生物分離工程計(jì)算

1、三、問答題1、什么是生物技術(shù)下游加工過程？從發(fā)酵液或酶反應(yīng)液或動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)液中提取、分離、純化、富集生物產(chǎn)品的過程。2、針對(duì)分離對(duì)象而言，生物分離過程有何特點(diǎn)（1）發(fā)酵液或培養(yǎng)液是產(chǎn)物濃度很低的水溶液：發(fā)酵液中生物產(chǎn)品的濃度很低，而雜質(zhì)含量卻很高，如發(fā)酵液 (0.1-10g/L) 或 培養(yǎng)液(5-50mg/L)，青霉素（4.2%）、慶大霉素（0.2%）、干擾素（<50ug/ml，0.005%）胰島素0.002%。這使分離所需能量以及產(chǎn)品價(jià)格大大提高。（2）培養(yǎng)液是多組分的混合物：培養(yǎng)液是一個(gè)復(fù)雜的多相體系，含有菌體、未消耗盡的固體培養(yǎng)基等固體成分和大量的液相；未消耗完的培養(yǎng)基成分，包括

2、各種無機(jī)鹽和有機(jī)物；除所需產(chǎn)物外，還含有其他副產(chǎn)物以及色素等雜質(zhì)，有些雜質(zhì)的性質(zhì)與產(chǎn)物很接近。很難通過單一手段將產(chǎn)物分離和純化。（3）生化產(chǎn)品的穩(wěn)定性差：許多發(fā)酵產(chǎn)品具有生理活性，很容易變性失活，如原料液中常存在降解目標(biāo)產(chǎn)物的蛋白酶、菌體也可能自溶、容易被雜菌污染：遇熱、極端pH值、有機(jī)溶劑會(huì)引起失活或分解，特別是蛋白質(zhì)的生物活性與一些輔因子、金屬離子的存在和分子的空間構(gòu)型有關(guān)。甚至剪切力也會(huì)影響空間構(gòu)型和使分子降解，對(duì)蛋白質(zhì)的活性有很大影響，因此，分離過程中的pH值、溫度和攪拌等條件必須特別注意。發(fā)酵液放罐后，應(yīng)及時(shí)快速操作，要求采用快速的分離純化方法除去影響目標(biāo)產(chǎn)物穩(wěn)定性的雜質(zhì)。（4）對(duì)最

3、終產(chǎn)品的質(zhì)量要求高：對(duì)產(chǎn)物的要求：保持生物產(chǎn)物的活性、純度要求高，當(dāng)生物技術(shù)產(chǎn)品是食品或藥物時(shí)，要求無污染物、無對(duì)映體、無病毒、無熱原、無致敏原等。3、生物分離工程的一般步驟是什么？各步驟中的單元操作主要有哪些？一般包含四個(gè)步驟，如圖所示。預(yù)處理中有加熱、調(diào)pH、絮凝等單元操作；細(xì)胞分離中有沉降、離心、過濾、錯(cuò)流過濾等操作步驟；細(xì)胞破碎中有均質(zhì)化、研磨、溶胞等單元操作；細(xì)胞碎片分離中有離心、萃取、過濾、錯(cuò)流過濾等單元操作；初步純化中有沉淀、吸附、萃取、超濾等單元操作；高度純化中有層析、離子交換、親和、疏水、吸附、電泳等單元操作；成品加工中有無菌過濾、超濾、冷凍干燥、噴霧干燥、結(jié)晶等單元操作。4

4、、生物分離過程的選擇準(zhǔn)則是什么？（1）采用步驟數(shù)最少；（2）次序要相對(duì)合理：避免相同原理的分離技術(shù)多次重復(fù)出現(xiàn)。盡量減少新化合物進(jìn)入待分離的溶液。合理的分離步驟次序。原則是：先低選擇性，后高選擇性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。（3）適應(yīng)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格。（4）生產(chǎn)規(guī)模：在分離過程的第一個(gè)步驟（發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離）中，使用的離心和過濾等方法能夠適應(yīng)很寬的規(guī)模范圍，因此對(duì)于不同規(guī)模的產(chǎn)物分離影響不大。但在后續(xù)步驟中，技術(shù)方法的選擇和生產(chǎn)規(guī)模關(guān)系密切。從技術(shù)的成本和產(chǎn)品的價(jià)值方面綜合考慮。（5）進(jìn)料組成：從目的產(chǎn)物的濃度高低、物料中的與目的產(chǎn)物相近物質(zhì)組成的物理化學(xué)性

