生物工程下游技術(shù)

1、生物工程下游技術(shù)生物工程下游技術(shù)的定義 指從動植物與微生物的有機體或器官、生物工程產(chǎn)物（發(fā)酵液、培養(yǎng)液）及其生物化學(xué)產(chǎn)品中提取、分離、純化有用物質(zhì)的技術(shù)過程。 實質(zhì)：是研究如何從混合物中把一種或幾種物質(zhì)分離出來的科學(xué)技術(shù)。 1.生化工程分離技術(shù)預(yù)處理結(jié)晶干燥離心法：離心過濾、離心沉降、超離心萃取法：有機溶劑、雙水相、液膜、反膠團、超臨界層析法：凝膠過濾層析、反相層析、親和、疏水相互作用、聚焦、離子交換膜分離：微濾、超濾、反滲透、透析、電滲透2.生物物質(zhì)常用的分離技術(shù)氨基酸 ：結(jié)晶和離子交換法 蛋白質(zhì)和多肽 ：離子交換層析、電泳 糖類 ：吸附層析 脂質(zhì)：有機溶劑萃取、超臨界流體萃取和層析 抗生素

2、 ：有機溶劑萃取、離子交換、結(jié)晶和吸附層析3. 生物分離方法的選擇與評價原則：步聚少，次序合理，產(chǎn)品規(guī)格 （注射，非注射），生產(chǎn)規(guī)模 ，物料組成，產(chǎn)品形式，產(chǎn)品穩(wěn)定性，危害性，物性： 溶解度、電荷、分子大小、功能團、穩(wěn)定性、揮發(fā)性，廢水處理4.濃縮率：濃縮程度一般用濃縮率(concentration factor)表達(dá)，是一個以濃縮為目的的分離過程的最重要指標(biāo)。濃縮率為m，mt=mx則目標(biāo)產(chǎn)物未得到任何程度的分離純化。5.分離因子：分離因子又稱分離系數(shù)。產(chǎn)品中目標(biāo)產(chǎn)物濃度越高，雜質(zhì)濃度越低，則分離因子越大，分離效率越高。6. 回收率：無論是以濃縮還是以分離為目的操作過程，目標(biāo)產(chǎn)物均應(yīng)以較大的比

3、例回收, 回收率R：生物分離操作多為間歇過程（分批操作），若原料液和產(chǎn)品溶液的體積分別為VC和VP。1 生物產(chǎn)品與普通化工產(chǎn)品分離過程有何不同？2 設(shè)計生物產(chǎn)品的分離工藝應(yīng)考慮哪些因素？3 分離純化的回收率與濃縮率如何計算？4 現(xiàn)代生物分離工程研究方向有哪些特點？5 分離純化指標(biāo)有哪些?簡述pH對發(fā)酵液過濾特性的影響，并舉例說明。答：（1） pH直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離程度和電荷性質(zhì)，因此適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值可以改善發(fā)酵液的過濾特性。（2）氨基酸和蛋白質(zhì)在酸性條件下帶正電，堿性條件下帶負(fù)電，等電點時凈電荷為零，兩性物質(zhì)在等電點下的溶解度最小，等電點沉淀法在生物工業(yè)分離中廣泛使用。（3）如味精生

4、產(chǎn)，利用等電點沉淀法提取谷氨酸，一般蛋白質(zhì)也在酸性范圍達(dá)到等電點；膜分離中可通過調(diào)整pH值改變易吸附分子的電荷性質(zhì)，減少膜堵塞和膜污染；此外，細(xì)胞、細(xì)胞碎片及某些膠體物質(zhì)等在特定pH下也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于過濾進(jìn)行。第二章1.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：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，降低液體黏度。相對純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)（高價無機離子和雜蛋白質(zhì)），以利于后續(xù)各步操作。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）；2.預(yù)處理的方法凝聚和絮凝 加熱法調(diào)節(jié)懸浮液的pH值 雜蛋白的去處高價無機離子的去處 助濾劑反應(yīng)

