生物工程习题Word下载.docx

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微波提取

利用样品中目标物分子在微波电磁场的作用下，从原来的热运动状态转为跟随微波交变电磁场而快速排列取向，将微波能量转化为样品内的能量，从而加速目标物从固相进入溶剂相的过程。

超声提取

利用超声技术,使植物细胞壁及生物体破裂，导致胞内物质释放、扩散、溶解,从而加速目标物从固相进入溶剂相的过程。

吸附分离技术

利用固体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,以除去有害成分或分离回收有用目标产物的过程。

离子交换技术

通过溶液中带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换，利用其静电作用力的差异而达到分离纯化的方法。

吸附平衡

一定条件下，流体（液体）与吸附剂接触，流体中的吸附质被吸附剂吸附，经足够长时间后，吸附质在两相中的含量不再改变，即吸附质在流体和吸附剂上的分配达到一种动态平衡，称为吸附平衡。

吸附等温线

实验测定一定温度下的吸附平衡数据，绘制成吸附剂上吸附质的吸附量与流体中吸附质浓度的关系曲线。

色谱分离技术

是一类分离方法的总称，又称色谱法、层析法、层离法等。

它是利用不同组分在固定相和流动相中的物理化学性质的差别，使各组分在两相中以不同的速率移动而进一步分离的技术。

阻滞因数（比移值）

在薄层层析中,某溶质斑点到原点的距离与溶剂前沿到原点距离之比.又称为Rf,，Rf,越大，溶质随流动相移动快，被洗脱速率也就越快。

凝胶色谱

基于分子大小不同而进行分离的一种分离技术，又称凝胶过滤、凝胶渗透过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析或排阻层析。

亲和色谱

利用固定相配基与生物大分子之间的特殊生物亲和力的不同实现分离的。

广泛用于酶、抗体、核酸、激素等生物大分子以及细胞、细胞器、病毒等物质的分离与纯化。

特异性洗脱

利用含有与亲和配体或目标产物具有亲和结合作用的小分子化合物溶液作为洗脱剂，通过与亲和配基或目标产物的竞争性结合，洗脱目标产物。

非特异性洗脱

通过调节洗脱液的pH、离子强度、离子种类或温度等理化性质降低目标产物的亲和吸附作用，是较多采用的洗脱方法。

膜分离技术：

利用具有一定选择性透过的过滤介质进行物质分离的技术。

膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程。

结晶

物质以晶体的型态从溶液、熔融混合物或蒸气中析出的过程称为结晶（crystallization），结晶是生物化工生产中，获得纯固态物质的一种重要的分离方法，是传质分离过程的一种单元操作。

蒸发结晶

通常是通过加热蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，再继续蒸发溶剂，溶质就呈晶体析出。

蒸发结晶，常用于分离提纯溶解度随温度变化相对较小的溶质。

降温结晶

通过加热溶液（同时蒸发溶剂），使溶液由不饱和变为饱和，再降低饱和溶液的温度，溶质则呈晶体析出。

降温结晶，常用于分离提纯溶解度随温度变化较大的溶质。

重结晶法

选用对结晶物难溶而对杂质易溶的溶剂和条件，对粗结晶物进行再次结晶。

溶解度曲线

在一定压强下，以物质的溶解度对温度作图，得到的曲线称为溶解度曲线。

在结晶操作中，溶解度及溶解度曲线是我们分离多组分溶液的理论依据。

二、简答题

1.简述晶体形成过程

⑴介质达到过饱和状态

晶体从溶液中形成，不论是通过减少溶剂量还是通过降低温度，首先须使其介质达到过饱和状态。

⑵晶核的形成

当介质达到过饱和状态后，溶液中便产生细小晶粒（称为晶核）。

晶核的形成是晶体生长过程必不可少的核心。

⑶晶体的生长

溶质在过饱和度推动力的作用下，向晶核运动，并在其表面有序堆积，使晶核或晶种不断长大形成晶体。

2.结晶溶剂选择原则

⑴不能与溶质有化学反应，不影响生物分子活性

2有较高的温度系数

3易于用溶解度差异或温度影响除去杂质

4其他考虑因素：

操作要方便、安全、回收及成本

3、晶体形成的条件

（1）物质特性：

形成晶体的先决条件。

分子越小越易结晶,分子越大越难结晶。

许多盐类、尿素、各种有机酸、单糖、核苷酸、氨基酸、维生素、辅酶、双糖等小分子物质易形成结晶。

（2）溶质的纯度：

越纯越易。

多数蛋白质和酶必须达到50％才能结晶;

（3）溶液饱和度：

过饱和溶液容易形成晶体;

4.影响晶体形成的因素有哪些

1）温度

温度影响溶质或杂质溶解度,温度还影响晶体形态;

2）pH值：

影响溶质溶解度,进而影响晶体形成;

3）结晶时间：

结晶时间长，晶体大，纯度高

4）搅拌速度：

过快易造成溶解、晶体损坏。

工业上选用5～15r/m

5.膜污染常用的清洗技术

（1）物理清洗:

反冲洗,气液混合振荡清洗,机械刮除等;

（2）化学清洗:

碱性清洗剂,酸性清洗剂,表面活性剂等;

（3）生物清洗:

利用具有生物活性清洗剂清洗,生物剂固定在膜上,使膜具有抗污染能力。

6.色谱分离技术的特点和缺点

（1）分离效果高;

（2）应用范围广;

（3）选择性强;

（4）设备简单

色谱法的缺点是处理量小、操作周期长、不能连续操作。

7.凝胶色谱法及其原理

凝胶色谱是基于分子大小不同而进行分离的一种分离技术，又称凝胶过滤

七原理是利用小分子物质可在凝胶颗粒间隙中扩散外，还可以进入凝胶颗粒的微孔中，如此不断地进入和扩散，小分子物质的下移速度落后于大分子物质，从而使样品中分子大的先流出色谱柱，中等分子的后流出，分子最小的最后流出，这种现象叫分子筛效应。

