生物的工业下游技术复习Word格式.docx
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b、拟平衡（速度差）分离操作：
在混合物体系本身所占有的空间之外加一个能引起物质分离的势能场，在它的作用下，形成分离场。
c、非平衡分离操作：
利用物质移动速度差和广义的、基于“屏蔽效应”的分离操作。
分子识别：
酶和底物的专一性结合。
钥匙和锁的关系。
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泡沸石（无机吸附剂）可用做分子筛，对气体分子选择性吸附分离。
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作例⑶
离心机
第三章发酵液预处理
1、发酵液预处理的目的：
改变发酵液物理性质，提高固液分离的效率
2、改善发酵液过滤特性的物理化学方法：
a、降低液体黏度b、调整pHc、凝聚与絮凝d、
加入助滤剂e、加入反应剂
3、凝聚—指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象；
常用的凝聚剂电解质：
硫酸铝、氯化铝、三氯化铁、硫酸亚铁、石灰
絮凝——指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。
目前最常用的絮凝剂是有机合成的聚丙烯酰胺类衍生物。
4、高价无机离子的去除方法
Ca2+――草酸、草酸钠形成草酸钙沉淀（注意回收草酸）；
Mg2+——三聚磷酸钠形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物；
Fe2+――黄血盐普鲁士蓝沉淀
5、杂蛋白的去除方法：
沉淀法、变性法、吸附法
（1）沉淀法：
酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀
（2）变性法：
加热；
大幅度调节
PH值；
加酒精、丙酮等有机溶液或表面活性剂等（3）吸附法：
加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去。
6、固液分离的方法：
重力沉降、浮选、旋液分离、过滤、离心
7、作业第三题
碟片式离心机是传统离心机，为目前工业上应用最广泛的离心机。
分离因数可达1000-20000，最大处理量达到300m3/h，常用于大规模的分离过程。
适用范围：
细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片
GF型（分离型），用于分离各种乳浊液,特别适用于二相相对密度差甚微的液一液分离以及含有少量杂质的液一液一固分离。
GQ型（澄清型），用于分离各种难于分离的悬浮液。
特别适合于浓度小、粘度大，固相颗粒细，固液重度差较小的固液分离。
管式离心机管式离心机是一种分离效率很高的离心分离设备，其转鼓细长，可在
15000-50000的高转速下工作，分离因数可达104-6X105。
它设备简单、操作稳定。
适用范围：
细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸等。
特别适合一般分离机难以分
离的固形物含量<
1%发酵液的分离
倾析式分离机是一种靠离心力和螺旋的推动力作用自动连续排渣的离心机。
具操作连续、适
应性强、结构紧凑和维修方便的优点。
分离因数为1500-3000。
特别适合固形物含量较多的悬浮液的分离。
因分离因数较低，不适合细菌、酵母
等微小微生物悬浮液的分离。
板框过滤机：
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。
真空转鼓过滤机：
真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、处理量大。
特别适合固体含量大（>
10％）的悬浮液的分离，在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离。
由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。
8、过滤：
在一定的压力差下，利用多孔性介质截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法称为过滤。
9、澄清过滤：
介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，当悬浮液通过滤层
时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清，适合于固体含量少于