5、劑 3凝聚與絮凝：.凝聚與絮凝處理過程就是將化學(xué)藥劑預(yù)先投加到懸浮液中，改變細(xì)胞、菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，使其聚集起來,增大體積以便固液分離。凝聚和絮凝技術(shù)常用于菌體細(xì)小而且黏度大的發(fā)酵液的預(yù)處理中。凝聚和絮凝是兩種方法，兩個概念。凝聚：指在投加的化學(xué)物質(zhì)（鋁、鐵的鹽類）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚集成 mm 大小塊狀凝聚體的過程。機理： 1）中和粒子表面電荷 2）消除雙電層結(jié)構(gòu) 3）破壞水化膜膠體雙電層結(jié)構(gòu)發(fā)酵液中菌體表面帶有負(fù)電荷，由于靜電引力使溶液中反離子被吸附在其周圍，在界面上形成了雙電層。正離子同時受到使它們均勻分布的熱運動影響，具有離開膠粒表面的趨勢。兩種

6、相反作用力下，雙電層分裂成兩部：1）吸附層或stern層；2）擴散層。擴散雙電層的結(jié)構(gòu)模型(Gouy-Chapman-Stern model)。兩種相反作用力下，雙電層分裂成兩部：1）吸附層或stern層；2）擴散層。擴散雙電層的結(jié)構(gòu)模型(Gouy-Chapman-Stern model)。絮凝：指使用絮凝劑（天然的和合成的大分子量聚電解質(zhì)）將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小絮凝團的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。機理：架橋作用采用絮凝法可形成粗大的絮凝體，使發(fā)酵液較易分離。人工合成有機高分子聚合物、天然有機高分子聚合物、無機高分子聚合物聚丙烯酰胺類絮凝劑的優(yōu)點用量少，一般以mg/L計量；絮

7、凝體粗大，分離效果好；絮凝速度快；種類多，適用范圍廣。聚丙烯酰胺類絮凝劑的缺點：存在一定的毒性，特別是陽離子型聚丙烯酰胺，用于食品和醫(yī)藥工業(yè)時應(yīng)謹(jǐn)慎。天然有機高分子絮凝劑具有無毒，易生物降解，原料來源廣等優(yōu)點。天然有機高分子改性絮凝劑根據(jù)其原料來源不同可分為淀粉類、纖維素類、植物膠類和聚多糖類。其中淀粉改性絮凝劑的研究開發(fā)最引人注目。微生物絮凝劑是近年來研究和開發(fā)的新型絮凝劑，由微生物或其分泌物產(chǎn)生的具有絮凝細(xì)胞功能的代謝產(chǎn)物。主要成分是糖蛋白、粘多糖、纖維素及核酸等高分子物質(zhì)。微生物絮凝劑和天然絮凝劑最大的優(yōu)點是安全，無毒和不污染環(huán)境。4.助濾劑：一種不可壓縮的多孔微粒，菌體可吸附于助濾劑微

8、粒上，降低了濾餅的可壓縮性，減小了過濾阻力。常用的助濾劑是硅藻土，其次是珍珠巖粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纖維素等。(1)粒度根據(jù)懸浮液中的顆粒和濾液的澄清度確定，一般顆粒較小的濾餅應(yīng)采用細(xì)小的助濾劑。(2)助濾劑的品種根據(jù)過濾介質(zhì)選擇助濾劑品種。使用粗目濾網(wǎng)時易泄漏，可選擇石棉粉、纖維素；采用細(xì)目濾布時，可使用細(xì)硅藻土；(3)用量間歇操作時，過濾介質(zhì)表面預(yù)涂助濾劑，其厚度應(yīng)不小于2mm。連續(xù)過濾機中根據(jù)過濾速度確定。使用硅藻土?xí)r，通常細(xì)粒為500g/m3，中等粒度700g/m3,粗粒700-1000g/m3。5.反應(yīng)劑：加入某些不影響目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)劑，可消除發(fā)酵液中的一些雜質(zhì)對過濾的影響，從