5、質(zhì)、目的產(chǎn)物的定位、菌種的種類和形態(tài)、微生物的含量和發(fā)酵液的黏度等方面綜合考慮。（6）產(chǎn)品形式：產(chǎn)物的用途（醫(yī)藥、食品或化工品等）、形式（液體、結(jié)晶或無定性）以及最低純度標(biāo)準(zhǔn)確定了純化過程的最后要求，也是確定分離過程方案的主要依據(jù)。（7）產(chǎn)品的穩(wěn)定性。（8）物性：根據(jù)產(chǎn)物的溶解度可以考察各種方法中pH、溫度等條件對(duì)沉淀過程或萃取過程的影響；根據(jù)分子帶電性質(zhì)可以采用何種離子交換介質(zhì)進(jìn)行分離；根據(jù)分子大小的不同可以采用膜過濾或凝膠過濾層析將產(chǎn)物與雜質(zhì)進(jìn)行分離。（9）環(huán)保和安全要求：離心產(chǎn)生的氣溶膠、發(fā)酵產(chǎn)生的廢氣、干燥產(chǎn)生的粉塵等；目的產(chǎn)物本身的危害性；試劑危害；微生物的危害等。（10）生產(chǎn)方式。

6、5、通過本課程的學(xué)習(xí)，談?wù)勀銓?duì)生物技術(shù)下游加工過程今后發(fā)展動(dòng)向的理解。（1）加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究研究非理想溶液中溶質(zhì)與添加物料之間的選擇性機(jī)制、影響因素；研究界面的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)和傳質(zhì)機(jī)制，以及影響因素；下游加工過程的數(shù)學(xué)模型的建立和計(jì)算機(jī)模擬。 （2）傳統(tǒng)分離技術(shù)的提高和完善 蒸餾、蒸發(fā)、過濾、離心、結(jié)晶和離子交換等傳統(tǒng)技術(shù)由于應(yīng)用面廣且相對(duì)成熟，對(duì)它們的提高和完善將會(huì)推動(dòng)大范圍的技術(shù)進(jìn)步。適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)過改造提高后，適應(yīng)面會(huì)更寬，效率會(huì)更高，仍然顯示出強(qiáng)勁的生命力。（3）新技術(shù)的研究與開發(fā)隨著生物技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新產(chǎn)品，獲得了過去無法得到的、分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子物質(zhì)，為

7、了適應(yīng)于新產(chǎn)品后處理過程的需要，出現(xiàn)了許多新的物化分離方法。雙水相萃取、反膠團(tuán)萃取、膜分離、色譜、親和分離、電泳等都是在生物分離過程研究開發(fā)中十分活躍的領(lǐng)域。如：新型分離介質(zhì)的研究開發(fā)子代分離技術(shù)：各種分離純化技術(shù)相互結(jié)合、交叉、滲透，形成形成了所謂融合技術(shù)或子代分離技術(shù)。如膜技術(shù)和萃取、蒸餾、蒸發(fā)技術(shù)相結(jié)合形成了膜萃取技術(shù)、膜蒸餾及滲透蒸發(fā)技術(shù)；又如膜分離過程與親和配基相結(jié)合，形成了親和膜分離過程；離心分離與膜分離過程相結(jié)合，形成了膜離心分離過程等等。新興下游技術(shù)：超臨界流體萃取、反膠團(tuán)萃取、液膜分離、磁性親和分離、聚焦色譜、高速逆流色譜、徑向流色譜、連續(xù)環(huán)狀色譜、擬移動(dòng)床色譜等。（4）生物

8、技術(shù)下游工程與上游工程相結(jié)合這是當(dāng)今生物技術(shù)領(lǐng)域里的熱點(diǎn)之一。利用基因工程對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了改造以使下游分離過程大大簡化。發(fā)酵和分離耦合：該研究早在20世紀(jì)70年代就已開始進(jìn)行，人們將這個(gè)思路用于厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，取得了令人滿意的效果，近年來又逐漸發(fā)展到用于好氧發(fā)酵過程中來，如發(fā)酵吸附分離、發(fā)酵膜分離、發(fā)酵萃取分離等，既可減少產(chǎn)物的反饋抑制效應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)可簡化產(chǎn)物提取過程，縮短生產(chǎn)周期，增加產(chǎn)率。培養(yǎng)基和發(fā)酵條件：直接決定著輸送給下游的發(fā)酵液質(zhì)量，如采用液體培養(yǎng)基，不用酵母膏、玉米漿等有色物質(zhì)和雜蛋白等為原料，控制比生長速率、消沫劑用量，放罐時(shí)間等發(fā)酵條件，可使分離過程方便、經(jīng)濟(jì)。代謝工程：

