生物工程下游技术作业附答案.docx
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生物工程下游技术作业附答案
生物工程下游技术作业及答案
第三章
1凝聚:
是指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。
2絮凝：
是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成絮凝团的过程。
3为有利于发酵液过滤可采用哪些方法来改变发酵液过滤特性？
其简要机理如何？
答：
可通过以下几个方式：
（1）降低液体粘度（加水稀释法和加热法）；
（2）调节pH；（3）凝聚与絮凝；（4）加入助滤剂；（5）加入反应剂。
4杂蛋白是发酵液中主要杂质，常用的除去方法有哪些？
答：
沉淀法；变性法；吸附法。
第四章
1细胞破碎：
是指选用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。
2细胞破碎有哪些方法？
简述他们的基本原理。
答：
固体剪切法；液体剪切法；超声波法；其他方法。
3高压匀浆法与球磨法比较？
答：
1、高压匀浆法操作参数少，易于确定，适于大规模操作，而球磨法操作参数多，一般凭经验估计，在大规模操作中，夹套冷却控温难度较大。
2、球磨机连续操作时兼具破碎和冷却双重功能，减少了产物失活的可能性，而高压匀浆机需配备换热器进行级间冷却。
3、球磨法破碎在适当条件下一次操作即可达到较高的破损率，而高压匀浆法往往需循环2-4次才行。
4、球磨机适合于各种微生物细胞的破碎，而高压匀浆机不适合丝状真菌及含有包含体的基因工程菌。
第六章
1浓差极化：
是指当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度的现象。
2膜的污染：
随着操作时间的增加，膜透过流速的迅速下降，溶质的截留率也明显下降，这一现象被称为膜的污染。
3简要说明各种膜（超滤膜、微孔过滤膜和纳M过滤膜）的特点及用途？
答：
超滤膜：
能截留相对分子质量500以上的高分子的膜，应用于大分子产品，主要是酶及蛋白类产品。
微孔过滤膜：
主要用于分离流体中尺寸为0.1-10µm的微生物和微粒子，以达到净化、分离和浓缩的目的。
主要用于无菌液体的生产，反渗透及超过滤的前处理。
纳M过滤膜：
是介于超滤和反渗透之间，从溶液中分离出300-1000相对分子质量物质。
抗生素的分离与纯化，母液中有效成分的回收。
反渗透：
从溶液中分离出溶剂（如海水的脱盐，超纯水的制造）。
4如何预防和控制膜污染？
可用那几种方法进行洗涤？
答：
可通过以下方式预防和控制膜污染：
预处理法；开发新型抗污染的膜；加大供给液的流速。
可用以下几种方法进行洗涤：
化学洗涤法；物理洗涤法。
第七章
1纳M过滤：
是介于超滤和反渗透之间，从溶液中分离出300-1000相对分子质量物质的一种过滤形式。
2纳M过滤有哪些优点？
答：
1、在过滤分离过程中，它能截留小分子的有机物并可同时透析出盐，即集浓缩与透析为一体；2、操作压力低，因为无机盐能通过纳M滤膜而透析，使得纳M过滤的渗透压远比反渗透为低，从而降低了对系统动力的要求和设备的投资费用；3、与反渗透相比，纳滤通量大，降低了成本。
第八章
1亲和膜过滤包括那两个分支？
答：
1、亲和膜分离技术，制备带有亲和配基的分离膜，直接进行产物分离；2、亲和-错流膜过滤，将水溶性或非水溶性高分子亲和载体与产物进行特异反应，然后用膜进行错流过滤。
2亲和膜分离技术有哪些优点和缺点？
答：
（1）简单、快捷；
（2）稳定；（3）吸附剂可反复使用。
缺点
（1）吸附剂昂贵；
（2）速率低，（3放大困难。
第九章
1渗透蒸发：
即通过渗透蒸发膜，在膜两侧组分的蒸汽分压差作用下，使液体混合物部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离法。
第十章
1溶剂萃取:
是利用一种溶质组分在两种互不混溶的液相中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。
2浸取：