9、而提高過濾速度。 1）反應(yīng)劑與某些可溶性鹽類發(fā)生反應(yīng)生成不溶性沉淀,生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具有塊狀結(jié)構(gòu)，又能使蛋白質(zhì)凝固，過濾性能上升，沉淀本身可作為助濾劑. 如新生霉素發(fā)酵液中加入CaCl2和Na3PO4，生成Ca3(PO4)2沉淀。2）發(fā)酵液中含有不溶性多糖物質(zhì)時，用酶將其轉(zhuǎn)化為單糖，以提高過濾速率。 如萬古霉素用淀粉作培養(yǎng)基，發(fā)酵液過濾前加入0.025%的淀粉酶，攪拌30min后，再加2.5%硅藻土助濾劑，可提高過濾效率5倍。6. 雜蛋白的去除方法沉淀法 A 等電點沉淀法 （isoelectric precipitation ）蛋白質(zhì)的等電點大都在酸性范圍內(nèi)(pH4.05.5

10、)，調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH到蛋白質(zhì)的等電點是除去蛋白質(zhì)的有效方法。B. 酸堿調(diào)節(jié)，使蛋白質(zhì)與離子形成沉淀在酸性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陰離子形成沉淀，如三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、苦味酸鹽等；在堿性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陽離子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等。變性蛋白質(zhì)從有規(guī)則的排列變成不規(guī)則結(jié)構(gòu)的過程稱為變性。變性蛋白質(zhì)溶解度較小。加熱，大幅度調(diào)節(jié)pH值，加酒精、丙酮等有機溶劑或表面活性劑等。不足之處：加熱法只適合于對熱較穩(wěn)定的目的產(chǎn)物；極端pH值也會導(dǎo)致某些目的產(chǎn)物失活，且要消耗大量酸堿；有機溶劑法通常只適用于所處理的液體數(shù)量較少的場合。 1.沉淀法主要包括 鹽析法，有機溶劑沉淀法，等電點

11、沉淀法，結(jié)晶法等 等。2.按照一般的習(xí)慣，析出物為晶體時稱為 結(jié)晶 ，析出物為無定形固體則稱為 沉淀 。3.影響鹽析的因素有：無機鹽的種類、溶質(zhì)（蛋白質(zhì)等）種類的影響、蛋白質(zhì)濃度的影響、溫度的影響、pH的影響。吸附法加入某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。四環(huán)類抗生素生產(chǎn)中，采用黃血鹽和硫酸鋅的協(xié)同作用生成亞鐵氰化鋅鉀K2Zn3Fe(CN)52的膠狀沉淀來吸附蛋白質(zhì)，利用此法除蛋白質(zhì)已取得很好的效果。在枯草桿菌發(fā)酵液中，常加入氯化鈣和磷酸氫二鈉，這兩者本身生成龐大的凝膠，把蛋白質(zhì)、菌體及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，從而加快了過濾速度。1 發(fā)酵液為何需要預(yù)處理？處理方法有哪些？其簡要

12、機理如何？2 凝集與絮凝過程有何區(qū)別？如何將兩者結(jié)合使用？3 除去發(fā)酵液中雜蛋白常用方法有哪些？4 簡述膠體雙電層結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性機理?5 什么是助濾劑和反應(yīng)劑？能列舉1-3個應(yīng)用的例子1. 鹽析法：是利用各種生物分子在濃鹽溶液中溶解度的差異，通過向溶液中引入一定數(shù)量的中性鹽，使目的物或雜蛋白以沉淀析出，達(dá)到純化目的的方法。2. Ks鹽析：在一定的pH和溫度下改變離子強度（鹽濃度）進(jìn)行鹽析，稱作Ks鹽析法。Ks鹽析法多用于提取液的前期分離工作。3鹽析：在一定離子強度下僅改變pH和溫度進(jìn)行鹽析，稱作鹽析法。在分離的后期階段，為了求得較好的分辨率，或者為了達(dá)到結(jié)晶的目的，有時應(yīng)用鹽析法。鹽析法由于溶質(zhì)

13、溶解度變化緩慢且變化幅度小，沉淀分辨率比KS鹽析法好。4親和沉淀: 利用親和反應(yīng)原理，將配基與可溶性的載體偶聯(lián)后形成載體-配基復(fù)合物（親和沉淀劑），該復(fù)合物可選擇性地與蛋白質(zhì)結(jié)合，在一定條件下沉淀出來。四 問答1.什么是鹽析作用？鹽析的原理是什么？答：鹽析作用：向蛋白質(zhì)溶液中逐漸加入中性鹽，在高鹽濃度時，蛋白質(zhì)溶解度隨之減小，發(fā)生了鹽析作用。產(chǎn)生鹽析作用的一個原因是由于鹽離子與蛋白質(zhì)表面具相反電性的離子基團結(jié)合，形成離子對，因此鹽離子部分中和了蛋白質(zhì)的電性，使蛋白質(zhì)分子之間電排斥作用減弱而能相互靠攏，聚集起來。鹽析作用的另一個原因是由于中性鹽的親水性比蛋白質(zhì)大，鹽離子在水中發(fā)生水化而使蛋白質(zhì)脫

