生化分離工程作業(yè)

1、作業(yè) 1. 生物技術(shù)：應(yīng)用生命科學(xué)研究成果，以人們意志設(shè)計(jì)，對(duì)生物或生物的成分進(jìn)行改造和利用的技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)綜合學(xué)科技術(shù)，可用于研究生命活動(dòng)的規(guī)律和提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)等。 2. 生化工程：生物化學(xué)反應(yīng)的工程應(yīng)用，主要包括代謝工程、發(fā)酵工程和生物化學(xué)傳感器等，生物化學(xué)工程和生物醫(yī)學(xué)工程是最初的生物工程學(xué)概念，基因重組、發(fā)酵工程、細(xì)胞工程、生化工程等在21世紀(jì)整合而形成了系統(tǒng)生物工程。 3. 生化反應(yīng)工程：生物化學(xué)工程的重要組成部分，是化學(xué)反應(yīng)工程與生物技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它以生物反應(yīng)器為中心，主要研究發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、酶動(dòng)力學(xué)，生物反應(yīng)器中的

2、傳遞過(guò)程，生物反應(yīng)器的放大規(guī)律以及生物反應(yīng)器的檢測(cè)和控制等。 4. 生化分離工程：生物化工產(chǎn)品通過(guò)微生物發(fā)酵過(guò)程、酶反應(yīng)過(guò)程或動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)獲得，從上述發(fā)酵液、反應(yīng)液或培養(yǎng)液中分離、精制有關(guān)產(chǎn)品的過(guò)程。 5. 熱源：與工質(zhì)發(fā)生熱量交換的物質(zhì)系統(tǒng)。可分為高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩?，或者為熱源和冷源。熱源是指工質(zhì)從中吸取熱能的物質(zhì)系統(tǒng)，冷源是指接受工質(zhì)排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。 6. 微生物工程：即是指發(fā)酵工程，指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的一種技術(shù)。 7.

3、60;生化分離工程的一般工藝流程和所包括的單元操作及其適用范圍？ 8.那些單元操作適用于生物小分子物質(zhì)的提取? 層析、離子交換、親和、疏水、吸附、電泳 9.那些單元操作適用于生物大分子物質(zhì)的提取? 沉淀、吸附、萃取、超濾 10.生物分離工程的發(fā)展趨勢(shì)。 膜分離技術(shù)的推廣使用 、親和技術(shù)的推廣使用、優(yōu)質(zhì)層析介質(zhì)的研究、上游技術(shù)對(duì)生化分離過(guò)程的影響、發(fā)酵于提取相結(jié)和：生物反應(yīng)器方面  11.說(shuō)出世界上十家生物工程方面的大公司的名稱。 Amgen 安進(jìn)、Roche/Genentech

4、0;羅氏、基因泰克、Johnson 強(qiáng)生、Novo Nordisk 諾瓦諾德、Eli Lilly 禮來(lái)、Sanofi-Aventis 賽諾菲、Abbott 雅培、Merck KGaA 德國(guó)默克、Schering-Plough 先靈寶雅、Wyeth 惠氏  作業(yè) 1.絮凝：利用絮凝劑（通常是天然或合成的大分量聚電解質(zhì)以及生物絮凝劑）將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小的絮凝劑的過(guò)程，其中絮凝劑主要起架橋作用。 2.凝聚：在投加的化學(xué)物質(zhì)（例如水解的

5、凝聚劑，像鋁、鐵的鹽類或石灰等）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚集成1mm大小塊狀凝聚體的過(guò)程。 3.凝聚值：電解質(zhì)的凝聚能力可用凝聚值來(lái)表示,使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度(毫摩爾/升),稱為凝聚值。 4.混凝：混凝現(xiàn)象是指微粒凝結(jié)現(xiàn)象。凝聚和絮凝總稱為混凝。凝聚是指在水中加入某些溶解鹽類，使水中細(xì)小懸浮物或膠體微?；ハ辔浇Y(jié)合而成較大顆粒，從水中沉淀下來(lái)的過(guò)程。絮凝是指由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互黏結(jié)的過(guò)程；脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為凝聚。 2.凝聚原理 （1）對(duì)初始粒子表面電荷進(jìn)行簡(jiǎn)單中和 （2）消除雙電荷（利用中性鹽，例如NaC

