1,生物分离工程:是指从发酵液,酶反应液或动植物细胞培养液中分离,纯化生物产品的过程。它描述了生物产品的分离,纯化过程的原理,方法和设备,因为它处于整个生物产品生产过程的后端,所以也称为生物工程下游技术。 2,凝集:通过加入无机盐,在无机盐作用下,发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成块状絮凝体的过程。 3,絮凝:指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用,使胶粒形成粗大絮凝团的过程。 4,离心分离:是指在离心场的作用下,将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。 5,过滤:发酵液通过一种多孔介质,固体颗粒被截留的过程。 6,滤饼过滤:固体颗粒沉积于过滤介质表面形成滤渣层。 7,深层过滤:固体颗粒进入并沉积于多孔孔道内,溶液经孔道缝隙流过滤渣。 8,细胞破碎:是采用一定的方法,在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜,使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术,是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质的基础。 9,机械破碎法:通过机械运动产生的剪切力使组织细胞破碎。 10,物理破碎法:通过各种物理因素作用,使组织细胞的外层结构破坏,使细胞破碎。生物分离工程(下游加工过程)11,化学破碎法:通过各种化学试剂对细胞膜的作用,使组织细胞的外层结构破坏,使细胞破碎。 12,通过细胞本身酶系或外加酶催化剂的催化作用,使外层结构破坏。 13,超声破碎法:在超声波作用下,液体发生空化作用,空穴的形成,增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力,使细胞破碎。 14,空化作用:指存在于液体中的微气核空化泡在声波作用下发生变化,声压达到一定值,在声波纵向传插负压区,空泡化增大,在声波传播的正压区,空泡闭合,在反复增大,闭合中,空泡化崩溃,崩溃的瞬间,产生巨大的剪切力。 15,酶解法:利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞,使细胞壁受到破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜。 16,酶解—自溶作用:利用生物体自身产生的酶来溶胞,而不需要外加其他酶。17,自溶作用:改变其生长环境,可诱发产生过剩的这种酶或激发产生其他的自溶酶,以达到自溶作用。 18,包含体:一种蛋白质不溶性聚集体,包括目标蛋白,菌体蛋白等。目标蛋白的一级结构是正确的但立体结构是错误的,所以没有生物活性。 19,沉淀:是指溶液中加入沉淀剂使溶质溶解度降低,生成无定形固体从溶液中析出的过程。 20,盐析法:蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低,以至于从溶液中沉淀出来的方法。 21,等电点沉淀法:利用蛋白质在pH等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀。 22,萃取:利用溶质在互不相溶的溶解度不同,用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。 23,分配定律:在恒温恒压下,溶质在互不相溶的;两相中分配,达到分配平衡后,如果其在两相中的相对分子质量相等,则其在两相中的平衡浓度之比为一常数,称为分配系数k。k=a/c2=萃取相中的浓度/翠余相的浓度。 24,超临界流体:是指物质处于其临界温度和临界压力以上而形成的一种特殊状态的流体。 25,超临界流体萃取:也叫气体萃取,流体萃取,稠密气体萃取或蒸馏萃取。作为一种分离过程的开发和应用,是基于一种溶剂对固体和液体的萃取能力和选择性在超临界状态下较之在常温常压下可获得极大的提高。它是利用超临界流体,即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,作为萃取剂,从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分,以达到分离和纯化的目的。 26,膜分离过程:是具有选择透过性的天然或合成薄膜为分离介质,在膜两侧的推动力作用下,原料液体混合物或气体混合物中的某个或某些组分选择性地透过膜,使混合物达到分离,分级,提纯,富集和浓缩的过程。 27,水通量:指纯水在一定温度,压力下(,25℃),单位时间,单位膜面积透过的水的量。
28微滤:以压力差为推动力,截留水中粒径在~ 10m之间的颗粒物的膜分离技术。 29,超滤:在压力差的驱动下,用可以阻挡不同大小分子的滤板或滤膜将液体过滤的方法。30,纳滤:以压力差为推动力,介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。
31,反渗透:在压力驱动下使溶液中的溶剂(如水)以与自然渗透相反的方向通过半透膜进入膜的低压侧,从而达到有效分离的过程。 32,浓差极化:由于水透过膜而使膜表面的溶质浓度增加,在浓度梯度作用下,溶质与水以相反方向向本体溶液扩散,在达到平衡状态时,膜表面形成一溶质浓度分布边界层,它对水的透过起着阻碍作用。 33,吸附:是指溶质从液相或气相转移到固相的现象。 34,离子交换吸附:简称离子交换,是利用离子交换树脂作为吸附剂,将溶液中的待分离组分,依据其电荷差异,依靠库仑力吸附在树脂上然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来,从而达到分离的目的。 35,吸附平衡等温线:当温度一定时,吸附量与溶液中溶质的浓度的函数关系称为吸附平衡等温线。 36,色谱:能用于混合物分离的方法称为色谱。 37,色谱法:是一种基于被分离物质的物理化学及生物学特性的不同,使他们在某种基质中移动速度不同而进行分离和分析的方法。38,液膜(液体膜):是从生物膜奇妙的选择性输送功能上得到启发而模仿的一种人工膜。 39,膜膨胀:是一个传递外水相溶液进入内相的过程。 40,反胶团:若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中,并使其浓度超过临界胶束浓度,便会在有机溶剂内形成聚集体,这种聚集体称为反胶团(或反胶束)41,膜分离技术:用人工合成的某种材料作为两相之间的不连接区间实现不同物质分离的技术。 42,配基:在亲和层析中起可逆结合的特异性物质。 43,“Ks”分级盐析法:在一定pH和温度下以改变离子强度进行盐析,常用于提取液的处理。44,硫酸铵饱和度:指饱和硫酸铵溶液的体积占混合后溶液总体积的百分比。 45,提取:利用一种溶剂对不同物质溶解度的差异,从混合物中分离出一种或几种组分的过程。 46,柱层析:将固定相装于柱内,使样品沿一个方向移动而达分离目的的方法。 47,“β”盐析法:在一定离子强度下仅改变pH和温度进行盐析。常用于初步纯化。 48,分配系数K:当萃取体系达到平衡时,溶质在两相中的总浓度之比。 49:有机溶剂沉淀法:在含有溶质的水溶液中,加入一定量亲水的有机溶剂,降低溶质溶解度时沉淀析出。 50离心机:是在高速旋转的转子中,借离心力作用过滤和澄清悬浮液,分离,分析生物大分子或一种相对密度不同而又互不相溶的液体分开的设备。
生物化工产品通过生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得,从上述发酵液、反应液或培养液中分离精制有关产品的过程称为下游加工过程。
2. 传统生化产品和基因工程产品的区别
①传统生化产品都为小分子(工业用酶除外,但它们对纯度要求不高、提取方法较简单).其理化性能(如平衡关系等)数据都为已知,因此放大比较有根据;基因工程产品大多为大分子,必要数据缺乏,放大多凭经验。
②由于第一代基因工程产品都以作为宿主,表达产品处于胞内,提取前需将细胞破碎,细胞内物质释放出来,给提取增加了很多困难;而发酵液中的产物,浓度较低,杂质又多,且一般大分子较小分子不稳定(易失活,如对剪切力),故提取较困难。
③大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋白的分离,由于蛋白质都内氨基酸所构成,所以性质相似,分离主要依靠高分辨力的精制方法,如色谱分离等。
