上海海洋大學試卷現(xiàn)代生化分離技術(shù)2016

1、上海海洋大學試卷現(xiàn)代生化分離技術(shù)姓名： 楊景豐 學號： M 專業(yè)班名： 生研三班 1. 列出并解釋常用的生化分離技術(shù)（至少寫出10種）（10分）。1.鹽析法：當?shù)鞍踪|(zhì)溶液中逐漸加入中性鹽時，會產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：低鹽情況下，隨中性鹽離子強度的增高，蛋白質(zhì)溶解度增大，稱之為鹽溶現(xiàn)象；但是，在高鹽濃度時，蛋白質(zhì)溶解度隨之減少，發(fā)生了鹽析現(xiàn)象。2.等電點沉淀:不同離子強度下，同種蛋白質(zhì)的溶解度與PH相關(guān)。兩性溶質(zhì)在等電點及等電點附近仍有相當?shù)娜芙舛?，所以等電點沉淀往往不完全，加上生物分子的等電點比較接近，故很少單獨使用等電點沉淀法作為主要的純化手段，往往與鹽析、有機溶劑沉淀等方法聯(lián)合使用。3.有機沉淀法：

2、向水溶液中加入一定量的親水性的有機溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出的分離純化方法。4.溶劑萃取：溶劑萃取是溶質(zhì)從一種溶劑中轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中的過程。它是利用溶質(zhì)組分在兩個互不混溶的液相中競爭性溶解和分配性質(zhì)上的差異來進行的分離操作。5.離子交換法：離子交換法是使用離子交換劑作為吸附劑，將水溶液中的離子依靠靜電引力吸附在吸附劑上，同時從吸附劑上置換出另一種離子，然后用適當?shù)娜芤簩⑽轿飶奈絼┥现脫Q下來，進行濃縮富集，從而達到分離的目的。6.色層分離：也稱色譜分離或?qū)游龇蛛x，已成為生物大分子分離和純化技術(shù)中極其重要的組成部分。層析技術(shù)分離純化的生物技術(shù)產(chǎn)品種類包括：干擾素、疫苗、抗凝血因子、

3、生長激素、單克隆抗體、凝血因子等等。7.電泳分離法：帶電粒子在電場中的遷移速率的不同是電泳分離的基礎(chǔ)。電泳技術(shù)的基本原理都相同，但在實際應用中，由于研究對象及目的等的不同，電泳又可分為許多種類。例如按展開方式可分為:區(qū)帶電泳、移界電泳、等速電泳、等電聚焦；按照是否使用支持物可分為：支持物電泳、無支持物電泳；按照操作方式可分為：一維電泳、二維電泳、交叉電泳、連續(xù)或不連續(xù)電泳。8. 超聲強化生化分離技術(shù)：將超聲波的空化作用、熱效應、機械作用應用于生化分離技術(shù)中, 可提高分離效率、縮短時間、簡化操作過程。9. 磁分離技術(shù)：具有分離效率高、分離速度快、占地面積小等優(yōu)點。磁分離技術(shù)與絮凝技術(shù)、磁種洗選回

4、收技術(shù)、生化技術(shù)的結(jié)合,是目前污水處理中磁分離技術(shù)的發(fā)展方向,它大大擴展了磁分離技術(shù)的處理對象和應用領(lǐng)域。10.液膜分離技術(shù)：液膜通常由膜溶劑、表面活性劑、流動載體和膜增強添加劑組成 。膜溶劑是成膜的基體物質(zhì), 一般為水或有機溶劑, 選擇的依據(jù)是液膜的穩(wěn)定性和對溶質(zhì)的溶解性。表面活性劑能明顯降低液體的表面張力或兩相的界面張力, 對液膜的穩(wěn)定性、滲透速度、分離效率和膜的重復使用有直接影響。流動載體的作用是選擇性遷移指定的溶質(zhì)或離子, 常為某種萃取劑。2. 總結(jié)生化產(chǎn)品的特點（10分）。答：生物技術(shù)產(chǎn)品有些是胞內(nèi)產(chǎn)品，有些是胞外產(chǎn)物;通常是由產(chǎn)物濃度很低的發(fā)酵液或培養(yǎng)液中提取的;生物技術(shù)產(chǎn)品的穩(wěn)定