6、l等）而脫穩(wěn) （3）通過(guò)氫鍵或其他復(fù)雜的形式與粒子相結(jié)合 3.絮凝機(jī)制 利用電荷中和及大分子橋聯(lián)作用形成10mm大小的粒子。 4.常用的凝聚劑有哪些？常用的絮凝劑有哪些？ 凝聚劑：（1）無(wú)機(jī)鹽類（2）金屬無(wú)機(jī)鹽類（3）聚合無(wú)機(jī)鹽類，例如：明礬、AlCl3.H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3 絮凝劑：（1） 聚丙烯酰胺衍生物：非離子型、陽(yáng)離子型、陰離子型（2） 苯乙烯類衍生物及其無(wú)機(jī)高分子聚合物絮凝劑：聚合鋁鹽、聚合鐵鹽（3）天然有機(jī)高分子絮凝劑：明膠、海藻酸鈉、骨膠、甲殼素等。  作業(yè) 1.高速濕

7、法珠磨2.高壓勻漿3.超聲波破碎4.組織搗碎5.酶解6.自溶7.化學(xué)溶胞8.滲透壓沖擊9.凍結(jié)融化10.干燥11.撞擊破碎 每人請(qǐng)任選一種破碎方法，通過(guò)若干個(gè)典型實(shí)例來(lái)詳細(xì)分析說(shuō)明工藝流程、工藝成敗關(guān)鍵點(diǎn)、操作方法及其原理、破碎的實(shí)際效果。列出中英文參考文獻(xiàn)。   作業(yè) 1.鹽析法：指在藥物溶液中加入大量的無(wú)機(jī)鹽，使某些高分子物質(zhì)的溶解度降低沉淀析出，而與其他成分分離的方法。鹽析法主要用于蛋白質(zhì)的分離純化。 2.有機(jī)溶劑沉淀法：有機(jī)溶劑的加入會(huì)使溶質(zhì)的構(gòu)型及溶劑的介電常數(shù)等同時(shí)發(fā)生變化，從而使蛋白質(zhì)沉淀。溶劑介電常數(shù)的降低，會(huì)使蛋白質(zhì)

8、分子間的靜電引力（庫(kù)侖力）增大，而導(dǎo)致凝集和沉淀。溶質(zhì)空間構(gòu)型的改變致使一些原本包含在內(nèi)部的疏水集團(tuán)暴露于表面，并與有機(jī)溶劑的疏水集團(tuán)結(jié)合形成疏水層，從而使蛋白質(zhì)沉淀。 3.選擇性變性沉淀法：利用蛋白質(zhì)的變性作用，除去混合液中雜蛋白的方法。 4.等電點(diǎn)沉淀法：基于不同蛋白質(zhì)離子具有不同等電點(diǎn)這一特性，用依次改變?nèi)芤簆H值得方法，將雜蛋白沉淀除去，最終獲得目標(biāo)產(chǎn)物。 5.鹽溶：在蛋白質(zhì)水溶液中，加入少量的中性鹽，如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等，會(huì)增加蛋白質(zhì)分子表面的電荷，增強(qiáng)蛋白質(zhì)分子與水分子的作用，從而使蛋白質(zhì)在水溶液中的溶解度增大。 6.鹽析：向某些蛋白質(zhì)