3.选择依据
依据目标蛋白和杂蛋白在物理、化学和生物学方面性质的差异,尤其重要的是表面性质的差异。例如,表面电荷密度(滴定曲线)、对一些配基的生物学特异性、表面金属离子、糖含量、自由巯基数目、分子大小和形状(相对分子质量)、PH值和稳定性等。
4.下游加工工艺过程的一般流程图
1.发酵液预处理概念、方法
概念:以细胞培养液或发酵液为出发点,设法使目标产物转移到液相中,同时除去其它悬浮颗粒以及改善滤液性状,利于后续操作,该过程称为预处理。
方法:(1)凝聚和絮凝技术(2)杂蛋白的去除方法①等电点沉淀法②加热③吸附作用④蛋白质沉淀剂(3)高价无机离子的去除方法
2.凝聚和絮凝技术概念(混凝)
(1)凝聚作用是在某些电解质作用下,如中性盐作用下,使扩散双电层的排斥电位降低,破坏胶体系统的分散状态,而使胶体粒子聚集的过程。
(2)絮凝作用:指在某些高分子絮凝剂存在下,在悬浮粒子之间产生架桥作用,而使粒胶形成粗大的絮凝团的过程,它是一种以物理的集合为主的过程。
(3)混凝:在料液中,先加入无机电解质,使悬浮粒子间的相互排斥能降低,脱稳而凝聚成微粒,而后再加入絮凝剂,凝聚作用为絮凝剂的架桥创造了良好的条件,从而提高了絮凝效果。这种包括凝聚和絮凝机理的过程,常称为混凝。3.滤饼质量比阻概念
衡量过滤特性的主要指标是滤饼的质量比阻rB (或α).它表示单位滤饼厚度的阻力系数,与滤饼的结构特性有关,rB(或α)越小,则发酵液越易过滤。单位:(m/kg)
4.影响rB的因素
影响滤饼比阻的主要因素有形成滤饼的颗粒物性(颗粒尺寸,形状等),过滤压力差,料浆的浓度,溶液的PH,过滤速率和过滤时间等。
①形成滤饼的颗粒直径越大,其比表面积越小,比阻越小。
②颗粒在堆积过程中所形成的颗粒与颗粒的孔隙也就越大,过滤阻力越小;
③对于可压缩性滤饼, rB是操作压力差的函数,滤饼的比阻值是随操作压力差的提高而增大的。
④料浆浓度对比阻的影响存在一个临界浓度,当料浆浓度小于临界浓度时,比阻随着浓度的增加而增大,当料浆浓度大于临界浓度时,比阻随浓度的增加而减小;
⑤过滤速度的增加会导致滤饼阻力系数的增加和空隙率的减少。由于滤饼的孔隙率随时间而增大,因而滤饼比阻有随过滤时间减小的趋势。
5.草酸调节发酵液PH的作用
1、由于大多数蛋白质的pI在酸性范围,所以把pH调到等电点附近,杂蛋白质的溶解度降低而被除去。提高滤液质量。
2、发酵液酸化后目标产物容易转入到液相。
3、加入草酸钠调pH值,草酸根离子还可以跟钙离子、镁离子结合,形成不溶物,而去除钙离子和镁离子。
4、酸化后的发酵液粘度降低,有助于提高过滤速度。
6.板框过滤的应用条件
优点:1)过滤面积大,过滤推动力(压力差)能较大幅度地进行调整,并能耐受较高的压力差,2)适应性强,3) 设备结构简单、价格低、动力消耗少等。
适用范围较广,一般用于滤饼较干的场合,不用于含挥发性有毒物质或有生物危害的场合。
1.高压匀浆,高速珠磨概念与比较
比较:①细胞所受到的作用力高压匀浆:液相剪切力高速珠磨:剪切力层之间的碰撞和磨料的滚动
高压匀浆:从高压室压出的细胞悬浮液经过阀座的中心孔道从阀座和阀杆之间的小环隙高速喷出,高速喷出的浆液又射到静止的撞击环上,被迫改变方向从出口管流出,细胞在高速造成的剪切力、碰撞力和高压到常压的变化等作用下,造成细胞破碎。
高速珠磨:细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆作用下充分混合,珠子之间,珠子与细胞之间互相剪切、碰撞,促使细胞壁破裂,释出内含物。
②动力学方程:
高压匀浆破碎的动力学方程: Ln S =kP a N b
S:细胞破碎率 K:破碎速度常数 (破碎的阻力) P:操作压力 N:循环操作次数
a、b指数因细胞种类和培养条件而异
高速珠磨法:
k 为破碎速率常数,主要与微球粒径、密度、填充率以及细胞浓度、搅拌速度、进料速度、搅拌浆的形状有关。(影响因素)
③温控与能耗:
高压匀浆:活性物失活与产生热有关系,一般需多级操作,每次循环前要进行级间冷却。能耗:提供动力(ρ)+低温维持的耗费;高速珠磨:珠磨机采用夹套冷却的方式实现温度控制的。能耗与细胞破碎率成正比
④适用范围:高压匀浆适用于酵母和大多细菌细胞的破碎,不适用于易造成堵塞的团状或丝状真菌,较小的革兰氏阳性菌,含有包含体的基因工程菌(因包含体坚硬,易损伤匀浆阀)高速珠磨珠磨法适用于细胞悬浮液和植物细胞的大规模处理。
⑤破碎率R的影响因素高压匀浆:温度、压力、循环次数、微生物种类;高速珠磨:搅拌速度、细胞悬浮液浓度、温度、玻璃小珠的装量和直径、循环速度
2.细胞破碎的条件
3.包涵体变性与复性,提高收率的方法
包含体是无定形的蛋白质的聚集,不被任何膜所包围。细胞破碎后,包含体呈颗粒状,致密,低速离心就可以沉淀。包含体难溶于水中,在变性剂溶液(如盐酸胍、脲)中才能溶解。在这些溶液中,溶解的蛋白质呈变性状态,即所有的氢键、疏水键全被破坏,疏水侧链完全暴露,但一级结构和共价键不被破坏。因此当除去变性剂时,一部分蛋白质可以自动折叠成具有活性的正确构型,这一折叠过程称为蛋白质的复性。
提高复性效率的方法:降低变性剂浓度,但如果太低,复兴率会降低;增加蛋白浓度、PH 偏碱;温度、离子强度、氧化还原条件。
1.盐析法概念、规律、方程式
概念:蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀的现象称为盐析。
机理:(1)高浓度盐离子使蛋白质表面双电层厚度降低,静电排斥作用减弱.在布朗运动的互相碰撞下容易发生凝聚,进而沉淀析出。
(2)中性盐比蛋白质具更强的亲水性,因此将与蛋白质争夺水分子,使蛋白质水化膜破坏。
方程式:
S:蛋白质的溶解度,g/L I:离子强度
Ks:盐析常数,斜率,与温度和pH无关,与盐和蛋白质的种类有关。
β : 常数,截距,与盐的种类无关,与温度、pH和蛋白质种类有关
2. Ks β
Ks:盐析常数,与溶液的pH及温度无关,只依赖于蛋白质及盐的种类;
β值为蛋白质在纯水中即离子强度为零时的假想溶解度对数值。
用盐析法分离蛋白质时可以有两种步骤:
① Ks分级盐析法: (粗提蛋白质时常用)②β分级盐析法: (进一步纯化用)
Ks盐析法:在一定pH和温度下,改变体系离子强度进行盐析的方法;
β盐析法:在一定离子强度下,改变pH和温度进行盐析的方法;
Ks盐析法由于蛋白质对离子强度的变化非常敏感,易产生共沉淀现象,因此常用于提取液的前处理;β盐析法由于溶质溶解度变化缓慢,且变化幅度小,因此分辨率更高,常用于初步的纯化。
2. Ks盐析法:受蛋白质种类和盐的种类的影响,盐析效果:高价阴离子大于低价阴离子低价阳离子大于低价阳离子β盐析法:受PH、温度、蛋白质种类的影响,PH值接近PI,β最小;在高浓度盐中,β值随温度升高而减小。
3盐饱和度范围的确定:不使目标蛋白质沉淀的最大饱和度和使目标蛋白质沉淀的最低饱和度1.过滤方法比较五种
纳滤孔径2nm滤膜压力差能截留分子量在200~1000之间的有机物质,能将高价离子和低价离子分离。这类膜对荷相同电荷的分子有较高的截留率。
2.RO分离机理是一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作,孔径范围在μm之间;
3.浓差极化和膜污染
浓差极化:当溶剂透性膜而溶质留在膜上,因而使膜面浓度增大,并高于主体溶液中的浓度,这种浓度差导致溶质自膜面反扩散至主体溶液中,这种现象称为浓差极化.它对
通量的影响很大。要减少浓差极化,通常采用错流过滤操作。
膜污染:在使用中,尽管操作条件保持不变,但通量仍逐渐降低的现象,称为污染。一般认为是膜与料液中的某一溶质的相互作用,或吸附在膜上的溶质与其他溶质相互作
用而引起的。在反渗透中一般不严重,在超滤和微滤中比较严重。
浓差极化会加重污染。但两者是有区别的;浓差极化是可逆的,变更操作条件可使之消除,而污染不可逆,必须通过清洗的办法,才能消除。
4.截留率和截留分子量
截留率:指超滤膜对溶质的截留能力,用σ(R)表示,并定义为:
式中CP和Cb分别表示在某一瞬间,透过液和截留液的浓度。σ(R)在0和1之间。
截留分子量:定义为相当于一定截留率(通常为90%或95%)时的溶质的分子量。
1.溶剂萃取的分配原理
分配定律:一定T、P下,溶质在两个互不相溶的溶剂中分配,达到平衡后溶质在两相中浓度之比为常数(K)。
在常温常压下K为常数:(1)稀溶液(2)溶质对溶剂互溶没有影响(3)必须是同一分子类型,不发生缔合或离解.
