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生物分离与纯化技术

时间：2023-02-24 12:24:15 生物/化工/环保/能源我要投稿

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生物分离与纯化技术

　　生物纯化篇一：生物分离与纯化技术期末材料

生物分离与纯化技术

　　一．填空题

　　1.生物分离与纯化的一般工艺过程：原料的选取与预处理，分离提取，精制和成品制作

　　2.预处理的目的：1.改变发酵液（培养液）的物理性质，以利于固液分离。方法：加热，凝聚和絮凝2.去除发酵液（培养液）中的部分杂质以利于后续各步操作微滤的操作模式：常规过滤，错流过滤

　　3.液膜的组成：膜溶剂（水和有机溶剂），表面活性剂，流动载体和膜增强剂

　　4.液膜的分类：乳状液膜（流动载体液膜和非流动载体液膜），支撑液膜

　　5.液膜分离的操作过程：制备液膜，液膜萃取，澄清分离，破乳

　　6.常见的膜分离过程：a渗析b电渗析c微滤d超滤e反渗透f纳滤g气体分离

　　7.过饱和溶液制备的四种方法：饱和溶液冷却，部分溶剂蒸发，化学反应结晶法，解析法

　　8.离子交换树脂的命名：第一位数字代表产品的分类，第二位代表骨架，第三位代表数字为顺序号

　　9.双水相萃取的工艺流程：目的产物的萃取，PEG的循环，无机盐的循环

　　二．名词解释

　　1.超临界流体萃取：是一种新型的萃取分离技术，是利用超临界流体作为萃取剂，对物质进行溶解的和分离的过程。2.交联度和交换容量的定义：1.表示离子交换树脂中交换剂的容量，如聚苯乙烯型树脂，交联度以二乙烯苯在树脂母体总质量中所占百分数表示2.是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数，是表示树脂离子交换能力的主要参数，实际上是表示树脂活性基团的数量多少的参数。

　　3.浓缩：低溶度溶液通过除去溶剂变为高溶度溶液的过程干燥：从湿的固体生化药物中除去水分或溶剂而获得相对或绝对干燥制品的工艺过程。4.盐析：是指溶液中加入无机盐类而使某种物质溶解度降低而析出的过程。

　　5.有机溶剂沉淀法：利用与水互溶的有机溶剂(如甲醇、乙醇、丙酮等)能使蛋白质在水中的溶解度显著降低而沉淀的方法

　　6.色谱法：是一种物理的分离方法，利用多组分混合物的中各组分物理化学性质的差别，使各组分以不同的程度分布在两个相中

　　7.中毒：由于活性炭是一种强吸附剂，对气体吸附能力很大，气体分子占据了活性炭的吸附表面，会造成活性炭中毒

　　8.大网格聚合物吸附剂：又名大孔吸附树脂，是一种有机高聚物，具有与大网格离子交换树脂相同的大网格骨架，一般为白色球形颗粒。

　　9.正反相色谱的定义：正：流动相极性小于固定相的分配色谱法，反：流动相极性大于固定相极性的分配色谱法

　　三．简答题

　　一．生物分离与纯化技术的特点1.目的产物浓度低，纯化难度大原料液中目的产物的浓度一般都很低，有时甚至是极微量的2.活性物质性质不稳定，操作过程易失活，生物物质的生理活性大多是在生物体内的温和条件下维持并发挥作用的，目的产物大多数对热酸碱重金属PH以及多种理化因素都比较敏感，容易失活。3.生物材料中生化组分数量大，分离困难目的产物与杂质的理化性质如溶解度相对分子质量等电点等往往比较相近，所以分离与纯化较难4.生物材料容易变质，保存困难，生物材料容易腐败，染菌，被微生物的活动所分解或被自身的酶所破坏，甚至机械搅拌，金属器械，空气，日光等对生物物质的活性都会发生影响5生物产品质量标准高，生物产品一般用作医药，食品和化妆品，与人类生命息息相关。因此要防止有害物质在操作过程中进入。

