生物分离工程复习题(第1-9填空简答)

《生物分离工程》复习题一（第1~3章）二、填空题1、Cohn方程logS=β-KsI中，Ks越大，β值越小，盐析效果越好。2、固液分离的主要方法有离心和过滤。3、对发酵液进行预处理方法主要有加热法、调节PH值、凝聚和絮凝、使用惰性助助滤剂、加入反应剂。4、根据过滤机理的不同，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤两种类型5、盐析的操作方法有加入固体盐、加入饱和溶液法、透析平衡法。6、核酸的沉淀方法主要有有机溶剂沉淀法、等电点沉淀发、钙盐沉淀法、溶剂沉淀法。7、蛋白质胶体溶液的稳定性主要靠蛋白质分子间静电排斥作用、蛋白质周围的水化层等因素稳定。8、为使过滤进行的顺利通常要加入惰性助滤剂。9、典型的工业过滤设备有半框压滤机和真空转鼓过滤机。10、常用的蛋白质沉析方法有盐析、等电点和有机溶剂。二、填空1、常用离心设备可分为离心沉降和离心过滤两大类；2、在一个转子中，将粒子沉降下来的效率可以用K系数来描述。3、超离心法是根据物质的沉降系数、质量和形状不同，应用强大的离心力，将混合物中各组分分离、浓缩、提纯的方法。4、密度梯度离心中，制备密度梯度的常用方法有手工法、梯度混合仪法、离心形成法。5、阳离子交换树脂按照活性基团分类，可分为强酸型、弱酸型和中等强度；其典型的活性基团分别有磺酸基团、羧基和磷酸基。7、蛋白质分离常用的层析方法有凝胶层析、多糖基离子交换、亲和层析和疏水层析。8、离子交换分离操作中，常用的梯度洗脱方法有PH梯度和离子强度梯度。10、多糖基离子交换剂包括葡集团离子交换剂和离子交换纤维素两大类。11、离子交换树脂由载体、活性基团和可交换离子组成。12、DEAESepharose是阴离子交换树脂，其活性基团是二乙基氨基乙基。13、CMSepharose是阳离子交换树脂，其活性基团是羧甲基。14、离子交换操作一般分为动态和静态两种。15、利用薄层定量测定时，一般控制待测组分的Rf在0.2-0.5之间。16、疏水层析是根据被分离组分分子表面的疏水残基与固定相的疏水配基之间结合力差异进行的层析分离方法。18、我国化工部规定离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的差异。型号前加“D”的为大孔树脂。19、亲和吸附剂的制备过程包括基质的活化、基质与配体的偶联和基质与配体的选择三个步骤。二、填空8 1、反胶团的制备方法有注入法、相转移法、溶解法。2、工业萃取所需设备主要包括混合器、分离器、回收器三部分。3、当表面活性剂为非离子型时，体系的温度要加热到浊点温度以上时才产生浊点分离现象，温度在（浊点温度以下）时为单相；当表面活性剂为两性离子型时，体系的温度则要降到下浊点温度以下时才产生浊点分离现象，温度在（浊点温度以上）时为单相。4、双水相萃取工艺流程主要包括目的产物的萃取、PEG的循环、无机盐的循环。5、超临界流体用于萃取的主要优点在于其既具有液体的溶解能力又具有气体的扩散和传质能力。6、超临界CO2萃取工艺流程主要有等温变压、等压变温和吸附萃取过程。7、泡沫分离是以泡沫作为分离介质，以组分之间的表面活性差异作为分离依据，利用气体在溶液中的鼓泡来达到浓集物质的一种新型分离技术。8、泡沫分离过程中，有两个主要的传质过程：一个是在鼓泡区内，传质是在主题溶液与气泡界面进行；二是在泡沫区内，传质是在气泡表面与气泡间隙进行。9、泡沫分离技术中气泡的产生方法有布气法、溶气法和电解法。10、泡沫分离过程中主要的设备是泡沫塔和破沫塔。二、填空1、工业上常用的膜组件有板式、管式、螺旋卷式和中空纤维式。2、根据膜结构的不同，常用的膜可分为对称性膜、非对称膜和复合膜三类。3、1960年Loeb和Souriringan首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。4、作为分离膜，一般具备有两个界面和膜传质有选择性两个特性。5、微滤的分离机理可分为膜表面层截留和膜内部截取两大类。6、在液膜分离过程中,组分主要是依靠在互不相溶的两相间的选择性透析、化学反应、萃取和吸附等机理而进行分离。7、组成液膜的主要成分有膜溶液、表面活性剂、流动载体和添加剂。8、液膜的类型主要有支撑型液膜、单滴型液膜和乳液型液膜三种。9、在溶解度曲线图中可分为不稳定、亚稳定和稳定区三个区域，结晶时一般应控制溶质浓度在亚稳定，以得到平均粒度较大的结晶产品，避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。10、过饱和溶液的形成方式有蒸发法、冷却法、化学反应结晶法、盐析结晶法、等电点法和复合法。