由上图可知,溶质在两相的分配决定于选择何种溶剂和水相的pH。
1.双水相萃取的概念,分离原理、影响因素、应用
概念:是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
原理:不同物质分配系数的差异,构成了双水相萃取分离物质的基础。
溶质在两水相间的分配主要由其表面性质所决定,通过在两相间的选择性分配而得到分
离,分配能力的大小可用分配系数K表示:
影响因素:1)成相聚合物的相对分子质量:当聚合物的相对分子量降低时,会使蛋白质易分配于富含该PEG的相中,使分配系数增大,而葡聚糖的分子量减小,会使分配系数降低。2)成相系统的总浓度:当接近临界点时,蛋白质均匀的分配于两相,分配系数接近于 1.如成相聚合物或聚合物/盐混合物的总浓度增加时,系统远离临界点,系线的长度增加,此时两相性质的差别增大,蛋白质趋向于向一侧分配,即分配系数或增大超过1,或减少低于1. 3)盐类的影响:在双水相聚合物系统中,加入电解质,首先阴阳离子会有不同的分配.加入适当的盐类,会大大促进带相反电荷的两种蛋白质的分离。但当[盐]继续增加时,影响逐渐减弱,分配系数基本上无变化。当[盐]很大时,由于盐析作用,pro易分配于上相。
4)pH值:①由于pH值影响protein的离解度,故调节pH可改变蛋白质的表面电荷数,因
b
P
C
C
1
σ(R)-
=
萃余相的浓度
萃取相的浓度
=
=
2
1
C
C
K
而改变k的大小。②对于△Φ=0,prot的k不受pH的影响(一般来说),但对大多数prot 而言,当△Φ=0时,k随pH变化而变化,这主要是由于pH值的变化会导致蛋白质自身结构和性质的变化。
5)温度:温度影响双水相系统的相图,因而影响pro的k,特别在临界点附近,尤为显著。一般可在常温操作,不需冷却,活性成份收率高。
6)荷电PEG作为成相聚合物:在聚合物上引入电荷可以增大两相间的电位差,相间电位差与电荷数成反比,而每一葡萄糖分子上可以引入很多带电荷的基团,故效果较差;每一分子PEG只含两个羟基,只能引入两个荷电基团,故使电场增大的效果较好。
应用:胞内蛋白质的提取根据目标蛋白质和共存杂质的表而疏水性、相对分子质量、等电点和表面电荷等性质上的差别,综合利用静电作用、疏水作用和添加适当种类和浓度的盐,可选择性萃取目标产物。
8.离子交换法(树脂法):是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂,将溶液中的物质,依靠库仑力吸附在树脂上,然后用合适的洗脱剂,将吸附物从树脂上洗脱下来,达到分离、浓缩提纯的目的。
2.离子交换树脂:是一种具有网状立体结构的含有高分子活性基因而能与溶液中其它物质进行交换或吸着的聚合物,其高分子活性基团一般是多元酸或多元碱。
特点;
优点:成本低,设备简单,操作方便,不用或少用有机溶剂。
缺点:生产周期长,成品质量有时较差,在生产过程中,PH变化大,故不适用于稳定性较差的抗生素,以及不一定能找到合适的树脂等。
应用:抗生素等小分子物质提取,还可用于脱色、去盐、转盐、制备软水、无盐水等。
+和OH-对树脂亲和能力的关系
H+:①强酸型树脂:与H+结合力很弱,序位和Li+相当
②弱酸型树脂:与H+具有最强的置换能力,序位排在同价金属离子之后
OH-:①强碱性树脂:和OH?结合力弱,序位排在F?之前
②弱碱性树脂:和OH?结合力最强,序位排在ClO4?之后
结论:强酸、强碱树脂比弱酸、弱碱树脂难以再生,酸、碱用量大,原因在于此。
在链霉素提炼中,不能用强酸性树脂,而应用弱酸性树脂,这主要是因为强酸性树脂吸
附链霉素后,不易洗脱,而用弱酸性树脂时,由于H+对树脂亲和力大,因此很易将链
霉素葱树脂上取代。
结论:在进行离子交换时,除了考虑离子被吸附是否容易外,还必须考虑被吸附上去的离子
是否容易被解吸下来。如链霉素的提炼中,不用强酸,而用弱酸性树脂进行交换吸附。树脂再生过程中为什么强酸碱比弱酸碱消耗大
1.吸附:吸附法是利用适当的吸附剂,在一定的pH条件下,使发酵液中的产物被吸附,然后再适当的洗脱将吸附的产品从吸附剂上解吸下来,达到浓缩和提纯的目的。
2.吸附的作用:把物质从流动相(气、液、相)浓缩到固体表面从而达到分离的过程称为吸附作用。
3.物理吸附力的本质:范德华力
4.大网格聚合物吸附剂及其应用
大网格吸附剂:大孔网格聚合物在合成过程中没有引入离子交换功能团,只有多孔的骨架,其性质和活性炭、硅胶等吸附剂相似,简称大网格吸附剂。
优点:①脱去臭效力不亚于活性炭②对有机物质具有良好的选择性③理、化性质稳定,机械强度好,经久耐用④品种多,无机盐对大网格吸附剂提取有机物没有影响⑤吸附速度快,易解吸,再生容易⑥D在~之间,不污染环境,使用方便。
对于那些极性不强,稳定性差的物质,可以用大孔树脂吸附来分离。它可以弥补离子交换树脂的不足。缺点:价格昂贵,吸附效果易受流速和溶解浓度的影响。
大网格聚合物吸附剂吸附机理
一)吸附规律:大孔网状聚合物是一种非离子型共聚物,它能够借助范德华力以溶液中吸附各种有机物质。根据“类似物容易吸附类似物”的原则。
极性吸附剂:在非极性溶剂中,吸附极性物质;中等极性吸附剂:两种情况具有吸附能力。非极性吸附剂:从极性溶剂中,吸附非极性物质。
在水溶液中吸附时,对同族化合物分子量越大,极性越弱,吸附量越大。
二)解吸方法:由于是分子吸附,而且大孔网状聚合物吸附剂对有机物质的吸附能力一般低于活性炭,所以解吸比较容易,方法如下:
1.最常用的是以低级醇、酮或其水溶液解吸。
2.对弱酸性溶质用碱来解吸。
3.对弱碱性物质用酸来解吸。
4.如吸附是在高浓度盐类溶液中进行,常常用水洗就能解吸下来。
5.对于易挥发溶质可用热水或蒸汽解吸。
应用:对于在水中溶解度不太大,而较易溶于有机溶剂中的生化物质都可考虑用大网格吸附剂提取。此外,四环素,土霉素,竹桃霉素等都能用XAD-2吸附剂或国产大孔吸附剂来提取和精制。大网格吸附剂还可用于污水处理,如含酚、含氯、含硝基等化合物废水处理,造纸、印染、洗涤剂废水等的处理,也可作为色谱法的载体等方面的应用。
1.色层分离法:一种物理的分离方法,利用多组分混合物中各组分物理化学性质(如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、分配系数等)的差别,使各组分以不同程度分布在两个相中。当各组分混合物随流动相流动时,由于各组分物理化学性质的差别,而以不同速率移动,从而达到分离目的。
2,五种色谱的固定相和流动相的总结
吸附色谱法
分配色谱法固定相和流动相都是液体
离子交换色谱法
凝胶色谱法,
亲合色谱法
3.凝胶层析的分配机理(Kd值)
当溶质通过层析柱时,分子直径比凝胶孔径大的分子,不能进入凝胶颗粒的微孔里,只能随溶剂一起移动的,最先流出柱外;分子直径比凝胶孔径小的分子,即进入凝胶相内,延长了路径,向下移动的速度落后于大分子。
Kd=(Ve-Vo)/Vi,洗脱容积Ve:是指被分离物质通过凝胶柱所需洗脱液的体积,常用Ve 表示;Vo表示凝胶颗粒外部水体积,Vi指凝胶颗粒内部体积。在凝胶层析中,凝胶内部中的水分起固定相作用,凝胶外部间隙中的水分作为流动相。如果生物大分子完全被排阻,Kd=0;分子能自由进入凝胶内部,凝胶内外浓度一致,则Kd=1;只有部分分子能达到凝胶空间内部,故内部浓度小于外部浓度,0<Kd<1.