　　二．生物分离与纯化的发展方向：1.研究和开发新型和经济高效的分离纯化技术（1）新型分离介质的研制，分离介质的性能对提高分离效率起到关键作用，特别是工业大生产，介质的机械强度是工艺设计时要考虑的重要因素（2）膜分离的推广应用，膜分离具有选择性好，分离效率高，节约能耗等优点。（3）提高分离过程的选择性，主要是应用分子识别与亲和作用来提高大规模分离技术的精度，利用生物分离作用的高度特异性与其他分离技术如：膜分离，双水相萃取等。（4）强化生物分离过程的研究，生物分离过程的优化能产生显著的经济效益，但大多数生物分离过程目前尚处于经验状态，对其机理缺乏必要的认识2.生物工程上游技术与下游技术相结合，生物工程作为一个整体，上，中，下游要互相配合，为了利于

　　目的产物的分离与纯化，上游的工艺设计应尽量为下游的分离纯化创造条件。

　　三．杂质的去除方法1.杂蛋白的去除方法a等电沉淀法，蛋白质在等电点时溶解度最小，能沉淀而除去b变性沉淀，蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性，变性蛋白质在水中的溶解度较小而产生沉淀c吸附利用吸附作用能有效的除去杂蛋白质2.不溶性多糖的去除方法，当发酵液中含有较多不溶性多糖时，粘度增大，固液分离困难，可用酶将它转化为单糖一提高过滤速度3.高价金属离子的去除方法，去除钙离子，常用草酸钠或草酸，去除镁离子，常用草酸

　　四．制备性超离心与分析性超离心的区别1.主要目的是最大限度的从样品中分离高纯度目标组分，进行深入的生物化学研究，有三种方法：差速离心法，该法分辨率不高，利用不同的粒子在离心力场中沉降的差别，在同一离心条件下，沉降速度不同，形成不同的粒子部分沉淀。速率区带离心法，该法仅用于分离有一定沉降系数差的粒子，与粒子密度无关。等密度离心法，一般用于物质的大小相近，而密度差异较大时。2.主要目的是为了研究生物大分子的沉降特性和结构，而不是专门手收集某一特定成分。它使用了特殊的转子和检测手段，以便连续监视物质在一个离心场中的沉降过程。

　　五、萃取剂的选择原则或依据：1萃取剂分子至少有一个萃取功能基，通过它与被萃取物结合形成萃合物。常见的萃取功能基是O,N,P,S.以氧功能基萃取的为多2.萃取剂分子中必须有相当长的链烃或芳烃，其目的是使萃取剂及萃合物容易溶于有机溶剂，而难溶于水相。

　　六．超临界流体萃取的优点:1.萃取分离合二为一,不存在物料的相变过程，不需回收溶剂，操作方便不仅萃取效率高，而且能耗较少，节约成本2.压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，压力固定，改变温度可将物质分离，反之亦然。工艺流程短，耗时少，对环境无污染，萃取可循环使用3.萃取温度低，可有效的防止热敏性成分的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，容易热解的物质在其沸点温度一下萃取出来4.临界CO2流体常态下是气态，无毒有效的避免了传统提取条件下溶剂毒性的强留，同时也防止了对人体的毒害和对环境的污染5.49超临界流体的极性可以变化，一定温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质，可选择性范围广

　　七．盐析原理，现以蛋白质为例：1.高浓度的中性盐溶液中存在大量的带电荷的盐离子，他们能中和蛋白质分子的表面电荷，使蛋白质分子间的静电排斥作用减弱甚至消失而能相互靠拢，聚集起来2.中性盐的亲水性比蛋白质大，它会抢夺本来与蛋白质结合的自由水，使蛋白质表面的水化层被破坏，导致蛋白质分子之间的相互作用增大而发生聚集，从而沉淀析