14、去了水化膜，暴露出疏水區(qū)域，由于疏水區(qū)域的相互作用，使其沉淀。2.如何選擇鹽析所用中性鹽？（1）鹽析作用要強。一般來說多價陰離子的鹽析作用強，有時多價陽離子反而使鹽析作用降低。（2）鹽析用鹽要有足夠大的溶解度，且溶解度受溫度影響應(yīng)盡可能小。這樣便于獲得高濃度鹽溶液，有利于操作，尤其是在較低溫度下的操作，不致造成鹽結(jié)晶析出，影響鹽析效果。（3）鹽析用鹽在生物學(xué)上是惰性的，不致影響蛋白質(zhì)等生物分子的活性，最好不引入給分離或測定帶來麻煩的雜質(zhì)。（4）來源豐富、經(jīng)濟。3.有機溶劑沉淀的原理是什么？答：親水性有機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；水溶性有機溶

15、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.有機溶劑沉淀影響沉淀效果的因素有那些？答： （1）有機溶劑種類及用量（2）pH的影響（3）溫度無機鹽的含量（4）某些金屬離子的助沉淀作用(5)樣品濃度第三章1. 影響發(fā)酵液固液分離的因素1）發(fā)酵液中懸浮離子的大小2）發(fā)酵液的黏度viscosity ：固液分離速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分離越困難。影響粘度的因素：菌體的種類和濃度(重要因素)培養(yǎng)液中蛋白質(zhì)、核酸大量存在培養(yǎng)基成分此外，某些染菌發(fā)酵液，如染細(xì)菌，則粘度會增大。發(fā)酵過程的不正常處理，如大量過剩的培養(yǎng)基和消沫油加入，

16、都會使粘度增大。2.常見的固液分離方法過濾 filtration過濾操作是借助于過濾介質(zhì)，在一定的壓力差P作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固液分離的單元操作。離心 Centrifugation 離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異，在離心場中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過程。擴張床吸附 EBA(Expanded Bed Adsorption)一種新型的生物分離技術(shù)：集成化分離技術(shù)，即對已有的兩種或兩種以上的單元操作進(jìn)行有效的組合，組成一種有效的單元操作，以達(dá)到提高產(chǎn)品收率、縮短純化步驟、降低純化費用和投資成本的目的2.固液分離過濾設(shè)備按操

17、作方式分類：間歇過濾機、連續(xù)過濾機按操作壓強差分類：壓濾、吸濾和離心過濾典型過濾設(shè)備：實驗室用抽濾裝置板框壓濾機（間歇操作）板框壓濾機的過濾推動力來自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。 轉(zhuǎn)筒真空過濾機（連續(xù)操作） 真空過濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過濾操作的推動力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過濾機和帶式真空過濾機。過濾式離心機:由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。2. 離心分離設(shè)備優(yōu)缺點優(yōu)點：分離速度快，分離效率高、液相澄清度好；缺點：與過濾設(shè)備相比，設(shè)備投資高、能耗大、離心產(chǎn)生的固體濃縮物和過濾產(chǎn)生的濃縮不同。 通常離心只能得到一種較為濃縮的懸浮液或漿體

18、。而過濾可獲得的水分含量較低的濾餅。3.離心的幾種原理類型 （一）差速離心特點：介質(zhì)密度均一；速度由低向高，逐級離心。用途：分離大小相差懸殊的細(xì)胞和細(xì)胞器。沉降順序：核線粒體溶酶體與過氧化物酶體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高基體核蛋白體?？蓪⒓?xì)胞器初步分離，常需進(jìn)一步通過密度梯離心再行分離純化。 （二）密度梯度離心用介質(zhì)在離心管內(nèi)形成一連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度，將細(xì)胞混懸液或勻漿置于介質(zhì)的頂部，通過離心力場的作用使細(xì)胞和細(xì)胞成分分層、分離。類型：速度沉降、等密度沉降。常用介質(zhì)：氯化銫、蔗糖、多聚蔗糖。分離活細(xì)胞的介質(zhì)要求：1）能產(chǎn)生密度梯度，且密度高時，粘度不高；2）pH中性或易調(diào)為中性；3）濃度大時滲透壓不大；4