1.凝胶层析法和离子交换树脂法的比较(介质,概念,应用)
5.吸附法和吸附层析比较
在沉淀和有机萃取中分别的作用
在沉淀法中,PEG可用来进行选择性沉淀以纯化蛋白质,其原理相当于降低蛋白质溶解度,使蛋白质过饱和,析出沉淀。PEG沉淀法能在室温下进行,得到的沉淀颗粒较大,收集容易。
在有机萃取中,PEG构成双水相体系的上相,对通过体系的有机溶剂进行选择性萃取纯化。
1.溶液达到过饱和状态是结晶的前提;过饱和度是结晶的推动力。
2.结晶:溶液中的溶质在一定条件下,因分子有规则的排列而结合成晶体,晶体的化学成分均一,具有各种对称的晶体,其特征为离子和分子在空间晶格的结点上呈规则的排列。
3.重结晶:是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同,将晶体用合适的溶剂再次结晶,以获得高纯度的晶体的操作。
4.晶体质量如何衡量
5.结晶的实质结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析出,形成新相的过程。溶质只有在过饱和溶液中才能析出;结晶这一过程不仅包括溶质分子凝聚成固体,还包括这些分子有规律地排列在一定晶格中,这一过程与表面分子化学键力变化有关;因此,结晶过程是一个表面化学反应过程。
6.结晶形成和结晶过饱和线的关系
形成新相(固体)需要一定的表面自由能。因此,溶液浓度达到饱和溶解度时,晶体尚不能析出,只有当溶质浓度超过饱和溶解度后,才可能有晶体析出。
首先形成晶核,由Kelvin公式,微小的晶核具有较大的溶解度。实质上,在饱和溶液中,晶核是处于一种形成—溶解—再形成的动态平衡之中,只有达到一定的过饱和度以后,晶核才能够稳定存在。不稳定区分为三部分:亚稳区,没有新的晶核形成结晶不能自动进行;过渡区,伴随晶体长大的同时有新的晶核形成;不稳区,自发形成晶核,结晶马上开始。
PART B 生物分离工程实验 实验十二香菇多糖的分离提取 一、实验目的 让学生了解香菇多糖的理化性质及提取工艺流程,掌握真空浓缩技术。 二、实验原理 香菇是一种药食两用真菌,具有提高免疫力、抗癌、降糖等多种生理功能。水溶性多糖作为香菇主要活性成分之一,主要以β-1,3-葡聚糖的形式,分子量从几万到几十万不等。通过有机溶剂提取,真空浓缩技术进行分离提取。 三、实验材料与试剂 原料:干香菇500g 试剂:氯仿、正丁醇、医用纱布、浓硫酸、重蒸酚、工业酒精 四、实验仪器 组织捣碎机、水浴锅、旋转蒸发器、1cm比色皿、751分光光度计、电子天平、台式离心机、试管、量筒、烧杯、玻璃棒 五、提取工艺流程 1. 1kg干香菇切成小块,以1:10(重量比)加入水,用组织捣碎机进行均质; 2. 取200mL均质液放入1L烧杯中,再加入300mL蒸馏水,加热至沸后,温 火煮沸1小时,(注意:煮沸过程中用玻璃棒不断搅拌,以免烧杯底部发生糊结;并间歇加入少量水,使杯内液体体积保持在500mL左右; 3. 加热完毕后,将杯内液体用8层纱布过滤,除去残渣,上清液转入另一烧杯 中; 4. 将上清液倒入圆底烧瓶中,在旋转浓缩仪上进行浓缩,浓缩条件为-0.1MPa 、 60℃,浓缩液体积至100mL左右停止; 5. 将浓缩液在1×10000g离心10min,将上清液转入另一烧杯,除去残渣; 6. 上清液中加入等体积的氯仿正丁醇浓液(体积比为4:1),搅拌5min,静置 30分钟; 7. 将混合液体在1×5000g下离心20min,分离水相;
8. 在水相中加入终浓度为80%的酒精,搅拌均匀,静置20min,1×5000g下离 心10min; 9. 取出沉淀物,放入已称重的干燥表面皿中,在真空干燥箱中80℃下真空干燥; 10. 干燥后,称重,计算多糖的产率; 11. 准确称取干燥后多糖20mg于500ml容量瓶中,加水定容; 12. 取定容液2ml加入6%苯酚1ml,混匀,再加入浓硫酸5ml,混匀,放置20min 后,于490nm测吸光度; 13. 葡萄糖标准曲线的制定:准确称取葡萄糖20mg定容于500ml容量瓶中,分 别取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6及1.8ml,补水至2ml,依12步骤反应液,并分别测吸光度,根据葡萄糖浓度和吸光度绘制标准曲线; 14. 根据香菇多糖吸光度和葡萄糖标准曲线,计算多糖纯度。 六、思考题 1. 根据以上实验步骤,表达多糖产率及纯度的计算公式; 2. 利用所学生物化学知识,分析多糖沉淀原理。
试卷编号: 一、名词解释题(本大题共3小题,每小题3分,总计9分) 1.Bioseparation Engineering:回收生物产品分离过程原理与方法。 2.双水相萃取:某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相, 并且在两相中水分均占很大比例,即形成双水相系统(two aqueous phase system)。 利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质,Albertsson于50年代 后期开发了双水相萃取法(two aqueous phase extraction),又称双水相分配法(two aqueous phase partitioning)。 3.电渗:在电场作用下,带电颗粒在溶液中的运动。 二、辨别正误题并改正,对的打√,错的打×(本大题共15小题,每小题2分,总计30分) 1.壳聚糖能应用于发酵液的澄清处理是由于架桥作用。错(不确定) 2.目前国内工业上发酵生产的发酵液是复杂的牛顿性流体,滤饼具有可压缩性。错 3.盐析仅与蛋白质溶液PH和温度有关,常用于蛋白质的纯化。错 4.超临界流体是一种介于气体和液体之间的流体,可用于热敏性生物物质的分离。 对 5.膜分离时,当截留率δ=1时,表示溶质能自由透过膜。错 6.生产味精时,过饱和度仅对晶体生长有贡献。对 7.阴离子纤维素类离子交换剂能用于酸性青霉素的提取。对 8.卡那霉素晶体的生产可以采用添加一定浓度的甲醇来沉淀浓缩液中的卡那霉 素。 9.凝胶电泳和凝胶过滤的机理是一样的。错 10.PEG-硫酸钠水溶液能用于淀粉酶的提取。对 11.乙醇能沉淀蛋白质是由于降低了水化程度和盐析效应的结果。对 12.冷冻干燥一般在-20℃—-30℃下进行,干燥过程中可以加入甘油、蔗糖等作为保 护剂。对 13.反相层析的固定相和流动相都含有高极性基团,可用来分离生物物质。错 14.大网格吸附剂由于在制备时加入致孔剂而具有大孔径、高交联度,高比表面积 的特点。错(不确定) 15.PEG沉淀蛋白质是基于体积不相容性。错 三、选择题(本大题共10小题,每小题2分,总计20分) 1.对于反胶束萃取蛋白质,下面说法正确的是:A A 在有机相中,蛋白质被萃取进表面活性剂形成的极性核里 B 加入助溶剂,可用阳离子表面活性剂CTAB萃取带正电荷的蛋白质 C 表面活性剂浓度越高越好 D 增大溶液离子强度,双电层变薄,可提高反胶束萃取蛋白质的能力 2.能进行海水脱盐的是:C A 超滤 B 微滤
《生物分离工程》练习题一(第1~3章) 一、选择题 1、下列物质不属于凝聚剂的有( C )。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括(C ) A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时,优先选用那种固液分离手段(B ) A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、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 5、为加快过滤效果通常使用( C ) A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为( C ) A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理:( D ) A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、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 9、从四环素发酵液中去除铁离子,可用( B ) A.草酸酸化B.加黄血盐C.加硫酸锌D.氨水碱化 10、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 11、使蛋白质盐析可加入试剂( D ) A:氯化钠;B:硫酸;C:硝酸汞;D:硫酸铵 12、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 13、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 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为( D ) A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质( B ) A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀,蛋白质的浓度在( A )范围内适合。 A. 0.5%~2%B1%~3% C. 2%~4% D. 3%~5% 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析,然后适用( C )去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中,加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀,属于( D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析 19、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时,蛋白质溶解度( C )