　　八有机溶剂沉淀机理：1.加入有机溶剂后，会使有机溶剂的介电常数降低，而使溶质分子（蛋白质分子）之间的静电引力增加，从而促使它们互相聚集，并沉淀出来2.水溶性的有机溶剂的亲水性强，它会抢夺本来与亲水溶质结合的自由水，使其表面的水化层被破坏，导致溶质分子之间的相互作用增大而发生聚集，从而沉淀析出。

　　九．结晶的一般方法：1盐析法主要用于大分子如：蛋白质，酶，多肽等物质的结晶，因为这些大分子不耐热，对PH变化及许多有机溶剂的使用非常敏感a加固体盐法：酵母醇脱氢酶的结晶b加饱和盐溶液的方法：牛胰核糖核酸酶的结晶c羊胰蛋白酶的结晶2.有机溶剂结晶法a直接加有机溶剂结晶的方法：丙氨酸的结晶，从层析上收集已达低层析的纯的丙氨酸溶液，合并后减压浓缩，趁热加入乙醇，晶体析出b利用挥发性溶剂蒸发结晶方法3.等电点结晶法，多用于一些两性物质4.其他a温度差法b加入金属离子法，如铁蛋白的结晶

　　十，离子交换树脂的结构：1.惰性，不溶的具有三维空间立体结构的骨架，成为载体或骨架

　　2.与载体连成一体的，不能移动的活性基团，又称功能基团3.与功能基团带相反电荷的可移动活性离子，又称平衡离子或可交换离子，当树脂处在溶液中时，活性离子可在树脂的骨架中进进出出，与溶液中的同性离子发生交换过程。

　　十一离子交换树脂的分类：1。按树脂骨架的主要成分分a聚苯乙烯型树脂b聚苯烯酸型树

　　脂c多乙烯多胺-环氧氯苯烷树脂d酚醛型树脂2.按骨架的物理结构分a凝胶型树脂b大网络树脂c均孔树脂3按活性基团分类（1）阳离子交换树脂a强酸性阳离子交换树脂b弱酸性阳离子交换树脂（2）阴离子交换树脂a强碱性阴离子交换树脂b弱碱性阴离子交换树脂

　　十二．色谱法的特点：.a分离效率高，是所有分离纯化技术中最高的，尤其适合于极复杂混合物的分离b应用范围广，从极性-非极性，离子型到-非离子型，小分子到大分子等都可用c选择性强，在色谱分离中既可选择不同的色谱方法，也可选择不同的固定相和流动性状态d设备简单，操作方便，且不含强烈的操作条件，因而不容易使物质变性，特别使用于稳定的大分子有机化合物

　　十三．高效液相色谱的特点：1.高压，供液压力和进样压力都很高，一般100kg/cm2,甚至达500kg/cm2.2。高速，可达1-10ml/min.个别可达100ml/min,一般在一小时内完成多组分的分离3.高灵敏度，采用了基于光学原理的检测器4.高效，每米柱子柱效可达5000塔板以上，有时一根可分离100个以上5.适用范围广，通常在室温下工作

　　十四．膜分离的技术特点：1.易于操作。常温下可连续使用，可直接放大，易于自动化2.成本低，寿命长。有些膜产品寿命可达10年以上，维护方便，能耗少3.高效4.常温下操作无相态变化，分离精度高，没有二次污染5.模材质的价格比较高6.操作过程中膜面容易被污染，导致膜性能降低7.膜的耐药性，耐热性，耐溶剂性能有限。

　　十五．微滤的分离机理1.表面层截留a机械截留作用指膜具有截留比他孔径大或孔径相当的微粒等杂志的作用。此即筛分作用b物理作用或吸附截留作用除了要考虑筛分过程中的孔径因素之外，还要考虑吸附和电性能的影响c架桥作用通过电镜可以观察到。在孔的入口处，微粒因架桥作用也被截留2.膜内部截留：将微粒截留在膜内部而不是在膜的表面，对于表面层截留而言，其过程接近于绝对过滤，容易清洗，但杂质捕捉量相对于内部截留较少，而对于膜内部截留而言，杂质捕捉量较多，但不容易清洗，多属于一次性使用。

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