生物工程下游知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、生物工程下游知識(shí)點(diǎn)總結(jié)一.名詞解釋.清潔生產(chǎn)(cleaner production )：是指將綜合預(yù)防的環(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)。它包括三個(gè)方面的內(nèi)容， 即清潔生產(chǎn)工藝(技術(shù))、清潔產(chǎn)品、清潔能源。.凝聚作用：向膠體懸浮液中加入某種電解質(zhì)，在電解質(zhì)中異電離子作用下，膠粒的雙電層電位降低，使膠體體系不穩(wěn)定，膠體粒子間因相互碰撞而產(chǎn)生凝集的 現(xiàn)象。.絮凝作用：絮凝劑通過靜電引力范德華力或氫鍵的作用， 強(qiáng)烈地吸附在膠粒的 表面。當(dāng)一個(gè)高分子聚合物的許多鏈節(jié)分別吸附在不同的膠粒表面上， 產(chǎn)生橋架 聯(lián)接時(shí)，就形成了較大的絮團(tuán)。.下游工程(下游技術(shù)，下游加工過程

2、， downstream processing ):對(duì)于由自 然界自然產(chǎn)生的或由微生物菌體發(fā)酵的、動(dòng)植物細(xì)胞組織培養(yǎng)的、酶反應(yīng)等各種 生物工業(yè)生產(chǎn)過程獲得的生物原料， 經(jīng)提取分離、加工并精制目的成分，最終使 其成為產(chǎn)品的技術(shù).協(xié)萃：兩種或兩種以上的萃取劑同時(shí)萃取某一溶質(zhì)或其它化合物時(shí)，萃取性能 優(yōu)于它們各自萃取性能之和的效應(yīng)。.萃取因數(shù)：萃取平衡后，溶質(zhì)在萃取相與萃余相中數(shù)量(質(zhì)量或物質(zhì)的量)的 比值。(E=DR.帶溶劑：在純氣體溶劑中，加入被萃取物親和力強(qiáng)的組分以提高其對(duì)被萃取組 分的選擇性和溶解度的一類物質(zhì)。.離子交換帶：溶液的組成和樹脂的組成達(dá)到平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的樹脂層的高度。.反膠團(tuán)(re

3、versed micelles ):兩性表面活性劑在非極性有機(jī)溶劑中親水基團(tuán) 自發(fā)地向內(nèi)聚集而成，內(nèi)含微小水滴的，空間尺度僅為納米級(jí)的集合性膠體。.濃差極化：當(dāng)溶劑透過膜而溶質(zhì)留在膜上因而使膜面濃度增大，并高于主體濃度的現(xiàn)象。(指在分離過程中，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動(dòng)下透過膜，溶質(zhì)被截留，于是在膜表面與臨近膜面區(qū)域濃度越來越高。在濃度梯度作用下，溶質(zhì)由膜面向本體溶液擴(kuò)散，形成邊界層，使流體阻力與局部滲透壓增加， 從而導(dǎo)致溶劑透過 量下降。溶劑向膜面流動(dòng)引起溶質(zhì)向膜面的流動(dòng)，這種流動(dòng)如果與濃度梯度所驅(qū)動(dòng)的溶質(zhì)向本體溶液擴(kuò)散的速度平衡時(shí)，在膜面附近就形成一個(gè)穩(wěn)定的濃度梯度 區(qū)，這一區(qū)域就稱為濃度極化

4、邊界層， 這一現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化是一個(gè) 可逆的過程。)二.計(jì)算題.多級(jí)錯(cuò)流 1-6=1-1/ (E+1) E=DR=KR.多級(jí)逆流 1-6=1-(EAn+1-E)/ (EAn+1-1).杠桿規(guī)貝U Vc*AC=Vb*BA三.綜合題1.下游工程的發(fā)展歷程：古代釀造業(yè)-第一代生物技術(shù)(1860-1940)-第二代生 物技術(shù)(青霉素)-第三代生物技術(shù)(1970)*2.下游工程技術(shù)分類：固液分離技術(shù)，細(xì)胞破碎技術(shù)，初步分離純化技術(shù)，高度 分離純化技術(shù)，其他新型分離技術(shù)。.新技術(shù)的研究和開發(fā)：新型分離介質(zhì)的研究開發(fā)，子代分離技術(shù)，其他新興 下游技術(shù)。.分子篩去鹽：高交聯(lián)度的強(qiáng)酸性陽離子H型樹脂

