生物工程下游技術(shù)復(fù)習(xí)題

1、生物工程下游技術(shù)復(fù)習(xí)題第一章 緒論生物下游加工過程的幾個(gè)階段預(yù)處理和固液分離, 提?。ǔ醪椒蛛x）, 精制（高度純化）, 成品制作.評價(jià)分離效果的重要參數(shù):純度，回收率，濃縮率。第二章 發(fā)酵液預(yù)處理和固液分離主要名詞：凝聚、絮凝凝聚：指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象；絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團(tuán)的過程。1.改變發(fā)酵液過濾特性的方法調(diào)酸（等電點(diǎn)），熱處理，電解質(zhì)處理，添加凝聚劑，添加表面活性物質(zhì)，添加反應(yīng)劑冷凍-解凍，添加助濾劑2.發(fā)酵液的相對純化（1）高價(jià)無機(jī)離子的去除方法（2）雜蛋白的去除方法沉淀法，

2、變性法，吸附法。3常用的固液分離方法：重力沉降，浮選，旋液分離，介質(zhì)過濾，離心。（1）離心離心機(jī)種類：碟片式。管式。傾析式。（2）過濾（澄清過濾，濾餅過濾）過濾機(jī)種類：按推動(dòng)力分為4種重力過濾，加壓過濾，真空過濾，離心過濾。板框壓濾機(jī)，真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)第三章 細(xì)胞破碎和包涵體復(fù)性細(xì)胞破碎的主要方法和適用對象，了解基本機(jī)理方法：珠磨法原理：進(jìn)入珠磨機(jī)的細(xì)胞懸浮液與極細(xì)的玻璃小珠、石英砂、氧化鋁等研磨劑（直徑小于1mm）一起快速攪拌或研磨，研磨劑、珠子與細(xì)胞之間的互相剪切、碰撞，使細(xì)胞破碎，釋放出內(nèi)含物。在珠液分離器的協(xié)助下，珠子被滯留在破碎室內(nèi)，漿液流出從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。高壓勻漿法原理：利用高壓使

3、細(xì)胞懸浮液通過針形閥，由于突然減壓和高速?zèng)_擊撞擊環(huán)使細(xì)胞破碎，細(xì)胞懸浮液自高壓室針形閥噴出時(shí)，每秒速度高達(dá)幾百米，高速噴出的漿液又射到靜止的撞擊環(huán)上，被迫改變方向從出口管流出。不適用范圍：易造成堵塞的團(tuán)狀或絲狀真菌，較小的革蘭氏陽性菌，含有包含體的基因工程菌（因包含體堅(jiān)硬，易損傷勻漿閥）珠磨法固體剪切作用可達(dá)較高破碎率，可較大規(guī)模操作，大分子目的產(chǎn)物易失活，漿液分離困難高壓勻漿法液體剪切作用可達(dá)較高破碎率，可大規(guī)模操作，不適合絲狀菌和革蘭氏陽性菌超聲破碎法液體剪切作用對酵母菌效果較差，破碎過程升溫劇烈，不適合大規(guī)模操作x-press法固體剪切作用破碎率高，活性保留率高，對冷凍敏感目的產(chǎn)物不適合

4、酶溶法酶分解作用具有高度專一性，條件溫和，漿液易分離，溶酶價(jià)格高，通用性差化學(xué)滲透法改變細(xì)胞膜的滲透性具一定選擇性，漿液易分離，但釋放率較低，通用性差滲透壓法滲透壓劇烈改變破碎率較低，常與其他方法結(jié)合使用凍結(jié)融化法反復(fù)凍結(jié)-融化破碎率較低，不適合對冷凍敏感目的產(chǎn)物干燥法改變細(xì)胞膜滲透性條件變化劇烈，易引起大分子物質(zhì)失活第四章 沉淀法1.蛋白質(zhì)的表面特征蛋白質(zhì)組成 20種氨基酸構(gòu)成的兩性高分子電解質(zhì)，包括疏水性氨基酸和親水性氨基酸蛋白質(zhì)折疊趨勢 疏水性氨基酸：向內(nèi)部折疊的趨勢 親水性氨基酸：分布于蛋白質(zhì)外表面的趨勢 結(jié)果 在蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)中仍會(huì)有部分疏水性氨基酸殘基暴露于表面，在蛋白質(zhì)表面形成一