9、菌種選育和工程菌構(gòu)建一般以提高目的產(chǎn)物量為目標(biāo)，現(xiàn)在應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念，從整體出發(fā)，除了達(dá)到以上目標(biāo)外，還應(yīng)設(shè)法增加產(chǎn)物的胞外分泌量，減少非目的產(chǎn)物的分泌（如色素、毒素、降解酶及其他干擾性雜質(zhì)等）以及賦于菌種或產(chǎn)物以某種有益的性質(zhì)以改善產(chǎn)物的分離特性，從而簡化下游加工過程。（5）強(qiáng)化物理化學(xué)作用的影響物理作用：將微波、超聲波、電磁等應(yīng)用于分離：微波萃取、微波蒸餾、超聲波萃取、磁性親和分離化學(xué)作用：選擇適當(dāng)?shù)姆蛛x劑，增大分離因子，增加對(duì)目的組分的選擇性；向分離體系投入附加組分，改變原來體系的化學(xué)位，從而增大分離因子。強(qiáng)化化學(xué)作用對(duì)相界面?zhèn)髻|(zhì)速率的影響：利用一些相轉(zhuǎn)移促進(jìn)劑來增大相間的傳質(zhì)速率。若把這類

10、相轉(zhuǎn)移促進(jìn)劑結(jié)合在固相的界面上，便形成各類“親和”分離過程，如親和色譜、親和萃取、親和錯(cuò)流過濾、親和膜分離等，這是強(qiáng)化分離過程的一個(gè)前沿研究方向。 （6）生物分離過程的高效集成化生物分離過程的高效集成化的含義在于利用已有的和新近開發(fā)的生化分離技術(shù)，將下游過程中的有關(guān)單元進(jìn)行有效組合 (集成 )，或者把兩種以上的分離技術(shù)合成為一種更有效的分離技術(shù)，達(dá)到提高產(chǎn)品收率、降低過程能耗和增加生產(chǎn)效益的目標(biāo)。按此定義，生物分離過程的高效集成化技術(shù)包括生化分離技術(shù)的集成化和生物分離過程的集成化兩方面的內(nèi)容，這種只需一種技術(shù)就達(dá)到完成后處理過程中幾步或全部操作的方法，充分體現(xiàn)了過程集成化的優(yōu)勢。（7）清潔生產(chǎn)

11、清潔生產(chǎn)是指將綜合防護(hù)的環(huán)境保護(hù)策略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中，以期減少對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。它包括三方面的內(nèi)容，即清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)和過程、清潔產(chǎn)品、清潔能源、。清潔生產(chǎn)工藝是生產(chǎn)全過程控制工藝，包括節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒害的原材料，并在全部排放物和廢物離開生產(chǎn)過程以前，盡最大可能減少它們的排放量和毒性，對(duì)必須排放的污染物實(shí)行綜合利用，使廢物資源化。目前，生物工業(yè)的產(chǎn)品大多數(shù)是通過液態(tài)發(fā)酵獲得的。產(chǎn)物在發(fā)酵液中的濃度很低，酒精、谷氨酸和檸檬酸的發(fā)酵液濃度較高，也只有10%左右，其他一般只有25%，有的甚至更低。因而，單位產(chǎn)品排放的廢液量也非常大，環(huán)境污染問題日益突出。在我國輕工行業(yè)，已成為僅

12、次于造紙廢水的第二大廢水污染工業(yè)。如將微生物制藥工業(yè)廢水計(jì)入在內(nèi)，就更大了。這不僅給社會(huì)造成了危害，也反過來成為生物工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。清潔生產(chǎn)將是協(xié)調(diào)生產(chǎn)和環(huán)境的最有效方法。我國在酒精、味精和檸檬酸工業(yè)上都相繼開展了清潔生產(chǎn)研究，并取得較大進(jìn)展，已進(jìn)入或接近工業(yè)化階段。盡管清潔生產(chǎn)研究尚屬起步階段，在技術(shù)和理論上尚未完善，但它的重要性已日顯突出。在生物分離過程中充分考慮到清潔生產(chǎn)已勢在必行。6、在進(jìn)行產(chǎn)品的分離純化制備之前，為什么要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？預(yù)處理的目的：促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離的效率：（1）改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，包括增大懸浮液中固體粒子的尺寸，降低液