5、性差，易隨時間變化，如易受空氣氧化、微生物污染、蛋白質(zhì)水解、自身水解等;生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)多為分批操作，生物變異性大，各批發(fā)酵液或培養(yǎng)液不盡相同，且對最終產(chǎn)物要求質(zhì)量高。3. 總結(jié)植物組織中RNA的提取時的干擾物質(zhì)及處理對策（20分）。1.酚類化合物的干擾及對策：防止酚類化合物被氧化或去除酚類化合物。2.多糖的干擾及對策：用低濃度乙醇沉淀多糖是一個去除多糖效果較好的方法。另一個常用的方法是醋酸鉀沉淀多糖法。3.蛋白雜質(zhì)的影響及對策：常規(guī)的方法是在冷凍的條件下研磨植物材料以抑制RNase 等的活性；;提取緩沖液中含有蛋白質(zhì)變性劑, 如苯酚、胍、SDS 、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)等, 這樣

6、在勻漿時可以使蛋白質(zhì)變性, 凝聚；有的方法是利用蛋白酶K 來降解蛋白雜質(zhì)。進一步可以用苯酚、氯仿抽提去除蛋白質(zhì)。4.次級代謝產(chǎn)物的影響及對策：。Baker 等 綜合Hughes 等的選擇性沉淀法、Chi rgw in的氯化銫梯度離心法和Iversen 等的RNA 回收方法純化了松樹種子、成熟松樹針葉等植物組織的RNA 。四寫出分離過程中初級階段、中間階段和精制階段對分離技術(shù)的要求（10分）。答：1）初始階段，主要任務在于從相對較大體積的抽提液中除去大量雜質(zhì),同時能濃縮樣品和保障樣品處于穩(wěn)定的環(huán)境中.側(cè)重點放在速度和處理量上，方法有勻漿和沉淀，膜過濾等-離子交換或親和層析等。2）中間階段，主要任

7、務是進一步除去大量雜質(zhì),但這些雜質(zhì)與目的物的性質(zhì)差異相對較小，所以選擇分離方法要有較高的分辨率。側(cè)重點放在分辨率和處理量上，進一步除雜，方法有離子交換，親和，制備級等電聚焦。3）精制階段，主要任務是除去微量雜質(zhì),使最后的產(chǎn)品獲得高純度.側(cè)重點放在分辨率上。最后除雜，方法有得到高純度離子交換，凝膠層析等。五查閱至少10篇2016年生化分離技術(shù)方面主題的文獻進行綜述（主題自選，英文文獻，附文獻，大于2000字。50分）分離技術(shù)是研究生產(chǎn)過程中混合物的分離、產(chǎn)物的提取或純化的一門新型學科，隨著社會的發(fā)展，對分離技術(shù)的要求越來越高，不但希望采用更高效的節(jié)能、優(yōu)產(chǎn)的方法，而且希望所采用的過程與環(huán)境友好。

8、正是這種需求，推動了人們對新型分離技術(shù)不懈的探索。近十余年來，新型分離技術(shù)發(fā)展迅速，其應用范圍已涉及化工、環(huán)保、生化、醫(yī)藥、食品、電子、航天等領(lǐng)域，不少技術(shù)已趨成熟。本文對分子蒸餾技術(shù)、膜分離技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)、新型生物膜技術(shù)進行綜述。1、 分子蒸餾技術(shù)1.1分子蒸餾過程技術(shù)的基本原理分子蒸餾(molecular distillation)是指在高真空的條件下，液體分子受熱從液面逸出，利用不同分子平均自由程差導致其表面蒸發(fā)速率不同，而達到分離的方法。分子分離過程如圖1所示，經(jīng)過預熱處理的待分離料液從進料口沿加熱板自上而下流入，受熱的液體分子從加熱板逸出。由于冷凝和蒸發(fā)表面的間距一般小于或等于