用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程称为浸取。
3分配系数：
是指在一定温度、压力下，溶质分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度比为一常数，这个常数称为分配系数。
4乳化现象：
是指液体以细小液滴的形式分散在另一不相溶的液体中，这种现象称为乳化现象。
5萃取方式有哪些？
他们的特点是什么？
答：
有单级萃取，多级错流萃取，多级逆流萃取，微分萃取，分馏萃取。
单级萃取：
操作简单，萃取率低；
多级错流萃取：
操作繁琐，萃取率相对较高，溶剂消耗大；
多级逆流萃取：
操作需逆流萃取设备，萃取率较高，溶剂消耗小；
微分萃取：
分馏萃取：
6试述液液萃取和浸取操作有哪些异同点。
答：
相同点：
（1）都是依据“相似相容”原理进行物质的萃取分离。
（2）都是通过离心把两相分开。
（3）都是通过回收溶剂把溶质进行浓缩。
不同点：
（1）前者是在两种不相同的液相中进行，后者是在液相和固相中进行。
（2）过程不相同：
前者先进行混合萃取（相似相容），然后分离（两相分离），最后回收溶剂，后者是溶剂到固体表面、溶剂扩散渗入固体内部，溶质进入溶剂（相似相容），溶质随溶剂进入溶剂主体，然后分离（两相分离），最后回收溶剂。
（3）两者影响因素不同。
（4）前者萃取仅考虑溶质能否进入萃取相，而后者浸取即要考虑固体颗粒内部溶质能否顺利和大部分进入浸取溶剂中，又要考虑原料粉碎、细胞壁对溶质进出影响等等。
（5）前者易出现乳化现象，后者无此现象。
（6）浸取往往是萃取的前步骤。
第十一章
1反胶团（束）萃取技术:
是利用两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发地向内聚集而成的，内含微小水滴、空间尺度仅为纳M级的集合型胶体进行物质萃取的技术。
2浊点萃取技术:
是利用浊点现象进行萃取的技术。
浊点现象是指在一定温度范围内，表明活性剂易溶于水成为澄清的溶液，而当温度升高（或降低）一定程度时，溶解度反而减小，会在水溶液中出现浑浊、析出、分层的现象。
3反胶团萃取技术与超滤技术在活性蛋白质分离上有哪些突出的优点？
答：
反胶团萃取技术
（1）有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性。
（2）分离、浓缩可同时进行，过程简便。
（3）能解决蛋白质在非细胞环境中迅速失活的问题。
（4）由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞壁功效，因而可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶。
（5）反胶团萃取技术的成本低，溶质可反复使用等。
超滤技术
（1）不发生相态变化，无需加热，设备简单，能耗低，不会造成蛋白质变性或失活；
（2）能将大分子从小分子或溶剂中分离出来，达到分离纯化的作用；
（3）浓缩有一定局限性，浓缩到一定程度后需采用其他方法；
（4）易造成膜污染，操作需前处理，操作后需清洗。
第十二章
1双水相萃取技术：
由于聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性，当聚合物或无机盐浓度达到一定值时，会分成不互溶的两个水相，利用被萃取物在两个水相之间分配进行的萃取称之为双水相萃取技术。
2试述双水相萃取法和溶剂萃取法的异同点。
答：
相同点：
都是通过两相萃取将物质分开。
不同点：
（1）两相组成（形成）不同，前者都由水相组成，由聚合物的不相容性分上相和下相；后者由水相和不相溶的有机相组成。
（2）萃取机理不同，前者是由两相表面自由能的大小、表面电荷来决定萃取能力，后者是由相似相容原理决定萃取能力的。
（3）萃取影响因素不同。
（4）萃取物质不同，前者是蛋白质、酶等生物产品，后者是除生物产品后的其他物质。
（5）溶质与溶剂分离方法不同。
前者常通过加盐形成新相分开，再经超滤法，此法避免热对物质的影响，后者常用蒸馏法，存在热对物质影响问题。
第十三章
1超临界流体萃取技术:
