生物細(xì)胞分離原理與技術(shù)思考題(南通大學(xué))

1、生物細(xì)胞分離原理及技術(shù)思考題1 生物分離工程在生物技術(shù)中的地位？是生物技術(shù)下游加工過程。2 生物分離工程的特點(diǎn)是什么？生物產(chǎn)品的多樣性決定了分離方法的多樣性與復(fù)雜性；絕大多數(shù)生物分離方法來源于傳統(tǒng)的化工分離方法；生物分離一般比化工分離難度大；分離過程的成本占產(chǎn)品總投資的大部分。3 生物分離工程可分為幾大部分，分別包括哪些單元操作？不溶物的去除：過濾，離心，細(xì)胞破碎產(chǎn)物粗分離：離子交換吸附，萃?。ㄈ軇┹腿?，反微團(tuán)萃取，超臨界流體萃取，雙水相萃取）產(chǎn)品的純化：色譜，電泳，沉淀產(chǎn)品的徑直：結(jié)晶，干燥4 在設(shè)計(jì)下游分離過程前，必須考慮哪些問題方能確保我們所設(shè)計(jì)的工藝過程最為經(jīng)濟(jì)、可靠？產(chǎn)品價(jià)值產(chǎn)品質(zhì)量

2、產(chǎn)物在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的位置雜質(zhì)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的位置主要雜質(zhì)獨(dú)特的物化性質(zhì)是什么？不同分離方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較5 常用的細(xì)胞破碎方法有哪些機(jī)械破碎：高壓勻漿破碎，珠磨破碎法，超聲波破碎法以下為非機(jī)械法物理破碎：滲透壓沖擊，凍結(jié)和融化，干燥法化學(xué)破碎：酸堿處理法，表面活性劑（增溶），有機(jī)溶劑，edta螯合劑酶促破碎：外加酶法，自溶酶法6 在選擇細(xì)胞破碎方法時(shí)需要考慮哪些因素？細(xì)胞處理量；細(xì)胞壁強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)(高聚物交聯(lián)程度、種類和壁厚度)；目標(biāo)產(chǎn)物對(duì)破碎條件的敏感性；破碎程度；目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性釋放7 基因工程包涵體的純化方法。收集菌體細(xì)胞；細(xì)胞破碎；包涵體洗滌；目標(biāo)蛋白的變性溶解；目標(biāo)蛋白的復(fù)性。8

3、什么是萃取過程？液液萃取從機(jī)理上分析可分為哪兩類？其理論收率如何計(jì)算？利用物質(zhì)在兩個(gè)互不相溶的液相中各種組分（包括目的產(chǎn)物）溶解度的不同，從而達(dá)到分離的目的。物理萃取和化學(xué)萃??；111nneeep9 常見物理萃取體系由那些構(gòu)成要素？原溶劑，溶質(zhì)，萃取劑，萃取相，萃余相10 何謂萃取的分配系數(shù)？其影響因素有哪些？一種物質(zhì)在兩相系統(tǒng)中的分配行為可用分配系數(shù)來描述，分配系數(shù)k 為該物質(zhì)在上相和下相中的濃度之比。k=y/x （y 為平衡時(shí)溶質(zhì)在輕相中的濃度；x 為平衡時(shí)溶質(zhì)在重相中的濃度。）ph；溫度；乳化；鹽析；有機(jī)溶劑的選擇11ph 對(duì)弱電解質(zhì)的萃取效率有何影響？ph 影響弱電解質(zhì)的分配系數(shù)（ph