11、在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶法、晶种起晶法和刺激起晶法三种。12、结晶包括三个过程过饱和溶液的形成、晶核的形成和警惕的生长。8 13、物料中所含水分可分为结合水和非结合水两种；14、根据干燥曲线，物料干燥可分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段两个阶段；15、结晶的前提是过饱和溶液的形成，结晶的推动力是溶液的过饱和度。三、其他题型1、什么是生物技术下游加工过程？从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中提取、分离、纯化、富集生物产品的过程。2、针对分离对象而言，生物分离过程有何特点？1）发酵液或培养液是产物很低的水溶液;2）培养液是多组分的混合物；3）生化产品的稳定性差；4）对最终产品质量要求高3、生物分离工程的一般步骤是什么？各步骤中的单元操作主要有哪些？1）发酵液的预处理与固-液分离，主要操作有：加热、调节PH、沉降、过滤、错流过滤、均质化研磨、溶胞、萃取；2）初步纯化，主要步骤：沉淀、吸附、萃取、超滤；3）高度纯化，主要步骤：层析、离子交换、亲和、疏水、吸附、电泳；4）成品加工，主要步骤：无菌过滤、超滤、冷冻干燥、喷雾干燥、结晶。4、生物分离过程的选择准则是什么？1）采用步骤数应最少，2）步骤的次序要相对合理，3）适应产品的技术规格，4）生产规格，5）进料组成，6）产品形成，7）产品的稳定性，8）物性，9）环保和安全要求，10）生产方式5、通过本课程的学习，谈谈你对生物技术下游加工过程今后发展动向的理解。将会加强基础理论研究，传统分离技术的提高和完善，新技术的研究与开发，生物技术下游工程与上游工程相结合，强化物理化学作用的影响，生物分离过程的高效集成化，清洁生产。随着商业竞争的增多和生产规模的扩大，产品的竞争优势最终归结为低成本和高纯度，所以成本的控制盒质量控制是生物技术下游加工过程发展的动力和方向。6、在进行产品的分离纯化制备之前，为什么要对发酵液进行预处理？由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与许多杂质在一起，同时发酵液或生物溶液又属于非牛顿性流体，所以必须进行预处理。7、什么是封头过滤？什么是错流过滤？一般过滤中，滤液的流动方向与滤饼基本垂直，称为封头过滤。如果料液给过滤介质表面一个平行的大流量冲刷，则过滤介质表面积积累的滤饼就会减少到可以忽略的程度，而通过过滤介质的流速则比较小，这种过滤方式称作错流过滤。8、发酵液预处理中，凝聚和絮凝的作用机理有何不同？凝聚指在投加化学物质作用下，胶体脱稳并使小粒子聚集成1mm大小状凝聚体的过程，机理：中和粒子表面电荷、消除双电层结构、破坏水化膜。絮凝指在某些高分子剂存在下，絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成较大絮凝团的作用，机理：架桥作用。9、中性盐沉淀蛋白质的基本原理是什么？8 蛋白质和酶均易溶于水，分子中的-COOH、-NH2和-OH等亲水基团，与极性分子相互作用形成水化层，包围于蛋白质分子周围形成亲水胶体，削弱了蛋白质分子之间的作用力，蛋白质分子表面极性基团越多，水化层越厚，蛋白质分子与溶剂分子之间的亲和力越大，因而溶解度也越大。10、硫酸铵是蛋白质盐析中最常用的盐类，为什么？因为硫酸铵溶解度大、分离效果好，不易引起变性，有稳定酶和蛋白质结构的作用，价格便宜，废液不污染环境。《生物分离工程》复习题二（第4~5章）三、其他题型1、何为沉降系数？颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度。2、差速离心和密度梯度区带离心法的原理是什么？差速离心是采用不同的离心速度和离心时间，是沉淀速度不同的颗粒在不同的离心速度及不同的离心时间下，分配分离的方法。密度区带离心法是样品在一定惰性梯度介质中进行离心沉淀或沉降平衡，在一定离心力下把颗粒分配到梯度中某些特定位置上，形成不同区带的离心分离方法。3、工业离心沉降设备主要类型有哪些？瓶式离心机，管式离心机，多室式离心机，蝶式离心机，螺旋卸料沉降离心机4、差速区带离心法和等密度离心法有何区别？1）在原理上，差速区带离心法依据粒子的沉降速率差异被分离，等密度离心法依据粒子本身的密度差异被分离；2）在梯度范围上，差速区带离心法介质的密度小于样品中各种粒子的密度，等密度离心法介质的密度大于待分离样品中各种粒子的密度；3）在时间效应上，差速区带离心法长时间离心，所有待分离粒子都沉淀在管底，等密度离心法长时间离心，各粒子停留在等密度形成的区带。