生物分离工程思考题 

《分离》PPT思考题及部分答案

分离概述

1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？ 生物下游加工过程特点：

<1>：发酵液组成复杂，固液分离困难——这是生物分离过程中的薄弱环节

<2>：原料中目标产物含量低，有时甚至是极微量——从酒精的1/10到抗菌素1/100， 酶1/100万左右，成本高。

<3>：原料液中常伴有降解目标产物的杂质——各种蛋白酶降解基因工程蛋白产物， 应快速分离。

<4>：原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质——高效纯化技术进行分离。 <5>：生物产品稳定性差 ——严格限制操作条件，保证产物活性。

<6>：分离过程常需要多步骤操作，收率低，分离成本高——提高每一步的产物收得 率，尽可能减少操作步骤。 <7>：各批次反应液性质有所差异——分离技术具有一定的弹性。 2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？

(1)产品的性质（2）成本（3）工艺步骤（4）操作程序（5）生产方式（6）生产规模 （7）产品稳定性（8）环保和安全 3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？

（1）初步纯化是将目标物和与其性质有较大差异的杂质分开，使产物的浓度有较大幅度的提高，可采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作.

（2）高度纯化主要是除去与目标物性质相近的杂质，是产品的精制过程，可采用层析（柱层析和薄层层析）、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱. 4 如何除去蛋白质溶液中的热原质？

（1）生产过程无菌（2） 所有层析介质无菌（3） 所用溶液无菌（4）亲和层析（多粘菌素）

5 生物分离为何主张采用集成化技术？

6 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？

得率=产品中目标产物总量/原料中目标产物总量 总收率=（90%）6 =53.1441%

发酵液预处理

1 发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？

1、发酵产物浓度较低，大多为1%—10%，悬浮液中大部分是水；2、悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；3、固体粒子可压缩性大（细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料）；4、液相粘度大，大多为非牛顿型流体；5、性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质酶水解等作用的影响。 处理方法： （1）凝集和絮凝 （2）加热法 （3）调pH法 （4）加水稀释 （5）加助滤剂法 （6）加吸附剂或加盐法 （7）热处理法

（8）离子交换和活性炭吸附法 2 如何使用助滤剂? 助滤剂的使用方法有两种：

①在过滤前先在过滤介质表面预涂（铺）一层助滤剂。 ②助滤剂按一定比例均匀加入待过滤的料液中。 3 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？

答：凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的过程。机理：a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构 絮凝：指使用高分子絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团（10mm）的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。机理：架桥作用

结合使用：在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，由于能降低ζ电位和脱除胶粒表面的水化膜，就能导致胶粒间的凝聚作用 4 错流微滤与传统过滤相比有何优点？

（1）传统过滤作用是由两个过程组成：筛选作用和吸附作用。如果微粒比滤层的孔隙大，即产生筛选作用。混浊微粒被截留，不仅是筛选作用的结果，也是过滤层里面发生的吸附作用的结果。在悬浮微粒过滤时，微粒的直径使它不可能通过缝隙的入口时，被截留在过滤层的表面上，微粒又形成了第二道过滤层，在入口孔隙的上方积累，随之堵塞了他们。 （2）错流过滤打破了传统过滤的机制，即液体的流向和滤膜相切，使得滤膜的孔隙不容易堵塞。被过滤的发酵液在压力推动下，带着混浊的微粒，以高速在管状滤膜的内壁流动，而附着在滤膜上的残留物质很薄，其过滤阻力增加不大，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。优点: 1.克服介质阻力大 2.不能得到干滤饼 3.需要大的膜面积 4.收率高 5.质量好 6.减少处理步骤 7.染菌罐也能进行处理

细胞破碎

1.细胞破碎的常用的方法有哪些？

珠磨法、高压匀浆法、超声破碎法、酶溶法、化学渗透法 2.机械法、超声波法等在破碎细胞时应该共同注意什么？

3.酶消化法和碱处理法都是细胞破碎的有效方法，但是也都有各自的什么缺点？ 酶消化法缺点：

（1）价格高，通用性差，产物抑制的存在 碱处理法缺点： （1）操作时间长 （2）易引起活性物质失活

（3）对产物存在着一定的毒性且会给产物的纯化带来困难，影响产物浓度 4.工业生产中对于细胞破碎常用的生产工艺流程有那些？

沉析、沉淀

1.理解概念：硫酸铵饱和度，盐溶， 盐析

2.常用的蛋白质沉淀方法有哪些？ （1）盐析法

（2）有机溶剂沉淀法 （3）等电点沉淀法 （4）非离子多聚物沉淀法 （5）生成盐复合物法 （6）选择性变性沉淀 （7）亲和沉淀

3.影响盐析的主要因素有哪些？

盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象。 影响盐析的主要因素：溶质种类的影响：Ks和β值

溶质浓度的影响：蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用明显，分辨率低； 蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；

pH值：影响蛋白质表面净电荷的数量，通常调整体系pH值，使其在pI附近； 盐析温度：大多数情况下，高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降；

4.何谓中性盐的饱和度？盐析操作中，中性盐的用量（40% 硫酸铵饱和度）如何计算？ 0～300C 溶解度变化很小，加入水中后溶液体积会变大（必须考虑到）。 200C 1L加至饱和浓度时体积变大为：1.425L(实际应加入) 761g

因此，要使1L溶液浓度由M1增加到M2需要加入多少克（NH4）2SO4需要按下式计算：

200C时—— G=533（M2-M1）/（4.05-0.3M2）或533（S2-S1）/（100-0.3S2） 00C时—— G=505（M2-M1）/（3.825-0.285M2）或505（S2-S1）/（100-0.285S2） 5.有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么？用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？

②有机溶剂沉淀蛋白质的机理是：

向蛋白质溶液中加入有机溶剂，水的活度降低。随着有机溶剂溶度的增大，水对蛋白质分子表面荷电基团的水化程度降低，液体的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。

③用乙醇沉淀蛋白质时 应注意的事项：

1、低温条件下操作可以提高收率和减少蛋白质失活变性（加入有机溶剂为放热反应）； 2、采用的有机溶剂必须与水互溶，与蛋白质不发生作用； 3、蛋白质分子量越大，需要加入的溶剂量越少；

4、一种蛋白质的溶解度常会因为另一种蛋白质存在而降低； 5、沉淀的蛋白如果不能再被溶解，可能已经变性；

6、很多酶和蛋白质在20-50%（V/V）就能产生沉淀；当溶剂量达到50%时，通常只有 分子量≤1500的蛋白留在溶液中；

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