5、定的疏水區(qū)蛋白質(zhì)表面由不均勻分布的荷電基團(tuán)形成荷電區(qū)、親水區(qū)和疏水區(qū)構(gòu)成。蛋白質(zhì)的溶解行為是一個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)，由其組成、構(gòu)象以及分子周圍的環(huán)境所決定。一般而言，小分子蛋白質(zhì)比起在化學(xué)上類似的大分子蛋白質(zhì)更易溶解。2.鹽析法的原理和影響因素防止蛋白質(zhì)凝聚沉淀的屏障蛋白質(zhì)周圍的水化層 可以使蛋白質(zhì)形成穩(wěn)定的膠體溶液。蛋白質(zhì)分子間靜電排斥作用。（存在雙電層）鹽析類型（ks鹽析、鹽析）定義：蛋白質(zhì)在高離子強(qiáng)度的溶液中溶解度降低、發(fā)生沉淀的現(xiàn)象稱為“鹽析”。鹽溶：低鹽情況，鹽離子強(qiáng)度的增高，蛋白質(zhì)溶解度增大。鹽析：高鹽，鹽離子強(qiáng)度增加，蛋白質(zhì)溶解度減小。鹽析法原理：形成離子對，部分中和了蛋白質(zhì)的電性，排斥

6、作用減弱而能相互靠攏，聚集起來。中性鹽的親水性比蛋白質(zhì)大，使蛋白質(zhì)脫去了水化膜，使其沉淀 s= s 式中s蛋白質(zhì)的溶解度，g/l; i一離子強(qiáng)度等于 i=1/2mizi2; mi離子 i的摩爾濃度； zi所帶電荷；常數(shù)，與鹽的種類無關(guān)，但與溫度、ph和蛋白質(zhì)種類有關(guān);ks鹽析常數(shù)，與溫度和ph無關(guān)，但與蛋白質(zhì)和鹽的種類有關(guān)。在一定的 ph值及溫度條件下，改變鹽的濃度（即離子強(qiáng)度）達(dá)到沉淀的目的，稱為“s”分級鹽析法。（ks鹽析：固定ph, 溫度，改變鹽濃度）在一定的離子強(qiáng)度下，改變?nèi)芤旱膒h值及溫度，達(dá)到沉淀的目的，稱為“”分級鹽析法。（鹽析：固定離子強(qiáng)度，改變ph及溫度。）3.有機(jī)溶劑沉淀的

7、基本原理和影響因素定義向水溶液中加入一定量親水性的有機(jī)溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出的分離純化方法。原理1）加入有機(jī)溶劑后，會(huì)使水溶液的介電常數(shù)降低 ，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子之間的靜電引力增加，從而使蛋白質(zhì)發(fā)生聚集沉淀。 2）由于使用的有機(jī)溶劑與水互溶，它們在溶解于水的同時(shí)從蛋白質(zhì)分子周圍的水化層中奪走了水分子，破壞了蛋白質(zhì)分子的水膜，因而發(fā)生沉淀作用。影響因素：溫度，ph值，樣品濃度，中性鹽濃度，某些金屬離子。主要名詞：鹽溶、鹽析、有機(jī)溶劑沉淀、等電點(diǎn)沉淀、聚合物沉淀4.了解其他幾種沉淀法第五章 萃取主要名詞：萃取、浸取、有機(jī)溶劑萃取、雙水相萃取、反膠團(tuán)和反膠團(tuán)萃取、超臨界流體和超臨界流體萃取

8、1.萃取相關(guān)的幾個(gè)參數(shù)萃取因素evf料液體積；vs萃取劑的體積；c1溶質(zhì)在萃取液的濃度； c2溶質(zhì)在萃余相的濃度；k表觀分配系數(shù)萃余率：理論收率：潔霉素在20和ph10.0時(shí)分配系數(shù)（丁醇/水）為18。用等量的丁醇萃取料液中的潔霉素，計(jì)算可得理論收率 e=18*1/1=18 理論收率：94.7% 若改用1/3體積丁醇萃取， 理論收率： 2.工業(yè)萃取方式單級萃取多級萃取過程 、計(jì)算經(jīng)一級萃取后，未被萃取的分率1為經(jīng)二級萃取后經(jīng)n級萃取后，未被萃取的分率為產(chǎn)物收率為：紅霉素在ph 9.8時(shí)的分配系數(shù)（醋酸丁酯/水）為44.5，若用1/2體積的醋酸丁酯進(jìn)行單級萃取，則： 理論收率 若用1/2體積的醋

9、酸丁酯進(jìn)行二級錯(cuò)流萃取，則 理論收率n級萃取后，萃余率為：理論收率為青霉素在0和ph2.5時(shí)的分配系數(shù)（醋酸丁酯/水）為35，若用1/4體積的醋酸丁酯進(jìn)行二級逆流萃取， 則： n=2，理論收率改為二級錯(cuò)流萃取，第一級用1/4體積的醋酸丁酯，第二級用1/10體積的醋酸丁酯，則 2.雙水相萃?。?）常用雙水相體系（無毒）聚乙二醇葡聚糖聚乙二醇無機(jī)鹽系統(tǒng)（2）影響因素：與相體積無關(guān)，只取決于被分離物質(zhì)本身的表面性質(zhì)、溫度和特定的雙水相體系的性質(zhì)。3.反膠團(tuán)萃取構(gòu)成與機(jī)理、應(yīng)用反膠團(tuán):是兩性表面活性劑在非極性有機(jī)溶劑中親水性基團(tuán)自發(fā)的向內(nèi)聚集而成的，內(nèi)含微小水滴的，空間尺度僅為納米級的集合型膠體。萃取