9、溶液中加入某些無(wú)機(jī)鹽溶液后，可以降低蛋白質(zhì)的溶解度，使蛋白質(zhì)凝聚而從溶液中析出。 7.鹽析：鹽析:在一定的離子強(qiáng)度下，改變?nèi)芤旱膒H值及溫度，達(dá)到沉淀目的，稱為“”分級(jí)鹽析法。 8.Ks鹽析：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“Ks”分級(jí)鹽析法。 9.二次鹽析：在原鹽濃度下,可除去難溶雜質(zhì),但不能除去易溶雜質(zhì)，所以需要進(jìn)行更高鹽濃度的第二次鹽析適用于目的蛋白的溶解性，高于“易溶雜質(zhì)”的場(chǎng)合。 2.鹽析的機(jī)理 （1） 把中性鹽加入蛋白質(zhì)溶液，中性鹽對(duì)水分子的親和力大于蛋白質(zhì)，鹽離子與蛋白質(zhì)分子爭(zhēng)奪

10、水分子，降低了用于溶解蛋白質(zhì)的有效水量，減弱了蛋白質(zhì)的水合程度，破壞了蛋白表面的水化膜，導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解度下降；于是蛋白質(zhì)分子周圍的水化膜層減弱乃至消失。 （2）同時(shí)，中性鹽加入蛋白質(zhì)溶液后，由于離子強(qiáng)度發(fā)生改變，蛋白質(zhì)表面電荷大量被中和，更加導(dǎo)致蛋白溶解度降低，使蛋白質(zhì)分子之間聚集而沉淀 （3）鹽離子引起原本在蛋白質(zhì)分子周圍有序排列的水分子的極化，使水活度降低。 由于蛋白質(zhì)的組成及性質(zhì)不同，所以鹽析時(shí)所需中性鹽的濃度也不相同。 3.有機(jī)溶劑沉淀的機(jī)理 親水性有機(jī)溶劑加入溶液后降低了介質(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；&#

11、160;水溶性有機(jī)溶劑本身的水合作用降低了自由水的濃度，壓縮了親水溶質(zhì)分子表面原有水化層的厚度，降低了它的親水性，導(dǎo)致脫水凝集 4.二次鹽析如何實(shí)現(xiàn)？ 由于不同的蛋白質(zhì)其溶解度與等電點(diǎn)不同，沉淀時(shí)所需的pH值與離子強(qiáng)度也不相同，改變鹽的濃度與溶液的pH值，可將混合液中的蛋白質(zhì)分批鹽析分開(kāi)，這種分離蛋白質(zhì)的方法稱為分段鹽析法。如半飽和硫酸銨可沉淀血漿球蛋白，飽和硫酸銨則可沉淀包括血漿清蛋白在內(nèi)的全部蛋白質(zhì) 作業(yè) 1. 初級(jí)成核：在高過(guò)飽和度下，溶液自發(fā)地生成晶核的過(guò)程，稱為初級(jí)均相成核；溶液在外來(lái)物（如大氣中的微塵）的誘導(dǎo)下生成晶核的過(guò)程，稱為初

12、級(jí)非均相成核。 2.二次成核：物質(zhì)的一個(gè)或幾個(gè)晶體存在于它們的過(guò)飽和溶液中，會(huì)引起新晶體的生長(zhǎng)，其中的成核作用，不會(huì)按其他方式發(fā)生。 3.直接結(jié)晶  4.間接結(jié)晶  5.晶核：結(jié)晶過(guò)程中首先形成的晶體的胚芽。結(jié)晶過(guò)程是一個(gè)相變過(guò)程。在開(kāi)始由氣相或液相形成晶相時(shí)，一般說(shuō)是很困難的，原子或分子在氣相或液相的吉布斯函數(shù)很高，必須在很大程度上降低其分子熵才能形成晶核。 6.請(qǐng)畫(huà)出味精結(jié)晶的TC關(guān)系圖，并說(shuō)明圖上各曲線和區(qū)域的物理意義，在圖上表示出粉狀味精和棒狀味精生產(chǎn)的操作特點(diǎn)。  A穩(wěn)定區(qū)：不飽和區(qū) 

