绪论
1、生物分离工程的定义：从发酵液或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。
2、生物分离工程特点：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
生化产品的稳定性差；4 对最终产品的质量要求高。
3、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？
答：1、发酵液的预处理与固液分离，过滤(filtration) 、离心(centrifugation) 2、初步纯化，沉淀(precipitation) 、萃取(extraction) 、吸附( adsorption )、膜分离(membrane
separation) 3 、高度纯化，色谱 ( chromatography )、电泳(electrophoresis) 4、成品加工，结晶(crystallization) 、干燥(drying) 。
4、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？
答：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、产品和主要杂质独特的物化性质6、不同分离方法的技术经济比较。
5、阐述生物分离工程的发展动向。
答、1、基础理论研究2、提高分离过程的选择性3、开发分离介质4、提高分离纯化技术5、清洁生产
6 、规模化、工程化研究
6、分离效率的评价：目标产物的浓缩程度、分离纯化程度、回收率
第二章细胞分离与破碎Cell isolation and disruption
1 如何预处理发酵液?
答：1. 高价无机离子的去除方法去除钙离子：通常使用草酸。去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。去除铁离子: 加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。2、杂蛋白质的除去：沉淀、
吸附法、变性法、凝聚Coagulation 和絮凝flocculation 3. 有色物质的去除及其他：使用吸附剂去除有色物质(离子交换剂、离子交换纤维、活性炭等) 、用工业酶制剂可净化发酵产物，除去干扰性浑浊物、使用惰性助滤剂、加入反应剂
2 凝聚和絮凝的区别
答：凝聚：向胶体悬浮液中加入电解质，由于双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集( 1mm 左右)的现象。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( 10mm)的絮凝团的过程。
絮凝剂可分为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。
3 滤饼的重量比阻rB ：滤饼的重量比阻rB：表示单位滤饼厚度的阻力系数，是衡量过滤特性的主要指
标。对于不可压缩滤饼，比阻值为常数，但对于可压缩滤饼，rB = f(p)。
4 常用固- 液分离方法、设备及其特点
答：固-液分离设备：板框式压滤机优点：结构简单、价格低廉、过滤面积大。缺点：不能连续操作、劳动强度大、滤液澄清度不高。2. 鼓式真空过滤机主要用于霉菌发酵液的过滤优点：能连续操作，实现自动化控制，适用于处理量大而固体含量较多的滤浆。缺点：压差较小，不适用于滤饼阻力较大的物料。
3、错流过滤是一种新的过滤方式，
与常规过滤的区别在于它的固体悬浮液流动方向与过滤介质平行。优点：过滤速度快。缺点：固液相的分离不太完全4. 离心分离设备1）差速离心生化工业最常用的方法2）区带离心生化研究分为差速区带离心（沉降系数）和平衡区带离心（密度）用于核酸、蛋白质的分离纯化。设备管式离心机、碟片式离心机、三相倾斜式离心机、含固量较多的发酵液。
5 常用的细胞破碎方法, 了解机械破碎法所用设备
答：方法：机械、物理、化学1. 机械破碎高压匀浆器、水平密闭型珠磨器、喷雾撞击破碎器、超声波仪
第三章初级分离
1 常用的蛋白质沉淀方法有哪些？答：盐析沉淀、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、其他沉淀法（热沉淀、特殊沉淀剂法、聚电解质、某些多价金属离子）
2 比较Ks 盐析法和β盐析法
答：β—盐浓度为0时，蛋白质溶解度的对数值。与蛋白质种类、温度、pH 值有关，
与盐无关。Ks—盐析常数，与蛋白质和无机盐的种类有关，与温度、pH值无关。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。
3 影响盐析的主要因素有哪些？答：1、无机盐种类离子半径小﹑电荷较多的阴离子盐析效果较好。2、
温度和pH 值。3、
蛋白质浓度
4 用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？
答：⑴ 温度：温度越低，沉淀越完全。－10℃。⑵ 乙醇浓度：乙醇浓度上升，蛋白质溶解度下降。⑶ pH 值：pI。⑷蛋白质浓度：0.5%～2%稀：溶剂用量大，回收率低，但共沉作用小；浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨率低。
6 泡沫分离定义、原理和操作过程影响因素
答：定义：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方法。原理：利用待分离物质本身具有表面活性或能与表面活性剂结合，在泡沫柱中被吸附在气泡表面，
得以富集，气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待分离物质的目的。（泡沫柱和消泡器）影响因素：A、料液性质溶液的pH 值、离子强度和其他添加剂. B 、表面活性剂浓度不宜超过临界胶束浓度。C、操作条件温度应达到表面活性剂的起泡温度气体流速 D 、泡沫柱