13、體黏度，促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離器的效率；（2）盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的一相中（多數(shù)是液相）；（3）相對(duì)純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)（高價(jià)無機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)），以利于后續(xù)各步操作。7、什么是封頭過濾？什么是錯(cuò)流過濾？封頭過濾：一般過濾中，濾液的流動(dòng)方向與濾餅基本垂直，稱為封頭過濾。錯(cuò)流過濾：在壓力推動(dòng)下，懸浮液以高速在管狀濾膜的內(nèi)壁作切向流動(dòng)，利用流動(dòng)的剪切作用將過濾介質(zhì)表面的固體（濾餅）移走，而附著在濾膜上的濾餅很薄，因而能在長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定不變的過濾速度8、發(fā)酵液預(yù)處理中，凝聚和絮凝的作用機(jī)理有何不同？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

14、，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。9、中性鹽沉淀蛋白質(zhì)的基本原理是什么？蛋白質(zhì)和酶均易溶于水，因?yàn)樵摲肿拥腃OOH、NH2和OH都是親水基團(tuán)，這些基團(tuán)與極性水分子相互作用形成水化層，包圍于蛋白質(zhì)分子周圍形成1nm100nm顆粒的親水膠體，削弱了蛋白質(zhì)分子之間的作用力，蛋白質(zhì)分子表面極性基團(tuán)越多，水化層越厚，蛋白質(zhì)分子與溶劑分子之間的親和力越大，因而溶解度也越大。親水膠體在水中的穩(wěn)定因素有兩個(gè)：即電荷和水膜。因?yàn)橹行喳}的親水性大于蛋白質(zhì)和酶分子的親水性，所以加入大量中性鹽后，奪走了水分子，破壞了水膜，暴露出疏水區(qū)域，同時(shí)又中和了

15、電荷，破壞了親水膠體，蛋白質(zhì)分子即形成沉淀。10、硫酸銨是蛋白質(zhì)鹽析中最常用的鹽類，為什么？（1）溶解度大；（2）分離效果好；（3）不易引起變性，有穩(wěn)定酶與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用；（4）價(jià)格便宜，廢液不污染環(huán)境。三、其他題型1、何為沉降系數(shù)？根據(jù)1924年Svedberg對(duì)沉降系數(shù)下的定義：顆粒在單位離心力場中粒子移動(dòng)的速度。2、差速離心和密度梯度區(qū)帶離心法的原理是什么？差速離心是采用不同的離心速度和離心時(shí)間，使沉降速度不同的顆粒在不同的離心速度及不同離心時(shí)間下分批分離的方法。主要用于分離大小和密度差異較大的顆粒。密度區(qū)帶離心法是樣品在一定惰性梯度介質(zhì)中進(jìn)行離心沉淀或沉降平衡，在一定離心力下把顆粒分

16、配到梯度中某些特定位置上，形成不同區(qū)帶的分離方法。3、工業(yè)離心沉降設(shè)備主要類型有哪些？瓶式離心機(jī)；管式離心機(jī)；多室式離心機(jī)；碟式離心機(jī)；螺旋卸料沉降離心機(jī)4、差速區(qū)帶離心法和等密度離心法有何區(qū)別？差速區(qū)帶離心法是根據(jù)分離的粒子在梯度液中沉降速度的不同，使具有不同沉降速度的粒子處于不同的密度梯度層內(nèi)分成一系列區(qū)帶，達(dá)到彼此分離的目的。等密度離心法指當(dāng)不同顆粒存在浮力密度差時(shí)，在離心力作用下，顆粒或向下沉降或向上浮起，一直沿梯度移動(dòng)到與其密度恰好相等的位置上（即等密度點(diǎn)），形成區(qū)帶而分離的方法。差速區(qū)帶離心法等密度離心法原理依據(jù)粒子的沉降速率差異被分離依據(jù)粒子本身的密度差異被分離梯度范圍介質(zhì)的密度

