,被称为聚合物的不相溶性（incompatibility），从而产生了双水相体系。双水相体系的成因是聚合物之间的不相溶性，即聚合物分子的空间阻碍作用，相互间无法渗透，从而分为两相。一般认为，只要两种聚合物水溶液的水溶性有所差异，混合时就可发生相分离，并且水溶性差别越大，相分离的倾向越大。22.反胶团萃取技术在分离生物大分子上有何突出优点答：成本低，选择性高，操作方便，放大容易，萃取剂(反胶团相)可循环利用，蛋白质不易变性等优点。23.什么是膜污染，如何减轻膜污染答：膜在使用中，尽管操作条件保持不变，但通量仍逐渐降低的现象.膜与料液中某一溶质的相互作用，或吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互作用而引起的，即产生附着层和堵塞。①料液的有效处理：预过滤②改善膜的性质：选用高亲水性膜或对膜进行适当的预处理③改变操作条件：调节pH值膜分离过程存在临界操作压力，在临界压力以下进行膜分离操作，可长时间维持较高的透过通量,降低对清洗操作的依赖程度，提高膜分离效率24.什么是浓差极化，其与膜污染有何区别答浓差极化特性;它是一个可逆过程。只有在膜运行过程中产生存在，停止运行，浓差极化逐渐消失。它与操作条件相关，可通过降低膜两侧压差，减小料液中溶质浓度，改善膜面流体力学条件，来减轻浓差极化程度，提高膜的透过流量。(给了定义自己总结)25.影响离子交换速度的因素有哪些答：(1)树脂颗粒：离子的外扩散速度与树脂颗粒大小成反比，而粒子的内部扩散速度与粒径倒数的高次方成正比，粒度减少，交换速度加快2)树脂的交联度;交联度降低，树脂易膨胀，树脂内扩散较容易，交换速度提高3)溶液流速；外扩散随溶液过柱流速的增加而增加，内扩散基本不受其影响。4)溶液浓度：溶液中离子浓度低，对外扩散速度影响较大，对内扩散影响较小；离子浓度较高，对内扩散影响较大，对外扩散影响较小。5)温度：溶液的温度提高，扩散速度加快。6)离子大小：大分子受空间阻碍，在树脂内的扩散速度特别慢。小离子快。7)离子的化合价：离子与树脂骨架间存在库仑引力，化合价越高，扩散越慢。26.为什么说色谱分离技术的效率是分离纯化技术中最高的答27.论述反渗透，超滤，微孔过滤，纳米过滤的特点答：纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜的要致密得多。因此其制膜关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔。截留粒径在0.1～1nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.5～1MPa）。3它能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物,透析被反渗透膜所截留的无机盐。纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子的截留率低(10%-80%),对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子(90%)以上。反渗透膜多为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质分子。分离的物质的分子量一般小于500，操作压力为2～100MPa。超滤：过滤粒径介于微滤和反渗透之间，约5～10nm，在0.1～0.5MPa的静压差推动下截留各种可溶性大分子④微孔膜是均匀的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，过滤粒径在0.025～10μm之间，操作压在0.01～0.2MPa。分离技术类型反渗透超滤微孔过滤膜的形式表面致密的非对称膜、复合膜等非对称膜，表面有微孔微孔膜膜材料纤维素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纤维素、PVC等操作压力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分离的物质分子量小于500的小分子物质分子量大于500的大分子和细小胶体微粒0.1～10μm的粒子分离机理非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用筛分，膜的物化性能对分离起一定作用筛分，膜的物理结构对分离起决定作用水的渗透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～20028.叙述离子交换的原理及利用离子交换树脂分离物质的一般操作过程答：利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法,是一种固——液分离法。其原理是基于物质在固相与液相之间的分配。树脂预处理，上住，洗脱，树脂再生29.论述细胞壁破碎常用的五种方法答：珠磨法：进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂（直径小于1mm）一起快速搅拌或研磨，研磨剂、珠子与细胞之间的互相剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出从而实现连续操作。破碎中产生的热量一般采用夹套冷却的方式带走。高压匀浆法：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎。细胞悬浮液自高压室针形阀喷出时，每秒速度高达几百米，高速喷出的浆液又射到静止的撞击环上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成细胞破碎超声破碎法：在15-25kHz的频率下操作。其原理可能与空化现象（cavitationphenomena）引起的冲击波和剪切作用有关。空穴泡由于受到超声波的迅速冲击而闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在介质中的悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞液体发生流动，从而使细胞破碎。酶溶法。化学渗透法：某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞壁或膜的通透性（渗透性），从而使胞内物质有选择地渗透出来。30.利用离心法和过滤法进行固液分离的原理，常用设备及优缺点答：一）离心分离：1.原理：利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液的分离或浓缩。缺点：设备投资高、能耗大。此外，连续排料时，固相干度不如过滤设备。2.优点：分离速率快、分离效率高、液相澄清度好等。a.碟片式离心机，b.管式离心机，C.倾析式离心机。二)过滤：原理在一定的压力差下，利用多孔性介质截留固液悬浮液中的固4体粒子，进行固液分离的过程。在过滤操作中，要求滤速快、滤液澄清，并且有高的收率。（1）板框压滤机：优点：过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。缺点：不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。2）真空转鼓过滤机：优点：真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、处理量大。特别适合固体含量大（10％）的悬浮液的分离，在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离。缺点：由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。3）硅藻土过滤机例1：利用乙酸乙酯萃取发酵液中的放线菌素D(ActinomycinD),pH3.5时分配系数K=57。令H=450l/h,单级萃取剂流量为39l/h。计算单级萃取的萃取率。解:单级萃取的萃取因子：EHELE=57×39/450=4.94单级萃取率;1-α=EE1=4.94/（1+4.94）=0.832例2：利用乙酸乙酯萃取发酵液中的放线菌素D(ActinomycinD),pH3.5时分配系数K=57。采用三级错流萃取,令H=450l/h,三级萃取剂流量之和为39l/h。分别计算L1=L2=L3=13l/h和L1=20,L2=10,L3=9l/h时的萃取率。解:萃取剂流量相等时，E=1.65←EHEL用右侧方程得：1-3=0.946。←nnEE)1(11）（=1-α若各级萃取剂流量不等,则E1=2.53，E2=1.27，E3=1.14，由右式得n'=n111iiE1-3=0.942。所以，313'1←n'1单级萃取的萃取率=0.832阻滞因素