第四章膜分离
1 何谓膜分离？主要有哪几种膜分离方法？
答：膜分离的定义：利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。微滤、超滤、反渗透、透析、电渗析、渗透汽化。
2 膜分离技术有何优缺点？
答：优点：1 易于操作。常温下可连续使用,可直接放大，易于自动化。2、成本低，寿命长。维护方便，能耗少。3、效率高，特别适宜于热敏感物质分离浓缩。4、无相转变，分
离精度高，没有二次污染。缺点：价格高、易污染、应用受限制。
3 分析比较微滤、超滤和反渗透的异同点。
答：
反渗透不对称膜、复合膜﹤
1nm
水压力1-10mpa溶解或悬浮物质
超滤不对称微孔膜
1-50nm 水和盐0.1-1Mpa生物大分子
胶体物质
微滤对称微孔膜，
0. 1-10μ m 水和溶解物质
0.05-0.5Mpa
悬浮物质
反渗透：定义：在溶质浓度高的一侧施加超过渗透压的压力，使溶剂透过膜的操作。RO 膜无明显的孔道结构，透过机理尚不十分清楚。UF 膜和MF 膜有明显的孔道结构，主要用于截留高分子溶质或固体微粒。超滤膜孔径比MF 膜小，用于处理不含固形成分料液，根据高分子溶质间或高分子溶质与小分子溶质间分子量差别进行分离；膜两侧渗透压差较小，操作压力较低。微滤膜孔径大，用于悬浮液过滤，广泛用于菌体分离与浓缩；膜两侧渗透压可忽略，甚至可在常压下操作。
4 理解概念：膜，水通量，截留分子量，截留曲线，浓差极化，凝胶极化答：水通量：定义：在一定条件下（一般压力为0.1MPa，温度为20℃ ），单位时间透过单位膜面积的纯水体积。浓度极化：定义：膜分离操作中，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，高于料液主体浓度的现象。影响：膜两侧渗透压差增大，透过通量降低。凝胶极化：定义：当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。影响：产生附加的传质阻力，透过通量降低。截留曲线：膜的截留率与溶质分子量之间关系的曲线。一般将在截留曲线上截留率为0.90 的溶质分子量定义为膜的截留分子量。膜的定义：在一种流体相间有一薄层凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。膜生物反应器定义：膜分离过程与生物反应过程耦合的生物反应装置。
5 影响截留率、膜分离速度的因素有哪些？答：（一）截留率：1、溶质分子量2、分子特性不同分子截留率大小顺序：球形＞带支链＞线性；对于荷电膜，与膜相反电荷的分子截留率较低；若膜对溶质有吸附作用，截留率增大。其他高分子溶质的影响其他高分子溶质的存在使溶质截留率增大。操作条件温度升高，膜表面流速增大，截留率降低；pH=pI 时，蛋白质的截留率高于其他pH 下的截留率。（二）膜分离速度的因素：1、操作方式传统过滤操作：采用终端过滤（Dead-end filtration）形式，即料液流向与膜面垂直。膜表面滤饼阻力大，透过通量很低。超滤和微滤操作：采用错流过滤可大大减轻浓度极化现象，使透过通量维持在
较高水平2、流速流速增大，传质系
数提高，透过通量增大。流速增大，也有减弱浓度极化或凝胶极化的作用。 3.压力压力较小
时，无浓度极化现象发生4、料液浓度
6 膜分离设备按膜组件形式可分为几种？相比较的优缺点？
答：膜组件定义：由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这些部件的容器构成的一个单元。管式：特点：结构简单，适合于处理悬浮物含量较高的料液，清洗比较容易；缺点：造价高，比表面积很小。平板式膜组件：特点：保留体积小，比表面积较大，液流稳定。但造价较高，操作方式为间歇式，主要用于小规模的分离纯化。螺旋卷式膜组件：特点：比表面积大，结构简单价格较便宜, 换新膜容易；处理悬浮物浓度较高的料液时易堵塞，难清洗。中空纤维（毛细管）式膜组件：特点：比表面积最大,可方便地进行反洗，造价低，工业上普遍使用；易堵塞，对料液要求高。
膜污染有哪些途径造成？如何有效防止和清除膜污染？
答：造成膜污染的主要原因：凝胶极化现象引起的凝胶层；溶质在膜表面的吸附；膜孔堵塞；膜孔内的溶质吸附。影响：透过通量大幅度下降；降低目标产物的回收率。减轻膜污染的方法：1、料液的预处理预过滤、絮凝、调节pH值2、改善膜的性质表面极性、电荷、流体力学条件3、改变操作条件提高水温、降低膜两侧的压差或料液浓度。膜污染的处理与再生：1、物理方法清洗高速水洗、等压水洗、反洗、循环清洗。2 化学清洗方法①起溶解作用的物质：酸、碱、酶（蛋白酶）、螯合剂、表面活性剂、分散剂。②起切断离子结合作用的方法：改变离子强度、pH、电位。③起氧化作用的物质：过氧化氢、次氯酸盐④起渗透作用的物质：磷酸盐、次氯酸盐。
8、渗透气化：定义：通过渗透气化膜，在膜两侧溶质分压差的作用下，根据溶质间透过膜速度的不同，并在透过侧发生气化，使液体混合物得到分离的膜分离法。特点：溶质发生相变，消除了渗透压的作用，可在较低压力下进行，适于高浓度混合物的分离；特别适用于共沸物和挥发度相差较小的双组分溶液的分离。
9 试论述反渗透在工业中的应用。
答：海水淡化、超纯水制备、抗生素和氨基酸等浓缩、回收有机溶剂
10、膜分离在生物产物分离纯化方面的应用：答：培养基除菌；发酵液中细胞的收集或除去；细胞破碎后碎片的除去；目标产物部分纯化后的浓缩或洗滤除去小分子溶质；最终产品的浓缩和洗滤除盐；制备无热原水等。
第五章萃取
1 分配定律及其适用条件是什么？
