生物分离工程期末复习.docx
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生物分离工程期末复习
生物分离工程复习题
第一章绪论
简答题：
1、简述生物分离技术的基本涵义及内容。
答：
基本涵义：
生物分离技术是指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。
内容主要包括：
离心分离、过滤分离、泡沫分离、萃取分离、沉淀（析）分离、膜分离、层析（色谱）分离、电泳分离技术以及产品的浓缩、结晶、干燥等技术。
2、物质分离的本质是有效识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和扩大这些差别的分离设备实现溶质间的分离或目标组分的纯化。
请从物质的理化性质和生物学性质几个方面简述生物活性物质分离纯化的主要原理。
答：
生物大分子分离纯化的主要原理是：
1）根据分子形状和大小不同进行分离，如差速离心与超离心、膜分离、凝胶过滤等；
2）根据分子电离性质（带电性）差异进行分离，如离子交换法、电泳法、等电聚焦法；
3）根据分子极性大小及溶解度不同进行分离，如溶剂提取法、逆流分配法、分配层析法、盐析法、等电点沉淀及有机溶剂分级沉淀等；
4）根据物质吸附性质的不同进行分离，如选择性吸附与吸附层析等；
5）根据配体特异性进行分离，如亲和层析法等。
填空题：
1.为了提高最终产品的回收率：
一是提高每一级的回收率，二是减少操作步骤。
2、评价一个分离过程效率的三个主要标准是：
①浓缩程度②分离纯化程度③回收率。
判断并改错：
原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。
（×）改：
原料目标产物的浓度越低。
选择题：
1.B可以提高总回收率。
A.增加操作步骤B.减少操作步骤C.缩短操作时间D.降低每一步的收率
2．分离纯化早期，由于提取液中成分复杂，目的物浓度稀，因而易采用（A）
A、分离量大分辨率低的方法B、分离量小分辨率低的方法
C、分离量小分辨率高的方法D、各种方法都试验一下，根据试验结果确定
第二章细胞分离与破碎
概念题：
过滤：
是在某一支撑物上放多孔性过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒被截留，是固液分离的常用方法之一。
离心过滤：
使悬浮液在离心力作用下产生离心压力，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现固液分离，是离心与过滤单元操作的集成，分离效率更高。
填空题：
1.在细胞分离中，细胞的密度ρS越大，细胞培养液的密度ρL越小，则细胞沉降速率越大。
2.过滤中推动力要克服的阻力有介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占主导作用。
3.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，摩擦阻力的作用，当固体匀速下降时，三个力的关系重力=浮力+摩擦阻力。
4.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。
5.单从细胞直径的角度，细胞越小，所需的压力或剪切力越大，细胞越难破碎。
判断并改错：
在恒压过滤中，过滤速率会保持恒定。
（×）改：
不断下降。
生长速率高的细胞比生长速率低的细胞更难破碎。
（×）改：
更易破碎。
选择题：
1、适合小量细胞破碎的方法是（B）
A、高压匀浆法B.超声破碎法C.高速珠磨法D.高压挤压法
2、丝状（团状）真菌适合采用（A）破碎。
A、珠磨法B、高压匀浆法C、A与B联合D、A与B均不行
