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生物分離與純化技術(shù)
生物純化篇一：生物分離與純化技術(shù)期末材料
一．填空題
1.生物分離與純化的一般工藝過(guò)程：原料的選取與預(yù)處理，分離提取，精制和成品制作
2.預(yù)處理的目的：1.改變發(fā)酵液（培養(yǎng)液）的物理性質(zhì)，以利于固液分離。方法：加熱，凝聚和絮凝2.去除發(fā)酵液（培養(yǎng)液）中的部分雜質(zhì)以利于后續(xù)各步操作微濾的操作模式：常規(guī)過(guò)濾，錯(cuò)流過(guò)濾
3.液膜的組成：膜溶劑（水和有機(jī)溶劑），表面活性劑，流動(dòng)載體和膜增強(qiáng)劑
4.液膜的分類：乳狀液膜（流動(dòng)載體液膜和非流動(dòng)載體液膜），支撐液膜
5.液膜分離的操作過(guò)程：制備液膜，液膜萃取，澄清分離，破乳
6.常見的膜分離過(guò)程：a滲析b電滲析c微濾d超濾e反滲透f納濾g氣體分離
7.過(guò)飽和溶液制備的四種方法：飽和溶液冷卻，部分溶劑蒸發(fā)，化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶法，解析法
8.離子交換樹脂的命名：第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類，第二位代表骨架，第三位代表數(shù)字為順序號(hào)
9.雙水相萃取的工藝流程：目的產(chǎn)物的萃取，PEG的循環(huán)，無(wú)機(jī)鹽的循環(huán)
二．名詞解釋
1.超臨界流體萃�。菏且环N新型的萃取分離技術(shù)，是利用超臨界流體作為萃取劑，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行溶解的和分離的過(guò)程。2.交聯(lián)度和交換容量的定義：1.表示離子交換樹脂中交換劑的容量，如聚苯乙烯型樹脂，交聯(lián)度以二乙烯苯在樹脂母體總質(zhì)量中所占百分?jǐn)?shù)表示2.是每克干燥的離子交換樹脂或每毫升完全溶脹的離子交換樹脂所能吸附的一價(jià)離子的毫摩爾數(shù)，是表示樹脂離子交換能力的主要參數(shù)，實(shí)際上是表示樹脂活性基團(tuán)的數(shù)量多少的參數(shù)。
3.濃縮：低溶度溶液通過(guò)除去溶劑變?yōu)楦呷芏热芤旱倪^(guò)程干燥：從濕的固體生化藥物中除去水分或溶劑而獲得相對(duì)或絕對(duì)干燥制品的工藝過(guò)程。4.鹽析：是指溶液中加入無(wú)機(jī)鹽類而使某種物質(zhì)溶解度降低而析出的過(guò)程。
5.有機(jī)溶劑沉淀法：利用與水互溶的有機(jī)溶劑(如甲醇、乙醇、丙酮等)能使蛋白質(zhì)在水中的溶解度顯著降低而沉淀的方法
6.色譜法：是一種物理的分離方法，利用多組分混合物的中各組分物理化學(xué)性質(zhì)的差別，使各組分以不同的程度分布在兩個(gè)相中
7.中毒：由于活性炭是一種強(qiáng)吸附劑，對(duì)氣體吸附能力很大，氣體分子占據(jù)了活性炭的吸附表面，會(huì)造成活性炭中毒
8.大網(wǎng)格聚合物吸附劑：又名大孔吸附樹脂，是一種有機(jī)高聚物，具有與大網(wǎng)格離子交換樹脂相同的大網(wǎng)格骨架，一般為白色球形顆粒。
9.正反相色譜的定義：正：流動(dòng)相極性小于固定相的分配色譜法，反：流動(dòng)相極性大于固定相極性的分配色譜法
三．簡(jiǎn)答題