5、何为内水体积？何为外水体积？内水体积：指基质颗粒内部液体体积的总和，即基质膨胀是所膨胀的体积。外水体积：指基质颗粒之间液体体积的总和。外水体积：指基质颗粒之间液体体积的总和。6、列举五种层析分离技术，说明其原理。1）吸附层析：组分吸附在吸附剂表面，固定相是固体吸附剂，各组分能力不同。2）分配层析：各组分在流动相和静止相中的分配系数不同。3）离子交换层析：7、试以蛋白质在pH梯度介质中的移动行为说明聚焦效应的形成原理。在流动过程中，当pH刚高于pI时，蛋白带负电荷，与交换剂结合，移动速度显著减慢。当pH梯度下降至使该处pH低于pI，蛋白带正电荷，不与交换剂结合，而随洗脱液快速移动。如此多次重复而达聚焦、分离目的。如果一种蛋白质加到已经形成pH梯度的层析柱上时，将迅速移动到与其等电点相同的pH处。从此位置开始，蛋白质以缓慢的速度进行吸附、解吸附，直到pH小于pI时被洗出。若在此蛋白洗出之前再加入第二份同种蛋白样品时，后者将在洗脱液的作用下快速向前移动，而不被固定相吸附，直到其移动到近似本身等电点环境处。然后两份样品以同样的速度移动，最后同时从柱底流出。8、新型的薄层层析技术有哪些？8 1混合薄层：两种不同吸附剂2酸碱薄层：稀酸或稀碱代替水3络合薄层：加入络合剂4涂布固定液的薄层：5具有浓缩区的薄层：不同粒度。高效薄层:极细均匀的吸附剂9、蛋白质疏水层析时，洗脱的方式有哪三种？1)降低流动相中盐浓度2）往流动相中添加有机溶剂3）往流动相中添加去污剂10、例举两种新型的疏水层析技术，说明其原理。1）亲硫性疏水层析该技术主要在疏水作用的基础上增加了硫元素的相互作用。利用层析介质与含硫蛋白质和非硫蛋白质的亲硫性差异，对蛋白质加以分离。2）疏水电荷诱导层析(HCIC)HCIC的配基中含有吡啶环，中性时不会带有电荷，而随着pH值的降低，吡啶环中的氮原子会带有正电荷，这样和带同样电荷的蛋白质发生排斥，从而实现解吸。11、何为树脂的有效粒径和均一系数？1)有效粒径是指筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。2)均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂的筛孔直径之比。12、什么是凝胶的排阻极限？指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子的分子量。排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量，大于这种凝胶的排阻极限的分子用这种凝胶不能得到分离。《生物分离工程》复习题三（第6~7章）三、其他题型1、何为浊点现象？指在一定温度范围内，表面活性剂易溶于水成为澄清溶液，而当温度升高或降低一定程度时，溶解度反而减小，会在水溶液中出现混浊、析出、分层的现象。2、请解释非离子型表面活性剂产生浊点现象的原因。非离子型表面活性剂溶于水是靠分子内的亲水基与水分子通过氢键结合而实现的。形成氢键是一放热过程，因此加热时，这种氢键的结合力会被减弱甚至消失，当温度超过某一定范围时，表面活性剂不再水合，而从溶液中析出产生混浊。3、什么是双水相？某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的两水相或多水相系统。4、双水相形成原因是什么？由于高聚物之间的不相容性，即高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有差异，混合时就可发生相分离，且憎水程度相差越大，相分离的倾向越大。5、何为超临界流体？当流体的温度和压力都出在临界温度和临界压力以上时，则称该流体处于超临界状态，该流体为超临界流体。8 6、双水相萃取在蛋白质的提取分离中具有较好的应用潜力。请谈谈你对双水相萃取的局限及今后发展方向的理解。局限：易乳化，相分离时间长，成相聚合物成本高，水溶性高聚物大多数粘度大，不易定量控制，水溶性高聚物难以挥发，使反萃剂必不可少，高聚物的回收难；而且，目前对双水相体系的双水动力学研究，双水相萃取设备流程研究，成相聚合物的重复利用以及普通有机物-无机物双水相体系等方面相关文献报道比较少，有待进一步研究和开发。发展方向：开发廉价的新型双水相体系，双水相分配与相关技术的集成化，双水相萃取过程的开发，双水相萃取相关理论的发展，亲和双水相萃取技术。7、二氧化碳超临界流体萃取技术有何优势？1）临界条件温和(Tc=31.06℃Pc=7.2MPa)，可以在35～40℃的条件下进行提取，防止热敏性物质的变质和挥发性物质的逸散。