17、小于樣品中各種粒子的密度介質(zhì)的密度大于待分離樣品中各種粒子的密度時(shí)間效應(yīng)長時(shí)間離心，所有待分離粒子都沉降在管底長時(shí)間離心，各粒子停留在等密度位置形成區(qū)帶5、何為濁點(diǎn)現(xiàn)象？是指在一定的溫度范圍內(nèi)，表面活性劑易溶于水成為澄清的溶液，而當(dāng)溫度升高（或降低）一定程度時(shí)，溶解度反而減小，會(huì)在水溶液中出現(xiàn)混濁、析出、分層的現(xiàn)象。溶液由透明變?yōu)榛鞚釙r(shí)的溫度稱為濁點(diǎn)。6、請(qǐng)解釋非離子型表面活性劑產(chǎn)生濁點(diǎn)現(xiàn)象的原因。當(dāng)溫度升高時(shí)，表面活性劑膠束的集聚數(shù)增加使膠束的體積增大從而引起相分離；非離子型的表面活性劑溶于水中是靠分子內(nèi)的親水基與水分子通過氫鍵結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。形成氫鍵是一放熱過程，因此加熱時(shí)，這種氫鍵的結(jié)合力

18、會(huì)被減弱甚至消失，當(dāng)溫度超過某一范圍時(shí)，表面活性劑不再水合而從溶液中析出產(chǎn)生混濁。7、什么是雙水相？雙水相系統(tǒng)是指某些高聚物之間或高聚物與無機(jī)鹽之間在水中以適當(dāng)?shù)臐舛热芙鈺?huì)形成互不相溶的兩水相或多水相系統(tǒng)。8、雙水相形成原因是什么？ 由于高聚物之間的不相溶性，即高聚物分子的空間阻礙作用，相互無法滲透，不能形成均一相，從而具有分離傾向，在一定條件下即可分為二相。一般認(rèn)為只要兩聚合物水溶液的憎水程度有差異，混合時(shí)就可發(fā)生相分離，且憎水程度相差越大，相分離的傾向也就大。 9、何為超臨界流體？當(dāng)流體的溫度和壓力都處在臨界溫度和臨界壓力以上時(shí)，則稱該流體處于超臨界狀態(tài)，該流體為超臨界流體。10、雙水相萃

19、取在蛋白質(zhì)的提取分離中具有較好的應(yīng)用潛力。請(qǐng)談?wù)勀銓?duì)雙水相萃取的局限及今后發(fā)展方向的理解。答：局限：易乳化，相分離時(shí)間長，成相聚合物成本高，水溶性高聚物大多數(shù)粘度大，不易定量控制， 水溶性高聚物難以揮發(fā)，使反萃劑必不可少，高聚物的回收難；而且，目前對(duì)雙水相體系的雙水動(dòng)力學(xué)研 究， 雙水相萃取設(shè)備流程研究， 成相聚合物的重復(fù)利用以及普通有機(jī)物-無機(jī)物雙水相體系等方面相關(guān)文獻(xiàn) 報(bào)道比較少，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。 發(fā)展方向：開發(fā)廉價(jià)的新型雙水相體系，雙水相分配與相關(guān)技術(shù)的集成化，雙水相萃取過程的開發(fā)， 雙水相萃取相關(guān)理論的發(fā)展，親和雙水相萃取技術(shù)11、二氧化碳超臨界流體萃取技術(shù)有何優(yōu)勢？（1）臨界條

20、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(duì)安全。（4） 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(duì)人體的毒害和對(duì)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。 三、其他題型1、典型連續(xù)式泡沫分離過程有哪些？各自的操作特點(diǎn)是什么？（1）濃縮塔：含有表面活性劑的原料液

21、不斷地加入到塔的鼓泡區(qū)，一定量的濃縮泡沫液可以從塔頂返回，這樣的操作可以達(dá)到很高的泡沫濃度，但去污效果不夠理想。（2）提取塔：料液從泡沫塔的頂部加入，這樣的操作可以達(dá)到很高的去污系數(shù)(原料液中金屬離子濃度/殘留液中金屬離子濃度）?？蛇_(dá)200，此種塔相當(dāng)于提取塔。（3）復(fù)合塔：一部分表面活性劑直接加入到料液中，另一部分則加入到塔的鼓泡區(qū)內(nèi)。這種操作可得到較高的去污系數(shù)。鼓泡區(qū)用環(huán)形板分隔成兩個(gè)區(qū)，中間為鼓泡區(qū)，表面活性劑和氣體從此處引入并形成泡沫，殘留液從外面環(huán)形區(qū)引出，此種結(jié)構(gòu)可以防止大量的表面活性劑隨殘留液流出。如果進(jìn)料口的上方為直徑較大的擴(kuò)大段，則更有利于泡沫的排出，并能得到較大的體積比(