利用超临界流体（温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力介于气体和液体之间的流体）特有的性质，在流体的超临界区域或近临界区域进行物质萃取的一种技术。
2超临界流体萃取与液体萃取相比较？
p187
3超临界流体萃取与化学萃取相比有哪些突出优点？
（1）可以在接近室温（35-40℃）及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。
因此，在萃取物中保持着药用植物的全部成分，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来；
（2）使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然；
（3）萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的CO2-SCF流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本；
（4）CO2是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒，故安全性好；
（5）CO2价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中循环使用，从而降低成本；
（6）压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。
通过改变温度或压力达到萃取目的。
压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。
4超临界萃取技术为何具有较好的物质萃取能力？
答：
超临界流体既具有对溶质有比较大溶解度的特点，又具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率大大高于液相过程，也就是说超临界流体兼具液体和气体的性质。
最重要的是在超临界点附近，压力和温度微小的变化都可以引起流体密度很大的变化，从而表现为溶解度的变化。
利用这一特点人们可以实现萃取和分离的过程。
第十四章
1液膜分离法：
是一种以液膜为分离介质，以浓度差为推动力的膜分离操作。
2试述液膜分离技术和普通溶剂萃取技术各自的异同点？
答：
相同点：
前者通过液膜将物质分开，后者通过两相萃取将物质分开。
不同点：
（1）萃取机理不同，前者通过液膜将物质分开，具有生物选择性，后者是根据相似相容原理将物质分开，不具有生物选择性。
（2）两相组成（形成）不同，前者由膜溶剂、表面活性剂、流动载体组成，
后者由水相和不相溶的有机相组成。
（3）溶质与溶剂分离方法不同。
前者常通过澄清分离器将废外相除去，在经过破乳获得产品，不存在对热不稳定的问题，后者通过蒸馏法，存在对热不稳定的问题。
（4）前者是萃取和反萃取同时进行，是分离和浓缩同时进行，后者仅仅是萃取不存在反萃取，仅仅是分离不存在浓缩。
3试述液膜分离技术和反胶团萃取技术各自的优缺点。
如何结合才能有利于蛋白质物质的分离？
答：
液膜分离技术：
1.优点：
（1）萃取与反萃取可同时进行，一步完成。
过程不单是分离而且能够达到浓缩，大大提高了分离效率。
（2）具生物膜功能，可选择传递物质。
（3）溶剂用量小，损失少，降低试剂消耗和成本。
（4）可分离生物大分子物质（避免失活）。
（5）工艺简单，操作方便，成本低。
2.缺点：
（1）液膜不稳定性和机械性能较差，不可避免地出现液膜破裂，从而造成已被萃取的溶质返回到料液相，大大降低萃取效率。
（2）表面活性剂合成费用高。
（3）破乳分离要求设备复杂多样。
反胶团技术：
1.优点
（1）有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性。
（2）分离和浓缩可同时进行，过程简单。
（3）可分离大分子物质（避免失活）。
（4）具有可直接从完整细胞中获取具有活性的蛋白质和酶。
（5）成本低，溶剂可反复使用等。
2.缺点
（1）表面活性剂合成费用高。
（2）作用机理不太明确，使分离应用受到一定限制。