10、機(jī)理：三步傳質(zhì)過程： 通過表面液膜擴(kuò)散，從水相到達(dá)相界面； 在相界面處溶質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)； 含溶質(zhì)的反膠團(tuán)擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)相。反萃操作中溶質(zhì)亦經(jīng)歷相似的過程，只是方向相反，在界面處溶質(zhì)從反膠團(tuán)釋放出來。主要影響因素：水相的ph值；鹽離子的種類和濃度；溫度 ；蛋白質(zhì)的分子量和濃度 表面活性劑 應(yīng)用： 分離蛋白質(zhì)或酶；分離氨基酸；分離抗生素；分離核酸；用于蛋白質(zhì)復(fù)性4.超臨界流體萃取定義：萃取技術(shù)，又稱壓力流體萃取、超臨界氣體萃取、臨界溶劑萃取等，是利用處于臨界壓力和臨界溫度以上的一些溶劑流體所具有特異增加物質(zhì)溶解能力來進(jìn)行分離純化的技術(shù)。（2）萃取原理：在超臨界狀態(tài)下，超臨界流體具有很好的流動(dòng)

11、性和滲透性，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分依次萃取出來。 然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出，從而達(dá)到分離提純的目的。 （3）sc-co2萃取的優(yōu)點(diǎn)：(1) 臨界條件溫和(tc=31.06 pc=7.2mpa) ，可以在3540的條件下進(jìn)行提取,防止熱敏性物質(zhì)的變質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)的逸散。(2)在co2氣體籠罩下進(jìn)行萃取,萃取過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);又由于完全隔絕了空氣中的氧,因此,萃取物不會(huì)因氧化或化學(xué)變化而變質(zhì)。(3)由于co2無味、無臭、無毒、不可燃、價(jià)格便宜、純度高、容易獲得,使用相對安全。(4)

12、 co2容易提純與分離的,因此萃取物幾乎無溶劑殘留,也避免了溶劑對人體的毒害和對環(huán)境的污染。(5) co2擴(kuò)散系數(shù)大而粘度小,大大節(jié)省了萃取時(shí)間,萃取效率高。 缺點(diǎn)：設(shè)備投資大。第六章 膜分離主要名詞：反滲透、水通量、截留率、截?cái)喾肿恿?、濃差極化1.膜的分類：按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結(jié)構(gòu)：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無機(jī)材料膜多孔膜與致密膜：前者微濾膜、超濾膜、納濾膜，后者反滲透膜、滲透蒸發(fā)2.膜的分離機(jī)理孔模型：以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，按不同孔徑來選擇分離溶液中所含的微?；虼蠓肿?，比膜孔徑小的物質(zhì)和溶劑（水）一起透過膜而較大的物質(zhì)則被截留

13、溶解擴(kuò)散模型：在推動(dòng)力作用下，滲透物質(zhì)先溶解進(jìn)入膜的上游側(cè)，然后擴(kuò)散至膜的下游側(cè)，擴(kuò)散是控制步驟。例如氣體的滲透分離過程中，推動(dòng)力是膜兩側(cè)滲透物質(zhì)的分壓差優(yōu)先吸附毛細(xì)管流動(dòng)模型：由于膜表面對滲透物的優(yōu)先吸附作用，在膜的上游側(cè)表面形成一層該物質(zhì)富集的吸附液體層。然后，在壓力作用下通過膜的毛細(xì)管，連續(xù)進(jìn)入產(chǎn)品溶液中。3.膜的性能參數(shù)（了解）影響截留率的因素分子形狀：線狀分子易透過，s線 < s球；吸附作用：溶質(zhì)吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直徑濃差極化: 在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表面上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，在膜表面附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高于主體濃

14、度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化 s4.膜污染及處理方法:類型：沉淀污染 吸附污染 生物污染處理：物理方法：等壓沖洗；反沖洗；脈沖流動(dòng)；超聲波化學(xué)方法：化學(xué)清洗劑（稀堿、稀酸、酶、表面活性劑、絡(luò)合物和氧化劑等）5.主要的幾種膜分離過程和應(yīng)用微孔過濾(mf)、超濾(uf)、反滲透(ro)、納濾(nf)、滲析(d)、電滲析(ed)、液膜(lm)及滲透蒸發(fā)( pv)等6.工業(yè)中常用的膜組件類型工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。 7.液膜的組成和機(jī)理組成：外相、膜相、內(nèi)相（1）無載體液膜的分離機(jī)理 選擇性滲透：分離物在