生物分离工程实验 实验一茶多酚标准曲线的测定 仪器:紫外分光光度计,比色皿,天平,容量瓶,移液管,pH计、试管 药品:没食子酸丙酯或茶多酚,酒石酸钾钠,硫酸亚铁,磷酸氢二钠,磷酸二氢钾。 方法: A溶液配制 没食子酸丙酯标准溶液配制 准确称取25mg没食子酸丙酯,蒸馏水溶液,移入25mL容量瓶并稀释至刻度,摇匀,配制成1mg/mL的标准溶液 酒石酸亚铁溶液配制 准确称取0.1g硫酸亚铁,和0.5g酒石酸钾钠,混合,蒸馏水溶解后移入100mL容量瓶,稀释至刻度,摇匀。 pH7.5磷酸盐缓冲液配制 磷酸氢二钠:准确称取分析纯磷酸氢二钠2.969g,蒸馏水稀释溶解,移入250mL容量瓶,加水稀释至刻度,摇匀,为a液 磷酸二氢钾:准确称取分析纯磷酸二氢钾,、2.2695g,蒸馏水溶解,移入250mL容量瓶,定容,B。 取A液体85mL,B液体15mL混合均匀,即成。 B.标准曲线绘制 分别吸取0、0.25、0.50、0.75、1.0、1.25mL的没食子酸丙酯标准液于25mL容量瓶中,加入蒸馏水4mL,再加入酒石酸亚铁溶液5mL,用pH7.5的磷酸盐缓冲溶液稀释至刻度,摇匀,分光光度计在540nm处,1cm比色皿,分别测定吸光度。空白参比操作同上,不加没食子酸丙酯。以容量瓶中没食子酸丙酯的绝对含量mg为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线,做线性回归。 C 样品测定 取适量样品加入容量瓶,操作同上,没食子酸丙酯含量乘以换算系数1.5,求得茶多酚。
实验二超声法和回流法提取茶多酚的比较 实验仪器: 超声提取器、布氏漏斗、抽滤瓶、真空泵、烧瓶、量筒、分光光度计、比色皿、容量瓶等、实验试剂 茶叶、纯净水、茶多酚(没食子酸丙酯)、硫酸亚铁、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等 操作方法 1、材料准备 称取一定量的茶叶,研钵粉碎。备用 2、提取 A、超声提取法 称取5g粉碎后茶叶末,放入烧瓶(塑料袋密封),加入100mL水,于超声提取器,50℃提取20min,抽滤,定容至100mL,待测。 B、回流提取法 称取10g粉碎后茶叶末,放入圆底烧瓶,加入100mL水,80℃提取40min,分别在1、3、5、7、10、15、20、30、40min取3mL样品,小漏斗过滤后,待测。测得茶多酚含量(mg/mL)以茶多酚含量为纵坐标,时间为横坐标绘制曲线。 3. 含量测定 按照标准曲线的方法测定含量。 所需试剂及仪器 试剂: 没食子酸丙酯或者茶多酚,酒石酸钾钠,硫酸亚铁,磷酸氢二钠,磷酸二氢钾, 仪器: 紫外分光光度计,水浴锅,电子天平,pH计,超声提取器,量筒(100mL*1),容量瓶(25mL*8,100mL*4, 250mL*2),比色皿*5,移液管(1.0mL*2, 0.5mL*2, 2mL*2, 5mL*4) 三角瓶250mL*2,小漏斗*2,试管架
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ρ S 越大,细胞培养液的密度ρ L 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。
2009级《生物分离工程》复习内容提要 第一章绪论:重点节:第二节、第三节 1、生物分离工程的一般流程Page4 2、生物分离纯化工艺过程的选择依据Page5 3、生物分离过程的特点Page6 第二章发酵液的预处理:重点节:第一节 1、发酵液的一般特性Page9 2、发酵液预处理的要求Page10-11 3、发酵液预处理的方法Page11-16 4、凝集&絮凝Page11-12 5、转筒真空过滤机的结构和工作原理Page27-28 第三章细胞分离技术:重点节:第二节
1、差速离心&密度梯度离心Page31 2、比较不同细胞破碎方法(机械法、化学法、物理法和酶溶法)的原理和优缺点Page34-39 3、比较珠磨法、高压匀浆法和超声波细胞破碎法的优缺点Page34-36 4、细胞破碎的方法主要有哪些?选择破碎方法时应考虑哪些因素?(自己总结) 5、蛋白质复性及其主要复性方法(稀释与透析、色谱、反胶束)Page41-45 第四章沉淀技术:重点节:第三节 1、盐析的原理Page51 2、K s和β分级盐析法Page52 3、什么是饱和度?盐析沉淀操作曲线的制作实验步骤Page54 4、盐析操作计算Page53-54 5、主要的沉淀方法(盐析、有机溶剂、等电点、变性沉淀等)及其优缺点比较Page27-28
第五章萃取技术:重点节:第二节(二)、第三节(二、三)、第四节(一、二、四)、第六节(一、二)、第八节(一、二、三、四) 1、萃取分配系数、相比、萃取分离系数Page65 2、单级萃取、多级逆流萃取、多级错流萃取理论收率和萃余率的计算Page67-70 3、物理萃取&化学萃取Page72-73 4、水相条件如何影响有机溶剂萃取过程Page73-74 5、有机溶剂萃取剂的选择原则Page74 6、解释双水相相图Page81 7、常用的双水相系统有哪些?Page80-81 8、什么是道南电位Page82,试述道南平衡理论在双水相萃取、纳滤膜分离机制和离子交换 树脂分离机制解释中的应用。(自己总结) 9、影响双水相分配系数的主要因素有哪些?Page83-84
填空题 1. .根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同,可将吸附分为物理吸附、化学吸附和交换吸附; 2. 比表面积和孔径是评价吸附剂性能的主要参数。 3. 层析操作必须具有固定相和流动相。 4. 溶质的分配系数大,则在固定相上存在的几率大,随流动相的移动速度 小。 5. 层析柱的理论板数越多,则溶质的分离度越大。 6. 两种溶质的分配系数相差越小,需要的越多的理论板数才能获得较大的 分离度。 7. 影响吸附的主要因素有吸附质的性质,温度,溶液pH值,盐的浓度和吸附物的浓度与吸附剂的用量; 8. 离子交换树脂由网络骨架(载体),联结骨架上的功能基团(活性基)和可交换离子组成。 9. 电泳用凝胶制备时,过硫酸铵的作用是引发剂(提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合所必需的自由基);甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂(丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链);TEMED的作用是增速剂(催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的聚合); 10. 影响盐析的因素有溶质种类,溶质浓度,pH 和温度; 11. 在结晶操作中,工业上常用的起晶方法有自然起晶法,刺激起晶法和晶种起晶法; 12. 简单地说离子交换过程实际上只有外部扩散、部扩散和化学交换反应三步;
13. 在生物制品进行吸附或离子交换分离时,通常遵循Langmuir 吸附方程,其形式为c K c q q 0+= 14. 反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的,而流动相是 极性强 的; 15. 等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其 等电点 的不同; 16. 离子交换分离操作中,常用的洗脱方法有 静态洗脱 和 动态洗脱 ; 17. 晶体质量主要指 晶体大小 , 形状 和 纯度 三个方面; 18. 亲和吸附原理包括 配基固定化 , 吸附样品 和 样品解析 三步; 19. 根据分离机理的不同,色谱法可分为 吸附、离交、亲和、凝胶过滤色谱 20. 蛋白质分离常用的色谱法有 免疫亲和色谱法, 疏水作用色谱法 , 金属螯合色谱法 和 共价作用色谱法 ; 21. SDS-PAGE 电泳制胶时,加入十二烷基磺酸钠(SDS )的目的是消除各种待分离蛋白的 分子形状 和 电荷 差异,而将 分子量 作为分离的依据;加入二硫叔糖醇的目的是 强还原剂,破坏半胱氨酸间的二硫键 ; 22. 影响亲和吸附的因素有 配基浓度 、 空间位阻 、 配基与载体的结合位点 、 微环境 和 载体孔径 ; 23. 阳离子交换树脂按照活性基团分类,可分为 强酸性阳离子交换树脂 、 弱酸性 和 中强酸性 ;其典型的活性基团分别有 3 、 COOH - 、2)(OH PO -; 24. 阴离子交换树脂按照活性基团分类,可分为强碱性、 弱碱性 和 中强碱 性 ;其典型的活性基团分别有-+OH CH RN 33)(、2NH -、兼有以上两种基团; 25. 影响离子交换选择性的因素有 离子水合半径 、 离子价 、 离子强度 、 溶液pH ,温度 、溶液浓度 、 搅拌速率 、和 交联度、膨胀度、颗粒大小 ;