22、原料液體積/泡沫液體積值在100左右)，其分離系數(shù)可達(dá)500600。2、何為內(nèi)水體積？何為外水體積？內(nèi)水體積指基質(zhì)顆粒內(nèi)部液體體積的總和，即基質(zhì)膨脹時(shí)所膨脹的體積。外水體積指基質(zhì)顆粒之間液體體積的總和。3、列舉五種層析分離技術(shù)，說明其原理。分配層析：被分離組分在固定相和流動(dòng)相中不斷發(fā)生吸附和解吸附的作用，在移動(dòng)的過程中物質(zhì)在兩相之間進(jìn)行分配。利用被分離物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)的差異而進(jìn)行分離的一種方法，稱之為分配層析。離子交換層析：利用固定相球形介質(zhì)表面活性基團(tuán)經(jīng)化學(xué)鍵合方法，將具有交換能力的離子基團(tuán)在固定相上面，這些離子基團(tuán)可以與流動(dòng)相中離子發(fā)生可逆性離子交換反應(yīng)而進(jìn)行分離的方法，稱之為離子交換

23、層析。吸附層析：利用吸附層析介質(zhì)表面的活性分子或活性基團(tuán)，對(duì)流動(dòng)相中不同溶質(zhì)產(chǎn)生吸附作用，利用其對(duì)不同溶質(zhì)吸附能力的強(qiáng)弱而進(jìn)行分離的一種方法，稱之為吸附層析。凝膠層析：利用凝膠層析介質(zhì)(固定相)交聯(lián)度的不同所形成的網(wǎng)狀孔徑的大小，在層析時(shí)能阻止比網(wǎng)孔直徑大的生物大分子通過。利用流動(dòng)相中溶質(zhì)的分子量大小差異而進(jìn)行分離的一種方法。聚焦層析：利用固定相載體上偶聯(lián)的載體兩性電解質(zhì)分子，在層析過程中所形成的pH梯度，并與流動(dòng)相中不同等電點(diǎn)的分子發(fā)生聚焦反應(yīng)進(jìn)行分離的方法，稱之為聚焦層析。親和層析：在固定相載體表面偶聯(lián)具有特殊親和作用的配基，這些配基可以與流動(dòng)相中溶質(zhì)分子發(fā)生可逆的特異性結(jié)合而進(jìn)行分離的一

24、種方法，稱之為親和層析。金屬螯合層析：利用固定相載體上偶聯(lián)的亞胺基乙二酸為配基與二價(jià)金屬離子發(fā)生螯合作用，結(jié)合在固定相上，二價(jià)金屬離子可以與流動(dòng)相中含有的半胱氨酸、組氨酸、咪唑及其類似物發(fā)生特異螯合作用而進(jìn)行分離的方法，稱之為金屬螯合層析。疏水層析：利用固定相載體上偶聯(lián)的疏水性配基與流動(dòng)相中的一些疏水分子發(fā)生可逆性結(jié)合而進(jìn)行分離的方法，稱之為疏水層析。4、試以蛋白質(zhì)在pH梯度介質(zhì)中的移動(dòng)行為說明聚焦效應(yīng)的形成原理。蛋白質(zhì)所帶電荷取決于它的等電點(diǎn)（PI）和層析柱中的PH值。當(dāng)柱中的PH低于蛋白質(zhì)的PI時(shí)，蛋白質(zhì)帶正電荷，且不與陰離于交換劑結(jié)合。而隨著洗脫劑向前移動(dòng)，固定相中的PH值是隨著淋洗時(shí)間

25、延長而變化的。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)移動(dòng)至環(huán)境PH高于其PI時(shí)，蛋白質(zhì)由帶正電變?yōu)閹ж?fù)電荷，并與陰離子交換劑結(jié)合。由于洗脫劑的通過，蛋白質(zhì)周圍的環(huán)境PH 再次低于PI時(shí)，它又帶負(fù)電荷，并從交換劑解吸下來。隨著洗脫液向柱底。不同蛋白質(zhì)具有不同的等電點(diǎn)，它們在被離子交換劑結(jié)合以前，移動(dòng)之距離是不同的，洗脫出來的先后次序是按等電點(diǎn)排列的。pH梯度是聚焦效應(yīng)的先決條件。如果一種蛋白質(zhì)是加到已經(jīng)形成pH梯度的層析柱上時(shí)，由于洗脫液的連續(xù)流動(dòng)，它將迅速移動(dòng)到與其等電點(diǎn)相同的pH處。從此位置開始，蛋白質(zhì)以緩慢的速度進(jìn)行吸附、解吸附，直到pH小于pI時(shí)被洗出。若在此蛋白洗出之前再加入第二份同種蛋白樣品時(shí)，后者將在洗脫液的作