13、 B第一介穩(wěn)區(qū)：加入晶種結(jié)晶會(huì)生長(zhǎng)，但不產(chǎn)生新晶核C第二介穩(wěn)區(qū)：加入晶種會(huì)生長(zhǎng)，同時(shí)有新晶核產(chǎn)生  D不穩(wěn)定區(qū)：瞬間出現(xiàn)大量微小晶核。發(fā)生晶核泛濫  7.試述食鹽晶體在貨架期結(jié)塊的原因，并結(jié)合結(jié)晶過(guò)程說(shuō)明預(yù)防的方法? 原因：先是溫度高了，受潮水解，在貨價(jià)上結(jié)塊有兩種情況，一種是溫度低結(jié)晶析出；另一種是氯化鈉干燥后形成塊狀晶體。方法：優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)、改善包裝方式、科學(xué)設(shè)置貯存的外部條件、合理使用防結(jié)塊劑等。  作業(yè) 1、膜分離技術(shù)：膜分離過(guò)程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過(guò)或被截留于膜的過(guò)程，近似于篩分過(guò)程，依據(jù)濾膜孔徑大小而達(dá)到物質(zhì)分離的

14、目的。 2、微濾：以多孔細(xì)小薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，壓力為推動(dòng)力，使不溶性物質(zhì)得以分離的操作，孔孔徑分布范圍在0.02514m之間。 3超濾：以多孔細(xì)小薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，但孔徑更小，為0.0010.02 m，分離推動(dòng)力仍為壓力差，適合于分離酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)。 4 納濾：以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離3001000小分子量的膜分離過(guò)程，孔徑分布在平均2nm。 5反滲透：是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，孔徑范圍在0.00010.001 m之間（由于分離的溶劑分子往往很小，不能忽略滲透壓的作用，故而成為反滲

15、透）。 6濃差極化：是指但溶劑透過(guò)膜，而溶質(zhì)留在膜上，因而使膜面濃度增大，并高于主體中濃度。 7膜污染：主要有兩種情況：一是附著層被濾餅、有機(jī)物凝膠、無(wú)機(jī)物水垢膠體物質(zhì)或微生物等吸附于表面；另一種是料液中溶質(zhì)結(jié)晶或沉淀造成堵塞。 8滲析：利用油或其他液體從潤(rùn)滑脂中析出的現(xiàn)象分離物質(zhì)的一種方法。 9 電滲析：以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。 10氣體膜分離：在壓力驅(qū)動(dòng)下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內(nèi)溶解擴(kuò)散上的差異，即滲透速率差來(lái)進(jìn)行分離的。 11滲透

16、蒸發(fā)：在膜的滲透邊側(cè)形成真空，以膜的前后兩側(cè)的化學(xué)位差為推動(dòng)力伴隨著相變，由膜選擇吸附及在膜中滲透速率不同而進(jìn)行分離。 12膜蒸餾：一種采用疏水微孔膜以膜兩側(cè)蒸汽壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力的膜分離過(guò)程，可用于水的蒸餾淡化，對(duì)水溶液去除揮發(fā)性物質(zhì)。  13 膜萃取：又稱固定膜界面萃取，是基于非孔膜技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種樣品前處理方法，是膜技術(shù)和液液萃取過(guò)程相結(jié)合的新的分離技術(shù)，是膜分離過(guò)程中的重要組成部分。 14親和膜分離：一種利用親和配基修飾的膜（親和膜）為介質(zhì)的分離純化生物大分子的技術(shù)，是膜分離技術(shù)和親和層析技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。其分離過(guò)程包括親和吸附、洗脫、

17、親和膜再生等步驟。 15特異性洗脫法：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(lái)。 16非特異性洗脫：利用一般液中的物質(zhì)將待分離物質(zhì)而將待分離物質(zhì)從親和吸附劑上洗脫下來(lái)。 17當(dāng)采用超濾法生產(chǎn)牛奶時(shí)，常出現(xiàn)通透量持續(xù)下降的現(xiàn)象，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)合理的方案予以解決，并說(shuō)明設(shè)計(jì)的依據(jù)。超濾過(guò)濾時(shí)出現(xiàn)通量持續(xù)下降是正常的，一般的方法有:降低處理量、間斷正沖一下、如果可能一定時(shí)間后采用純水反洗一下。  18 試對(duì)常用的四種超濾器的性能進(jìn)行比較。  板框式保留體積小，操作費(fèi)用低的壓力降，液