4、-k）a)弱酸性物質(zhì)的k值隨 ph 降低而增大，弱堿性物質(zhì)的k值隨 ph 增大而增大b)ph 低有利于弱酸性物質(zhì)分配在有機(jī)相，堿性物質(zhì)分配在水相。12 發(fā)酵液乳化現(xiàn)象產(chǎn)生原因與影響？如何消除乳化現(xiàn)象？表面活性物質(zhì)聚集在兩相界面上，使表面張力降低。（表面活性劑分子的親水基團(tuán)伸向水中親油集團(tuán)伸向油中。）發(fā)酵液乳化的原因：a 蛋白質(zhì)的存在，起到表面活性劑b 固體粉末對(duì)界面的穩(wěn)定作用影響： 有機(jī)相和水相分相困難，出現(xiàn)夾帶，收率低，純度低。消除：物理法：離心、加熱，吸附，稀釋化學(xué)法：加電解質(zhì)、其他表面活性劑* 轉(zhuǎn)型法加入一種乳化劑，條件： 形成的乳濁液類型與原來的相反，使原乳濁液轉(zhuǎn)型 在轉(zhuǎn)型的過程中，乳

5、濁液破壞，控制條件不允許形成相反的乳濁液，* 頂替法加入一種乳化劑，將原先的乳化劑從界面頂替出來： 形成的乳濁液類型與原來的一致 它本身的表面活性 原來的表面活性 不能形成堅(jiān)固的保護(hù)膜。13 何謂超臨界流體萃?。科涮攸c(diǎn)有哪些？超臨界流體 (scf) 即處于臨界溫度、臨界壓力以上的流體。在臨界溫度、壓力以上，無論壓力多高，流體都不能液化但流體的密度隨壓力增高而增加。特點(diǎn)：密度接近液體；萃取能力強(qiáng) ； 粘度接近氣體；傳質(zhì)性能好14 何謂雙水相萃取?常見的雙水相構(gòu)成體系有哪些？雙水相萃取是利用物質(zhì)在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異進(jìn)行萃取的方法非離子型高聚物非離子型高聚物： peg dextran非

6、離子 -離子型聚電解質(zhì)兩相系統(tǒng)：聚乙二醇nacl-deae葡聚糖鹽酸鹽離子型高聚物-離子型高聚物：羧甲基纖維素鈉-羧甲基葡聚糖鈉btcck高聚物無機(jī)鹽（鹽析作用）：peg 硫酸銨15 反膠團(tuán)的基本結(jié)構(gòu)？反膠團(tuán)萃取的基本原理是什么？反膠團(tuán)（reverse micelle ）是表面活性劑在非極性有機(jī)溶劑中形成的一種聚集體。表面活性劑的極性頭朝內(nèi)，疏水的尾部向外，中間形成極性的“ 核”反膠束萃取技術(shù)是利用表面活性劑在有機(jī)溶劑中自發(fā)形成一種納米級(jí)的反膠束相來萃取水溶液中的大分子蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠束溶液是一種協(xié)同過程，即在宏觀兩相（有機(jī)相和水相）界面間的表面活性劑層同鄰近的蛋白質(zhì)發(fā)生靜電作用而變形，

7、接著在兩相界面形成了包含有蛋白質(zhì)的反膠束，此反膠束擴(kuò)散進(jìn)入有機(jī)相中，從而實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取。16 什么是吸附分離，影響吸附的主要因素？吸附分離是利用吸附劑對(duì)液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面，而從混合物中的分離的的過程。1 吸附劑的性質(zhì)：吸附容量（比表面積，空隙度）吸附速度（粒度大小，孔徑分布）機(jī)械強(qiáng)度（使用壽命）極性2 吸附質(zhì)的性質(zhì):能使表面張力降低的物質(zhì)，易為表面吸附溶質(zhì)在易溶解的溶劑中吸附量小極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)同系物極性越小，越易被非極性吸附劑吸附3.溶液 ph （影響吸附質(zhì)的解離度）4.溫度（吸附熱，大部分吸附是放熱過程，吸附質(zhì)的穩(wěn)定性，溶解度）5.鹽