一．生物分離與純化技術(shù)的特點(diǎn)1.目的產(chǎn)物濃度低，純化難度大原料液中目的產(chǎn)物的濃度一般都很低，有時(shí)甚至是極微量的2.活性物質(zhì)性質(zhì)不穩(wěn)定，操作過(guò)程易失活，生物物質(zhì)的生理活性大多是在生物體內(nèi)的溫和條件下維持并發(fā)揮作用的，目的產(chǎn)物大多數(shù)對(duì)熱酸堿重金屬PH以及多種理化因素都比較敏感，容易失活。3.生物材料中生化組分?jǐn)?shù)量大，分離困難目的產(chǎn)物與雜質(zhì)的理化性質(zhì)如溶解度相對(duì)分子質(zhì)量等電點(diǎn)等往往比較相近，所以分離與純化較難4.生物材料容易變質(zhì)，保存困難，生物材料容易腐敗，染菌，被微生物的活動(dòng)所分解或被自身的酶所破壞，甚至機(jī)械攪拌，金屬器械，空氣，日光等對(duì)生物物質(zhì)的活性都會(huì)發(fā)生影響5生物產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，生物產(chǎn)品一般用作醫(yī)藥，食品和化妝品，與人類生命息息相關(guān)。因此要防止有害物質(zhì)在操作過(guò)程中進(jìn)入。
二．生物分離與純化的發(fā)展方向：1.研究和開發(fā)新型和經(jīng)濟(jì)高效的分離純化技術(shù)（1）新型分離介質(zhì)的研制，分離介質(zhì)的性能對(duì)提高分離效率起到關(guān)鍵作用，特別是工業(yè)大生產(chǎn)，介質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度是工藝設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要因素（2）膜分離的推廣應(yīng)用，膜分離具有選擇性好，分離效率高，節(jié)約能耗等優(yōu)點(diǎn)。（3）提高分離過(guò)程的選擇性，主要是應(yīng)用分子識(shí)別與親和作用來(lái)提高大規(guī)模分離技術(shù)的精度，利用生物分離作用的高度特異性與其他分離技術(shù)如：膜分離，雙水相萃取等。（4）強(qiáng)化生物分離過(guò)程的研究，生物分離過(guò)程的優(yōu)化能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但大多數(shù)生物分離過(guò)程目前尚處于經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)，對(duì)其機(jī)理缺乏必要的認(rèn)識(shí)2.生物工程上游技術(shù)與下游技術(shù)相結(jié)合，生物工程作為一個(gè)整體，上，中，下游要互相配合，為了利于
目的產(chǎn)物的分離與純化，上游的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)盡量為下游的分離純化創(chuàng)造條件。
三．雜質(zhì)的去除方法1.雜蛋白的去除方法a等電沉淀法，蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小，能沉淀而除去b變性沉淀，蛋白質(zhì)從有規(guī)則的排列變成不規(guī)則結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱為變性，變性蛋白質(zhì)在水中的溶解度較小而產(chǎn)生沉淀c吸附利用吸附作用能有效的除去雜蛋白質(zhì)2.不溶性多糖的去除方法，當(dāng)發(fā)酵液中含有較多不溶性多糖時(shí)，粘度增大，固液分離困難，可用酶將它轉(zhuǎn)化為單糖一提高過(guò)濾速度3.高價(jià)金屬離子的去除方法，去除鈣離子，常用草酸鈉或草酸，去除鎂離子，常用草酸
四．制備性超離心與分析性超離心的區(qū)別1.主要目的是最大限度的從樣品中分離高純度目標(biāo)組分，進(jìn)行深入的生物化學(xué)研究，有三種方法：差速離心法，該法分辨率不高，利用不同的粒子在離心力場(chǎng)中沉降的差別，在同一離心條件下，沉降速度不同，形成不同的粒子部分沉淀。速率區(qū)帶離心法，該法僅用于分離有一定沉降系數(shù)差的粒子，與粒子密度無(wú)關(guān)。等密度離心法，一般用于物質(zhì)的大小相近，而密度差異較大時(shí)。2.主要目的是為了研究生物大分子的沉降特性和結(jié)構(gòu)，而不是專門手收集某一特定成分。它使用了特殊的轉(zhuǎn)子和檢測(cè)手段，以便連續(xù)監(jiān)視物質(zhì)在一個(gè)離心場(chǎng)中的沉降過(guò)程。