9、蒸發(fā)分子的平均自由程，逸出分子可以不經(jīng)過分子碰撞而直接到達冷凝面冷凝，最后進入輕組分接收罐。重組分分子由于平均自由程小，不能到達冷凝板，從而順加熱板流入重組分接收罐中，這樣就實現(xiàn)了輕重組分的分離。 圖1分子蒸餾過程1.2分子蒸餾過程理論的研究國內(nèi)外許多學者在過去幾十年里，嘗試建立了兩種不同方法來研究分子蒸餾過程。一種是蒸發(fā)系數(shù)法，即把各種阻力對分子蒸餾速率的影響歸納于參數(shù)蒸發(fā)系數(shù)E，但是由于在某種條件下得到的E值并不能用于另一種條件下的分子蒸餾速率的預測，所以采用該方法研究分子蒸餾并無太多的現(xiàn)實意義。另一種方法是數(shù)學模型化法，即對分子蒸餾過程各個階段產(chǎn)生的阻力進行研究，分別建立數(shù)學模型并求解，

10、計算出分子蒸餾的速率。Rees G J針對離心式分子分餾器從傳質(zhì)傳熱機理出發(fā)，建立了一維數(shù)學分析模型，提出了蒸發(fā)面溫度、液膜厚度與蒸發(fā)速率相關(guān)聯(lián)的有限元方程，從微觀方面分析了分子蒸餾過程。M等5用高質(zhì)量流量下膜理論描述了靜止式分子蒸餾器液體內(nèi)部傳遞過程對液相溫度和組成分布的影響，理論和實驗結(jié)果取得了一致。對于分子蒸餾過程的二維數(shù)學模型的研究，目前還具有很大的局限性。主要是因為模型假設(shè)條件的一個基本前提是：液膜流動必須為充分發(fā)展的穩(wěn)態(tài)層流，因此在高Re數(shù)下對模型的求解是非常困難并且無法實現(xiàn)的。B等對降膜式分子蒸餾器建立了相應的二維模型并且模擬計算，與實驗數(shù)據(jù)對比良好。Nguyen A D等對刮膜

11、式分子蒸餾器的邊界條件進行了一定的簡化和假設(shè)，忽略液膜內(nèi)部的溫度梯度與徑向濃度梯度變化，只考慮了軸向液膜組成的變化，建立了質(zhì)量衡算方程并求解。實際上迄今為止，由于刮膜分子蒸餾器內(nèi)液膜傳質(zhì)傳熱的研究仍然是一個難點。我國分子蒸餾技術(shù)的研究起步較晚，50年代末期，國內(nèi)引進分子蒸餾生產(chǎn)線，用于硬脂酸單甘油酯的生產(chǎn)，但由于軟、硬件技術(shù)不配套及其他各種原因，許多裝置均在擱置。國內(nèi)有些研究單位進行了實驗室裝置研究，但未見工業(yè)化應用的報道?？傊?，我國的分離技術(shù)有了很大的發(fā)展，但總體水平，尤其是工業(yè)化水平與發(fā)達國家相比，差距較大，急需在生產(chǎn)技術(shù)、工業(yè)組件、制造、示范裝置的建立等方面統(tǒng)一協(xié)調(diào)，組織攻關(guān)，以求短期內(nèi)

