生化分離工程題目答案僅供參考

1、1. 生化分離工程是生化工程的一個重要組成部分， 它是描述回收生物產品分離過程原理和 方法的一個術語，指從發(fā)酵液或酶反應液或動植物細胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產品的 過程。2. 生物技術下游加工過程的一般步驟和單元操作 :（1）發(fā)酵液的預處理與固液分離 選用的單元操作有限， 一般選用過濾和離心的方法， 有時也伴有沉降操作， 錯流過 濾也較為常用。對非外泌性產物，還需進行細胞破碎。（2）初步純化（或稱產物的提?。?通過一個和幾個單元操作以除去與目標產物性質有很大差異的雜質， 提高了產物的濃 度和質量。單元操作如吸附、萃取和沉淀。（3）高度純化（或稱產物的精制） 選用的單元操作有限，所用的技術對產物

2、有高度的選擇性，典型的單元操作有層析、 電泳和沉淀等。（4）成品加工 產物的最終用途和要求，決定了最終的加工方法，濃縮和結晶常常是操作的關鍵。3. 工藝設計原則是什么？1）技術路線、工藝流程盡量簡單化、集成化，盡量降低成本；2）將完整工藝劃分為不同的操作單元；3）采用成熟技術與可靠設備；4）純化開始前編寫、備好書面標準操作程序等技術文件；5）適宜的檢測方法。4. 簡述本課程所介紹的公用設施及設備。1 ）潔凈空氣制備系統(tǒng)。 空氣調節(jié)的目的主要是通風以及通過各種空氣處理 （如凈化、 加熱 或冷卻、加濕或除濕等）來維持室內適宜的溫度環(huán)境。 潔凈空氣調節(jié)系統(tǒng)的組成：小規(guī)模、單分區(qū)潔凈空氣調節(jié)系統(tǒng)；中大

3、規(guī)模、多分區(qū)潔凈空氣調節(jié)系統(tǒng)兩類 空氣凈化和空氣過濾器： 由于不同的潔凈室對潔凈級別的要求不同， 因此采用不同種類的 空氣過濾器，有初效中效高效靜電過濾四種方式過濾器。2）潔凈室及潔凈空氣調節(jié)系統(tǒng)的測定 潔凈室，包括亂流和層流潔凈室 潔凈室的物理指標和生物學指標：溫度、相對濕度、噪度、照度、靜壓差、層流風速、換 氣次數(shù)。 潔凈空氣調節(jié)系統(tǒng)的測定和調整：A:空氣調節(jié)系統(tǒng)的空氣平衡測定和調整：N=QB:潔凈室參數(shù)的測定：a）室內溫度和相對濕度的測定b）室內靜壓差的測定 c）室內潔凈度的測定 d）室內浮游菌和沉降菌的測定e）室內噪聲的測定f）室內噪度的測定3）低溫環(huán)境系統(tǒng)：制冷技術應用的三個溫區(qū)：低

4、溫（-120 C）,中溫（-120 C5C ）、高溫 冷庫制冷系統(tǒng)的基本組成：冷凍壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)皿、水冷卻皿以及其他組件 冷庫的類型： 由保溫圍護系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、 電控網絡系統(tǒng)等組成的用于冷凍、冷藏的成套 設備。A:按用途分：生產性冷庫、分配性冷庫、零售消費性冷庫。B:按圍護結構的特點分：土建式冷庫和裝配式冷庫。4）生產用水供應系統(tǒng)：制藥用工藝用水： 工藝用水中使用的水， 按化學成分和微生物為純度指標的不同分為飲用 水、純化水和注射用水 3 大類：水系統(tǒng)：設備操作原理為：A:預處理系統(tǒng)：沙濾、活性碳過濾、微濾B:反滲透系統(tǒng)C:多效蒸餾系統(tǒng)：生產無菌、無熱原水、重現(xiàn)性要好D:純水/注射用水

5、儲罐。5. 錯流過濾：料液給過濾介質表面一個平行的大流量沖刷，則過濾介質表面積累的濾餅就 會減少到可以忽略的程度，而通過過濾介質的流速會比較小，稱切向流過濾。板框過濾： 是工業(yè)上常用的過濾方式， 屬于濾餅過濾， 由多組濾板和濾框交替排列而成， 板與框用機架支撐， 在濾板的兩邊覆蓋以過濾紙板， 過濾面積大， 過濾推動力能大幅度 調整，并能耐受較高壓力差，對不同過濾特性的發(fā)酵液適應性強。6. 如欲提高固體剪切法(珠磨技術)的破碎效率，應從哪些方面考慮？珠磨技術破碎的速率和效率是所有操作參數(shù)的函數(shù)，這些因素包括轉盤外緣速度u 、細胞濃度c、珠粒大小、溫度和流量 Q故欲提高固體剪切法的破碎效率，應從這