5、分子量大小差先篩大分子物質(zhì)，再篩小分子物質(zhì)。.色譜分離（層析分離）：物理分離方法。利用多組分混合物中各組分物理化 學(xué)性質(zhì)（如吸附力，分子極性，分子極性和大小，分子親和力，分配系數(shù)）的差 別，使各組分以不同程度分布在兩相。固定相，流動(dòng)相。.酸性吸附劑（適合對(duì)酸穩(wěn)定的產(chǎn)物）堿性吸附劑（適合對(duì)堿穩(wěn)定的產(chǎn)物）.活性炭 憎水性吸附劑 吸附能力（芳香族脂肪族，大分子 小分子）硅膠多孔性硅氧烷交鏈結(jié)構(gòu)三氧化二鋁三性.凝膠 右旋糖酊+交聯(lián)劑G25-100網(wǎng)孔由密到疏.洗脫后大分子先出，小分子后出。.生產(chǎn)產(chǎn)物活性 極性，溶解度，穩(wěn)定性，反應(yīng)性，化學(xué)結(jié)構(gòu).紙層析Rf值 酸堿中兩（s）.紙電泳法 水溶性（正電荷向負(fù)

6、極為堿性抗生素）.提煉四條原則：操作時(shí)間短，提煉溫度低，適宜的 PH避免染菌。.提煉注意的五個(gè)問題：遵循四條原則，注意發(fā)酵液質(zhì)量對(duì)提料的影響，正確 處理產(chǎn)質(zhì)量關(guān)系，重視設(shè)備選型，三廢治理及綜合利用。.平衡分離-相平衡：蒸發(fā)，蒸儲(chǔ)，干燥，吸附，萃取，結(jié)晶， 離子交換，浮選，升華，吸收擬平衡-分離場(chǎng)：離心，電泳非平衡-速度差，屏蔽效應(yīng)：過濾類，膜類，氣體擴(kuò)散分離，透過氣化.特異性相互作用：共價(jià)鍵，粒子間相互作用，氫鍵結(jié)合，疏水性相互作用， 對(duì)金屬原子配位，弱共價(jià)鍵結(jié)合.預(yù)處理要求：菌體分離，固體懸浮物去除，蛋白質(zhì)去除，金 屬離子去除，色素、熱原質(zhì)、毒性物質(zhì)等有機(jī) 雜質(zhì)去除，改變發(fā)酵液的性質(zhì)，調(diào)節(jié)適

7、宜 PH值 和溫度（一水半粘）.凝聚劑：Al,Fe , Zn, Mg鹽絮凝劑：（橋架作用）高分子絮凝劑，聚合鹽，高分子聚合物.凝聚：在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。絮凝：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。.凝聚值：使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度。值越小凝聚力越大。.發(fā)酵液的相對(duì)純化：高價(jià)離子去除（離子交換，沉淀，絡(luò)合劑），雜蛋白質(zhì) 去除（沉淀，變性，吸附，超濾，酶解）*22.過濾速度快效率高。濾液質(zhì)量：濾液澄清，PH適中，一定濃度，溫度，雜質(zhì)含量要求.過濾設(shè)備要求板框過濾機(jī)（間歇）：固形物含量在 50%