0.1g/100ml、颗粒直径在5-100^m的悬浮液的过滤分离，如河水、麦芽汁、酒类和饮料等的澄清。
10、滤饼过滤：
过滤介质为滤布。
当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐渐形成
滤饼（滤渣）。
当滤饼至一定厚度时即起过滤作用，此时即可获得澄清的滤液，这种方法叫
做滤饼过滤，在滤饼过滤中，悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用，适合于固体含量
大于0.1g/100ml的悬浮液的过滤分离。
11、切向流过滤（Cross-FlowFiltration）又称错流过滤：
操作特点是使悬浮液在过滤介质表面作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走。
恒压、高速
第四章微生物细胞的破碎
1、细菌破碎的主要阻力来自于肽聚糖的网状结构，网状结构越致密，破碎的难度越大，革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固；
酵母细胞壁破碎的阻力也主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度；
由于霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构，其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所
提高。
2、细胞破碎程度由难到易：
植物细胞〉真菌（如霉菌、酵母菌）〉革兰氏阳性细菌〉革兰氏阴性细菌〉动物细胞。
3、细胞破碎法
分类
作用机理
珠磨法
固体剪切作用
可达较咼破碎率，可较大规模操作，大分子目的产物易失活，浆液分离困难
高压匀浆法
液体剪切作用
可达较高破碎率，可大规模操作，不适合丝状菌和含有包含体的基因工程菌
超声破碎法
对酵母菌效果较差，破碎过程升温剧烈，不适合大规模操作
X-press法
破碎率高，活性保留率高，对冷冻敏感目的产物不适合
酶溶法
酶分解作用
具有高度专一性，条件温和，浆液易分离，溶酶价格高，通用性差
化学渗透法
改变细胞膜的渗透性
具一定选择性，浆液易分离，但释放率较低，通用性差
渗透压法
渗透压剧烈改变
破碎率较低，常与其他方法结合使用
冻结融化法
反复冻结-融化
破碎率较低，不适合对冷冻敏感目的产物
干燥法
改变细胞膜渗透性
条件变化剧烈，易引起大分子物质失活
机
械
法
非
4、作业1,2,3珠磨法、高压匀浆法、超声波破碎法原理、适用范围
珠磨法原理：
进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂（直径
小于1mm）一起快速搅拌或研磨，研磨剂、珠子与细胞之间的互相剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。
在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出从而实现连续操作。
破碎中产生的热量一般采用夹套冷却的方式带走。
高压匀浆法原理：
利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎，细胞悬浮液自高压室针形阀喷出时，每秒速度高达几百米，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。
细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。
常用于酵母菌等难破碎的高浓度细胞‘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超声波破碎法原理：
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。
在实验室小规模细胞破碎中常用珠磨法、高压匀浆法的异同点
1）多种破碎方法相结合：
化学法、酶法、机械法相结合。
如用溶解酶预处理面包酵母，然后高压匀浆，95MPa压力下匀浆4次，总破碎率接近100%。
而单独采用高压匀浆法，同样条件下破碎率只有32%。
2）与上游过程相结合在发酵培养过程中，培养基、生长期、操作参数（如pH、温度、通气量、搅拌转速、稀释率等）等因素都对细胞壁膜的结构与组成有一定的影响。
细胞的破碎与上游培养过程有关。
用基因工程的方法对菌种进行改造，以提高胞内物质的提取率也是非常重要的。
在生长后期，加入某些能抑制或阻止细胞壁物质合成的抑制剂（如青霉素、环丝氨酸等），继续培养一段时间后，新分裂的细胞其细胞壁有缺陷，利于破碎；
选择较易破碎的菌种作为寄主细胞，如革兰氏阴性细菌；