19、）對細(xì)胞無毒。4.膨脹床吸附原理和固相分級特性膨脹床與傳統(tǒng)固定床的區(qū)別在于：膨脹床的床層上部安裝有調(diào)節(jié)器，當(dāng)料液或清洗液從床底輸入時，吸附劑床層產(chǎn)生膨脹，高度調(diào)節(jié)器上升，膨脹床狀態(tài)下床層高度一般為固定床狀態(tài)的2-3倍，可直接處理菌體發(fā)酵液或細(xì)胞勻漿液,提高目標(biāo)產(chǎn)物收率。膨脹床與流化床的區(qū)別：后者的吸附型粒子和液體在床層內(nèi)混合程度高，吸附效率低，而前者的吸附劑粒子基本懸浮于固定的位置，液體的流動與固定床相似，接近平推流，吸附效率高。第四章細(xì)胞破碎的目的:破壞細(xì)胞外圍，使細(xì)胞內(nèi)容物釋放出來。意義：破碎細(xì)胞, 提取其中的各種物質(zhì), 分析細(xì)胞的結(jié)構(gòu), 遺傳物質(zhì)的研究, 對人類的發(fā)展具有重要的意義。包含

20、體可用密度梯度離心機收集，收集的包含體用變性劑溶解，再除去變性劑即可得到恢復(fù)活性的蛋白質(zhì)產(chǎn)品。1. 非機械破碎方法有酶溶破碎法化學(xué)破碎法去垢劑破碎法滲透壓沖擊破碎法凍融破碎法。2.破碎率的測定：直接測定法目的產(chǎn)物測定法導(dǎo)電率測定法 3.基因工程包涵體的純化過程為_洗滌_ 、_溶解_和_復(fù)性_;目標(biāo)蛋白的變性溶解通常使用的變性劑是_鹽酸胍_和_尿素_;目標(biāo)蛋白復(fù)性的方法通常有_稀釋法_ 、_膜分離法_和_層析法_。4.氣流干燥主要適用于酵母菌，一般在25-30的氣流中吹干；真空干燥多用于細(xì)菌，冷凍干燥適用于不穩(wěn)定的生化物質(zhì)5. 細(xì)胞破碎常用的表面活性劑：十二烷基硫酸鈉（SDS，陰離子型）；。非離

21、子型如Triton X-100和吐溫（Tween）等對疏水性物質(zhì)具有很強的親和力，能結(jié)合并溶解磷脂，破壞內(nèi)膜的磷脂雙分子層，使某些胞內(nèi)物質(zhì)釋放出來第五章1.萃取（Extraction）指任意兩相之間的傳質(zhì)過程。在液液萃取過程中常用有機溶劑作為萃取試劑，因而常常稱液液萃取為溶劑萃取。溶劑萃取法是生物工業(yè)中一種重要的分離提取方法。它是利用一種溶質(zhì)組分（如產(chǎn)物）在兩個互不相溶的液相（如水相和有用機溶劑相）中競爭性溶解和分配性質(zhì)上的差異來進(jìn)行分離操作的。有機溶劑萃取法廣泛應(yīng)用于抗生素、有機酸、維生素、激素等發(fā)酵產(chǎn)物工業(yè)規(guī)模的提取上。2.溶劑萃取法有以下一些優(yōu)點：比化學(xué)沉淀法分離程度高；比離子交換法選擇