一般不能直接用乳化液膜技术分离蛋白质，因为蛋白质通过膜相时，容易失活。
但结合反胶团的乳化液膜技术具有萃取分离蛋白质的潜在优势。
存在于膜相中的反胶团可作为蛋白质的载体，在膜相中往返运送蛋白质。
这个系统兼有乳化液膜和反胶团的综合优势：
分离迅速，处理能力大，可连续操作，仅需很少的处理，兼分离和浓缩蛋白质的能力。
第十五章
1泡沫分离：
是以气泡为介质，利用组分的表面活性差进行分离的一种分离方法。
2泡沫分离有哪些优缺点？
答：
（1）靶向性较好，省工省时省资源。
（2）微量富集作用好。
（3）环境好。
3泡沫分离在应用中应注意哪些因素？
答：
待分离物质的种类；溶液的pH值；表面活性剂浓度；温度；气流速度；离子强度。
第十六章
1结晶与沉淀：
当溶质从液相中析出时形成晶形物质的过程称为结晶，而得到无定形物质的过程称为沉淀。
2蛋白质沉淀有那几类方法？
主要基于那种机理？
答：
有中性盐盐析法，等电点沉淀法，有机溶剂沉淀法，非离子型聚合物沉淀法，聚电解质沉淀法，金属离子沉淀法。
中性盐盐析法是基于在蛋白质溶液中加入中性盐后会压缩扩散双电层、降低电位，即中性盐即会使蛋白质脱水，又会中和蛋白质所带的电荷，使颗粒间相互排斥力失去，在布朗运动的相互碰撞下，蛋白质分子结合成聚集物而沉淀析出。
等电点沉淀法是基于不同蛋白质离子具有不同等电点这一特性（蛋白质在等电点时溶解度最小），用依次改变溶液pH值的办法，将杂蛋白沉淀除去。
有机溶剂沉淀法是基于加入有机溶剂后，会使水溶液的介电常数降低，而使蛋白质分子之间的静电引力增大，导致凝聚和沉淀。
非离子型聚合物沉淀法是基于体积不相容性。
聚电解质沉淀法是基于蛋白质与聚电解质结合形成一个多分子络合物，当络合物超过游离蛋白质的溶解度极限值使，就发生沉淀。
金属离子沉淀法是基于它们能与蛋白质分子中的特殊部位起反应造成的。
第十七章
1离子交换色谱:
是基于离子交换树脂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，由于混合物中不同溶质对交换剂具有不同的亲和力而将它们分离。
2吸附操作：
是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或液体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。
3什么是物理吸附？
什么是化学吸附？
他们各自的特点？
答：
吸附剂和吸附物通过分子力（范德华力）产生的吸附称为物理吸附。
吸附剂与吸附物之间有电子转移，发生化学反应而产生的吸附称为化学吸附。
物理吸附：
吸附热较小；过程可逆；吸附是单分子层或多分子层；无选择性；相对分子量越大，分子引力越大，吸附量越大。
化学吸附：
吸附热大；过程不可逆；吸附是单分子层；具有选择性。
4在离子交换实验中，影响其离子交换反应速度的因素有哪些？
答：
（1）树脂颗粒
（2）树脂的交联度（3）溶液流速（4）溶液浓度（5）温度（6）离子的大小（7）离子的化合价。
5如何制备无盐水（去离子水）？
答：
制备无盐纯水包括阳离子交换反应和阴离子交换反应。
阳离子交换反应一般采用强酸性阳离子交换树脂为交换剂。
阳离子交换树脂失效后，一般用一定浓度的盐或硫酸再生。
阴离子交换反应可采用强碱或弱碱性树脂作交换，它与阳床流出水中的阴离子发生交换反应。
阴离子失效后，一般采用5%-8%的氢氧化钠再生。
第十八章
1凝胶色谱：
是一种根据各物质分子大小不同而进行分离的色谱技术。
2各种色谱分离（吸附、分配、离子交换、凝胶、亲和）的机理是什么？
答：
吸附色谱是基于固定相对不同物质的吸附力不同而使混合物分离。
分配色谱是基于混合物在两液相中分配系数不同而分离。
离子交换色谱是基于离子交换树脂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，由于混合物中不同溶质对交换剂具有不同的亲和力而将它们分离。
凝胶色谱是基于各物质分子大小不同而进行分离的。
亲和色谱是基于生物分子之间专一结合能力而分离。
3试述分析色谱与制备色谱和工业色谱的主要区别有哪些？
答：
（1）应用色谱技术范围的不同
（2）操作上的不同（3）色谱分离理论上的不同。
