生化分离 完整

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1、生化分离技术复习1分离纯化过程的一般原则 原料是某种混合物，产品为不同组分或相的物流。分离剂是分离过程的辅助物质 或推动力，它可以是某种形式的能量，也可以是某一种物质，如蒸馏过程的分离剂是热能，液液萃取过程的分 离剂是萃取剂，离子交换过程的分离剂是离子交换树脂，分离装置主要是提供分离场所或分离介质2分离过程的设计原则尽可能简单、低耗、快速、成熟；分离步骤尽可能少；避免相同原理的分离技术 多次重复出现；尽量减少新化合物进入待分离的溶液；合理的分离步骤次序（原则：先低选择性，后高选 择性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本；先除去固体杂质，然后对液相物料进行 处理，或者先使固体

2、物料中的有效组分进入液相，再对液相进行后续处理）3分离技术的发展新技术，新方法的开发及推广使用（膜技术的不断发展，分子蒸馏，双水相萃取，超临界萃 取，反胶团萃取，液膜萃取）；生物分离过程的高效集成化（将亲和技术和双水相分配技术组合的亲和分配技 术，将亲和色谱和膜分离结合的亲和膜分离技术）上下游技术的集成耦合（采用蒸发，吸附，萃取，透析，过 滤等方法使过程边发酵边分离）新型分离介质材料的开发（主要着重于开发亲水性，孔径大机械强度好的介质）； 清洁生产（开发或应用高效，环境友好的绿色分离技术，使生化分离过程在保证产品质量的同时，符合环保的 要求）4预处理的原理及方法（P12）预处理的原理：根据目标

3、物质成分的性质和分离纯化的要求，结合所含杂质的种 类和特点，选用适当的方法将其去除.方法：降低液体粘度（加水稀释法和加热法）（滤液通过滤饼的速率与 液体的粘度成反比，可见降低液体粘度可有效提高过滤速率）；调整PH（PH直接影响发酵液中某些物质的电 离度和电荷性质，适当调节PH可改善其过滤特性）；凝聚和絮凝（凝聚和絮凝主要作用为增大混合液中悬浮粒 子的体积，提高固液分离设备，同时可去除一些杂质）；加入助滤剂（加入助滤剂可改变滤饼的结构，降低滤 饼的可压缩性，从而降低过滤阻力）加入反应剂（有时加入某些不影响目的产物的反应剂，可消除发酵液中某 些杂质对过滤的影响，从而提高反应速率）降低温度（降低温度

4、有利于减少目标产物在后序提取或分离过程中 发生分解或水解）5凝聚与絮凝及工业常见的絮凝剂；凝聚：凝聚作用是指在某种电解质作用下，使胶体粒子聚集的过程。絮凝: 絮凝作用是利用带有许多活性官能团的高分子线状化合物吸附多个微粒的能力，通过架桥作用将许多微粒聚集 在一起，形成粗大的松散絮团的过程。絮凝剂：无机絮凝剂（明矶，氯化铁），有机高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺，）， 生物絮凝剂（蛋白质，黏多糖，纤维素和核酸）6影响过滤性能的因素混合物中悬浮微粒的性质和大小（一般情况下悬浮微粒越大，粒子越坚硬，大小越均匀，固 液分离越容易，过滤速度越大）混合液的粘度（流体粘度越大，固液分离越困难,过滤速度就会降低）操作

5、条件 （固液分离操作中温度，PH，操作压力，离心机转速，滤饼厚度等的控制也会影响固液分离速度）助滤剂的使用 （助滤剂使滤饼疏松，滤速增大）固液分离设备和技术（不同的固液分离设备分离效果不同）7溶剂萃取过程中溶解过程能量的变化（P39）8按照生成氢键的能力，溶剂类型的划分N型溶剂（不能形成氢键，如烷烃，四氯化碳，苯等，称为惰性溶 剂）A型溶剂（只有电子受体的溶剂，如氯仿，二氯甲烷等，能与电子供体形成氢键）B型溶剂（只有电 子供体的溶剂，如酮，醛，醚，酯等，萃取溶剂中的磷酸三丁酯胺等）AB型溶剂（同时具备电子受体A-H 和供B的溶剂，可缔合成多聚分子）9物质的浸取机理;物质的浸取机理可分为两类。一

6、类是有细胞的固体物料，溶质包含在细胞内部，根据分子扩 散理论，认为有如下机理：萃取剂S通过固体颗粒内部的毛细管道向固体内部扩散；萃取剂穿过细胞壁进 入细胞的内部；萃取剂在细胞内部将溶质溶解并形成溶液，由于细胞壁内外的浓度差，萃取剂分子继续向细 胞内扩散，直至细胞内的溶液将细胞胀破；固体内溶液向固液界面扩散；溶质由固液界面扩散至液相主体 另一类是无细胞物质的浸取：萃取剂穿过液固界面向固体内部扩散；溶质自固相转移至液相，形成溶液； 毛细管道内溶液中的溶质扩散至固液两界面；溶质由固液界面向液相主体扩散。10浸取的影响因素固体物质的颗粒度（根据扩散理论，固体颗粒度越小，固液两相接触界面越大，扩散速率