26、用下快速向前移動(dòng)，而不被固定相吸附，直到其移動(dòng)到近似本身等電點(diǎn)環(huán)境處，然后兩份樣品以同樣的速度移動(dòng)，最后同時(shí)從柱底流出，從而完成聚焦過程。5、蛋白質(zhì)疏水層析時(shí)，洗脫的方式有哪三種？（1）采用降低流動(dòng)相中鹽濃度的方式洗脫，最常用；（2）通過往流動(dòng)相中添加有機(jī)溶劑，降低流動(dòng)相極性的方式洗脫，主要針對(duì)溶劑中穩(wěn)定性良好的物質(zhì)；（3）往流動(dòng)相中添加去污劑等 ，去污劑本身能與介質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈吸附，從而將結(jié)合在其上的目標(biāo)組分置換下來，主要用于分離膜蛋白。6、例舉兩種新型的疏水層析技術(shù)，說明其原理。近年來，隨著層析技術(shù)的發(fā)展，與HIC相關(guān)的其它層析技術(shù)也得到了發(fā)展，主要有以下兩種：（1）親硫性疏水層析該技術(shù)主要在

27、疏水作用的基礎(chǔ)上增加了硫元素的相互作用。利用層析介質(zhì)與含硫蛋白質(zhì)和非硫蛋白質(zhì)的親硫性差異，對(duì)蛋白質(zhì)加以分離。通常這類介質(zhì)通過硫醚鍵將配基和基質(zhì)聯(lián)接。（2）疏水電荷誘導(dǎo)層析HCIC與蛋白質(zhì)的作用除了疏水作用，還有電荷間的相互作用；HCIC與蛋白質(zhì)的結(jié)合是由疏水作用推動(dòng)的，與HIC不同的是，這一過程通常是在不改變離子強(qiáng)度的條件下實(shí)現(xiàn)的；洗脫時(shí)也不像HIC那樣通過改變鹽的濃度而是由pH值的改變來實(shí)現(xiàn)的。通常HCIC的配基中含有吡啶環(huán)，中性時(shí)不會(huì)帶有電荷，而隨著pH值的降低，吡啶環(huán)中的氮原子會(huì)帶有正電荷，這樣和帶同樣電荷的蛋白質(zhì)發(fā)生排斥，從而實(shí)現(xiàn)解吸。7、何為樹脂的有效粒徑和均一系數(shù)？有效粒徑是指篩分

28、樹脂時(shí)，10%體積的樹脂顆粒通過，而90%體積的樹脂顆粒保留的篩孔直徑。均一系數(shù)是指能通過60%體積樹脂的篩孔直徑與能通過10%體積的樹脂的篩孔直徑之比。8、什么是凝膠的排阻極限？排阻極限是指不能進(jìn)入凝膠顆粒孔穴內(nèi)部的最小分子的分子量。三、其他題型1、何為水通量？是指單位時(shí)間、單位膜面積透過組分的通過量，對(duì)于水溶液體系，稱水通量。2、什么是膜分離技術(shù)？利用膜的選擇性（孔徑大?。阅さ膬蓚?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)。3、膜分離技術(shù)有何有優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)：無相變、低能耗；高效率、污染?。还に嚭唵?、操作方便；濃縮與純化同時(shí)進(jìn)行缺點(diǎn)：在操作中膜面會(huì)發(fā)生

29、污染，使膜性能降低;目前獲得的膜性能來看，其耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力都是有限的，故使用范圍受限;單獨(dú)采用膜分離技術(shù)效果有限，因此往往都將膜分離工藝與其他分離工藝組合起來使用。4、列舉幾種不同推動(dòng)力的膜分離方法。1）微濾、超濾、納濾、反滲透、氣體分離、滲透蒸發(fā)、膜蒸餾推動(dòng)力為壓力差。2）滲析、液膜分離推動(dòng)力為濃 度差。3）電滲析推動(dòng)力為電位差 5、什么是濃差極化？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度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化 6、什么是反滲透？當(dāng)用半透膜隔開不同濃度