18、流穩(wěn)定，比較成熟 投資費(fèi)用大，大的固含量會(huì)堵塞進(jìn)料液通道，拆卸比清潔管道更費(fèi)時(shí)間 螺旋卷式 設(shè)備投資低，操作費(fèi)用也低，單位體積中所過(guò)濾面積大，換新膜容易料液需經(jīng)預(yù)處理，壓力降大，易污染，難清洗，液流不易控制管式 易清洗，單根管子容易調(diào)換，對(duì)液流易控制，無(wú)機(jī)組件可在高溫下用有機(jī)溶劑進(jìn)行操作并可用化學(xué)試劑來(lái)消毒 高的設(shè)備投資和操作費(fèi)用，保留體積大，單位體積中所含有過(guò)濾面積較小，壓力降大中空維式 保留體積小，單位體積中所含過(guò)濾面積大，可以逆流操作，壓力較低，設(shè)備投資低 料液需要預(yù)處理，單根纖維管損壞時(shí)，需調(diào)換整個(gè)組件，不夠成熟&#

19、160; 19請(qǐng)比較說(shuō)明微濾、超濾、納濾和反滲透等四種常用膜分離技術(shù)的異同點(diǎn)。 微濾：以孔徑細(xì)小的多孔薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，以壓力差為推動(dòng)力，使物料分離的過(guò)濾操作。超濾：以壓力為推動(dòng)力，由于超濾膜的孔勁在0.0010.02微米之間，大于該范圍的分子、微粒膠團(tuán)、細(xì)菌等均被截留富集在高壓側(cè)，濃度逐漸增大，透過(guò)膜的小分子物質(zhì)存在于滲透液中，從而實(shí)現(xiàn)了組分分離的操作。反滲透：在高于溶液滲透壓的壓力作用下，溶劑透過(guò)膜，而溶液中大分子、小分子有機(jī)物及無(wú)機(jī)鹽等溶質(zhì)被截留的過(guò)程稱為反滲透。納濾：介于反滲透與超濾之間的一種膜分離技術(shù)，因納濾膜具有1納米左右的微孔結(jié)構(gòu)，故為納濾。 相同點(diǎn)：

20、都是膜分離技術(shù)的一種。不同點(diǎn)：微濾的分離機(jī)理：（1）過(guò)篩截留（2）吸附截留（3）架橋截留（4）網(wǎng)絡(luò)截留（5）靜電截留  超濾的分離機(jī)理：為篩孔分離過(guò)程但膜表面的化學(xué)性質(zhì)也是影響超濾分離的重要因素，即超濾過(guò)程中溶質(zhì)的截留有在膜表面的機(jī)械截留（篩分）、在膜孔中停留而被去除（阻塞）、在膜表面即膜孔內(nèi)的吸附（一次吸附）3種方式。反滲透的分離模型：1、溶解-擴(kuò)散模型2、 優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流理論3、 氫鍵理論納濾膜在分離應(yīng)用中兩個(gè)顯著特性：對(duì)水中分子量為數(shù)百的有機(jī)小分子成為具有分離性能；對(duì)無(wú)機(jī)鹽有一定的截留作用。作業(yè) 1.離子交換技術(shù)：離子交換是指水通過(guò)離子交換柱時(shí)，水中的陽(yáng)離子和水中的陰離子（HCO等離子）與交換柱中的陽(yáng)樹(shù)脂的H+離子和陰樹(shù)脂的OH離子進(jìn)行交換，從而達(dá)到脫鹽的目的。 2.陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：一種化學(xué)物質(zhì)，主要用于制造精糖和高級(jí)食用糖漿的提純。 3.強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂：按骨架分為“苯乙烯系”和“丙烯酸系”兩種，