8、-80 %,單批處理總時(shí)間應(yīng)在菌絲體自 溶前，對(duì)同一批次物料應(yīng)一次過濾完（n臺(tái)工作）抗生素用明流式，其余用暗流式真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（連續(xù)）過程：吸濾-洗滌-吸洗液-刮除固形物硅藻土過濾機(jī)：密度100-250Kg/m3,濾降0.1-1.0微米，預(yù)涂層 離心分離機(jī)：普通，高速，超高速.助濾劑要求：不可壓縮性，惰性物質(zhì)，能懸浮于液相，成本.細(xì)胞壁細(xì)菌（G+）:肽聚糖酵母菌（G-）:葡聚糖+蛋白層+甘露糖層霉菌：多糖（幾丁質(zhì)，纖維素）+蛋白質(zhì)+脂質(zhì).典型細(xì)胞破碎方法：珠磨法（s剪切）兼具破碎冷卻，破碎率高，范圍廣。 高壓勻漿法（L剪切）大規(guī)模操作不適合 G+,絲狀菌及含包含體的工程菌，外 加冷卻液。.外加

9、酶法：（溶菌酶用于細(xì)菌）價(jià)格，通用性差，產(chǎn)物抑制 自溶法：因素：T,PH,激活劑，控制代謝途徑缺點(diǎn)：蛋白質(zhì)易變性，粘度增大，過濾速率下降.機(jī)械法（A）與非機(jī)械法（B）區(qū)別：A:有一定的冷卻裝置，防止生物產(chǎn)品受熱破壞。B:應(yīng)用受限。.溶劑分配定律（稀液，互不反應(yīng)，同分子） k=C1/C2.萃取因數(shù)：E=KR=DR.工業(yè)萃取過程：混合，分離，溶劑回收。.多級(jí)錯(cuò)流每級(jí)加新鮮萃取劑；多級(jí)逆流最后加新鮮萃取劑。.影響萃取因素：乳化和去乳化。乳化劑多為表面活性劑，由親水基和親油基 組成，且能降低界面張力的物質(zhì)。穩(wěn)定性因素：界面上是否形成保護(hù)膜；液滴 是否帶電；介質(zhì)的粘度。. HLB數(shù)即親水與親油平衡程度。

10、數(shù)越大，親水性越強(qiáng)，形成O/W型乳濁液；數(shù)越小，親水性越弱，形成 W/O型乳濁液。.陽離子表面活性劑：十二烷基三甲基澳化錢（1231）-易溶于水淺黃色粘稠 狀液體，含量為50%在酸性下不溶于有機(jī)溶劑，破壞W/O型乳濁液。作用機(jī)理： 其離子為正電荷，與蛋白質(zhì)負(fù)電荷中和，形成沉淀；和蛋白質(zhì)形成蛋白質(zhì)復(fù)合 物，即提高了蛋白質(zhì)分子的等電點(diǎn)（鹽溶即促乳化，鹽析即沉淀）。十五烷基 澳化叱噬（PPB -棕褐色黏稠狀半固體，含量 55%Z上，在水中的溶解度約為 7%使用時(shí)先加熱溶解，然后再稀釋，在有機(jī)溶劑中溶解度較小，破壞 W/O型 乳濁液。作用機(jī)理：消除表面活性及降低界面水側(cè)的界面張力。陰離子表面活性劑：亞

11、油酸鈉，十二烷基磺酸鈉（DS ,石油磺酸鈉，十二烷基 硫酸鈉（SDS ,破壞 W/C型乳濁液。.影響萃取的6個(gè)因素：膜技術(shù)-超濾，ph值，穩(wěn)定性，溶劑的質(zhì)與量、萃取 方式，帶溶劑，鹽析。.抗生素萃取中為什么有乳化？.超臨界流體：溫度和壓力越略超過或靠近臨界溫度（ Tc）和臨界壓力（Pc） 介于氣體和液體之間的流體作為萃取劑。.超臨界萃取方法：等溫（絕熱），等壓，吸附，添加惰性氣體。.影響萃取因素：溫度，壓力；溶劑的流量；助溶劑（拖帶劑、夾帶劑）。.雙水相：聚乙二醇+葡聚糖，聚乙二醇+無機(jī)鹽。.道南電位：U2-U1=RT/（Z+ + Z-）lnKBz-/KAz+U2-U1:相2電位-相1電位 Z