3、撞击破碎法适用于（C）的回收。
A、蛋白质B、细胞壁
C、细胞器D、核酸
4、以下哪项不是在重力场中，颗粒在静止的流体中降落时受到的力（B）
A.重力B.压力C.浮力D.阻力
5、颗粒与流体的密度差越小，颗粒的沉降速度（A）
A.越小B.越大C.不变D.无法确定
6、碟片式离心机中碟形分离板的作用是；（D）。
A、增大离心力，提高处理能力
B、增大流体阻力，提高处理能力
C、增大料液量，提高处理能力
D、增大沉降面积，提高处理能力
7、那种细胞破碎方法适用工业生产（A）
A.高压匀浆B超声波破碎C.渗透压冲击法D.酶解法
8、可压缩滤饼的平均比阻与压力之间的关系为：
（C）。
A、随压力提高而减小B、与压力无关
C、随压力提高而增大D、与压力的倒数成正比
9、重力沉降过程中，固体颗粒不受C的作用。
A.重力B.摩擦力C.静电力D.浮力
10.过滤的透过推动力是D。
A.渗透压B.电位差C.自由扩散D.压力差
11.在错流过滤中，流动的剪切作用可以B。
A.减轻浓度极化，增加凝胶层的厚度B.减轻浓度极化，降低凝胶层的厚度
C.加重浓度极化，增加凝胶层的厚度D.加重浓度极化，降低凝胶层的厚度
12.菌体和动植物细胞的重力沉降操作，采用D手段，可以提高沉降速度。
A.调整pHB.加热C.降温D.加盐或絮状剂
13.差速区带离心的密度梯度中最大密度B待分离的目标产物的密度。
A.大于B.小于C.等于D.大于或等于
14．基因工程药物分离纯化过程中，细胞收集常采用的方法（C）
A．盐析B.超声波C.膜过滤D.层析
15．高压匀浆法破碎细胞，不适用于（D）
A.酵母菌B大肠杆菌C.巨大芽孢杆菌D.青霉
16、目前在工业上应用最为广泛的细胞破碎方法有：
（D）
A、超声波法和化学法B、酶解法和干燥法
C、冻融法和渗透压法D、高压匀浆法和珠磨法
简答题：
1、改善发酵液过滤特性的方法有哪些？
加热；调pH值；加水稀释法；凝聚和絮凝；添加助滤剂。
计算题：
1、用管式离心机从发酵液中分离大肠杆菌细胞，已知离心管的内径为0.15m，高0.8m，转速为18,000r/min，生产能力为Q=0.3m3/h。
求细胞的离心沉降速度Vg。
解：
由题设，根据
＝2.038×10－9m/s
第三章初级分离
概念题：
凝聚：
在电解质作用下，破坏细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。
絮凝：
指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。
等电点沉淀法：
蛋白质在等电点下的溶解度最低，根据这一性质，在溶液中加入一定比例的有机溶剂，破坏蛋白质表面的水化层和双电层，降低分子间斥力，加强了蛋白质分子间的疏水相互作用，使得蛋白质分子得以聚集成团沉淀下来。
有机溶剂沉淀：
在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，破坏蛋白质表面的水化层，降低溶液的介电常数，使溶质的溶解度降低而沉淀析出。
盐析：
是利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度的差异，向溶液中加入一定量的中性盐，使原溶解的物质沉淀析出的分离技术。
通常蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀。
等电点：
是两性物质在其质点的净电荷为零时介质的pH值,溶质净电荷为零，分子间排斥电位降低，吸引力增大，能相互聚集起来，沉淀析出，此时溶质的溶解度最低。
填空题：
1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围的水化层和双电层。
2、.降低蛋白质周围的水化层和双电层厚度，可以破坏蛋白质溶液的稳定性，实现蛋白质沉淀。