12、我國的分離技術(shù)在工業(yè)應用上走上一個新臺階。1.3分子蒸餾過程技術(shù)的應用與展望分子蒸餾過程技術(shù)作為近年來發(fā)展起來的一種新型的分離技術(shù)，在國內(nèi)的工業(yè)化應用處于剛剛起步階段。由于分子蒸餾設(shè)備為高真空設(shè)備，一次性投資大，連續(xù)化生產(chǎn)能力低，目前主要應用于高附加值產(chǎn)品的制造與加工。隨著分子蒸餾過程技術(shù)研究的不斷深入和發(fā)展，應大力加強各企業(yè)單位與高校之間的廣泛技術(shù)交流與合作，向節(jié)能與高效的方向開發(fā)設(shè)計分子蒸餾設(shè)備，深入研究過程機理，揭示其規(guī)律性，從理論與實踐兩方面結(jié)合使分子蒸餾過程技術(shù)不斷完善和發(fā)展，推動工業(yè)化的應用進程，以便帶來更好的社會效益和經(jīng)濟效益。2、 膜分離技術(shù)2.1膜分離技術(shù)的基本原理膜分離技術(shù)

13、是一種使用半透膜分離方法，其分離原理是依據(jù)物質(zhì)分子尺度的大小，借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學位差的推動作用下對混合物中雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級提純和富集，從而達到分離、提純和濃縮的目的?，F(xiàn)已應用的膜過程有反滲透、納濾、超過濾、微孔過濾、透析電滲析、氣體分離、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾膜反應器等，其中在食品工業(yè)中常用的有微濾、超濾和反滲透三種。圖2膜分離過程示意圖2.2膜分離技術(shù)的特點膜分離技術(shù)具有如下特點: （1）膜分離技術(shù)是一種節(jié)能技術(shù)，膜分離過程不發(fā)生相變化。 （2）膜分離過程是在壓力驅(qū)動下，在常溫下進行分離過程，特別適合于對熱敏感物質(zhì)，如酶、果汁、某些藥品分離

14、、濃縮、精制等。 （3）膜分離技術(shù)適用分離范圍極廣，從微粒級到微生物菌體，甚至離子級等都有其用武之地，其關(guān)鍵在于選擇不同的膜類型。 （4）膜分離技術(shù)由于只是以壓力差作為驅(qū)動力。因此，該項技術(shù)所采用裝置簡單，操作方便。2.3膜分離技術(shù)的應用膜分離技術(shù)，作為一種新型的分離技術(shù)，既能對廢水進行有效的凈，高效地去除污染物，又能回收一些有用物質(zhì)，同時具有節(jié)能、無相變、安全性高、生物穩(wěn)定性好、設(shè)備簡單、操作方便等特點，因此在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應用并顯示了廣闊的發(fā)展前景。2.3.1在化工生產(chǎn)中的應用在合成氨方面，可用于高壓機后新鮮氣油分離采用超濾，技術(shù)除去新鮮氣中的油水塵等雜質(zhì)，大大改善了冷交換器的油污

15、和積炭堵塞現(xiàn)象，進一步優(yōu)化了操作條件，降低了能耗，有效保護了合成塔觸媒。聯(lián)堿生產(chǎn)過程中經(jīng)常會產(chǎn)生重堿、食鹽、純堿等有用物質(zhì)的母液泄漏及生產(chǎn)設(shè)備沖洗水外排，既造成了浪費，又對環(huán)境造成了污染。徐昌松等采用電滲析技術(shù)處理聯(lián)堿含鹽廢水，可將含鹽質(zhì)量分數(shù)為1%的聯(lián)堿廢水濃縮到10%，而淡液含鹽的質(zhì)量分數(shù)0.05%。結(jié)果表明采用電滲析技術(shù)處理聯(lián)堿廢水是可行的，可實現(xiàn)聯(lián)堿生產(chǎn)廢水零排放。大多數(shù)有機溶劑(如醇類、酮類、酯類等)常含有少量水會形成共沸物，用恒沸精餾、萃取精餾等特殊精制工藝脫水，存在工藝復雜、能耗高等問題。使用膜選擇分離技術(shù)進行脫水就不再受恒沸點制約，容易從有機溶劑混合物中脫除微量水，可大幅度降低