6、些因素 考慮。1) 轉盤外緣速度 u 的影響：在一定的范圍內，破碎的比速度與這個外緣速度成正比， 但由于高速能量旋轉所引起的能量消耗、 高的熱量產生和珠粒的磨損以及因剪切而 引起的產物的失活，必須限制圓盤外緣的速度，故實際生產中應控制合適的速度。2) 細胞濃度 c 的影響：產生的熱量隨細胞濃度的降低而下降，但是單位細胞重量所 消耗的功率卻會增加，故應使細胞濃度控制在合適的范圍。3) 珠粒大小的影響：磨珠越小，細胞破碎速度也越快，但磨珠太小又易于漂浮，對于一定的細胞， 存在適宜的的微珠粒徑， 使細胞破碎率最高， 故應選擇最合適的粒徑。4) 溫度的影響：一般用冷卻夾套和攪拌軸的方式來調節(jié)磨室的溫度

7、，降低溫度主要是 保證所分離的成分不失活。5) 流量Q的影響：流量增加，破碎量下降，單位質量的能耗降低；流量降低，彌散和 返混增加。故使控制合適的流量以提高破碎效率。7. 超聲波的作用： a. 機械作用：使物質作激烈的強迫機械作用，并產生單向力作用。b. 空化作用 : 在液固兩相的交界處，存在一些小空泡，聲波的稀疏 階段使小空泡迅速地漲大，在聲波的壓縮階段，小泡又突然被極 度地壓縮。在小泡突然被壓縮時，液體以極大的速度來填充空穴， 使小泡附近的液體或固體都受到上千個大氣壓的高壓。這種現(xiàn)象 稱為空化現(xiàn)象。c. 熱作用：媒質對超聲的吸收會引起溫度上升，往往造成分界面處 的局部高溫。超聲波破碎細胞的

8、原理： 在細胞懸浮液中輸入高的聲能時， 在細胞周圍會形成許多小氣 泡，在壓縮相中氣泡會被壓縮，直到不能被壓縮時，氣泡破裂，釋放出猛烈的震波。這 種震波通過介質傳播， 此時大量聲能被轉化成彈性波形式的機械能， 引起局部的剪切梯 度使細胞破碎。8. 離心沉降：利用固液兩相的相對密度，在離心機無孔轉鼓或管子中進行懸浮液的分離操作離心過濾：利用離心力并通過過濾介質，在有孔轉鼓離心機中分離懸浮液的操作9. Fr表示粒子在離心機中產生的離心加速度與自由下降的加速度之比；Fr= w 2r/g來定量評價分離的效果：Fr 愈大，愈利于分離。常按分離因數(shù) Fr 的大小對離心機分類：A) Fr< 3000,常

9、速離心機；B) Fr=300050000，中速離心機；C) Fr> 50000，咼速離心機；D) Fr=2'104106，超速離心機10. 膜的截留相對分子質量：在截留曲線上，截留率為90%或 95%的溶質的相對分子質量定義為膜的截留相對分子質量。11. 超濾和微濾都是利用膜的篩分性質， 以壓差為傳質推動力， 用于截流高分子溶質或固體 顆粒。超濾膜的孔徑比微濾膜小， 是根據(jù)高分子溶質之間或高分子與小分子溶質之間相對分 子質量的差別進行分離的方法， 主要用于處理不含固形成分的料液。 微濾一般用于懸浮液的 過濾， 廣泛用于菌體細胞的分離與濃縮， 微濾過程中膜兩側的滲透壓差可忽略不計，

10、 由于膜 孔徑較大，操作壓力比超濾更低。12. 濃差極化指在超濾過程中，由于水透過膜，因而在膜表面的溶質濃度增高， 形成梯度，在濃度梯 度的作用下， 溶質與水以相反方向擴散， 在達到平衡狀態(tài)時， 膜表面形成一溶質濃度分布邊 界層，它對水的透過起著阻礙作用。通過改變流速、壓力、溫度和料液濃度等可以降低濃差極化效應。方法包括降低壓力， 降低膜表面的濃度，降低溶質在料液中的濃度等。13. 聚合物分子量對分配系數(shù)的影響取決于聚合物的化學性質，在PEG/葡聚糖系統(tǒng)中，蛋白質的分配系數(shù)隨著葡聚糖相對分子量的增加而增加，但隨PEG相對分子量的增加而降低，后面的結果是由于 PEG相疏水性升高而造成的。14.

11、超臨界流體： 是一狀態(tài)超過氣液共存時的最高壓力和最高溫度下物質特有的點即臨界點后的流體。超臨界流體萃取( Supercritical fluid extraction )：是將超臨界流體作為萃取劑的一 種萃取技術，它兼有傳統(tǒng)的蒸餾和液液萃取的特征。15. 拖帶劑 又稱夾帶劑、改性劑( modifier )或共溶劑( cosolvent ), 指在流體中的于被萃取物親和力強的組分，以提高其對被萃取組分的選擇性和溶解度的成 分。16. 沉淀法 改變溶液的條件， 使蛋白質以固體形式從溶液中分出的操作技術稱為固相析出分離法。17. 常用的蛋白質沉淀方法有中性鹽鹽析法， 等電點沉淀法， 有機溶劑沉淀法，