答：分配系数m：一定温度、压力下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，则其在两相中的总浓度之比。分配定律：一定温度、压力下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，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常数, 即分配常数A。适用条件：（1）必须是稀溶液; （2）溶质对溶媒之互溶没有影响；（3）溶质必须是同一种分子类型，不发生缔合或离解。
2 理解概念：萃取、反萃取萃取因子、物理萃取、化学萃取带溶剂乳化HLB 多级错流萃取多级逆流萃取答：萃取：利用溶质在互不相溶两相间分配系数的不同使溶质得到纯化或浓缩的方法。反萃取定义：调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作。萃取因子E ：萃取平衡后萃取相与萃余相中目标产物质量之比。物理萃取定义：溶质根据相似相溶原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生化学反应。化学萃取定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化学反应生成脂溶性复合分子，使溶质向有机相分配。带溶剂定义：能和欲提取的生物物质形成复合物而易溶于溶剂中，此复合物在一定条件下又容易分解。乳化的定义：一种液体成细小液滴（分散相）分散在另一不相混合的液体（连续相）中形成的分散体系的现象。HLB —亲憎平衡值，表示表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱。多级错流萃取：由几个混合- 澄清器单元串联组成，萃取剂分别加入各萃取单元，料液从第一级通入，逐次进入下一混合器的萃取操作。多级逆流萃取：由几个单级萃取单元串联组成，料液和萃取剂分别从两端连续加入，互成逆流接触。
3 水相物理条件如何影响溶剂萃取操作？
答：1）pH 值物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH 降低（即氢离子浓度增大）而增
大，而弱碱性电解质则正相反。2）温度生化产物一般在室温或较低温度下进行。3）无机
盐无机盐可使产物在水中溶解度降低，而易于转入有机溶剂中；还能减少有机溶剂在水中的溶解度。4）带溶剂能和欲提取的生物物质形成复合物而易溶于溶剂中，此复合物在一定条件下又容易分解。
4 发酵液乳化现象是如何产生的？对分离纯化产生何影响? 如何有效消除乳化现象？答：1、乳化现象产生的本质是因为表面活性物质的存在。2、产生乳化后使有机相和水相分
层困难，出现两种夹带：①发酵废液（萃余液）中夹带有机溶剂（萃取液）微滴，使目标产物受到损失；
②有机溶剂（萃取相）中夹带发酵液（萃余液），给后处理操作带来困难。3、1）过滤和离心分离2）加热3）稀释4）加电解质5）顶替法6）转型法。
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。
1 理解概念：相图双结点线系线临界点交错分配法聚合物的不相溶性答：双结点线位置和形状与聚合物的分子量有关。聚合物的分子量越高，相分离所需的浓度越低；两种聚合物的分子量相差越大，双结点形状越不对称。双结点以下为均相区，以上为两相区。系线TB 系线的长度是衡量两相间相对差别的尺度，系线越长，两相间的性质差别越大，反之则越小。临界点当系线长度趋向于零时，即在图b 的双节线上C 点，两相差别消失，任何溶质在两相中的分配系数均为1，因此C 点称为临界点（critical point）。交错分
配法：测定蛋白质等电点的一种方法，在双水相不同盐系统中，分配系数与pH 之间的关系曲线的交点即为蛋
白质的等电点。聚合物的不相溶性（incompatibility）：当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时，由于相对分子质量较大，分子间的相互排斥作用与混合过程的熵增加相比占主导地位，一种聚合物分子的周围将聚集同种分子而排斥异种分子，当达到平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相。这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不相溶性。
2 双水相体系可分为哪几类？目前常用的体系有哪两种？
答：1、高聚物/高聚物体系（分子间斥力）聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx ）2、高聚物/无机盐体系（盐析作用）PEG/硫酸盐或PEG/磷酸盐
3 双水相萃取的影响因素有哪些？
答：一）聚合物的种类、浓度及平均分子量1、疏水性相差越大，越有利于两相的分离。2成相聚合物的总浓度增加，系线越长，两相性质的差别增大，蛋白质越容易分配于其中的某一相。3.当聚合物的分子量降低时，蛋白质易分配于富含该聚合物的相。（二）盐的种类和
浓度盐的种类和浓度对分配系数的影响主要反映在对相间电位和蛋白质疏水性的影响。（三）pH 值1. 体系pH 值影响蛋白质分子可电离基团的离解，因而改变表面电荷而影响分配系数。
2. pH 影响缓冲物质磷酸盐的离解程度，影响相间电位差，从而影响分配系数（四）温度分配系数对温度的变化不敏感，可在室温下操作。
液膜萃取
1 名词解释：液膜、流动载体、离子泵答：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。液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。它能把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象起到分离的作用。流动载体在膜相中加入可溶性的萃取剂，在液膜内选择性迁移待分离的物质。
2 液膜的组成和分类?