3、常用的蛋白质沉淀方法有：
盐析沉淀，等电点沉淀，有机溶剂沉淀。
4、8.Cohn方程中，Ks越大，β值越小，盐析效果越好。
5.等电点沉淀的操作条件是低离子强度和pH=pI。
6.有机溶剂沉淀时，蛋白质的相对分子质量越大，则有机溶剂用量越少；在溶液等电点附近，则溶剂用量越少。
7.盐析常数Ks随蛋白质的相对分子量的增高或分子结构的不对称性而增加。
判断题：
1、当蛋白质周围双电层的ζ点位足够大时，静电排斥作用抵御蛋白质分子之间的分子间力，使蛋白质溶液处于稳定状态而难以沉淀。
（√）
2、无论是亲水性强，还是疏水性强的蛋白质均可采用等电点沉淀。
（×）改：
适用于疏水性强的蛋白质（酪蛋白）。
选择题：
1．盐析法沉淀蛋白质的原理是（B）
A.降低蛋白质溶液的介电常数
B.中和电荷，破坏水膜
C.与蛋白质结合成不溶性蛋白
D.调节蛋白质溶液pH到等电点
2．从组织中提取酶时，最理想的结果是（C）
A.蛋白产量最高
B.酶活力单位数值很大
C.比活力最高
D.Km最小
3、在一定的pH和温度下改变离子强度（盐浓度）进行盐析，称作（A）。
A、KS盐析法B、β盐析法
C、重复盐析法D、分部盐析法
4、下列电解质的凝聚能力最强的为：
（A）。
A、Al2（SO4）3•18H2OB、MgSO4•7H2O
C、FeCl3•6H2OD、NaCl
5、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度：
（C）。
A、增大 B、减小
C、先增大，后减小 D、先减小，后增大
6、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是：
（C）。
A、过滤B、萃取
C、离子交换D、蒸馏
7、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（B）
A.酸性条件B碱性条件C.中性条件D.和溶液酸碱度无关
8、将四环素粗品溶于pH2的水中，用氨水调pH4.5—4.6，28－30℃保温，即有四环素沉淀结晶析出。
此沉淀方法称为（B）
A、有机溶剂结晶法B、等电点法C、透析结晶法D、盐析结晶法
9.在Cohn方程中，logS=β-KsI中，盐析常数Ks反映C对蛋白质溶解度的影响。
A.操作温度B.pH值C.盐的种类D.离子强度
10.在Cohn方程中，logS=β-KsI中，β常数反映B对蛋白质溶解度的影响。
A.无机盐的种类B.pH值和温度C.pH值和盐的种类D.温度和离子强度
11.蛋白质溶液的pH接近其等电点时，蛋白质的溶解度B。
A.最大B.最小C.恒定D.零
12.变性活化能A的蛋白质可利用热沉淀法分离。
A.相差较大B.相差较小C.相同D.相反
13.在相同的离子强度下，不同种类的盐对蛋白质盐析的效果不同，一般离子半径A效果好。
A.小且带电荷较多的阴离子B.大且带电荷较多的阴离子
C.小且带电荷较多的阳离子D.大且带电荷较多的阳离子
14.盐析沉淀时，对A蛋白质所需的盐浓度低。
A.结构不对称且高分子量的B.结构不对称且低分子量的
C.结构对称且高分子量的D.结构对称且低分子量的
15．盐析法纯化酶类是根据（B）进行纯化。
A.根据酶分子电荷性质的纯化方法B.调节酶溶解度的方法
C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法D.根据酶分子专一性结合的纯化方法
16．若两性物质结合了较多阳离子，则等电点pH会（A）
A.升高B降低C.不变D.以上均有可能
17．若两性物质结合了较多阴离子，则等电点pH会（B）
A.升高B降低C.不变D.以上均有可能
18、关于蛋白质盐析的说法，哪个是不正确的：
（C）
A、不同蛋白质，盐析沉淀所需的盐饱和度不同