五、萃取劑的選擇原則或依據(jù)：1萃取劑分子至少有一個(gè)萃取功能基，通過(guò)它與被萃取物結(jié)合形成萃合物。常見的萃取功能基是O,N,P,S.以氧功能基萃取的為多2.萃取劑分子中必須有相當(dāng)長(zhǎng)的鏈烴或芳烴，其目的是使萃取劑及萃合物容易溶于有機(jī)溶劑，而難溶于水相。
六．超臨界流體萃取的優(yōu)點(diǎn):1.萃取分離合二為一,不存在物料的相變過(guò)程，不需回收溶劑，操作方便不僅萃取效率高，而且能耗較少，節(jié)約成本2.壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過(guò)程的參數(shù)，壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離，反之亦然。工藝流程短，耗時(shí)少，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，萃取可循環(huán)使用3.萃取溫度低，可有效的防止熱敏性成分的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸點(diǎn)，低揮發(fā)度，容易熱解的物質(zhì)在其沸點(diǎn)溫度一下萃取出來(lái)4.臨界CO2流體常態(tài)下是氣態(tài)，無(wú)毒有效的避免了傳統(tǒng)提取條件下溶劑毒性的強(qiáng)留，同時(shí)也防止了對(duì)人體的毒害和對(duì)環(huán)境的污染5.49超臨界流體的極性可以變化，一定溫度條件下，只要改變壓力或加入適宜的夾帶劑即可提取不同極性的物質(zhì)，可選擇性范圍廣
七．鹽析原理，現(xiàn)以蛋白質(zhì)為例：1.高濃度的中性鹽溶液中存在大量的帶電荷的鹽離子，他們能中和蛋白質(zhì)分子的表面電荷，使蛋白質(zhì)分子間的靜電排斥作用減弱甚至消失而能相互靠攏，聚集起來(lái)2.中性鹽的親水性比蛋白質(zhì)大，它會(huì)搶奪本來(lái)與蛋白質(zhì)結(jié)合的自由水，使蛋白質(zhì)表面的水化層被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子之間的相互作用增大而發(fā)生聚集，從而沉淀析
八有機(jī)溶劑沉淀機(jī)理：1.加入有機(jī)溶劑后，會(huì)使有機(jī)溶劑的介電常數(shù)降低，而使溶質(zhì)分子（蛋白質(zhì)分子）之間的靜電引力增加，從而促使它們互相聚集，并沉淀出來(lái)2.水溶性的有機(jī)溶劑的親水性強(qiáng)，它會(huì)搶奪本來(lái)與親水溶質(zhì)結(jié)合的自由水，使其表面的水化層被破壞，導(dǎo)致溶質(zhì)分子之間的相互作用增大而發(fā)生聚集，從而沉淀析出。
九．結(jié)晶的一般方法：1鹽析法主要用于大分子如：蛋白質(zhì)，酶，多肽等物質(zhì)的結(jié)晶，因?yàn)檫@些大分子不耐熱，對(duì)PH變化及許多有機(jī)溶劑的使用非常敏感a加固體鹽法：酵母醇脫氫酶的結(jié)晶b加飽和鹽溶液的方法：牛胰核糖核酸酶的結(jié)晶c羊胰蛋白酶的結(jié)晶2.有機(jī)溶劑結(jié)晶法a直接加有機(jī)溶劑結(jié)晶的方法：丙氨酸的結(jié)晶，從層析上收集已達(dá)低層析的純的丙氨酸溶液，合并后減壓濃縮，趁熱加入乙醇，晶體析出b利用揮發(fā)性溶劑蒸發(fā)結(jié)晶方法3.等電點(diǎn)結(jié)晶法，多用于一些兩性物質(zhì)4.其他a溫度差法b加入金屬離子法，如鐵蛋白的結(jié)晶