30、的溶液時(shí)，純?nèi)軇┩ㄟ^膜向低濃度溶液流動(dòng)的現(xiàn)象7、簡述液膜分離的原理。 以選擇性透膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩邊施加一個(gè)推動(dòng)力，使原料中某組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離提純、 濃縮的目的8、噴霧干燥器常用的霧化方式有哪些？氣流霧化：依靠壓縮空氣或蒸氣通過噴嘴時(shí)產(chǎn)生的高速將液體吸出并被霧化。在制藥工業(yè)廣泛使用，核苷酸、農(nóng)用細(xì)菌殺蟲劑、蛋白酶等的干燥壓力霧化：利用往復(fù)運(yùn)動(dòng)的高壓泵將物料噴出分散成液滴。發(fā)酵工廠用于酵母粉的干燥。離心霧化：利用在水平方向作高速旋轉(zhuǎn)的圓盤給予溶液以離心力，使其高速甩出，形成薄膜、細(xì)絲或液滴，同時(shí)又受到周圍空氣的摩擦、阻礙與撕裂等作用形成細(xì)霧。目前酶制劑的大型生產(chǎn)大多

31、采用此法，還用于酵母粉的干燥。生物分離工程練習(xí)題二參考答案1、用板框壓濾機(jī)恒壓過濾某種懸浮液，過濾方程為式中：t的單位為s。(1) 如果30min內(nèi)獲得5m3濾液，需要面積為0.4m2的濾框多少個(gè)？(2) 過濾常數(shù)K、qe。解：已知t = 30min，V = 5m3(1) 將已知數(shù)據(jù)代入上述方程，得：解得：A = 16.67m2框個(gè)數(shù)：(2) 根據(jù)過濾方程：兩方程對(duì)照可知：Ve = 0.5m3，qe=Ve /A=0.5/16.67=3.0*10-2m3/m22、采用過濾面積為0.2m2的過濾機(jī)，對(duì)某懸浮液進(jìn)行過濾常數(shù)的測定。操作壓強(qiáng)差為0.15MPa，溫度為20，過濾進(jìn)行到5min時(shí)共得濾液0

32、.034m3；進(jìn)行到10min時(shí)，共得濾液0.050m3。試估算(1)過濾常數(shù)K和qe；(2)按這種操作條件，過濾進(jìn)行到1h時(shí)的濾液總量。解：已知A = 0.2m2，t1 = 5min，V1 = 0.034m3；t2 = 10min，V2 = 0.05m3；t3 = 1h(1) 根據(jù)恒壓過濾方程：，代入已知數(shù)據(jù)，有：解得：，由此得：(2) 當(dāng)t3 = 1h時(shí)，解得：V = 0.130m33、在恒定壓強(qiáng)差9.81×103Pa下過濾某水溶液，過濾介質(zhì)可忽略。過濾時(shí)形成不可壓縮濾餅，過濾常數(shù)為，若獲得1m3濾液可得濾餅0.333m3，試求(1)1m2過濾面積上獲得1.5m3的濾液所需的過濾

33、時(shí)間；(2)若將該時(shí)間延長一倍，可再得多少濾液？解：已知，f = 0.333m3/m3，A = 1m2，V = 1.5m3(1)根據(jù)恒壓過濾方程，當(dāng)過濾介質(zhì)忽略不計(jì)時(shí)，代入已知數(shù)據(jù)，有：解得：(2) 當(dāng)時(shí)，解得：即過濾時(shí)間延長一倍后，1m2過濾面積可再獲得0.62m3的濾液。4、對(duì)某懸浮液進(jìn)行過濾，操作壓強(qiáng)差為0.15MPa，溫度為20，要求在過濾時(shí)間20min內(nèi)處理完4m3的料漿，已知1m3濾液可形成0.0342m3濾餅?，F(xiàn)使用的一臺(tái)板框壓濾機(jī)，濾框尺寸為450mm×450mm×25mm，。試求完成操作所需濾框數(shù)。解：已知，V1 = 4m3，t1 = 20min，f =

34、0.0342m3/m3；濾框尺寸：B = 0.45m，L = 0.45m，；，方法一：根據(jù)恒壓過濾方程：，濾框總?cè)莘e：Vs = nBL = 0.45×0.45×0.025n = 5.0625×10-3n，由此得濾液體積：解得：n = 26.13，即需要27個(gè)框。方法二：又已知，由此得：代入數(shù)據(jù)，得：將已知數(shù)據(jù)代入方程：解得：A = 10.6m2又總過濾面積：A = n×2BL = 2×0.45×0.45n = 0.405n解得：即所需框數(shù)為27個(gè)。驗(yàn)證：當(dāng)框數(shù)為27個(gè)時(shí)，框的總?cè)莘e為：Vs = nBL = 0.45×0.45×0.025×27 = 0.137m3，所得濾餅體積：< 0.137m2所以，27個(gè)濾框可滿足要求。5、溶菌酶在2.8 mol/L和 3.0 mol