8、濃度（影響復(fù)雜，促進(jìn)/阻止 /互不影響，要視具體情況而定）17 親和吸附的原理和特點(diǎn)是什么？親和吸附分離是利用溶質(zhì)和吸附劑之間特殊的化學(xué)作用，從而實(shí)現(xiàn)分離的技術(shù)。該吸附作用不同于依靠范德華力的傳統(tǒng)吸附和依靠靜電相互作用的離子交換吸附。配基固定化聚丙二醇 (ppg)聚乙二醇 (peg)聚乙烯醇 (pva)葡聚糖 (dex)聚蔗糖 (ficoll)羥丙基葡聚糖a聚乙二醇 (peg)聚乙烯醇 (pva)葡聚糖 (dex)聚乙烯吡咯烷酮b硫酸葡聚糖酸鈉羧甲基葡聚糖酸鈉聚丙烯乙二醇甲基纖維素c羧甲基葡聚糖酸鈉羧甲基纖維素鈉鹽d聚乙二醇硫酸鉀，硫酸銨，硫酸鈉，硫酸鎂，磷酸鹽酒石酸鈉琥珀酸鈉，檸檬酸納e聚乙

9、二醇葡聚糖乙二醇單丁酯丙醇a, 兩者均為非離子性聚合物,b, 一種非離子性聚合物，另一種為帶電荷的聚電解質(zhì)c, 兩者均為聚電解質(zhì) ,d, 一種聚合物，另一種為鹽。e, 一種聚合物，另一種為有機(jī)小分子吸附樣品樣品解析特點(diǎn)：效率高：利用親和吸附可以從粗提液中一次性分離得到高純度的活性物質(zhì)。分離精度高：可用于分離含量極低，結(jié)構(gòu)相近的化合物通用性較差，洗脫條件苛刻18 間歇吸附的相關(guān)計(jì)算19 色譜方法共分幾類？并簡(jiǎn)述其工作原理a)吸附色譜：目標(biāo)物與雜質(zhì)與吸附劑之間吸附力的不同b)分配色譜：目標(biāo)物與雜質(zhì)在兩液相分配系數(shù)的不同c)離子交換色譜：目標(biāo)物與雜質(zhì)對(duì)離子交換樹脂化學(xué)親和力的不同d)凝膠色譜：目標(biāo)物

10、與雜質(zhì)的分子大小和形狀的不同色譜分離法是一組相關(guān)分離方法的總稱，它的機(jī)理是多種多樣的，但不管哪種方法都必須包括兩個(gè)相。一相是固定相，通常為表面積很大的或多孔性固體；另一相是流動(dòng)相，是液體或氣體。當(dāng)流動(dòng)相流過固定相時(shí)，由于物質(zhì)在兩相間的分配情況不同，經(jīng)過多次差別分配而達(dá)到分離，或者說，易分配于固定相的物質(zhì)移動(dòng)速度慢，易分配于流動(dòng)相中的物質(zhì)移動(dòng)速度快，因而得到逐步分離。20 何為理論塔板高度和理論塔板數(shù)？如何計(jì)算？理論塔板高度：流動(dòng)相與固定相平均濃度達(dá)傳質(zhì)平衡時(shí)的一段柱高理論塔板數(shù)：反應(yīng)不同時(shí)刻溶質(zhì)在色譜柱中的分布以及分離度與柱高之間的關(guān)系理論塔板數(shù)的計(jì)算方法：理論塔板高度：21、 常用的蛋白質(zhì)沉

11、淀方法有哪些？鹽析法；有機(jī)溶劑沉淀法；等電點(diǎn)沉淀法;選擇性沉淀（熱變性或酸堿變性沉淀）;非離子多聚體沉淀法(不確定是不是) 22、 簡(jiǎn)述鹽析的原理。首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在狀態(tài)（親水膠體）：兩性電解質(zhì)，由于靜電力的作用，分子間相互排斥，形成穩(wěn)定的分散系蛋白質(zhì)周圍形成水化膜，保護(hù)了蛋白質(zhì)粒子，避免了相互碰撞當(dāng)中性鹽加入蛋白質(zhì)分散體系時(shí)可能出現(xiàn)以下兩種情況：（1）“ 鹽溶 ” 現(xiàn)象 低鹽濃度下，增加蛋白質(zhì)分子間靜電斥力，蛋白質(zhì)溶解度增大；（2）“ 鹽析 ” 現(xiàn)象 高鹽濃度下，蛋白質(zhì)溶解度隨之下降，原因如下：鹽離子與蛋白質(zhì)表面電荷中和，形成離子對(duì)， 部分中和了蛋白質(zhì)的電性，使蛋白質(zhì)分子