15、液膜中的溶解度差異 化學(xué)反應(yīng)：為提高富集的效果, 可使待富集成分在內(nèi)水相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以降低其濃度, 促使遷移不斷進(jìn)行。 萃取和吸附（2）有載體液膜的分離機(jī)理“載體輸送”第七章 色譜分離1.色譜分類兩相分子的聚集狀態(tài)分：液相，氣相，超臨界流體色譜固定相的形狀分：柱色譜 紙色譜 薄層色譜按分離機(jī)制分：分配色譜：利用分配系數(shù)的不同 吸附色譜：利用物理吸附性能的差異 離子交換色譜：利用離子交換原理 空間排阻色譜：利用排阻作用力的不同2.凝膠色譜：分離機(jī)理、分配系數(shù)的討論、應(yīng)用（主要：脫鹽、分離、測分子量）定義：以多孔性凝膠填料為固定相，按分子大小順序分離樣品中各個(gè)組分的液相色譜方法分離機(jī)理：小分子量的

16、化合物可以進(jìn)入孔中，滯留時(shí)間長；大分子量的化合物不能進(jìn)入孔中，直接隨流動(dòng)相流出。 分子大小介于二者之間的分子在流動(dòng)中部分滲透，滲透的程度取決于它們分子的大小，流出的時(shí)間介于二者之間 .分配系數(shù)：ve = vo + kdvi kd = (ve-vo) / vi當(dāng)分子的kd0時(shí)，vevo即該分子被完全排阻于凝膠顆粒之外，全部分布于流動(dòng)相里，固定相里分布為零（a);當(dāng)分子的kd1時(shí)，vevo+vi即該分子完全不被排阻，均勻的分布在流動(dòng)相和固定相里，兩相比值為1(c)；當(dāng)0 < kd <1時(shí)， ve = vo + kd*vi即表明分子受到部分排阻(b)。3.分配色譜機(jī)理（正相色譜和反相色譜

17、）定義：是基于樣品分子在包覆于惰性載體（基質(zhì)）上的固定相液體和流動(dòng)相液體之間的分配平衡的色譜方法正相hplc 極性:固定相 > 流動(dòng)相 固定相 - 極性強(qiáng) 流動(dòng)相(己烷, 庚烷)- 極性弱 極性物質(zhì)后出峰反相hplc 極性:固定相 < 流動(dòng)相 固定相 - 極性弱 流動(dòng)相(甲醇, 乙腈等)- 極性強(qiáng) 極性小物質(zhì)后出峰4.離子交換色譜：離子交換樹脂的組成；應(yīng)用機(jī)理：樹脂上可電離離子與流動(dòng)相中具有相同電荷的離子及被測組分的離子進(jìn)行可逆交換而分離。組成：骨架 功能基團(tuán) 活性離子（或可交換離子）應(yīng)用：軟水制備：利用鈉型陽離子交換樹脂去除水中的鈣、鎂離子。2rso3na+ ca2+x 2rso

18、3ca2+na2x分離純化氨基酸制備 無鹽水制備無鹽水制備是利用氫型陽離子交換樹脂和羥型陰離子交換樹脂的組合以除去水中所有的離子，其反應(yīng)式如下6.親和色譜：影響親和作用的因素；洗脫方式；了解常用的親和配基影響因素：離子強(qiáng)度 ph 抑制氫鍵形成的物質(zhì) 溫度 液體離子 螯合劑親和作用主要源于靜電引力，提高離子強(qiáng)度會(huì)減弱或完全破壞親和作用；親和作用主要源于氫鍵作用,提高離子強(qiáng)度也會(huì)降低或消除氫鍵作用；當(dāng)親和結(jié)合作用主要源于疏水性相互作用，增大離子強(qiáng)度則可提高親和結(jié)合作用；親和作用主要源于靜電引力，提高離子強(qiáng)度會(huì)減弱或完全破壞親和作用；親和作用主要源于氫鍵作用,提高離子強(qiáng)度也會(huì)降低或消除氫鍵作用；當(dāng)親和結(jié)合作用主要源于疏水性相互作用，增大離子強(qiáng)度則可提高親和結(jié)合作用；洗脫方式：特異性洗脫：利用洗脫液中的物質(zhì)與待分離物質(zhì)或與配體的親和特性而將待分離物質(zhì)從親和吸附劑上洗脫下來。非特異性洗脫：通過改變洗脫緩沖液ph、離子強(qiáng)度、溫度