生物分离工程期末总复习
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第一章绪论
一、生物分离工程在生物技术中的地位?
二、生物分离工程的特点是什么?
1.产品丰富产品的多样性导致分离方法的多样性
2.绝大多数生物分离方法来源于化学分离
3.生物分离一般比化工分离难度大
3.生物分离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作?
三、生物分离过程一般分四步:
1.固-液分离(不溶物的去除)
离心、过滤、细胞破碎
目的是提高产物浓度和质量
2.浓缩(杂质粗分)
离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取
以上分离过程不具备特异性,只是进行初分,可提高产物浓度和质量。
3.纯化
色谱、电泳、沉淀
以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。
4.精制结晶、干燥
四、在设计下游分离过程前,必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠?
(1)产品价值
(2)产品质量
(3)产物在生产过程中出现的位置
(4)杂质在生产过程中出现的位置
(5)主要杂质独特的物化性质是什么?
(6)不同分离方法的技术经济比较
上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。
五、.生物分离效率有哪些评价指标?
1.目标产品的浓缩程度——浓缩率m
2.系数α回收率REC
第二章细胞分离与破碎
1.简述细胞破碎的意义
一、细胞破碎的目的
由于有许多生化物质存在于细胞内部,必须在纯化以前将细胞破碎,使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏(增大通透性)或破碎,释放其中的目标产物,然后方可进行提取。
二、细胞破碎方法的大致分类
破碎方法可归纳为机械破碎法和非机械破碎法两大类,非机械破碎法又可分为化学(和生物化学)破碎法和物理破碎法。
1.机械破碎
处理量大、破碎效率高速度快,是工业规模细胞破碎的主要手段。
细胞的机械破碎主要有高压匀浆、研磨、珠磨、喷雾撞击破碎和超声波破碎等。
2.化学(和生物化学)渗透破碎法
(1)渗透压冲击法(休克法)(2)酶溶(酶消化)法
3.物理破碎法
1)冻结-融化法(亦称冻融法)(2)干燥法
空气干燥法真空干燥法冷冻干燥法喷雾干燥法
三、化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点?
化学渗透破碎法与机械破碎法相比优点:化学渗透破碎法比机械破碎法的选择性高,胞内产物的总释放率低,特别是可有效地抑制核酸的释放,料液的粘度小,有利于后处理过程。
化学渗透破碎法与机械破碎法相比缺点:化学渗透破碎法比机械破碎法速度低,效率差,并且化学或生化试剂的添加形成新的污染,给进一步的分离纯化增添麻烦。
第三章初级分离
一、常用的蛋白质沉淀方法有哪些?
盐析沉淀,等电点沉淀,有机溶剂沉淀,热沉淀
二、影响盐析的主要因素有哪些?
(1)离子强度:Ks和β值, 强度越大,蛋白质溶解度越小;
(2)蛋白质的性质:因相对分子质量和立体结构而异,结构不对称、相对分子质量大的蛋白质易于盐析;
(3)蛋白质的浓度:蛋白质浓度大,盐的用量小,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;2.5%~3.0% 时最适合;
(4)pH值:通常调整到pI附近,盐浓度较大会对等电点产生较大影响,pH对不同蛋白质的共沉影响;
(5)温度:低盐浓度下,温度升高蛋白质溶解度升高;高盐浓度下,温度升高,多数蛋白质和肽溶解度反而下降。
对于特定的蛋白质,影响蛋白质盐析的主要因素是:无机盐的种类、浓度、温度和pH值。
三、盐析的原理。
四、有机溶剂沉析的原理。
1.降低了溶质的介电常数,使溶质之间的静电引力增加,从而出现聚集现象,导致沉淀。2.由于有机溶剂的水合作用,降低了自由水的浓度,降低了亲水溶质表面水化层的厚度,降低了亲水性,导致脱水凝聚。
乙醇:沉析作用强,挥发性适中,无毒常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉析;
丙酮:沉析作用更强,用量省,但毒性大,应用范围不广;
特点:(1)介电常数小,60%乙醇的介电常数是48,丙酮的介电常数是22
(2)容易获取
五、等电点沉析的原理。
第四章膜分离
一、膜分离技术的概念
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
二、膜的概念
在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质,把流体相分隔开来成为两部分,这一薄层物质称为膜。
1.膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体。可是固态或液态或气态。
2.被膜分开的流体相物质是液体或气体。
3.膜的厚度应在0.5mm以下,否则不能称其为膜。
三、根据膜孔径大小,膜分离技术的分类
在生物分离领域应用的膜分离法包括微滤(Microfiltration,MF)、超滤(U1trafiltration,UF)、反渗透(Reverrse osmosis,RO)、纳滤(Nanofiltration, NF)、透析(Dialysis,DS)、电渗析(E1ectrodialysis,KD)和渗透气化(Pervaporation,PV)
四、基本的膜材料有哪些?
1.天然高分子材料膜 2.合成高分子材料膜 3.无机(多孔)材料膜
五、常用的膜组件有哪些?
要有管式、平板式、螺旋卷式和中空纤维(毛细管)式等四种
六、何谓反渗透?实现反渗透分离的条件是什么?其特点有哪些?
七、电渗析的工作原理?
电渗析操作所用的膜材料为离子交换膜,即在膜表面和孔内共价键合有离子交换基团,如磺酸基(—SO3H)等酸性阳离子交换基和季铵基(—N+R3)等碱性阴离子交换基团。键合阳离子交换基的膜称作阳离子交换膜,在电场作用下,选择性透过阳离子;键合阴离子交换基的膜称作阴离子交换膜,在电场作用下,选择性透过阴离子。
八、膜污染的主要原因是什么?常用的清洗剂有哪些?如何选择?
1.凝胶极化引起的凝胶层,凝胶极化的概念、模型
2.溶质在膜表面的吸附层,
3.膜孔堵塞,阻力为;
4.膜孔内的溶质吸附,
具体采用何种清洗剂要根据膜的性质(耐化学试剂的特性)和污染物的性质而定,即使用的清洗剂要具有良好的去污能力,同时又不能损害膜的过滤性能。
九、应用:膜分离在生物产物的回收和纯化方面的应用有哪些方面?
(1)细胞培养基的除菌;
(2)发酵或培养液中细胞的收集或除去;
(3)细胞破碎后碎片的除去;
(4)目标产物部分纯化后的浓缩或洗滤除去小分子溶质;
(5)最终产品的浓缩和洗滤除盐;
(6)制备用于调制生物产品和清洗产品容器的无热原水。
第五章萃取
一、什么是萃取过程?
利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法称为萃取。萃取是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。
二、液-液萃取从机理上分析可分为哪两类?
有机溶剂萃取(溶剂萃取)、双水相萃取、液膜萃取和反胶团萃取。
三、常见物理萃取体系由那些构成要素?
四、何谓萃取的分配系数?其影响因素有哪些?
溶质在两相中的总浓度之比表示溶质的分配平衡
pH (2)温度(3)无机盐