22、性好、傳質(zhì)快；比蒸餾法能耗低。另外它還有生產(chǎn)能力大、周期短、便于連續(xù)操作、容易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。2.一個良好的溶劑要滿足以下幾方面的要求: 有很大的萃取容量，即單位體積的萃取溶劑能萃取大量的產(chǎn)物； 有良好的選擇性，理想情況是只萃取產(chǎn)物而不萃取雜質(zhì)； 與被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、界面張力小或適中； 溶劑的回收和再生容易； 化學(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，對設(shè)備腐蝕性?。?經(jīng)濟性好，價廉易得； 安全性好，閃點高，對人體無毒性或毒性低。 生物工業(yè)上常用的溶劑有酯類、醇類和酮類等. 3、單級萃取單級萃取是使用一個混合器和一個分離器的萃取操作。料液F與萃取溶劑S一起加入混合器內(nèi)攪拌混合

23、萃取，達(dá)到平衡后的溶液送到分離器內(nèi)分離得到萃取相L和萃余相R，萃取相送至回收器，萃余相R為廢液。 在回收器內(nèi)產(chǎn)物P與溶劑分離（如蒸餾、反萃取等），溶劑S則可循環(huán)使用。 目的物在兩相中的數(shù)量比: E=K·VS/VF K/m 其中m為濃縮比，即: m VF/VS 令未被萃取的分率為，則: = 1/(E+1) 而理論收(得)率: 1= E/(E+1)4、多級萃取 1）多級錯流萃取多級錯流萃取流程的特點是：每級均加新鮮溶劑，故溶劑消耗量大，得到的萃取液產(chǎn)物平均濃度較稀，但萃取較完全。多級錯流萃取流程收率 111/(E1+1)(E2+1)(En+1) 2）多級逆流萃取多級逆流萃取流程的特點是：

24、料液走向和萃取劑走向相反，只在最后一級中加入萃取劑，故和錯流萃取相比，萃取劑消耗少，萃取液產(chǎn)物平均濃度高，產(chǎn)物收率最高。 多級逆流萃取流程收率 1(En+1E)/(En+11) 5.乳化和去乳化 乳化：是一種液體(分散相)分散在另一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象。乳化發(fā)生后，兩相分層困難，出現(xiàn)夾帶現(xiàn)象，影響收率和分離效果。 乳化的結(jié)果可能形成兩種形式的乳濁液。一種是水包油型（O/W），另一種為油包水型（W/O）。由蛋白質(zhì)引起的乳化，構(gòu)成形式為O/W型，液滴粒徑再.530微米。 形成穩(wěn)定的乳濁液，一般應(yīng)有第三種物質(zhì)即表面活性劑的存在。乳濁液的穩(wěn)定性與下列因素有關(guān)： 界面上保護膜是否形成； 液

25、滴是否帶電； 介質(zhì)的粘度。 其中最重要。在發(fā)酵液中，蛋白質(zhì)是引起乳化的最重要的表面活性物質(zhì)。 表面活性劑親水性強，乳化時易形成水包油。 表面活性劑疏水性強，乳化時易形成油包水。6、破乳化 破乳方法： 1）過濾或離心分離破乳法， 2） 化學(xué)法（加電解質(zhì)中和離子型乳濁液的電荷） 3）物理法（加熱、稀釋、吸附等） 4）頂替法（加入表面活性更大，但因其C鏈較短難以形成堅固的保護膜的物質(zhì)，取代界面上的乳化劑，如戊醇） 5）轉(zhuǎn)型法（如在O/W中加入親油性乳化劑，使乳化液有生成W/O的傾向，但又不穩(wěn)定，從而達(dá)到破乳目的）7.浸?。河媚撤N溶劑把有用物質(zhì)從固體原料中提取到溶液中的過程稱為浸取，也稱之為浸出。 溶

26、劑從固體顆粒中浸取可溶性物質(zhì)的過程一般包括以下一些步驟：1）溶劑從溶劑主體傳遞到固體顆粒的表面；2）溶劑擴散滲入固體內(nèi)部和內(nèi)部微孔隙內(nèi)；3）溶質(zhì)溶解進(jìn)入溶劑；4）通過固體微孔隙通道中的溶液擴散至固體表面并進(jìn)一步進(jìn)入溶劑主體。 其中，第3和4步是浸取過程總速率的控制性步驟。溶質(zhì)從固體內(nèi)部向溶劑主體的傳遞受各種因素的影響。包括幾個方面：1）通常情況，為普通的擴散傳遞。2）對于生物大分子，傳遞通道的空間尺度影響較大。3）溶液中的凝膠物質(zhì)形成的框架結(jié)構(gòu)會影響分子的擴散。4）在固體內(nèi)部的分子擴散包含兩種不同的機理（溶解擴散和多孔內(nèi)擴散）。8、分配定律和分配系數(shù) 從料液中提取出來的物質(zhì)稱為溶質(zhì)； 用來萃取