16、分離過程能耗。2.3.2工業(yè)有機蒸汽的凈化及回收石油、化工、噴涂等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，每天都在釋放出大量的有機蒸汽(VOC)，石油工業(yè)的排放氣中也含有許多有機化合物，如氯乙烯、苯、多環(huán)芳烴等毒性大，而且易燃易爆，但排放氣中也含有烴類氣體如烯烴等，為了凈化有機蒸汽并回收有經(jīng)濟價值的烴類氣體，可以采用氣體膜分離技術(shù)。如采用無機光催化膜用于光催化反應器，除去揮發(fā)性有機物質(zhì)(地下水中的三氯乙烯)，以及應用于微電子產(chǎn)品中超純水中總有機化學物質(zhì)的去除，可用于分離石油提煉廠殘留氫蒸汽中碳氫化合物，使純化后的氫氣可在高壓下循環(huán)使用。將疏水性的聚丙烯中空纖維膜涂上超薄的硅橡膠，在100cm2而的小型纖維膜組件可以

17、除去甲醇、苯、丙酮、二氯甲烷等，采用2537cm2。時的中型纖維膜組件可除去制藥廠反應器中排出廢氣中甲醇和苯；Majumdar等研究了涂硅橡膠的聚合物膜組件，原料在常壓下走管程，被分離的氣體從抽真空的管外流出，在原料氣中有機物質(zhì)量分數(shù)為14%的情況下，可除去98%(質(zhì)量分數(shù))的有機物，在有機物含量較低的廢氣中可達到95%的回收率。2.3.3在中藥制藥中的應用中藥提取液有效成分的含量低，提取常使用大量有機溶劑，存在提取成本高，提取過程復雜，提取率低，污染嚴重等問題，應用膜分離技術(shù)可望有效地解決。近年來隨著中藥現(xiàn)代化的開展，膜分離技術(shù)廣泛地應用于中藥提取液的提純和濃縮。沈亮等18采用反滲透法提取當

18、歸中的阿魏酸，結(jié)果表明，反滲透法的提取效果好于傳統(tǒng)的醇沉法，且采用超濾法與反滲透法相結(jié)合的膜分離技術(shù)可得到更好的分離效果。韓光等將微濾技術(shù)應用于何首烏水提液的精制，發(fā)現(xiàn)何首烏水提液經(jīng)微濾后由渾濁溶液變?yōu)槌吻迦芤海腆w去除率為67.9%，有效成分二苯乙烯苷的含量是水提取液中的2.04倍。3、 超臨界流體萃取技術(shù)3.1超臨界萃取技術(shù)的基本原理超臨界流體萃取是一種以超臨界流體代替常規(guī)有機溶劑對目標組分進行萃取和分離的新型技術(shù)。其原理是利用流體(溶劑)在臨界點附近區(qū)域(超臨界區(qū))內(nèi)與待分離混合物中的溶質(zhì)具有異常相平衡行為和傳遞性能，且對溶質(zhì)的溶解能力隨壓力和溫度的改變而在相當寬的范圍內(nèi)變動來實現(xiàn)分離的

19、。由于二氧化碳具有無毒、不易燃易爆、廉價、臨界壓力低、易于安全地從混合物中分離出來，所以是最常用的超臨界流體。有以下優(yōu)點：萃取效率高、傳遞速度快、選擇性高、提取物較干凈、省時、減少有機溶劑及環(huán)境污染、適合于揮發(fā)油等脂溶性成分的提取分離。3.3超臨界流體萃取技術(shù)特點 （1）由于在臨界點附近，流體溫度或壓力的微小變化會引起溶解能力的極大變化，使萃取后溶劑與溶質(zhì)容易分離。(2)由于超臨界流體具有與液體接近的溶解能力，同時又保持了氣體所具有的傳遞性，有利于高效分離的實現(xiàn)。 (3)利用超臨界流體可在較低溫度下溶解或選擇性地提取出相應難揮發(fā)的物質(zhì)，更好地保護熱敏性物質(zhì)。 (4)萃取效率高，萃取時間短?？梢?/p>