(最好能有时间过过ppt) 生物分离工程第一章绪论 1.定义:生产粗原料的过程及其之后的目标产物的分离纯化过程,即下游加工过程; 2.下游加工过程:目标产物的分离纯化。包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等 3.特点及其重要性:(1)发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液; (2)培养液是多组分的混合物;(3)生化产物的稳定性差——易引起产物失活;(4)对最终产品的质量要求很高。 4.下游加工过程的一般流程:(1)下游加工过程的一般流程;(2)初步纯化;(3)高度纯化与精制;(4)成品加工 5.分离效率的评价:目标产品的浓缩程度/分离纯化程度/回收率 6.提高回收率的方法:(1)提高每步回收率 ,(2)减少操作步骤;(3)开发新型高效的分离方法 第二章发酵液预处理和固液分离 首先要进行培养液的预处理和固液分离,才能进行后续操作: 对于胞外产物,可先将菌体或其他悬浮杂质去除,才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞内产物,首先富集菌体,再进行细胞破碎和碎片分离,然后提取胞内产物。 1.发酵液的基本特性:发酵产物浓度较低,大多为1-10%; 悬浮物颗粒小,细胞的相对密度与培养液相似;固体粒子可压缩性大;液相粘度大,大多为非牛顿型流体,不易过滤;悬浮状态稳定:双电层、水化膜、布朗运动成分复杂,杂质较多。 2.预处理的目的:促进从悬浮液中分离固形物的速度,提高固液分离的效率:⑴改变发酵液的物理性质,包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸,降低液体黏度;⑵相对纯化,去除发酵液中的部分杂质(高价无机离子和杂蛋白质),以利于后续各步操作; ⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中(多数是液相)。 3.预处理手段:絮凝与凝聚处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中,改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,破坏其稳定性,使其聚集起来,增大体积以便固液分离。常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。其余手段:加热,调节pH。 凝聚:胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子(1mm), 机理:1)中和粒子表面电荷; 2)消除双电层结构;3)破坏水化膜。 胶体双电层结构:发酵液中菌体表面带有负电荷,由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围,在界面上形成了双电层。正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响,具有离开胶粒表面的趋势。对带负电性菌体的发酵液,高价阳离子的存在,可压缩扩散层的厚度,促使ζ电位迅速降低,而且化合价越高,这种影响越显著。 电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示,使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度(毫摩尔/升),称为凝聚价或凝聚值。Schulze-Hardy法则(叔采-哈代):反离子的价数越高,凝聚价越小,即凝聚能力越强。 絮凝:使用絮凝剂(天然和合成的大分子量聚电解质)将胶体粒子交联成网,形成10mm大小絮凝团的过程。絮凝剂主要起架桥作用。机理:架桥作用。 4.加热作用:发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。只适用于对热较稳定的液体。注意加热温度与时间,不影响产物活性和细胞的完整性。 5.影响发酵液固液分离的因素:1)发酵液中悬浮粒子的大小; 2)发酵液的黏度viscosity,粘度越大,固液分离越困难。 6.板框压滤机:其过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。1)广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。 2)板框式压滤机在过滤时,悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打人框内,滤液穿过滤框两侧滤布,沿相邻滤板沟槽流至滤液出口,固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。 3)优点:过滤面积大,结构简单,价格低,动力消耗少,对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。 4)缺点:不能连续操作,设备笨重,劳动强度大,卫生条件差,非过滤的辅助时间较长。 7.错流过滤原理:液体的流向和滤膜相切。在压力推动下,悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动,利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体(滤饼)移走,而附着在滤膜上的滤饼很薄,因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。目前适用于小分子的分离。 特点:收率高(97-98%)、质量好、减少处理步聚、染菌罐也能进行处理、介质阻力大、不能得到干滤饼、需要大的膜面积。
《生物分离工程》题库 一、填充题 1. 生物产品的分离包括R 不溶物的去除 ,I 产物分离 ,P 纯化 和P 精 制 ; 2. 发酵液常用的固液分离方法有 过滤 和 离心 等; 3. 离心设备从形式上可分为 管式 , 套筒式 , 碟片式 等型式; 4. 膜分离过程中所使用的膜,依据其膜特性(孔径)不同可分为 微滤膜 , 超滤膜 , 纳滤膜 和 反渗透膜 ; 5. 多糖基离子交换剂包括 离子交换纤维素 和 葡聚糖凝胶离子交换剂 两大类; 6. 工业上常用的超滤装置有 板式 , 管式 , 螺旋式和 中空纤维式 ; 7. 影响吸附的主要因素有 吸附质的性质 , 温度 , 溶液pH 值 , 盐的浓度 和 吸附物的浓度与吸附剂的用量 ; 8. 离子交换树脂由 网络骨架 (载体) , 联结骨架上的功能基团 (活性基) 和 可 交换离子 组成。 9. 电泳用凝胶制备时,过硫酸铵的作用是 引发剂( 提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚 合所必需的自由基) ; 甲叉双丙烯酰胺的作用是 交联剂(丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作 用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链) ; TEMED 的作用是 增速剂 (催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的 聚合 ); 10 影响盐析的因素有 溶质种类 , 溶质浓度 , pH 和 温度 ; 11.在结晶操作中,工业上常用的起晶方法有 自然起晶法 , 刺激起晶法 和 晶种起晶法 ; 12.简单地说离子交换过程实际上只有 外部扩散 、内部扩散 和化学交换反应 三步; 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时,通常遵循Langmuir 吸附方程,其形式为c K c q q 0+= 14.反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的,而流动相是 极性强 的;常用的固定相有C 8 辛烷基 和 十八烷基C 18 ;常用的流动相有 乙腈 和 异丙醇 ; 15.超临界流体的特点是与气体有相似的 粘度和扩散系数 ,与液体有相似的 密度 ; 16.离子交换树脂的合成方法有 加聚法 和 逐步共聚法 两大类;
第一章 1.生物分离工程的一般过程P4 答:①发酵液的预处理主要采用凝聚和絮凝等技术来加速固相,液相分离,提高过滤速度。过滤、离心是其最基本的单元操作。 ②产物的提取采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。 ③产物的精制常采用色谱分离技术,有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。 ④成品的加工处理浓缩、结晶、干燥 第二章 一、概念: 1.发酵液的预处理:指采用凝聚和絮凝等技术来加速固相、液相分离,提高过滤速度。 2.凝集(凝聚):指在投加的化学物质(如水解的凝聚剂,铝、铁的盐类或石灰等)作用下,发酵液中的 胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。 3.絮凝:指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用,使胶粒形成粗大絮凝团的过程。 4.离心分离:指在离心场的作用下,将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。主要用于颗粒较细的悬 浮液和乳浊液的分离。(分为差示离心、均匀介质离心、密度梯度离心、等密度梯度离心和平衡等密度离心。) 5.等电点沉淀法:利用蛋白质等两性化合物在等电点时溶解度最低,易产生沉淀的性质,用酸化剂或碱化 剂调节发酵液的pH,使其达到菌体蛋白的等电点而产生沉淀。 二、填空: 1、按过滤时料液流动方向的不同,分为常规过滤和错流过滤。 2、可溶性杂蛋白的去除法包括:等电点沉淀法、热处理法、化学变性沉淀法和吸附法 三、问答 1、发酵液的一般特征? ①组成大部分为水; ②发酵产物的浓度较低; ③发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物; ④含有培养基中的残留成分,如无机盐类、非蛋白质大分子及其降解产物; ⑤含有其他少量代谢副产物;