12、 其他沉淀法 如金屬離子沉淀法等。提高鹽析效果的思路：影響鹽析效果的因素有鹽的種類，濃度，溫度，PH,蛋白質起始濃度等。欲提高鹽析效果，應從這些因素著手：1) 鹽的種類和濃度：在選擇鹽析用鹽時，要考慮不同種類各種離子的鹽析效果，之后 還要考慮： 溶劑度大，能配制高離子強度的溶液； 溶解度受溫度影響小；鹽溶液自身密 度不高，以便蛋白質沉降和離心分離。2) 溫度：溫度升高，蛋白質溶解度增大，高離子強度時，升高溫度，蛋白質溶解度下 降。3) PH:接近等電點時，溶解度最小，調節(jié)溶液PH在等電點附近有利于提高鹽析效果。4 )蛋白質起始濃度：蛋白質起始濃度不同，沉淀所需無機鹽用量也不同，提高蛋白質 起始

13、濃度可減少鹽用量。 但過高的蛋白質濃度會導致沉淀中雜質增多。 故應控制合適的 蛋白濃度以提高鹽析效果。18吸附層析：劑對組分的吸附能力的差別進行分離。離子交換層析： 以離子交換劑作為柱的填充物， 以適當?shù)娜軇┳鳛橐苿酉啵?使組分按他 們的離子交換親和力的不同而得到分離。疏水作用層析：靠疏水基團的疏水力來分離生物大分子。 凝膠過濾層析：根據(jù)分子分子量的不同來分離生物大分子。親和層析： 子化合物可以和它們相對應的配基進行特異并可逆結合的原理來分離目 標化合物。金屬螯合層析：利用金屬離子與有關蛋白殘基的特異螯合作用來分離純化高分子化合 物。共價作用層析： 利用溶質分子與層析劑凝膠之間的共價吸附作用將

14、目的產物與其他溶質 分子分離開來的層析方法。正相與反相層析： 是分配層析的擴展， 基于流動相與固定相之間分配系數(shù)的差異來分離 純化化合物。19. 帶電荷的目標分子通過離子交換， 與離子交換固定相上帶固定電荷的功能基團之間發(fā)生 靜電作用，因不同目標分子與固定相的靜電作用力不同而導致相互分離的層析方式稱為 離子交換層析。通過提高洗脫劑的 PH和離子強度可使交換到介質上的蛋白質逐步洗脫下來。 一般的洗脫展開層析方式有靜態(tài)洗脫和動態(tài)洗脫兩種方式。20. 色譜裝置主要有哪幾個部件組成？ 溶劑儲存器，溶劑過濾器，進樣室，層析柱，檢測器，收集器，記錄儀21. 如何理解灌注色譜？ 灌注色譜的誕生是從分離介質的

15、突破開始的，由美國 Perseptive Biosystems 公司開發(fā)、 取名為POROS勺系列灌注色譜介質是由苯乙烯（ST）和二乙烯基苯（DVB）通過懸浮聚合、乳液聚合等方法制備的多孔型高度交聯(lián)的聚合物微球。顆粒內包含有：1）貫穿孔，孔徑在600-800nm, 它允許液體對流到分離介質的內表面，2）擴散孔，孔徑在50-150nm, 兩種孔隙結構與傳統(tǒng)介質的孔結構相比有許多獨特性。這些顆粒的粒徑規(guī)格有粒徑規(guī)格為 10卩m（H型）和20卩m（M型）及50卩m（F型）三種。通過 介質表面的衍生化反應，連接不同的官能團，構成多種模式的介質類型。PORO分離介質具有抗壓性強、化學性質極為穩(wěn)定、操作溫

16、度低等優(yōu)點，所以適應性廣。灌注色譜具有以下特點：a 灌注色譜 打破了傳統(tǒng)的流速與分辨率，容量間的三角關系，在流速增加的情況下，柱 容量，分辨率均不會下降，且柱壓力也不會升高。b分離速度與傳統(tǒng)色譜相比快了10- 100倍，并且保證了一定的分辨率和柱容量c 分離速度的加快減少了溶質分子在柱內的保留時間，提高了分離物分子的生物活性，灌 注色譜法是一種快速高分辯分離生物大分子的方法d 分析時間的縮短和高的柱容量，降低了大規(guī)模色譜分析的成本22 . 影響蛋白質結晶的因素：1） 樣品濃度：樣品濃度越高越容易結晶，而且一般控制在3%5%的范圍內2）樣品純度：采用高純度的蛋白質是對其進行結晶的前提，樣品純度越高越容易結晶，而且結晶母液的純度一般接近或超過50%。溶液中某些外來的微?？赡茏鳛槌珊酥行亩咕Ш烁?, 影響晶體純度 , 因此應該盡量避免過飽和溶液中有塵粒 , 或在結晶前將準備結晶的 蛋白質溶液高速離心將其除去 , 而且要盡可能避免產生小的氣泡。3） 溶液的pH值：蛋白質之間的相互作用是使蛋白質排入晶