8.亲和色谱及其原理

亲和色谱利用固定相配基与生物大分子之间的特殊生物亲和力的不同实现分离的。

亲和色谱是应用生物高分子物质能与相应专一配基分子可逆结合的原理,将配基通过共价键牢固地结合于固相载体上制得亲和吸附系统。

生物分子与配体特异结合，具有高度的特异性和亲和力。

9.大孔吸附树脂吸附规律

（1）非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质

（2）高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质

（3）中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力

（4）水溶液中，同族化合物分子量大，极性弱易吸附

（5）无机盐促进吸附

10.大孔吸附树脂解吸规律

（1）低级醇，酮或其水溶液（a溶胀聚合物，b溶解吸附物，减弱溶质与吸附剂间作用力）

（2）弱酸性物质用碱解吸（成盐）

（3）弱碱性物用酸解吸（成盐）

（4）高盐吸附时用水解吸（降低离子强度，降低吸附量）

（5）易挥发溶质用热水或蒸汽解吸

11.萃取剂选择的要求

（1）有很大的萃取容量；

（2）良好的选择性；

（3）与被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、界面张力小或适中，有利于相的分散和两相分离；

（4）溶剂的回收和再生容易；

（5）化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小；

（6）价廉易得；

安全性好，对人体无毒性或毒性低。

12.影响萃取操作的主要因素

（1）温度:

温度↑互溶性增大；

温度↓产物稳定性提高，粘度增加，扩散性能减小。

（2）pH值:

pH低，有利于酸性物质分配在有机相，pH低高,有利于碱性物质分配在水相。

（3）溶媒比:

溶媒比↑萃取效果↑溶媒回收费用↑;

（4）盐分:

无机盐类如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产物在水中的溶解度而使其更易于转入有机溶剂相中，另一方面还能减小有机溶剂在水相中的溶解度。

13.乳化的形成原因及去除方法

乳化即水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象。

乳化带来有机相和水相分相困难;

破乳方法:

离心,化学法,物理法如加热，吸附或稀释,加入其它表面活性剂

14.双水相萃取的优点及常用聚合物

优点

（1）使固液分离和纯化两个步骤同时进行，一步完成；

（2）适合热敏物质的提取，主要是胞内酶；

（3）亲水性聚合物加入水中，形成两相，在这两相中，水分都占大比例（85～95％），这样生物活性蛋白质在两相中不会失活，且以一定比例分配于两相中。

常用聚合物:

聚乙二醇－葡聚糖和聚乙二醇－无机盐系统;

15.双水相萃取主要步骤

（1）细胞破碎匀浆,双水相萃取

目标蛋白分配在上相-PEG相,细胞碎片及其它杂质分配在下相-盐相;

（2）除去上相核酸及多糖

上相加入适量盐,除去核酸及多糖,而蛋白质保留在上相.

（3）目标蛋白转移到下相而与上相PEG分离

上相加入适量盐或调PH,使目标蛋白转移到下相-盐相,而与上相PEG分离

16.常用溶剂提取的方法及特点

（1）浸渍法——适于对热不稳定成分（提取率不高）

（2）渗滤法——优于

（1）法，但溶剂用量大

（3）煎煮法——水提，不适于对热不稳定的成分及挥发油成分

（4）回流提取法——适于用有机溶剂提

（5）连续回流提取法——用索氏提取器提，溶剂用量少，提取率高

17.工业生产中有哪些常用的生物分离技术

（1）回收技术：

絮凝、离心、过滤、微过滤等。

（2）细胞破碎技术：

球磨、高压匀浆、化学破碎等。

（3）初步纯化技术：

吸附、离子交换、沉淀（盐析、有机溶剂沉淀、等电点、沉淀剂）、萃取、膜分离技术、超滤等。

（4）高度纯化技术：

离子交换、结晶、各类色谱（层析）技术，如亲和色谱、疏水色谱等。

（5）成品加工：

浓缩、喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥、冷冻干燥、结晶等。

三、问答题

1.请详细介绍晶体形成中有哪些结晶方式

1.蒸发结晶

加热蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，再继续蒸发溶剂，溶质就呈晶体析出。

分离提纯溶解度随温度变化相对较小的溶质。

2.降温结晶

加热溶液（同时蒸发溶剂），使溶液由不饱和变为饱和，再降低饱和溶液的温度，溶质则呈晶体析出。

分离提纯溶解度随温度变化较大的溶质。

3.加沉淀剂结晶法

1）盐析结晶法

2）加有机溶剂法：

利用有机溶剂挥发性,直接用有机溶剂如乙醇沉淀;

3）等电点结晶法

4.其他结晶法

1）结晶衍生物法：

将难以结晶物质转变为能结晶的衍生物，然后用其他方法复原。

如有机酸盐、生物碱盐、胺盐、汞－木瓜蛋白酶等。

2）重结晶法：

2.影响超滤和微滤过程操作有哪些主要因素,是怎样影响膜过滤的?

（1）膜污染:

料液中粒子在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔变小或堵塞的现象;

（2）加压过滤方式:

死端过滤容易引起膜污染,而错流过滤可以延缓膜污染,有利于过滤;

（3）操作压差:

在低压区，膜通量随压力增大近似直线增加;

中压区,浓差极化和膜污染，膜通量呈曲线增加;

（4）料液流速:

流速高，边界层厚度小，传质系数大，浓差极化现象轻，渗透通量大。

（5）截留液浓度:

料液浓度越大，边界层越厚，越容易达到饱和形成