4亲和色谱层析中为什么要引入“手臂”？
答：
亲和色谱中常用一些小分子化合物作为配基制备亲和层析剂，但小分子的配基直接连接于琼脂糖上常产生无效层析剂，其原因是由于载体的空间位阻关系，使大分子化合物（亲和物）不能直接接触到配基。
解决的办法是在载体和配基之间引入适当长度的“手臂”，以减少载体的空间位阻，增加配基的活动度。
作为“手臂”的烃链可以先连接于载体，再通过它连接于配基上。
第十九章
1醋酸纤维薄膜电泳与纸电泳相比有哪些优点？
答：
①醋酸纤维薄膜对蛋白质样品吸附极少，无“拖尾”现象，染色后蛋白质区带更清晰。
②快速省时。
由于醋酸纤维薄膜亲水性比滤纸小，吸水少，电渗作用小，电泳时大部分电流由样品传导，所以分离速度快，电泳时间短，完成全部电泳操作只需90min左右。
③灵敏度高，样品用量少。
血清蛋白电泳仅需2ml血清，点样量甚至少到0.1ml，仅含5mg的蛋白样品也可以得到清晰的电泳区带。
临床医学用于检测微量异常蛋白的改变。
④应用面广。
可用于那些纸电泳不易分离的样品，如胎儿甲种球蛋白、溶菌酶、胰岛素、组蛋白等。
⑤醋酸纤维薄膜电泳染色后，用乙酸、乙醇混合液浸泡后可制成透明的干板，有利于光密度计和分光光度计扫描定量及长期保存。
2等电聚焦电泳的基本原理是什么？
答：
是在凝胶中通过加入两性电解质形成一个pH梯度，两性物质在电泳过程中会被集中在于其等电点相等的pH区域内，从而得到分离。
第二十一章
1结晶与沉淀：
当溶质从液相中析出时形成晶形物质的过程称为结晶，而得到无定形物质的过程称为沉淀。
2饱和溶液:
溶质与溶液处于平衡状态即溶液既无溶解也无结晶，此溶液称为饱和溶液。
3可通过哪几种方式可使溶液达到过饱和？
答：
冷却；溶剂的蒸发；解读；化学反应。
4为什么溶液的过饱和度过大会造成结晶质量的下降？
答：
溶液过饱和度过大时，成核和长大速率过快，结晶热必须以很快的方式放出，以适应快速成核和迅速长大的需要，因为比表面越大，放热越快，这样就容易形成比表面大的片状、针状结晶或树枝状晶簇，这种结晶或晶簇易包裹母液，因而结晶质量大幅度地下降。
5为什么在育晶过程中细小晶粒逐渐溶解而较大晶粒继续长大？
答：
理论和实验都证明，同一温度下，小粒子与大粒子之间的差别为，小粒子具有较大的表面能，这一差别使得微小晶体的溶解度高于粒度较大的晶体。
而微小晶体能够与某些一定浓度的过饱和溶液建立平衡关系，但这一平衡实际上难以维持，如溶液中同时有大晶粒，则微小晶粒溶解而大晶粒长大，直至微小晶粒完全消失。
因而颗粒只有大至某一临界粒度值，才能成为继续长大的稳定的晶核。
6从理论上解释为何溶液浓度必须达到一定过饱和度时才能析出晶体？
答。
微小晶核与正常晶体相比具有较大的溶解度，在饱和溶液中会溶解，只有当达到一定的过饱和度时才能析出晶体。
第二十二章
1干燥：
是指利用热能使湿物料中湿分汽化并排除蒸汽，从而得到较干物料的过程。
2蒸馏:
利用液体混合物中各组分挥发性的不同，达到将各组分分离的操作称之为蒸馏。
3蒸发:
是指使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中的溶质浓度提高的过程。
4多效蒸馏：
是以多塔代替原先的单塔，使各塔在不同压力下工作。
前一效压力高于后一效的压力，前一效塔顶蒸汽冷凝温度略高于后一效塔釜液体的沸腾温度。
第一效塔釜用蒸汽加热，塔顶蒸汽作为第二效塔釜再沸器的加热介质，蒸汽在塔釜再沸器中冷凝。
依次逐效进行，直到最后一效塔顶蒸汽用外来冷却水冷凝。
5喷雾干燥有哪些优缺点？
答：
优点:
干燥速度十分迅速；干燥过程中液滴温度不高，产品质量好；产品具有良好的分散性；生产过程简化，操作控制方便；适宜于连续大规模生产；缺点：
干燥塔的体积比较庞大；热风温度要求高；废气中回收微粒的分离装置要求较高。
6生物技术产品利用传统的蒸发和干燥工艺时应注意什么？
采用哪些方法？
答：
生物制品多具有热敏性，因此在利用传统的蒸发和干燥工艺时应注意温度。
可采用：
真空蒸发；气流干燥；喷雾干燥；冷冻干燥等方法。
7酒精蒸馏包括哪两个过程？
酒精蒸馏包括两个过程，粗馏、精馏。
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