2）在CO2气体笼罩下进行萃取，萃取过程中不发生化学反应；又由于完全隔绝了空气中的氧，因此萃取物不会因氧化或化学变化而变质。3）由于CO2无味、无臭、无毒、不可燃、价格便宜、纯度高、容易获得，使用相对安全。4）CO2容易提纯与分离的，因此萃取物几乎无溶剂残留，也避免了溶剂对人体的毒害和对环境的污染。（5）CO2扩散系数大而粘度小，大大节省了萃取时间，萃取效率高。8、某一弱碱性生化物质，在pH9.0时，用醋酸丁酯萃取，整个萃取过程包括三级，前二级为逆流萃取，将萃余液再经第三级萃取。已知第三级中新鲜丁酯的加入量是发酵滤液的1/10，该物质在pH9.0时的表观分配系数为15，把最终所得的萃取液合并，测得浓缩倍数为3.3。求经三级萃取后的理论收率。二级逆流:单级:9、青霉素在0℃和pH2.5时的分配系数（醋酸丁酯/水）为35。（1）用1/4体积的醋酸丁酯进行二级逆流萃取；（2）二级错流萃取，第一级用1/4体积的醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯。计算上述两种情况下的理论收率。（1）用1/4体积的醋酸丁酯进行二级逆流萃取萃取因子为：n=2，理论收率为：（2）二级错流萃取，第一级用1/4体积的醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯8 萃取因子为：n=2，理论收率为：10、设计一反胶束萃取和反萃取工艺分离细胞色素C（Mr=12384，pI=10.6）、溶菌酶（Mr=14300，pI=11.1）、核糖核酸酶（Mr=13683，pI=7.8）三种蛋白质混合物，并说明各步骤的理由。用50M/m3AOT/异辛烷萃取这三种蛋白质，当PHPI是蛋白质的溶解率急速下降，直到接近零，离子强度越大，蛋白质溶解度越小。1）当KCL=0.1M时，三种蛋白质的溶解率接近100%，PH=9时，细胞色素C和溶菌酶的溶解率接近100%，而核糖核酸酶几乎不溶，所以先分离出核糖核酸酶。2）当PH=9，KCl=0.5M时溶菌酶溶解率接近100%，而细胞色素C几乎不容而被分离出。3）在PH=11.5，KCl=2M时，溶菌酶不溶而被分离出。11、典型连续式泡沫分离过程有哪些？各自的操作特点是什么？浓缩塔：含有表面活性剂的原料液不断地加入到塔的鼓泡区，一定量的浓缩泡沫液可以从塔顶返回，这样的操作可以达到很高的泡沫浓度，但去污效果不够理想。提取塔：料液从泡沫塔的顶部加入，这样的操作可以达到很高的去污系数(原料液中金属离子浓度/残留液中金属离子浓度）常可达200，此种塔相当于提取塔。复合塔：一部分表面活性剂直接加入到料液中，另一部分则加入到塔的鼓泡区内。这种操作可得到较高的去污系数。《生物分离工程》复习题四（第8~9章）三、其他题型1、何为水通量？指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量，对于水溶液体系，又称透水率或水通量。2、什么是膜分离技术？利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。3、膜分离技术有何有优缺点？优点：无相变、低能耗，高效率、污染小，工艺简单、操作方便，浓缩与纯化同时进行。缺点：1）在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低;2)耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，使用范围受限；3）单独采用膜分离技术效果有限。4、列举几种不同推动力的膜分离方法。1）微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离、渗透蒸发、膜蒸馏推动力为压力差。2）渗析、液膜分离推动力为浓度差。3）电渗析推动力为电位差。5、什么是浓差极化？8 在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化。6、什么是反渗透？当用半透膜隔开不同浓度的溶液时，纯溶剂通过膜向低浓度溶液流动的现象。7、简述液膜分离的原理。以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力，使原料中某组分选择性地透过膜，以达到分离提纯、浓缩的目的。8、喷雾干燥器常用的雾化方式有哪些？气流雾化：依靠压缩空气或蒸气通过喷嘴时产生的高速将液体吸出并被雾化。压力雾化：利用往复运动的高压泵将物料喷出分散成液滴。离心雾化：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与撕裂等作用形成细雾。8