12、+ + Z- :鹽的正負(fù)離子的離子價(jià)KBz-/KAz+:正負(fù)離子不帶電時(shí)的兩相間的分配系數(shù).影響兩相系統(tǒng)的因素：多聚物分子量的影響，溫度的影響，時(shí)間的影響，低 分子物質(zhì)能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的平衡。.影響分配的因素：鹽類的種類及濃度，聚合物分子量和濃度的影響，PH值,溫度，荷電作為成相聚合物，體系中微生物的影響。.反膠團(tuán)的微小界面和微小水相具有的兩個(gè)特異性功能：具有分子識(shí)別并允許選擇性透過的半透膜的功能；在疏水性環(huán)境中具有使親水性大分子如蛋白質(zhì)等 保持活性。*46.反膠團(tuán)萃取優(yōu)點(diǎn)：有很高的萃取率和反萃取率并具有選擇性；分離、濃縮可 同時(shí)進(jìn)行，過程簡(jiǎn)單；能解決蛋白質(zhì)（如胞內(nèi)酶）在非細(xì)胞環(huán)境中迅速失活的問 題

13、；由于構(gòu)成反膠團(tuán)的表面活性劑往往具有細(xì)胞破壁功效，因而可直接從完整細(xì)胞中提取具有活性的蛋白質(zhì)和酶；反膠團(tuán)萃取技術(shù)成本低，溶劑可反復(fù)使用等。.反膠團(tuán)表面活性劑的種類：陽離子型，陰離子型（分離蛋白質(zhì)時(shí)常用AOT ,非離子型。.反膠團(tuán)含水率W=CK/C表 W越大半徑越大.反膠團(tuán)制備方法：注入法，相轉(zhuǎn)移法，溶解法。.影響反膠團(tuán)萃取因素：水相 PH的影響（PH PI,反萃??； ,萃取），水 相離子強(qiáng)度的影響，助表面活性劑的影響，溶劑的體系。.離子交換樹脂：強(qiáng)酸性陽離子樹脂，弱酸性陽離子樹脂，強(qiáng)堿性陽離子樹脂， 弱堿性陽離子樹脂，兩性離子交換樹脂，選擇性離子交換樹脂（螯合性），電子 交換樹脂（氧化還原性）

14、。.離子交換樹脂按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類：凝膠型樹脂，大網(wǎng)格型樹脂。.樹脂命名：D110*4表示大網(wǎng)格型樹脂+弱酸性+苯乙烯系+順序號(hào)*4交聯(lián)度.影響樹脂膨脹度因素：樹脂的交聯(lián)度，交換基團(tuán)的數(shù)量和性質(zhì)，介質(zhì)的性質(zhì)。.離子交換樹脂在極性降低時(shí)膨脹度降低，樹脂體積收縮。.樹脂的選擇：交換樹脂的類型選擇（強(qiáng)堿性生物產(chǎn)物宜用弱酸性陽離子交換 樹脂），交換樹脂型的選擇，提取生物產(chǎn)物用的樹脂應(yīng)具備的條件。. H Na CI OH.離子交換機(jī)理：A+子自溶液中擴(kuò)散到樹脂表面，A+離子透過樹脂表面與樹 脂內(nèi)部的活性基團(tuán)接近，A+子和樹脂R.B上的活性離子B隹交換反應(yīng)，交換 下來的B+K子通過樹脂孔道擴(kuò)散到樹脂表面

15、，B+離子再?gòu)臉渲砻鏀U(kuò)散到溶液 中。（抗生素中，2,4位控制步驟，即內(nèi)部控制）（進(jìn) 2換出2）.離子水化半徑規(guī)律（水化半徑較小的離子易交換，后取代前）一價(jià)陽離子：li , na, k （NH4 , Rib, CS Ag, Ti二價(jià)陽離子：Mg（Zr） , Cu（Ni） , Co, Ca, Sr, Pb, Ba一價(jià)陰離子：F, HCO3 CI,HSO3, Br, CrO4, NO,I,Ba.高價(jià)易被低價(jià)樹脂交換.當(dāng)有機(jī)溶劑存在，易交換無機(jī)離子（洗脫用）.離子交換的質(zhì)量判斷：流出曲線越陡越好（提高交換樹脂的飽和度；減少離子流失，提高收率；提高洗脫液的純度和濃度）.軟水制備：鈉型磺酸基陽離子交換樹