在细胞内引进噬菌体基因，培养结束后，控制一定条件（如温度等），激活噬菌体基因，使细胞自内向外溶解，释放出内含物。
耐高温产品的基因表达
3）与下游过程相结合：
细胞破碎与固液分离紧密相关。
5、细胞破碎率的测定：
a.直接测定b.目的产物测定c.导电率测定
第五章溶剂萃取和浸取
1、萃取：
利用物质在互不相溶的两相之间溶解度的不同而使物质得到纯化或浓缩的方法。
2、有机溶剂萃取：
利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。
广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产物工业规模的提取上。
3、超临界流体萃取、反胶团萃取、双水相萃取技术用于高品质的天然物质、胞内物质（胞内酶、蛋白质、多肽、核酸等）的分离提取上。
4、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或浸出。
5、溶剂萃取原理：
“相似相溶”原理（分子结构相似、能量（相互作用力）相似）
6、根据萃取目标物质的介电常数，寻找极性相接近的溶剂作为萃取溶剂，
7、分配系数K=萃取相浓度/萃余相浓度
8、B（分离因数=K产/K杂）越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。
9、水相条件的影响：
（1）pH值
（2）温度（3）盐析（4）带溶剂能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中，提高分配系数。
复合物又要容易分解。
10、工业上萃取操作三步骤：
混合、分离、溶剂回收
11、单级萃取：
使用一个混合器和一个分离器的萃取操作
理论收得率：
E=KVS/VF
E:
萃取平衡后，溶质在萃取相与萃余相中数量的比值
K:
分配系数V:
料液体积Vs:
萃取剂体积
12、为提高收率常采用多级萃取，多级萃取又有多级逆流萃取和多级错流萃取的区别。
工业上多采用多级逆流萃取流程。
13、多级错流萃取：
1）若每一级萃取剂流量相等（=L）,贝萃取率=
2）若每一级萃取剂流量不等，则各级的萃取因子Ei
也不相同，可采用逐级计算法，为：
萃余率=
萃取率=1—'
n
16、多级逆流萃取萃取率=
17、计算：
•赤霉素在10C,pH值2.5时的分配系数为35。
1若用等体积的乙酯单级萃取一次，则理论得率为多少？
2若用二级错流萃取，第一级用1/2体积乙酯，第二级用1/10体积乙酯，则理论得率为多
少？
③若用二级逆流萃取，乙酯用量为
1/2体积，则理论得率为多少?
第六章超临界流体萃取
1、超临界流体萃取：
是将超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取技术，它兼有传统的蒸馏和
液液萃取的特征，是适用面很广的一门新型分离技术。
超临界流体：
是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点——临界点后的流体。
CO2、N2、N2O、C2H4、CHF3（三氟甲烷）等。
2、超临界流体的特性：
超临界流体兼有液体和气体的双重特性，扩散系数大，粘度小，渗
透性好，与液体溶剂相比，可以更快地完成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实现。
3、超临界流体的萃取原理（减压升温）：
真空“溶解”物质的能力极低。
加入超临界气体萃取溶剂（接近液体密度），溶质的溶解度与真空中的溶解度相比，大幅度增加。
4、提高萃取剂选择性的基本原则是：
①按相似相溶原则，选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。
②从操作角度看，使用超临界流体为萃取剂时的操作温度越接近临界温度，溶解能力也越大。
5、超临界CO2溶剂特性：
通过压力或温度的改变可有效地萃取和分离溶质。
相图：
在临界点附近,，密度有很宽的变化范围；
温度,压力微调，可使密度显著变化
6、CO2具有相对较低的临界压力和临界温度，适于处理热敏性生物制品和天然物产品。
7、拖带剂的作用：
添加拖带剂即辅助溶剂，可增加物质的溶解度和萃取选择性。
8、代表性的三种流程模式：
等温法、等压法、吸附法
第七章双水相萃取技术
1、有机溶剂萃取的不足：
A、许多蛋白质都有极强的亲水性，不溶于有机溶剂；
B、蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。
2、常用聚合物：
聚乙二醇－葡聚糖、聚乙二醇－无机盐系统
3、临界点：
当系线长度趋于零时,两相差别消失,任何溶质在两相中的分配系数均为1