12、之間的排斥力減弱，從而能夠相互靠攏；中性鹽的親水性大，使蛋白質(zhì)脫去水化膜，疏水區(qū)暴露， 由于疏水區(qū)的相互作用導(dǎo)致沉淀。23、 影響鹽析的主要因素有哪些？溶質(zhì)種類的影響：不同溶質(zhì)具有不同的ks和 值，組成相近的蛋白質(zhì)，分子量越大，沉淀所需鹽的量越少；蛋白質(zhì)分子不對(duì)稱性越大，也越易沉淀。溶質(zhì)濃度的影響：a)蛋白質(zhì)濃度大，鹽的用量小，但共沉作用明顯，分辨率低；b)蛋白質(zhì)濃度小，鹽的用量大，分辨率高，但回收率低；c)蛋白質(zhì)的含量一般控制在2-3%ph 值：影響蛋白質(zhì)表面凈電荷的數(shù)量，從而影響蛋白質(zhì)的溶解度通常調(diào)整體系ph 值，使其在pi 附近時(shí)進(jìn)行鹽析；鹽析溫度：一般在高鹽濃度下，溫度升高，其溶解度反

13、而24、 簡(jiǎn)述有機(jī)溶劑沉析的原理。原理：（1）靜電作用：降低了溶質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)之間的靜電引力增加，從而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀。（2）脫水作用：由于水溶性有機(jī)溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，壓縮了親水溶質(zhì)表面水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。25、 簡(jiǎn)述等電點(diǎn)沉析的原理。原理：蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)溶液ph 值處于等電點(diǎn)時(shí)，分子表面凈電荷為0，雙電層和水化膜結(jié)構(gòu)被破壞，由于分子間引力，形成蛋白質(zhì)聚集體，進(jìn)而產(chǎn)生沉淀。26、膜分離技術(shù)的概念。膜分離的概念：利用膜的選擇性（孔徑大?。?，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實(shí)現(xiàn)分離的一種技術(shù)。27，

14、根據(jù)膜孔徑大小，膜分離技術(shù)可分為哪幾類？微濾、超濾、納濾、反滲透，電滲透，透析28， 主要的膜組件有哪些？膜、固定膜的支撐體、間隔物以及收納這些部件的容器29， 微濾，超濾，納濾，反滲透分離技術(shù)的特點(diǎn)，及適用范圍？過程膜結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力應(yīng)用對(duì)象實(shí)例微濾對(duì)稱微孔膜0.05-10m 壓力差消毒、澄清收集細(xì)胞培養(yǎng)懸浮液除菌， 產(chǎn)品消毒，細(xì)胞收集超濾不對(duì)稱微孔膜 -0nm 壓力差大分子物質(zhì)分離蛋白質(zhì)的分離/濃縮 /純化 /脫鹽 /去熱源納濾復(fù)合膜1nm壓力差donna效應(yīng)小分子物質(zhì)分離糖/二價(jià)鹽 /游離酸的分離反滲透致密膜、復(fù)合膜1nm 壓力差小分子物質(zhì)濃縮單價(jià)鹽 / 非游離酸的分離透析對(duì)稱的或不對(duì)稱的膜濃

15、度差小分子有機(jī)物 /無機(jī)離子除小分子有機(jī)物或無機(jī)離子電滲析離子交換膜電位差離子脫除、氨基酸分離海水淡化，純水制備，生產(chǎn)工藝用水微濾、超濾、納濾、反滲透相同點(diǎn)：以膜兩側(cè)壓力差為推動(dòng)力；按體積大小而分離；膜的制造方法、結(jié)構(gòu)和操作方式都類似。微濾、超濾、納濾、反滲透區(qū)別：膜孔徑：微濾0.1-10 m 超濾 0.01-0.1 納濾 0.001-0.01 m 反滲透小于0.001 m分離粒子：微濾截留固體懸浮粒子，固液分離過程；超濾、納濾、反滲透為分子級(jí)水平的分離；分理機(jī)理：微濾、超濾和納濾為截留機(jī)理，篩分作用；反滲透機(jī)理是滲透現(xiàn)象的逆過程：壓差：微濾、超濾和納濾壓力差不需很大0.1-0.6 mpa 3