答：组成：液膜通常是由溶剂、表面活性剂和添加剂制成。
分类：1、乳状液膜（W/O）/W（水-油-水）油膜生物分离、（O/W）/O（油-水-油）2、支撑液膜3、流动液膜
3 流动载体必须具备的条件？
答：a 溶解性b 络合性c 载体不与膜相的表面活性剂反应。流动载体按电性可分为带电载体与中性载体，一般来说中性载体的性能比带电载体（离子型载体）好。中性载体中又以大环
化合物最佳。
4 液膜萃取机理分类? 答：①单纯迁移又称物理渗透，根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度（分配系数）和扩散系
数的不同进行萃取分离。②反萃相化学反应促进迁移③ 膜相载体输送5、影响液膜分离效果的因素
答、1、液膜体系组成的影响2 液膜分离工艺条件的影响1）搅拌速度的影响2）接触时间的影响3）乳水比的影响4）操作温度的影响5）料液的浓度和酸度的影响6）膜内比Roi 的影响
反胶团萃取
1 临界胶团浓度、反胶团
答：反胶团的定义：两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水基团自发地向内聚集而成的，
内含微小水滴的，空间尺度仅为纳米级的集合型胶体。临界胶团浓度,是胶团形成时所需表面活性剂的最低浓度，用CMC 来表示，这是体系特性，与表面活性剂的化学结构、溶剂、温度和压力等因素有关。
2 反胶团形成的条件，反胶团和胶团的比较
答：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团浓度(CMC) ，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶团表面活性剂的极性头朝内，疏水的尾部向外，中间形成极性的“核”胶团：表面活性剂的极性头朝外，疏水的尾部朝内，中间形成非极性的“核。
3 影响反胶团萃取蛋白质的主要因素
答：1、水相pH 值对于阳离子表面活性剂、溶液的pH 值需高于蛋白质的pI 值，反胶团萃取才能进行；对于阴离子表面活性剂，当pH> pI 时，萃取率几乎为零。2 离子强度a.离子
强度增大后，反胶团内表面的双电层变薄，减弱了蛋白质与反胶团内表面之间的静电吸引，从而减少蛋白质的溶解度；b. 盐浓度的增大，反胶团产生脱水效应，反胶团直径减小，空间排阻作用增大，蛋白质的溶解率下降；c 离子强度增加时，增大了离子向反胶团内“水池” 的迁移并取代其中蛋白质的倾向，使蛋白质从反胶团内被盐析出来；3、表面活性剂种类和
浓度。选用有利于增强蛋白质与反胶团间的静电作用和增加反胶团大小的表面活性剂。4、
其他因素有机溶剂: 有机溶剂的种类影响反胶团的大小。温度: 增加温度能够增加蛋白质在有机相的溶解度
4 反胶团萃取法的优点
答：1.有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性。 2.分离、浓缩同时进行，过程简便。3.能
解决蛋白质在非细胞环境中易迅速失活的问题。 4.可直接从完整细胞中提取蛋白质和酶。5.
成本低，溶剂可反复使用
超临界流体萃取法
1 超临界流体的性质
答：超临界流体密度接近液体，溶解能力与液体相近；低黏度、高扩散系数易流动
2 理解概念：夹带剂在纯流体中加入少量与被萃取物亲和力强的组分，以提高其对被萃取组分的选择性和溶解度，添加的这类物质称为夹带剂。
3 超临界流体萃取的原理、基本过程
答：在临界点附近，压力上升或温度下降则超临界流体的密度增加，从混合物中有选择地溶解某种组分，然后通过减压，升温或吸附将其分离析出。
(1)依靠压力变化的萃取分离法(等温法) (2)依靠温度变化的萃取分离法(等压法) (3)用吸附剂进行的萃取分离法(吸附法)
4 阐述超临界流体萃取的优缺点