20、省卻清除溶劑的程序，徹底解決了工藝繁雜、純度不夠且易殘留有害物質(zhì)等問題。 (5)萃取劑只需再經(jīng)壓縮便可循環(huán)使用，可大大降低成本。 (6)超臨界流體萃取能耗低，集萃取、蒸餾、分離于一體，工藝簡單，操作方便。 (7)超臨界流體萃取能與多種分析技術(shù)，包括氣相色譜、高效液相色譜、質(zhì)譜等聯(lián)用，省去了傳統(tǒng)方法中蒸餾、濃縮溶劑的步驟。避免樣品的損失、降解或污染，因而可以實現(xiàn)自動化。3.4超臨界流體萃取技術(shù)的應用3.4.1醫(yī)藥方面的應用超臨界流體（SCF）一個主要優(yōu)點是它對揮發(fā)度極低的物質(zhì)萃取能力不強，而通過選擇適當?shù)膲毫蜏囟?，對揮發(fā)度中等偏低的物質(zhì)可選擇萃取。利用SFE技術(shù)從藥用植物原紫草、蛇床子和桑白皮

21、中提取有效成分。如利用SFE萃取技術(shù)與尿素包合法相結(jié)合可從魚油中提純出藥用價值和營養(yǎng)價值很高的EDA(二十碳五烯酸)和DHA(二十二碳六烯酸)。EDA和DHA對大腦有活化作用，在治療和防治動脈粥樣硬化、老年性癡呆以及抑制腫瘤等方面都有較好的療效22。此外，還有報道利用SFE技術(shù)提取生物堿、鴉片、甘油酯、春黃菊油的研究以及從菊花根中獲得除蟲菊酯等萃取工藝。SFE還用于分折藥品組分。如分析血漿中的藥品及代謝物含量，分析動物組織中所含藥劑及藥劑殘留物，從中毒人體的脂肪組織中分析毒物多氯聯(lián)苯的含量從食物和土壤中分析農(nóng)藥殘留量等。馬熙中等用自行設(shè)計的SCF裝置分析了中藥肉蓯蓉的化學成分。結(jié)果證明，與常規(guī)

22、中藥研究方法相比，SFE法可更有效地提取復雜中藥中的揮發(fā)性成分。采用SFE法，萃取過程極為簡單，在20MPa壓力、50條件下僅需幾十毫升的CO2流體，1h之內(nèi)即可完成，得到很好的分離結(jié)果。4、 新型生物膜法生物接觸氧化法、塔式生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤以及生物流化床工藝是在經(jīng)典生物濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型生物膜法。新型生物膜法就是利用好氧微生物在有充足的氧氣和豐富的有機物條件下，迅速繁殖起來，在載體填料介質(zhì)表面形成由一層多種微生物(主要是細菌)組成的生物膜。生物膜具有很大的表面積，大量吸附廢水中呈多種狀態(tài)的有機物，并具有非常強的氧化能力。當生物膜與廢水接觸后，水中的有機物被微生物所吸附，并獲得迅速地氧化分解，從而使廢水得到凈化。生物膜表面吸氧充分、好氧層生長活躍，當缺氧、厭氧層還不厚時，它與好氧層保持一種平衡、穩(wěn)定關(guān)系。好氧層能夠保持良好的凈化功能，但當缺氧層向厭氧層過渡并逐漸增厚，其增多的代謝產(chǎn)物在向外側(cè)逸出時，必然要穿透好氧層，從而破壞了好氧層生態(tài)系的穩(wěn)定性，使好氧、缺氧、厭氧層之間失去了平衡關(guān)系。這樣周而復始，生物膜不斷衰老脫落更新。因此，必須在其后設(shè)置固、液分離設(shè)施，使處理過的廢水與脫落生物膜分離。1Sphingoid esters from the molecular di