16、0， 簡(jiǎn)述電滲析膜分離的基本原理。利用待分離分子的荷點(diǎn)性質(zhì)和分子大小的差別，以外電場(chǎng)電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作；電滲析器主要組成部分是離子交換膜。分為陽膜，陰膜。陽膜只充許陽離子通過而陰離子被阻擋；陰膜只充許陰離子通過而陽離子被阻擋。31， 結(jié)晶操作的原理是什么？結(jié)晶是指溶質(zhì)自動(dòng)從過飽和溶液中析出，形成新相的過程,這一過程包括：a)溶質(zhì)分子凝聚成固體b) 分子有規(guī)律地排列在一定晶格中這一過程與表面分子化學(xué)鍵力變化有關(guān)；因此，結(jié)晶過程是一個(gè)表面化學(xué)反應(yīng)過程。32， 飽和溶液和過飽和溶液的概念飽和溶液：當(dāng)溶液中溶質(zhì)濃度等于該溶質(zhì)在同等條件下的飽

17、和溶解度時(shí)，該溶液稱為飽和溶液；過飽和溶液：溶質(zhì)濃度超過飽和溶解度時(shí)，該溶液稱之為過飽和溶液；（溶質(zhì)只有在過飽和溶液中才能析出）33， 結(jié)晶的一般步驟是什么？過飽和溶液的形成；晶核的形成；晶體生長(zhǎng)34， 過飽和溶液形成的方法有哪些？熱飽和溶液冷卻（等溶劑結(jié)晶）：適用于溶解度隨溫度升高而增加的體系，同時(shí)，溶解度隨溫度變化的幅度要適中；自然冷卻、間壁冷卻（冷卻劑與溶液隔開）、直接接觸冷卻（在溶液中通入冷卻劑）部分溶劑蒸發(fā)法（等溫結(jié)晶法）：適用于溶解度隨溫度降低變化不大的體系，或隨溫度升高溶解度降低的體系；加壓、減壓或常壓蒸餾真空蒸發(fā)冷卻法使溶劑在真空下迅速蒸發(fā)，并結(jié)合絕熱冷卻，是結(jié)合冷卻和部分溶劑

18、蒸發(fā)兩種方法的一種結(jié)晶方法。設(shè)備簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶加入反應(yīng)劑產(chǎn)生新物質(zhì)，當(dāng)該新物質(zhì)的溶解度超過飽和溶解度時(shí)，即有晶體析出，該方法的實(shí)質(zhì)是利用化學(xué)反應(yīng)，對(duì)待結(jié)晶的物質(zhì)進(jìn)行修飾，調(diào)節(jié) ph 值，改變?nèi)苜|(zhì)溶解特性而析出鹽析法加入某些物質(zhì)，使溶質(zhì)的溶解度降低而析出35， 繪制飽和溫度曲線和過飽和溫度曲線，并標(biāo)明穩(wěn)定區(qū)、亞穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)。36， 常用的工業(yè)起晶方法有哪些？自然起晶法：溶劑蒸發(fā)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)形成晶核、當(dāng)產(chǎn)生一定量的晶種后，加入稀溶液使溶液濃度降至亞穩(wěn)定區(qū)，新的晶種不再產(chǎn)生，溶質(zhì)在晶種表面生長(zhǎng)。刺激起晶法：將溶液蒸發(fā)至亞穩(wěn)定區(qū)后，冷卻，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，形成一定量的晶核，此時(shí)溶液的濃度會(huì)