27、產(chǎn)物的溶劑常稱為萃取劑； 溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃取劑中與萃取劑形成的溶液稱為萃取液； 被萃取出溶質(zhì)后的料液稱萃余液。 在一定溫度一定壓力的條件下，溶質(zhì)分配在兩個互不相溶的溶劑中，達(dá)到平衡時溶質(zhì)在兩相中的活度之比為一常數(shù)，這個現(xiàn)象即為分配定律，比例常數(shù)為分配系數(shù)。 分配定律成立的條件： 1）稀溶液 2）溶質(zhì)對溶劑互溶性沒有影響 3）必須是同一分子類型不同溶質(zhì)在不同溶劑中有不同的K值。K值越大，表示該溶質(zhì)在上層液相中溶解度愈大，K值越小，表示該溶質(zhì)在下層液相中溶解度愈大。9.分離因數(shù)含有兩個及兩個以上的溶質(zhì)時，萃取劑對溶質(zhì)A和B分離能力的大小可用分離因數(shù)()來表征：   =( C1A/C1B)/(

28、C2A/C2B)=( C1A/C2A)/(C1B/C2B)  =KA/KB  式中：C 代表濃度，下標(biāo)1、2 代表萃取相和萃余相，A、B 為溶質(zhì)。 如果A是產(chǎn)物，B為雜質(zhì)，分離因數(shù)可寫為： K產(chǎn)/K雜 越大，A、B的分離效果越好，即產(chǎn)物與雜質(zhì)越容易分離。10. 弱電解質(zhì)表觀分配系數(shù)（1）pH值 如果溶質(zhì)是弱酸，表觀分配系數(shù)為 K = K0H+/(KpH+)，如果是弱堿，則K = K0Kp/(KpH+)。可見pH直接影響表觀分配系數(shù)。 pH除影響K外，還可能對選擇性有影響。 pH值還應(yīng)盡量選擇在使產(chǎn)物穩(wěn)定的范圍內(nèi)。（2）溫度 溫度會影響生化物質(zhì)的穩(wěn)定性，所以一般在室溫或低溫下

29、進(jìn)行。 溫度會影響分配系數(shù)K，因為溫度通過影響溶質(zhì)的化學(xué)位而影響溶質(zhì)在兩相中的分配 。 （3）鹽析 無機鹽類可降低產(chǎn)物在水中的溶解度而使其更易于轉(zhuǎn)入有機溶劑相中。 無機鹽類還能減小有機溶劑在水相中的溶解度。 鹽析劑用量要適宜，用量過多也有可能促使雜質(zhì)一起轉(zhuǎn)入溶劑相，同時還要考慮其經(jīng)濟性，必要時要回收。（4）帶溶劑 帶溶劑是指這樣一種物質(zhì)，它們能和產(chǎn)物形成復(fù)合物，使產(chǎn)物更易溶于有機溶劑相中，提高分配系數(shù)K，該復(fù)合物在一定條件下又要容易分解。第七章 1.雙水相系統(tǒng) 雙水相系統(tǒng)就是當(dāng)兩種聚合物或一種聚合物與一種鹽溶于水中而形成溶液時，由于聚合物溶液間或聚合物與無機鹽溶液間具有不相容性，致使當(dāng)聚合物和

30、無機鹽的濃度達(dá)到一定值以上時，就會分成互不相溶的兩相系統(tǒng)，由于其共同溶劑是水，就稱此系統(tǒng)為雙水相系統(tǒng)。常見的用于生物物質(zhì)分離的聚合物/聚合物系統(tǒng)有聚乙二醇（ PEG）/葡聚糖，聚合物/無機鹽系統(tǒng)有PEG/磷酸鹽，PEG/硫酸銨等。相對于葡聚糖來說，無機鹽價格便宜，所以聚合物/無機鹽系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用上具有更為廣闊的前景。 2.要成功地運用雙水相萃取方法，應(yīng)滿足下列條件： 1）欲提取的酶和細(xì)胞碎片應(yīng)分配在不同的相中； 2）酶的分配系數(shù)應(yīng)足夠大，使在一定的相體積比時，經(jīng)過一次萃取，就能得到較高的收率； 3）兩相用離心機很容易分離。3. 相圖 水溶性兩相的形成條件和定量關(guān)系常用相圖來表示。圖1所示是由兩