4、P131图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，双节线的形状越不对称
5、影响物质在两相中分配的因素：
1）表面自由能的影响（大分子物质表面性质对K影响很大）2）表面电荷的影响（盐效应：
两相系统中如存在盐,对K影响较大）3）综合考虑（影响因素很多，单因素定量很困难，最佳操作条件靠实验）
4）影响分配平衡的参数
6、影响分配平衡的参数：
（1）聚合物的影响（聚合物的平均分子量和浓度）；
（2）体系中无机盐离子的影响；
（3）体系pH的影响；
（4）体系温度的影响；
（5）体系中微生物的影响。
7、双水相萃取法常用于胞内酶提取和精制。
（双水相系统用于细胞碎片及酶的进一步精制）8、要成功地运用两水相萃取的方法，应满足下列条件：
A、欲提取的酶和细胞碎片应分配在不同的相中；
B、酶的分配系数应足够大，使在一定的相体积比时，经过一次萃取，就能得到高的收率；
C、两相用离心机很容易分离。
9、PEG/盐更适合用重力沉降；
PEG/DeX多用离心机
第八章反胶团的制备
1、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”。
反微团内溶解的水称为微水相或水池
2、反胶团是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，内含微小水滴的，空间尺度仅为纳米级的集合型胶体。
是一种自我组织和排列而成的，并具热力学稳定的有序构造。
3、反胶团的临界胶团浓度：
表面活性剂在非极性有机溶剂中能形成反胶团的最小浓度
7、反胶团含水率WW=C水/C表W越大，反胶团的半径越大，能溶解的分子越大
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9、溶解推动力：
①静电作用（理论上，当溶质所带电荷与表面活性剂相反时，由于静电引力
的作用，溶质易溶于反胶团，溶解率或分配系数较大，反之，则不能溶解到反胶团相中）②空间
相互作用（A.盐浓度增大对反胶团相产生脱水效应，含水率W0随盐浓度的增大而降低
反胶团直径减小，空间排阻作用增大，pro溶解下降；
B.在各pro的pl处（排除了静电相互作用的影响），反胶团萃取实验研究表明：
随着M增大，pro的分配系数（m，溶解率）下降。
表明随M增大，空间排阻作用增大，pro的溶解率降低.）③疏水性相互作用（aa的疏水性各不相同，研究表明，aa或肽的分配系数m随aa疏水性的增大而增大。
蛋白质的疏水性影响其
在反胶团中的溶解形式，因而影响其分配系数。
疏水性较大的pro可能以"
半岛式”形式溶
解。
）
10、反胶束萃取的影响因素：
水相的pH值（pro的表面电荷）、盐离子的种类和浓度、温
度、蛋白质的分子量和浓度、表面活性剂（常用的AOT是一种阴离子型表面活性剂）
11、p165三步分离操作分离了核糖核酸酶a、细胞色素c和溶菌酶调节水相pH值和
KCl浓度在pH=9时，核糖核酸酶的溶解度很小，保留在水相而与其他两种蛋白质分离；
相分离后得到的反胶团相（含细胞色素C和溶菌酶）与0.5mol/L的KCl水溶液接触后，细胞色素C被反萃取到水相，而溶菌酶留在反胶团相；
含溶菌酶的反胶团与2.0mol/LKCl，pH值为11.5的水相接触后，将溶菌酶反萃至水相中。
第九章膜分离
1、膜分离的概念：
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。
2、膜的用途：
浓缩、纯化、分离、反应促进
3、膜分离的特点：
a、无相变、低能耗b、高效率、污染小c、工艺简单、操作方便d、浓缩与纯化同时进行
4、膜的分类
（1）对称膜
（2）非对称膜（3）复合膜（4）荷电膜（5）液膜（6）微孔膜（7）动态膜
5、.透析透析膜：
孔径5-10nm,实验室中常用透析袋应用：
脱盐，血液透析特点：
以浓差为推动力，膜透过通量很小，不适于大规模生物分离过程，多在实验室中应用。
6、.微滤：
以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作。
可应用于消毒、澄清、细胞收集等。
如培养基液菌体分离与浓缩，产品消毒。
截留微粒子
7、.超滤：
分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02（im，分离推动力仍为压力差，截
断分子量可变化。
适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、浓缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热原，在生物工程中应用最广。
水和小分子可以透过
8、反渗透：
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。