B、同一蛋白质浓度不同，沉淀所需的盐的饱和度不同
C、温度升高，盐析作用强，故温度越高越好
D、pH=pI时，盐析的效果较好
第四章膜分离
概念题：
反渗透：
只有溶剂能通过渗透膜的两侧，在高浓度的一侧施加压力使之大于渗透压，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到浓缩，这种操作成为反渗透。
膜分离操作中的浓度极化（浓差极化）：
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。
填空题：
1.反渗透中，溶质浓度越高，渗透压越大，则施加的压力越大。
2.不对称膜主要由起膜分离作用的表面活性层和起支撑强化作用的惰性层构成。
3．工业上常用的超滤装置有（板式），（管式），（螺旋卷式）和（中空纤维式）。
选择题：
1、非对称膜的支撑层（C）。
A、与分离层材料不同B、影响膜的分离性能
C、只起支撑作用D、与分离层孔径相同
2、在超滤过程中，主要的推动力是：
（C）。
A、浓度差B、电势差
C、压力D、重力
3、在分子质量相同时，下列哪种分子的截留率最低。
（C）。
A、球形分子B、有支链的分子
C、呈线状的分子D、上述三种分子的截留率相同
4、电渗析采用的膜材料为：
（C）。
A、亲水性膜B、疏水性膜
C、离子交换膜D、透析膜
5、常用于海水和苦咸水淡化的膜分离技术是（D）。
A、透析B、微滤C、超滤D、电渗析
6、超滤膜通常不以其孔径大小作为指标，而以截留分子量作为指标。
所谓“分子量截留值”是指阻留率达（B）的最小被截留物质的分子量。
A80%以上B90%以上C70%以上D95%以上
7.膜分离是利用具有一定D特性的过滤介质进行物质的分离过程。
A.扩散B.吸附C.溶解D.选择性透过
8.反渗透分离的对象主要是A。
A.离子B.大分子C.蛋白质D.细胞
9.超滤膜主要用于D分离。
A.菌体B.细胞C.微颗粒D.不含固形物的料液
10.微滤主要用于A分离。
A.悬浮物B.不含固形物的料液C.电解质溶质D.小分子溶质溶液
11.透析主要用于D。
A.蛋白质分离B.细胞分离C.悬浮液的分离D.生物大分子溶液的脱盐
12.菌体分离可选用C。
A.超滤B.反渗透C.微滤D.电渗析
13.除去发酵产物中的热源通常选用C。
A.反渗透B.微滤C.超滤D.透析
14.蛋白质的回收浓缩通常选用B。
A.反渗透B.超滤C.微滤D.电渗析
15.孔径越大的微滤膜，其通量A。
A.下降速度越快B.下降速度越慢C.上升速度越快D.上升速度越慢
16.超滤和微滤是利用膜的筛分性质以B为传质推动力。
A.渗透压B.膜两侧的压力差C.扩散D.静电作用
17.超滤和微滤的通量C。
A.与压差成反比，与料液粘度成正比B.与压差成正比，与料液粘度成正比
C.与压差成正比，与料液粘度成反比D.与压差成反比，与料液粘度成反比
18.相对分子量相同时，B分子截留率最大。
A.线状B.球型C.带有支链D.网状
19.两种以上高分子溶质共存时与单纯一种溶质存在的截留率相比要A。
A.高B.低C.无变化D.低许多
20.膜面流速增大，则C。
A.浓度极化减轻，截留率增加B.浓度极化严重，截留率减少
C.浓度极化减轻，截留率减少D.浓度极化严重，截留率增加
21.膜分离过程中，料液浓度升高，则D。
A.粘度下降，截留率增加B.粘度下降，截留率降低
C.粘度上升，截留率下降D.粘度上升，截留率增加
22.当pHC，蛋白质在膜表面形成凝胶极化层浓度最大，透过阻力最大，此时截留率最高。
A.大于等电点B.小于等电点C.等于等电点D.等电点附近
23.当压力较小时，膜面上尚未形成浓差极化层时，此时，透过通量与压力成A关系。
A.正比B.反比C.对数关系D.指数
27.欲使溶质浓度高的一侧溶液中的溶剂透过到溶质浓度低的一侧时，在溶质浓度高的一侧A。