十，離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)：1.惰性，不溶的具有三維空間立體結(jié)構(gòu)的骨架，成為載體或骨架
2.與載體連成一體的，不能移動(dòng)的活性基團(tuán)，又稱功能基團(tuán)3.與功能基團(tuán)帶相反電荷的可移動(dòng)活性離子，又稱平衡離子或可交換離子，當(dāng)樹脂處在溶液中時(shí)，活性離子可在樹脂的骨架中進(jìn)進(jìn)出出，與溶液中的同性離子發(fā)生交換過(guò)程。
十一離子交換樹脂的分類：1。按樹脂骨架的主要成分分a聚苯乙烯型樹脂b聚苯烯酸型樹
脂c多乙烯多胺-環(huán)氧氯苯烷樹脂d酚醛型樹脂2.按骨架的物理結(jié)構(gòu)分a凝膠型樹脂b大網(wǎng)絡(luò)樹脂c均孔樹脂3按活性基團(tuán)分類（1）陽(yáng)離子交換樹脂a強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂b弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂（2）陰離子交換樹脂a強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂b弱堿性陰離子交換樹脂
十二．色譜法的特點(diǎn)：.a分離效率高，是所有分離純化技術(shù)中最高的，尤其適合于極復(fù)雜混合物的分離b應(yīng)用范圍廣，從極性-非極性，離子型到-非離子型，小分子到大分子等都可用c選擇性強(qiáng)，在色譜分離中既可選擇不同的色譜方法，也可選擇不同的固定相和流動(dòng)性狀態(tài)d設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，且不含強(qiáng)烈的操作條件，因而不容易使物質(zhì)變性，特別使用于穩(wěn)定的大分子有機(jī)化合物
十三．高效液相色譜的特點(diǎn)：1.高壓，供液壓力和進(jìn)樣壓力都很高，一般100kg/cm2,甚至達(dá)500kg/cm2.2。高速，可達(dá)1-10ml/min.個(gè)別可達(dá)100ml/min,一般在一小時(shí)內(nèi)完成多組分的分離3.高靈敏度，采用了基于光學(xué)原理的檢測(cè)器4.高效，每米柱子柱效可達(dá)5000塔板以上，有時(shí)一根可分離100個(gè)以上5.適用范圍廣，通常在室溫下工作
十四．膜分離的技術(shù)特點(diǎn)：1.易于操作。常溫下可連續(xù)使用，可直接放大，易于自動(dòng)化2.成本低，壽命長(zhǎng)。有些膜產(chǎn)品壽命可達(dá)10年以上，維護(hù)方便，能耗少3.高效4.常溫下操作無(wú)相態(tài)變化，分離精度高，沒(méi)有二次污染5.模材質(zhì)的價(jià)格比較高6.操作過(guò)程中膜面容易被污染，導(dǎo)致膜性能降低7.膜的耐藥性，耐熱性，耐溶劑性能有限。
十五．微濾的分離機(jī)理1.表面層截留a機(jī)械截留作用指膜具有截留比他孔徑大或孔徑相當(dāng)?shù)奈⒘５入s志的作用。此即篩分作用b物理作用或吸附截留作用除了要考慮篩分過(guò)程中的孔徑因素之外，還要考慮吸附和電性能的影響c架橋作用通過(guò)電鏡可以觀察到。在孔的入口處，微粒因架橋作用也被截留2.膜內(nèi)部截留：將微粒截留在膜內(nèi)部而不是在膜的表面，對(duì)于表面層截留而言，其過(guò)程接近于絕對(duì)過(guò)濾，容易清洗，但雜質(zhì)捕捉量相對(duì)于內(nèi)部截留較少，而對(duì)于膜內(nèi)部截留而言，雜質(zhì)捕捉量較多，但不容易清洗，多屬于一次性使用。
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