31、種聚合物和水組成的體系（如 PEG /Dextran體系，這兩種聚合物都能與水無限混合），以聚合物PEG的濃度（重量）為縱坐標(biāo)，以聚合物Dextran的濃度（重量）為橫坐標(biāo)所作相圖。只有在這兩種聚合物達(dá)到一定濃度時才會形成兩相。 圖中曲線TCB把均勻區(qū)域和兩相區(qū)域分隔開來，稱作雙節(jié)線。處于雙節(jié)線下面的區(qū)域時是均勻的，當(dāng)它們的組成位于上面的區(qū)域時，體系才會分成兩相。例如，點M代表整個系統(tǒng)的組成，輕相（或上相）組成用T點表示，重相（或下相）組成用B點表示。T、M、B三點在一條直線上，其連接的直線稱系線。第九章膜分離：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力，由于溶液中各組分透過

32、膜的遷移率不同而實現(xiàn)分離的一種技術(shù)。濃差極化：是指但溶劑透過膜，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。1. 膜分離過程中所使用的膜，依據(jù)其膜（孔徑）不同可分為 （微濾膜） ，（超濾膜），（納濾膜）和（反滲透膜）。2工業(yè)上常用的膜裝置有（板式） ，（管式），（螺旋卷式）和（中空纖維式）。3.根據(jù)膜結(jié)構(gòu)的不同，常用的膜可分為（對稱性膜）、（非對稱膜）和（復(fù)合膜）三類4.膜的污染主要有兩種情況，一種是 化學(xué)污染 ；另一種是 物理污染 。1. 區(qū)分滲透與反滲透？舉例說明反滲透的應(yīng)用。答：滲透是由于存在化學(xué)勢存在梯度而引起的自發(fā)擴散現(xiàn)象。因此，通常情況下，其結(jié)果是水從純水一側(cè)透過半透膜向

33、溶液側(cè)滲透，使后者的液位抬高。如果在溶液一側(cè)施加壓力，外界力做功使溶液中水的化學(xué)勢升高，則純水通過膜的滲透就會逐漸減小，并最終停止（條件？），此時的壓力差就是溶液的滲透壓。當(dāng)時，水將從溶液一側(cè)向純水一側(cè)移動，此種滲透稱之為反滲透。2. 膜分離過程中，有那些原因會造成膜污染，如何處理？答：（1）膜污染主要有兩種情況：一是附著層被濾餅、有機物凝膠、無機物水垢膠體物質(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。（3分）（2）膜污染是可以預(yù)防或減輕的，措施包括料液預(yù)處理、膜性質(zhì)的改善、操作條件改變等方式。（2分）（3）膜污染所引起的通量衰減往往是不可逆的，只能通過清洗的處理方式消除，包

34、括物理方法沖洗和化學(xué)藥品溶液清洗等。（2分）1. 膜分離技術(shù)的類型和定義？答：膜分離過程的實質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程，依據(jù)濾膜孔徑大小而達(dá)到物質(zhì)分離的目的，故而可以按分離粒子大小進(jìn)行分類：（1）微濾：以多孔細(xì)小薄膜為過濾介質(zhì)，壓力為推動力，使不溶性物質(zhì)得以分離的操作，孔徑分布范圍在0.02514m之間；（2）超濾：分離介質(zhì)同上，但孔徑更小，為0.0010.02 m，分離推動力仍為壓力差，適合于分離酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)；（3）反滲透：是一種以壓力差為推動力，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，故而成為反滲透）；（4）納濾：以壓力差為推動力，從溶液中分離3001000小分子量的膜分離過程，孔徑分布在平均2nm；十二章1.親和層析的原理利用生物分子對之間所具有的專一而又可逆的親和力使生物分子分離純化的技術(shù)。載體-間隔臂-配基-配體特點親和層析的分辨率高。親和層