A.施加压力大于渗透压B.加压力小于渗透压C.加压等于渗透压D.加压小于渗透压
简答题：
1、膜分离过程中，有那些原因会造成膜污染，如何处理？
答：
（1）膜污染主要有两种情况：
一是附着层被滤饼、有机物凝胶、无机物水垢胶体物质或微生物等吸附于表面；另一种是料液中溶质结晶或沉淀造成堵塞。
（2）膜污染是可以预防或减轻的，措施包括料液预处理、膜性质的改善、操作条件改变等方式。
（3）膜污染所引起的通量衰减往往是不可逆的，只能通过清洗的处理方式消除，包括物理方法冲洗和化学药品溶液清洗等。
第五章萃取
概念题：
分配系数：
在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的总浓度之比为一常数，叫分配系数。
萃取：
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。
超临界流体萃取：
是利用超临界流体具有的类似气体的扩散系数，以及类似液体的密度（溶解能力强）的特点，利用超临界流体为萃取剂进行的萃取单元操作。
物理萃取：
即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。
化学萃取：
则利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。
填空题：
1.溶质在液—液两相中达到萃取平衡时，具有化学位相等，萃取速率为0的特征。
2.溶质在两相中的分配平衡时，状态函数与萃取操作形式无关。
3、Henry型平衡关系，y=mx在低浓度范围内适用。
4.弱酸性电解质的分配系数随pH降低而增大，弱碱性电解质随pH降低而减小。
5.有机溶剂的选择原则为相似相溶性原理。
6.发酵液中夹带有机溶剂微滴形成水包油型乳浊液；有机相中夹带发酵液形成油包水型乳浊液。
7.无机盐的存在，可以降低溶质在水相中的溶解度，有利于溶质向有机相中分配。
8.双水相相图中，系线越长，两相间的性质差别越大。
9.双水相中溶质在两相中的分配主要有静电作用、疏水作用、生物亲和作用。
10.PEG/DX双水相中，若降低PEG的相对分子质量，则蛋白质的分配系数增大，若降低DX的相对分子质量，则分配系数减小。
11.双水相中无机盐的添加对溶质分配系数的影响主要反映在对相间电位差和表面疏水性的影响。
12.在较低的pH下有利于青霉素在有机相中的分配，当pH大于6.0时，青霉素几乎完全溶于水相中。
13.破乳常用的方法有化学破乳和静电破乳。
14.反胶团直径减小，则蛋白质的溶解率减小；蛋白质的相对分子质量增加，则溶解率减小。
15.液膜萃取过程中，溶质的迁移方式包括单纯迁移、反萃相化学反应促进迁移、膜相载体输送。
判断题：
1、萃取因子是表示萃取相中溶质的量与萃余相中溶质的量之比。
（√）
2、萃取分率是表示萃取相与原料液中溶质的量之比。
（√）
3、萃余分率是表示萃余相与原料液中溶质的量之比。
（√）
4、荷电溶质在双水相中分配系数的对数与溶质的静电荷数成反比。
（×）改：
成正比。
5、双水相中荷电溶质的分配系数不仅与溶质的静电荷数有关，还与添加的无机盐的种类有关。
（√）
选择题：
1、在萃取液用量相同的条件下，下列哪种萃取方式的理论收率最高（C）。
A、单级萃取B、三级错流萃取
C、三级逆流萃取D、二级逆流萃取
2、在液膜分离的操作过程中，（B）主要起到稳定液膜的作用。
A、载体B、表面活性剂C、增强剂D、膜溶剂
3、用来提取产物的溶剂称（C）。
A、料液B、萃取液C、萃取剂D、萃余液
4、膜相载体输送中的同向迁移是指：
（B）。
A、目标溶质的传质方向与其浓度梯度相同
B、目标溶质的传质方向与供能物质的迁移方向相同
C、目标溶质的传质方向与载体的迁移方向相同
D、以上均不对
5、反胶团萃取中，蛋白质相对于反胶团的（D）。