19、有所降低，進(jìn)入并穩(wěn)定在亞穩(wěn)定的養(yǎng)晶區(qū)使晶體生長(zhǎng)。晶種起晶法：將溶液蒸發(fā)后冷卻至亞穩(wěn)定區(qū)的較低濃度，加入一定量和一定大小的晶種，使溶質(zhì)在晶種表面生長(zhǎng)。37， 重結(jié)晶的概念重結(jié)晶是利用雜質(zhì)和結(jié)晶物質(zhì)在不同溶劑和不同溫度下的溶解度不同，將晶體用合適的溶劑再次結(jié)晶，以獲得高純度的晶體的操作。38， 干燥的概念用熱能加熱物料，使物料中水分蒸發(fā)而干燥或者用冷凍法使水分結(jié)冰后升華而除去的單元操作；39， 干燥的基本流程40， 物料中所含水分的種類有哪些？平衡水分和自由水分的概念按照物料與水分的結(jié)合方式可分為以下三類：化學(xué)結(jié)合水 :分與物料的離子型結(jié)合和結(jié)晶型分子結(jié)合（結(jié)晶水），結(jié)晶水的脫除必將引起晶體的崩潰

20、；物化結(jié)合水 :包括吸附、滲透和結(jié)構(gòu)水分，其中吸附水分結(jié)合力最強(qiáng)；機(jī)械結(jié)合水 :毛細(xì)管水、濕潤(rùn)水分、孔隙水份按照物料中水分去除難易程度分類：結(jié)合水（包括細(xì)胞含水、纖維束含水以及毛細(xì)管水）較難以除去；非結(jié)合水（物料表面的濕潤(rùn)水分和孔隙水份）較容易除去平衡水分：當(dāng)一種物料與一定溫度及濕度的空氣接觸時(shí)，物料勢(shì)必會(huì)放出或吸收一定量的水分，物料的含水量會(huì)趨于一定值。此時(shí)，物料的含水量稱為該空氣狀態(tài)下的平衡水分。平衡水分代表物料在一定空氣狀態(tài)下的干燥極限，即用熱空氣干燥法，平衡水分是不能去除的。自由水分：在干燥過程中能夠除去的水分，是物料中超出平衡水分的部分41， 了解干燥曲線，并結(jié)合干燥速率曲線說明恒速

21、干燥階段和降速干燥階段的特點(diǎn)恒速干燥階段：濕物料表面為非結(jié)合水所濕潤(rùn)，物料表面溫度是該空氣狀態(tài)下的濕球溫度；此時(shí)，傳熱推動(dòng)力（溫度差）以及傳質(zhì)推動(dòng)力（飽和蒸汽壓差）是一個(gè)定值；因此，干燥速率也是一個(gè)定值；實(shí)際上，該階段的干燥速率決定于物料表面水分汽化的速率、決定于水蒸氣通過干燥表面擴(kuò)散到氣相主體的速率。因此，又稱為表面汽化控制階段。此時(shí)的干燥速率幾乎等于純水的汽化速度，和物料濕含量、物料類別無關(guān)；影響因子主要有：空氣流速、空氣濕度、空氣溫度等外部條件。降速干燥階段：物料濕含量降至臨界點(diǎn)以后，便進(jìn)入降速干燥階段。在降速干燥階段，非結(jié)合水以及被蒸發(fā)，繼續(xù)進(jìn)行干燥，只能蒸發(fā)結(jié)合水。結(jié)合水的蒸氣壓恒低于同溫下純水的飽和蒸汽壓，傳質(zhì)、傳熱推動(dòng)力逐漸減小，干燥速率隨之降低；干燥空氣的剩余能量被用于加熱物料表面，物料表面溫度逐漸升高，局部干燥。在這一階段，干燥速率取決于水分和蒸汽在物料內(nèi)部的擴(kuò)散速度。因此，亦稱為內(nèi)部擴(kuò)散控制階段，與外部條件關(guān)系不大。主要影響因素為物料結(jié)構(gòu)、形狀和大小42， 干燥設(shè)備選型的原則是什么？被干燥物料的性質(zhì)：濕物料的物理特性、干物料的物理特性、腐蝕性、毒性、可燃性、粒子大小及磨損性；物料的干燥特性：濕分