⑥含有色素、毒性物质。热原质等有机杂质。 2、常用的絮凝剂有什么? 无极絮凝剂:Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、氯化钙、氯化镁碱式氯化铝、高分子无机聚合物等。 有机絮凝剂:壳多糖及其衍生物、明胶、丙烯酰胺类、聚苯乙烯类、聚丙烯酰类聚乙烯亚胺类。 3、影响絮凝效果的因素? 答:①絮凝剂的种类; ②絮凝剂浓度; ③ pH; 最关键因素,影响絮凝剂活性基团的解离度。 ④搅拌转速和时间。 4、发酵液预处理的方法? 答:①凝聚和絮凝方法 ②加热法 ③调节PH法 ④加水稀释法 ⑤加入助滤剂法 ⑥加吸附剂法或加盐法 ⑦高价态无机离子去除法 Ca2+——草酸、草酸钠→形成草酸钙沉淀 Mg2+——三聚磷酸钠(Na5P3P10)→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物 Fe3+——黄血盐(K4Fe(CN)6) →普鲁士蓝淀 ⑧可溶性杂蛋白的去除法 3、VB12发酵液絮凝预处理的研究 答:由正交试验确定影响絮凝的主要因素,结果表明,最佳絮凝条件:絮凝剂为聚合氯化铝、加入体积分数7%,pH6、搅拌速度14r/min、搅拌时间45s。通过加压过滤实验,得到絮凝后
1、下列物质不属于凝聚剂的有(C)。 A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁 2、发酵液的预处理方法不包括(C) A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH 3、其他条件均相同时,优先选用哪种固液分离手段(B) A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤 4、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 5、为加快过滤效果通常使用(C) A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂 6、不能用于固液分离的手段为(C) A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取 7、下列哪项不属于发酵液的预处理:(D ) A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析 8、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 9、从四环素发酵液中去除铁离子,可用(B) A.草酸酸化B.加黄血盐C.加硫酸锌D.氨水碱化 10、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 11、使蛋白质盐析可加入试剂(D) A:氯化钠;B:硫酸;C:硝酸汞;D:硫酸铵 12、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 13、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 14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为(D) A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮 15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质(B) A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应 16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀,蛋白质的浓度在(A)范围内适合。 A. %~2%B1%~3% C. 2%~4% D. 3%~5% 17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析,然后适用(C )去除金属离子。 A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC 18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中,加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀,属于(D )沉析原理。 A盐析B有机溶剂沉析C等电点沉析D有机酸沉析
填空题 1. 为了提高最终产品的回收率一是(提高每步分离效率),二是(减少分离步骤)。 2. 评价一个分离过程效率的三个主要标准是:(浓缩率),(分离系数)和(产品回收程度) 3?生物产品的分离过程包括发酵液的预处理和(液固分离),(产品的提取),(产品的精制) 和(产品的加工处理)。 4?生化反应所起的作用是产生目的产物,指标是(产率)和(转化率),而生物分离解决的 是如何从反应液中获取这些物质,涉及的是(收率)和(纯度)。 5?生物分离的主要任务:从发酵液和细胞培养液中以(最高的效率),(理想的纯度)和(最小的能耗)把目的产物分离出来。 6?生物分离过程的特点包括:(生物分离过程的体系特殊),(生物分离过程的工艺流程特殊),(生物分离过程的成本特殊)。 7. 物质分离的本质是识别混合物中不同溶质间(物理),(化学)和(生物)性质的差别利用 能识别这些差别的(分离介质)和扩大这些差别的(分离设备) 8. 性质不同的溶质在分离操作中具有不同的(传质速率)和或(平衡状态) 9. 平衡分离是根据溶质在两相间(分配平衡)的差异实现分离;溶质达到分配。平衡为扩散 传质过程,推动力仅取决于系统的(热力学性质)。 10. 差速分离是利用外力驱动溶质迁移产生的(速度差)进行分离的方法。 1. 在细胞分离中,细胞的密度越(大),细胞培养液的密度越(小),则细胞沉降 2. 区带离心包括(差速)区带离心和(等密度)区带离心。
3. 为使过滤进行的顺利通常要加入(惰性助滤剂)。 4. 发酵液常用的固液分离方法有(离心)和(过滤)等。 5?常用离心设备可分为(离心沉降)和(离心过滤)两大类; 6?常用的工业絮凝剂有(无机絮凝剂)和(有机絮凝剂)两大类。 7. 工业生产中常用的助滤剂有(硅藻土)和(珍珠岩粉)。 8. 重力沉降过程中,固体颗粒受到(重力),(浮力),(摩擦阻力)的作用, 固体匀速下降时,三个力的关系(重力=浮力+摩擦阻力)。 9. 发酵液预处理的方法包括:(凝集),(絮凝),(加热法);(调节pH法),(加水稀释法),加入(助滤剂)和(吸附剂)。 10. 发酵液中胶粒保持稳定的原因:(双电层)和(蛋白质周围水化层)结构。 11. 发酵液预处理过程中的相对纯化主要包括去除(高价态无机离子),(可溶性杂蛋白质),(色素)和(多糖类物质)。 12. 发酵液中杂蛋白的去除方法主要有(等电点沉淀法),(热处理法)和(化学变性沉淀法)。 13. 差速区带离心用于分离(大小)不同的颗粒,与颗粒(密度)无关。等密度区带离心包 括(预形成梯度密度离心)和(自形成梯度密度离心)两种方式。离心达到平衡后,样品颗粒的区带形状和平衡位置(不再发生变化)。 1?单从细胞直径的角度,细胞(直径越小),所需的压力或剪切力越大,细胞越 2. 常用的化学细胞破碎方法有(.酸碱法),(盐法),(表面活性剂处理),(有机溶剂法)和(螯合剂)。 3. 包涵体的溶解需要打断蛋白质分子和分子间的(共价键),(离子键),疏水作用及静电 作用等,使多肽链伸展。因此,包涵体的溶解需要强的变性剂,如(8mol/L尿素)和(6mol/L 盐
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;
学校代码:__11059__学号:1302021035 Hefei University 下游处理技术 XIAYOUC HULIJIS HUZONGS HU 论文题目:表面活性剂在细胞破碎的应用 学位类别:本科 学科专业:生物技术 作者姓名:刘壮 导师姓名:于宙 完成时间:2016.4.29
表面活性剂在细胞破碎的应用 摘要 表面活性剂的结构中有一个亲水基团,通常是离子;一个疏水基团,通常是烃基。表面活性剂的结构特性赋予了其既能和水也能和脂类作用的特性。表面活性剂是一类具有表面活性的物质,溶于溶液后,能显著降低液体表面张力,并能改变溶液的增溶能力。细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,同时也含有蛋白质和脂质。用表面活性剂处理后可增大细胞壁的通透性[1],这就是表面活性剂在细胞壁的破碎的原理。而细胞破碎是提取胞内产物的必由之路。本文将重点讲述表面活性剂在细胞破碎的应用。 关键词:表面活性剂;cmc;原理 沿革 在工业生产中有些目标产物不再发酵液中,而在生物体中,尤其是基因工程菌产生的大多数蛋白质不会被分分泌到发酵液中,而是在细胞内乘积。脂类物质和一些抗生素也是包含在细菌体中。这时就需要进行细胞破碎。 细胞破碎的方法很多,但是他们适用的范围和破碎效率不同。许多方法仅适合与实验室和小规模破碎。目前工业上生产应用最广泛的是高压匀浆法和珠磨法,由于他们处理量大,速度非常快而备受青睐。但是由于消耗机械能而产生大量的热量,使料液温度升高,容易造成生物活性的丧失容易造成活性物质的破坏[2]。化学方法如增溶法,通过添加表面活性剂,溶解细胞壁的脂,造成细胞壁通透性的改变,从而达到细胞破碎的目的。通过添加表面活性剂要比上述两种方法相对温和。表面活性剂处理制成细胞悬液后可用离心分离除去细胞碎片,在用其他方法如吸附柱或萃取剂分离制得产品。
