生物分离工程部分习题和答案

第一章 导论

一 解释名词

生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程

1 、生物下游加工过程（生物分离工程）：从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、分离、纯化和成品化的过程。（ppt 第一章 、课本page 1） 2、生物加工过程：一般将生物产品的生产过程叫生物加工过程，包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应工程及目标产物的分离纯化过程。（课本page 1）

二 简答题

1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？（生物下游加工过程特点是什么？）

答：生物下游加工过程特点：

<1>：发酵液组成复杂，固液分离困难——这是生物分离过程中的薄弱环节

<2>：原料中目标产物含量低，有时甚至是极微量——从酒精的1/10到抗菌素1/100， 酶1/100万左右，成本高。

<3>：原料液中常伴有降解目标产物的杂质——各种蛋白酶降解基因工程蛋白产物， 应快速分离。

<4>：原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质——高效纯化技术进行分离。 <5>：生物产品稳定性差 ——严格限制操作条件，保证产物活性。

<6>：分离过程常需要多步骤操作，收率低，分离成本高——提高每一步的产物收得 率，尽可能减少操作步骤。 <7>：各批次反应液性质有所差异——分离技术具有一定的弹性。

2 生物分离工程在生物技术中的地位？

答：生物技术的主要目标产物是生物物质的高效生产，而分离纯化是生物产品工程的重要环节，而且分离工程的质量往往决定整个生物加工过程的成败，因此，生物分离纯化过程在生物技术中极为重要。

3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？（ppt） 答：根据分离目的的不同，评价分离效率主要有3个标准：

以浓缩为目的：目标产物浓缩程度（浓缩率m） 以纯度为目的：目标产物最终纯度（分离因子a） 以收率为目的：产品收得率（%）

4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元）

答：生物分离工程分四大部分：

<1>、发酵液预处理与液固分离。 基本操作单元：过滤、离心 <2>、初步纯化。 基本操作单元：根据产品性质而定

<3>、高度纯化。 基本操作单元：根据产品性质而定，技术要有高度选择性 <4>、成品加工。 基本操作单元：结晶、干燥

5 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？(ppt)

答：<1>、目标产物性质及其共存杂质的特性 <2>、充分考虑目标产物商业价值 <3>、考虑生物加工过程自身规模 <4>、采用步骤次序相对合理 <5>、尽可能采用最少步骤 <6>、产品稳定性与物性 <7>、产品规格与型式 <8>、生产过程中废水等排放 6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？（ppt） 答：成本控制 和 质量控制

7 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？

答：得率=产品中目标产物总量/原料中目标产物总量 总收率=（90%）6 =53.1441%

第二章 发酵液预处理

一 解释名词

凝聚：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。

絮凝：在絮凝剂高分子聚合分子的作用下，基于架桥作用，胶体颗粒和聚合物交连成网，

形成10 mm大小的絮凝团过程。是一种以物理集合为主的过程。

凝聚剂：让不稳定的胶体微粒（或者凝结过程中形成的微粒）聚合在一起形成集合体的过

程中所投加的试剂的统称。

过滤：利用多孔介质（如滤布、微孔膜、致密膜）截流悬浮液中的固体粒子，进行液固分离的过程。

离心：在离心力作用下，利用固体和液体之间的密度差达到沉降分离目的。

细胞破碎：利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术 包含体：指细胞或细菌中高表达的蛋白质(也可以汇同其他细胞成分)聚集而成的不溶性颗粒。 二 简答题

1 为什么要进行发酵液的预处理？常用处理方法有哪几种？

答：提高过滤速度与过滤质量 改变发酵液性质(黏度↓、颗粒?、颗粒稳定性↓)

去除部分杂质 使产物转入到易处理的相中（通常是液相） 方法： 加热、调节、pH凝聚、絮凝

2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？ 答：凝集：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。 机制：破坏双电层、水化层解体胶体吸附、氢键结合等。

絮凝剂种类：A、阳离子类：如聚丙烯酰胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺； B、阴离子类：如聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-)； C、非离子类：如聚丙烯酰胺(0)、环氧化乙烯。

3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用？絮凝机理是什么？ 答：絮凝剂主要起中和电荷、架桥和网络作用（范德华力、氢键）。

在絮凝剂高分子聚合分子的作用下，基于架桥作用，胶体颗粒和聚合物交连成网，形成10 mm大小的絮凝团过程。是一种以物理集合为主的过程。

4 细胞破碎的方法包括哪几类？工业上常用的方法有哪些？为什么？

答：机械法：固体剪切法(珠磨法、压榨法、撞击法) 液体剪切法（高压匀浆法、超声波破碎）

非机械法：酶溶胞作用、化学溶胞作用（酸碱法、表面活性剂法、抗生素）、物理溶胞作用（有机溶剂膨胀法、渗透冲击、冻融、 激光、高速切相流撞击、冷冻喷射）、干燥处理

工业常用方法：高压匀浆法、高速珠磨法

5 沉降与离心的异同？

答：沉降：溶液中的颗粒或溶质在重力或离心力作用下发生沉淀的现象。沉降的结果使分散体系发生相分离。可利用悬浮在流体(气体或液体)中的固体颗粒下沉而与流体分离。利用悬浮的固体颗粒本身的重力而获得分离的称做重力沉降。利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降。

离心：在离心力作用下，利用固体和液体之间的密度差达到沉降分离目的。离心力（ rω2）大小对固液分离度很有影响，细胞悬浮液和其他颗粒尺寸多不大，并且液体黏度通常较大，因此要通过增大离心力来提高分离效果。

6 离心设备可分为哪两大类？按分离因子Fr不同，离心机一般分为哪几类？

答：管式离心机（最简单，可供较大离心力；可用冷却水冷却；悬浮液由管底进，澄清液由管口出），蝶片式离心机（流速与碟片数、微粒与转鼓轴间距离有关） 按分离因子不同，可分：

1)、常速离心机 2)、高速离心机 3)、超速离心机 7 常用的离心沉降设备有哪些？常用的过滤设备有哪些？

答：离心沉降设备：管式离心机、多室离心机（管式离心机的变形）、碟式离心机（人工排渣式、喷嘴排渣式、活塞排渣式等）、螺旋卸料沉降离心机、离心过滤机、三足式离心机

过滤设备可分：加压过滤设备（板框过滤机、加压叶滤机）

减压过滤设备（转鼓真空过滤器、圆盘真空过滤器、带式真空过滤器） 重力过滤设备（离心过滤机）

8 固-液分离主要包括哪些方法和设备？ 答：1、过滤 (重力过滤、加压过滤、减压过滤) 2、离心沉降（各种离心机）

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