16、脂除鈣鎂離子.無鹽水制備：先氫型后羥型（強(qiáng)酸用弱堿，強(qiáng)堿用弱酸，強(qiáng)酸用弱堿強(qiáng)堿，強(qiáng)酸用弱堿強(qiáng)酸強(qiáng)堿）.混合床再生混合床中陰、陽樹脂的再生有以下四種方法。（1）酸、堿分別流經(jīng)陽、陰樹脂層的兩步法體內(nèi)再生，這種混合床體內(nèi)再生的 步驟為：反洗分層后，從上部送入NaOFW生液先再生陰樹脂，廢液從陰、陽樹 脂分界處的排液管排出；為防止堿液污染陽樹脂，再生的同時(shí)，由底部通入清水 通過陽樹脂由中間管排出。從下部通入再生陽樹脂用的酸液，廢液同樣由分界處 排液管排出、同樣為防止酸液污染陰樹脂，由上部送入清水通過陰樹脂層由中間 排液管排出。用除鹽水分別從底部和上部通入自下而上清洗陽樹脂層至排水酸度 降至0.5mm

17、ol/L為止。由上而下清洗陰樹脂層至排水堿度降至 0.5mmol/L為止0,（2）酸、堿同時(shí)流經(jīng)陽、陰樹脂層體內(nèi)再生，這種混合床再生的步驟為：樹脂 反洗分層后，再生時(shí)，由交換器上下同時(shí)送入再生用的堿液和酸液，分別流經(jīng)陰陽樹脂層后，由中間排液裝置同時(shí)排出；清洗同樣由上下同時(shí)送入，分別流經(jīng)陰 陽樹脂層后，由中間排水裝置同時(shí)排出。（3）陰樹脂移出體外再生陰樹脂移出體外再生法是將陰樹脂移出混合床至專用 的陰樹脂再生罐，然后送入再生液進(jìn)行再生。（4）陰、陽樹脂外移體外再生 陰、陽樹脂外移體外再生是將陰樹脂和陽樹脂全 部移出混合床至專用的陰樹脂再生罐和陽樹脂再生罐，然后分別送入堿液和酸液對(duì)陰樹脂和陽樹脂進(jìn)

18、行再生。體外再生的優(yōu)點(diǎn)是：再生效率高，保證出水不被再生劑污染；交換器可不設(shè) 中排裝置，使運(yùn)行流速增大，由于混合床的運(yùn)行周期長(zhǎng)，可以幾臺(tái)混合床共用一 個(gè)再生罐。體外再生的缺點(diǎn)是：樹脂磨損率較大。.制備無鹽水樹脂再生時(shí)100%抗生素再生必須達(dá)到100%.逆流再生水質(zhì)好.生物膜的分類：對(duì)稱膜，非對(duì)稱膜，復(fù)合膜，荷電膜（即離子交換膜，對(duì)稱 膜的一種），液膜，微濾膜，超濾膜，動(dòng)態(tài)膜.濃差極化可逆，膜污染（附著層+堵塞）不可逆.截?cái)嗲€（分子形狀，吸附）：陡好.膜分離裝置的核心部件是膜組件，即膜的規(guī)則排列。（較高剪切率，比表面 大，價(jià)格低，清洗更換方便，設(shè)計(jì)無死角）.反滲透膜（非對(duì)稱膜，復(fù)合膜，動(dòng)態(tài)膜）用于海水淡化，超純水制造，截留 無機(jī)鹽類小分子超濾截留分子量500-2000,費(fèi)用高.結(jié)晶實(shí)質(zhì)：新相形成。結(jié)晶三過程：過飽和，晶核形成，晶體生長(zhǎng)。過程推 動(dòng)力為濃度差。.成核方式，工業(yè)以二次成核（接觸成核（晶體與攪拌