A、直径越大，萃取率越高
B、直径越小，萃取率越低
C、直径的大小，与萃取率无关
D、直径越大，萃取率越低
6、在聚乙二醇/葡聚糖双水相体系中，提高聚乙二醇的相对分子质量，则蛋白质在上下两相中的分配系数：
（A）。
A、减小B、增大C、恒定D、为零
7、液一液萃取时常发生乳化作用，如何避免（D）
A.剧烈搅拌B低温C.静止D.升温
8、超临界流体萃取中，如何降低溶质的溶解度达到分离的目的（C）
A.降温B升高压力C.升温D.加入夹带剂
9.溶质在两相达到分配平衡时，溶质在两相中的浓度C。
A.相等B.轻相大于重相中的浓度C.不再改变D.轻相小于重相中的浓度
10.萃取分配定律成立的条件为C。
A.恒温恒压B.恒温恒压，溶质在两相中相对分子质量相等
C.恒温恒压，溶质在两相中相对分子质量相等，且低浓度范围
D.恒温恒压，低浓度范围
11.分配常数与分配系数C。
A.完全相同B.数值相同C.分配常数是分配系数的一种特例D.分配系数是分配常数的一种特例
12.分配常数与分配系数在A情况下相同。
A.溶质在两相中的分子形态相同B.达到相平衡时C.低浓度范围D.较高浓度时
13.若萃取平衡符合线性关系，并且各级萃取流量之和为一常数，各级萃取流量均相等时萃取分率A。
A.大B.相等C.小D.不确定
14.红霉素是碱性电解质，采用有机溶剂萃取，水相从pH9.8降至pH5.5时，分配系数会B。
A.不改变B.降低C.先升后降D.增加
15.青霉素是较强的有机酸，采用有机溶剂萃取时，水相中pH从3升至6时，分配系数会A。
A.明显降低B.变化不大C.明显增加D.恒定不变
16.非电解质溶质在双水相中的分配系数随相对分子质量的增大而A。
A.减小B.增大C.趋近无穷D.变化不大
17.疏水因子HF一般随聚合物的相对分子质量、浓度和盐析浓度的增大而B。
A.减少B.增大C.恒定D.趋近于零
18.在pH为等电点的双水相中蛋白质的分配系数的对数值与双水相的疏水因子HF呈线性关系，则直线的斜率定义为D。
A.双水相的疏水性B.蛋白质的分配系数C.蛋白质的静电荷数D.蛋白质的表面疏水性
19.在PEG/DX双水相中，若添加的无机盐使相间电位差
，要使蛋白质分配于富含PEG的上相中，应调节pHB。
A.等于蛋白质的等电点B.大于等电点C.小于等电点D.等于7
20.在pH为等电点的双水相中，蛋白质主要根据C产生各自分配。
A.荷电荷的大小B.分子量差异C.疏水性差异D.荷电荷性质
21.无机盐的存在B溶质向有机相中分配。
A.不影响B.有利于C.不利于D.以上答案都不对
22.利用液膜膜相中流动载体B作用的传质机理称为液膜膜相载体输送。
A.渗透B.选择性输送C.溶解D.扩散
23.液膜中膜溶剂的粘度越大，则膜B。
A.越薄B.易于成膜C.难成膜D.稳定性越差
24.蛋白质溶解在反胶团中的主要推动力是C。
A.浓度差B.电位差C.静电相互作用D.压力差
25.反胶团萃取若选用阴离子型表面活性剂，当水相中pHB蛋白质等电点时，蛋白质易溶于反胶团中。
A.大于B.小于C.等于D.偏离
26.超临界流体在其临界温度和压力附近的微小变化，都会引起C发生很大的变化。
A.粘度B.体积C.密度D.质量
27.液固萃取是利用液体提取固体的有用成分的C分离操作。
A.溶解B.吸附C.扩散D.渗透
28.超临界流体萃取的萃取速度C液—液萃取。
A.低于B.等于C.大于D.近似等于
29.反胶团的形状是（A）。
A、极性头朝里，非极性尾朝外B、极性头朝外，非极性尾朝里
C、极性头和非极性尾都朝外D、极性头和非极性尾都朝里
计算题：
1、用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3，萃取平
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