PART B 生物分离工程实验 实验九硅胶色谱法分离甘油三酯 一、实验目的 通过从粗油中分离甘油三酯,学习运用凝胶色谱法分离油脂中各个成分的方法。 二、实验原理 吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同,用溶剂或气体洗脱,以使组分分离。常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。硅胶色谱频繁使用在脂质中的单一脂质,糖脂质以及磷脂质的分离。各种脂质被硅胶吸附,随着洗脱溶液的极性增加,各种极性不同的化合物被分离出来。 三、实验仪器 1. 层析柱(1.5×75cm) 2. 250mL 三角容量瓶 3. 分析天平(0.001g) 4. 真空浓缩装置 5. 搜集瓶 6. 氮气 四、实验材料与试剂 1. 正己烷 200mL 2. 乙醚15mL 3. 蒸馏水 1.3mL 4. 硅胶(100目左右) 25g 五、实验步骤 1. 活化硅胶(110度,6小时干燥)25g中加入5%蒸馏水使其部分钝化并充分混 匀放置30分钟。加入正己烷至刚好淹没硅胶为止并用超声波脱气3分钟。2. 层析柱底部放入脱脂棉少许(防止硅胶泄漏),将硅胶放入到层析柱中正己烷 溶液要没过硅胶层表面。
3. 准确称取食用油1±0.001 g加入到硅胶层析柱中用150mL正己烷/乙醚 (87∶13,v/v)洗脱,洗脱速度为2-3滴/min。洗脱时表面不能干和。 4. 收集的洗脱液用真空浓缩装置浓缩至无有机溶剂气味为止。 5. 准确称取浓缩物质量。 六、回收率计算 回收率= Ws/W×100% Ws:回收的甘油三酯质量(g) W:食用油质量(g) 七、思考题 1. 实验中加水的目的是什么? 2. 怎样验证洗脱液中收集的甘油三酯的纯度。
概念题: 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。 亲和吸附:亲和吸附是吸附单元操作的一种,它是利用亲和吸附剂与目标物之间的特殊的化学作用实现的高效分离手段。亲和吸附剂的组成包括:惰性载体、手臂链、特异性亲和配基。 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。 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。 反渗透:在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧,形成大于渗透压的压力差,就可以使溶剂发生倒流,使溶液达到浓缩的效果,这种操作成为反渗透。 流动相:在层析过程中,推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或租临界体等,都称为流动相。 离子交换平衡:当正反应、逆反应速率相等时,溶液中各种离子的浓度不再变化而达平衡状态,即称为离子交换平衡。 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。 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,它在两相的浓度为一常数叫分配系数。 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。 过滤:是在某一支撑物上放过滤介质,注入含固体颗粒的溶液,使液体通过,固体颗粒留下,是固液分离的常用方法之一。 吸附:是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力,使其富集在吸附剂表面的过程。 离心过滤:使悬浮液在离心力场作用下产生的离心力压力,作用在过滤介质上,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。 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,降低溶质的溶解度,使其沉淀析出。 膜分离: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。
1,生物分离工程:是指从发酵液,酶反应液或动植物细胞培养液中分离,纯化生物产品的过程。它描述了生物产品的分离,纯化过程的原理,方法和设备,因为它处于整个生物产品生产过程的后端,所以也称为生物工程下游技术。2,凝集:通过加入无机盐,在无机盐作用下,发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成块状絮凝体的过程。3,絮凝:指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用,使胶粒形成粗大絮凝团的过程。4,离心分离:是指在离心场的作用下,将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。5,过滤:发酵液通过一种多孔介质,固体颗粒被截留的过程。6,滤饼过滤:固体颗粒沉积于过滤介质表面形成滤渣层。7,深层过滤:固体颗粒进入并沉积于多孔孔道内,溶液经孔道缝隙流过滤渣。8,细胞破碎:是采用一定的方法,在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜,使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术,是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质的基础。9,机械破碎法:通过机械运动产生的剪切力使组织细胞破碎。10,物理破碎法:通过各种物理因素作用,使组织细胞的外层结构破坏,使细胞破碎。生物分离工程(下游加工过程)11,化学破碎法:通过各种化学试剂对细胞膜的作用,使组织细胞的外层结构破坏,使细胞破碎。12,通过细胞本身酶系或外加酶催化剂的催化作用,使外层结构破坏。13,超声破碎法:在超声波作用下,液体发生空化作用,空穴的形成,增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力,使细胞破碎。14,空化作用:指存在于液体中的微气核空化泡在声波作用下发生变化,声压达到一定值,在声波纵向传插负压区,空泡化增大,在声波传播的正压区,空泡闭合,在反复增大,闭合中,空泡化崩溃,崩溃的瞬间,产生巨大的剪切力。15,酶解法:利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞,使细胞壁受到破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜。16,酶解—自溶作用:利用生物体自身产生的酶来溶胞,而不需要外加其他酶。17,自溶作用:改变其生长环境,可诱发产生过剩的这种酶或激发产生其他的自溶酶,以达到自溶作用。18,包含体:一种蛋白质不溶性聚集体,包括目标蛋白,菌体蛋白等。目标蛋白的一级结构是正确的但立体结构是错误的,所以没有生物活性。19,沉淀:是指溶液中加入沉淀剂使溶质溶解度降低,生成无定形固体从溶液中析出的过程。20,盐析法:蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低,以至于从溶液中沉淀出来的方法。21,等电点沉淀法:利用蛋白质在pH等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀。22,萃取:利用溶质在互不相溶的溶解度不同,用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。23,分配定律:在恒温恒压下,溶质在互不相溶的;两相中分配,达到分配平衡后,如果其在两相中的相对分子质量相等,则其在两相中的平衡浓度之比为一常数,称为分配系数k。k=a/c2=萃取相中的浓度/翠余相的浓度。24,超临界流体:是指物质处于其临界温度和临界压力以上而形成的一种特殊状态的流体。25,超临界流体萃取:也叫气体萃取,流体萃取,稠密气体萃取或蒸馏萃取。作为一种分离过程的开发和应用,是基于一种溶剂对固体和液体的萃取能力和选择性在超临界状态下较之在常温常压下可获得极大的提高。它是利用超临界流体,即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,作为萃取剂,从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分,以达到分离和纯化的目的。26,膜分离过程:是具有选择透过性的天然或合成薄膜为分离介质,在膜两侧的推动力作用下,原料液体混合物或气体混合物中的某个或某些组分选择性地透过膜,使混合物达到分离,分级,提纯,富集和浓缩的过程。27,水通量:指纯水在一定温度,压力下(,25℃),单位时间,单位膜面积透过的水的量。 28微滤:以压力差为推动力,截留水中粒径在~ 10m之间的颗粒物的膜分离技术。29,超滤:在压力差的驱动下,用可以阻挡不同大小分子的滤板或滤膜将液体过滤的方法。30,纳滤:以压力差为推动力,介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。