只能透过
水。
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0.1~1nm。
主要用于海水脱盐，纯水制造以及小分子产品如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。
9、纳米膜过滤技术：
操作压力低，能截留有机小分子而使大部分无机盐通过。
纳滤应用：
纯水制备、废水处理、乳清脱盐与浓缩
10、电渗析（带点荷离子的分离）：
以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。
分离推动力是静电引力。
电渗析的应用：
海水和苦水的淡化、废水处理，氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化
11、浓差极化:
在膜分离过程中，膜表面上溶质浓度高于主体溶质浓度的现象。
12、截留分子量：
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。
截留率越高，截留分子量范围越窄的膜越好
13、膜分离技术应考虑的问题：
截留分子量、浓度极差、膜污染
第十章液膜分离
1、液膜：
液膜是一层很薄的液体膜。
这层液体既可以是水溶液也可以是有机溶液。
它能把两个互溶的、但组成不同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性渗透作用实现物质的分离。
2、通常被隔开的两个溶液是水溶液（内、外水相），膜相则是与内外水相都不互溶的油性物质。
膜相组成：
1．膜溶剂2．表面活性剂3．流动载4．膜增强剂
3、膜溶剂：
膜相的基质。
使用较多的膜溶剂是高分子烷烃、异烷烃类物质的基体物质。
表面活性剂：
它是液膜技术中稳定油水分界面的最重要的组分。
流动载体：
它能对欲提取的物质进行选择性迁移，因此对选择性和膜的通量起决定性作用。
常常是某种萃取剂4．膜增强剂：
起增加膜的稳定性作用。
4、乳化液膜的分离机制：
无载体扩散迁移（单纯扩散迁移、内相化学反应促进迁移）、载体促进传递机制（三种表现形式：
载体促进扩散传递、载体促进并流传递：
同向迁移、载体促进逆流传递：
反向迁移）
5
5、载体可根据其螯合性能分为两大类，即螯合物载体和非螯合物载体。
6、工艺流程一般由三部分组成①乳化液制备②分离浓缩③解乳化
7、乳化液膜技术的应用：
1、回收抽丝工段排放废水中的锌；
2、用TOA（三辛胺）作为载体,
分离柠檬酸；
3、酶的固定化液膜技术；
4、结合反胶团的乳化液膜技术萃取分离蛋白质。
第十一章离子交换法
1、概念：
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，达到分离的目的。
应用范围广泛：
水处理、氨基酸、有机酸等
2、离子交换树脂三部分组成：
a、具有三维空间立体结构的网络骨架b、联接在骨架上的活
性基团c、活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）
3、离子交换的推动力：
浓度差越大，交换速度越快
再生）
5、按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型树脂。
6、D—大孔型，分类号、骨架号、顺序号（X连接符号、交联度）
7、交联度是二乙烯苯在树脂母体总量中所占的质量分数，交联度的大小决定树脂机械强度以及网状结构的疏密。
8、交换容量是表征树脂性能的重要数据，它用单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附
（阳离子交换树脂）
的1价离子的毫摩尔数米表示
9、滴定曲线的意义：
由滴定曲线的转折点，可估计其总交换量；
而由转折点的数目，可推知官能团的数目。
B
10、KA越大，离子交换树脂对B离子的选择性越大（相对于A离子而言）；
反之，小于1，树脂对A离子的选择性大。
11、离子交换树脂的工作过程：
a、树脂预处理b、上柱交换c、洗脱（用亲和力更强的同
性离子取代树脂上吸附的目的产物）d、树脂再生（树脂使用失效后，先水洗，再生剂再
生，最后清水洗至所需pH值）
12、•软水：
利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。
经钠盐型离子交换树脂床的原水，硬度可降至0.05mmol/L以下，甚至可完全消除。
但原水中的碱度保持不变。
树
脂可用工业食盐水溶液（10%—15%）再生，可反复使用。
13、无盐水：
除去
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