7、越大，浸出效果越好）溶剂的用量及浸取次数（根据少量多次原则，在定量溶剂条件下，多次提取可提高浸取 的效率）温度（提高浸取操作温度增大溶质的溶解度，降低溶液的粘度，有利于传质的进行）浸取时间（一 般来说浸取时间越长，扩散越充分，有利于浸取）搅拌（搅拌强度越大，越有利于扩散的进行）溶剂的PH（根 据需要调节萃取剂PH有利于某些成分的提取）浸取压力（提高压力促进浸润过程的进行，可提高固体物料组织 内充满溶剂的速度，缩短浸取时间）11.简述新型萃取技术（P63）双水相萃取是在两个水相之间进行的溶质传递过程，是一种新型的溶质分离技术。 其特点是分离条件温和，一般在常温常压下进行，能够保持生物物质的活性和

8、构象。另外，双水相系统不存在 有机溶剂残留问题，所用高聚物或盐是不挥发性物质，对人体无害，且溶质在两个水相之间传质和平衡过程速 度很快，溶质萃取率高，能耗小，设备费用低。目前双水相萃取技术主要用于蛋白质特别是胞内蛋白质的分离。 双水相系统是指某些亲水性聚合物之间或亲水性聚合物与无机盐之间，在水中超过一定的浓度后形成不相溶的 两相，并且两相中水分均占很大比例。12盐析的机理，优点及常见的沉淀技术（P78 ）机理：中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响，一般在低盐浓度 下随着盐浓度的升高，蛋白质的溶解度增加，称为盐溶”，当盐浓度继续升高时，蛋白质的溶解度不同程度下 降并先后析出，称为”盐析”。盐析法的优

9、点：成本低，不需要特别昂贵的的设备操作简单，安全对许多 生物活性物质具有稳定作用。常见的沉淀技术：盐析法，有机溶剂沉淀，选择性沉淀，等电点沉淀，有机聚合 物沉淀，聚电解质沉淀，金属离子沉淀。13吸附的类型及各自特点、影响吸附的因素、常用的吸附剂。类型：物理吸附（作用力为分子间力，没有选择性，吸附质可以是单分子或多分子吸附层，吸附热较小，吸附速 度快，放热，具有可逆性。），化学吸附（作用力为剩余化学键力，有选择性，只能形成单分子吸附层，较大的 吸附热，吸附速度慢，化学键大时，吸附不可逆），交换吸附。影响吸附的因素：吸附剂的性质（吸附剂的表面积越大，孔隙越大，则吸附容量越大，吸附剂的孔径越大，颗

10、粒度越小，则吸附速度越大。）吸附质的性质（一般能使表面张力降低的物质，易为表面所吸附，溶质从较易 溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少。极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸附非极性物质，）温度 （升高温度会使吸附量降低）溶液的PH（溶液的PH往往会影响吸附剂或吸附质解离情况，进而影响吸附量） 盐的浓度（盐类对吸附作用的影响较为复杂，有些情况下盐能阻止吸附，有些情况下，盐能促进吸附）吸附物 质浓度和吸附剂量（吸附质的平衡浓度越大，吸附量也越大）溶剂（一般吸附质溶解在单一溶剂中易被吸附，溶 解在混合溶剂中不易吸附）。常用的吸附剂：活性炭，活性炭纤维，球形炭化树脂，吸附树脂，硅胶，活性氧 化铝，沸

11、石，大孔网状聚合物吸附剂14大孔树脂的特点（P118 ）交联度高、溶胀度小，理化稳定性好，机械强度高；孔径和比表面积较大，交 换速度较快，抗有机污染能力较强，再生容易；存在永久性孔隙，使树脂耐涨缩，不易破碎，且可应用于非 水体系交换；流体阻力小，工艺参数稳定15.膜分离过程的物质传递，以典型的非对称膜为例，简述其分离过程16对膜过程的传递方式被动传递，促进传递，主动传递17何为压密作用，水解作用、浓差极化（P129）压密作用：在压力作用下，膜的水通量随运行时间的延长而逐 渐降低。膜的外观厚度减少1/21/3,膜由半透明变为透明，这表明膜的内部结构发生了变化，这种变化和高分 子材料的可塑性有关。

12、内部结构变化使膜体收缩。水解作用：污染物与水反应引起自身分解并形成新化合物的 过程。浓差极化：在膜分离过程中，由于水和小分子溶质透过膜，大分子溶质被截留而在膜表面聚积，使得膜 表面上被截留的大分子溶质浓度增大，高于主体中大分子溶质的浓度，这种现象称为浓差极化。18凝胶色谱的原理及其优点；原理：是利用凝胶粒子（通常称为凝胶过滤介质）为固定相，根据料液中溶质相对 分子质量的差别进行分离的液相色谱法。优点：溶质与介质不发生任何形式的相互作用，因此可采用恒定洗 脱法洗脱展开，操作条件温和，产品收率可接近100%每批操作结束后不需要进行介质的清洗或再生，故容 易实施循环操作，提高产品纯度作为脱盐手段，G

13、FC比透析法速度快，精度高，与超滤法相比，剪切应力小， 蛋白质活性收率高分离机理简单，操作参数少，容易规模放大。19良好的凝胶过滤介质有哪些要求（P155）亲水性高，表面惰性，即介质与溶质之间不发生任何化学或物理 相互作用稳定性强，在较宽的PH和离子强度范围以及化学试剂中保持稳定，使用寿命长具有一定的孔径 分布范围机械强度高，允许较高的操作压力20离子交换色谱的原理及其特点（P157, P159）离子交换色谱是利用离子交换剂为固定相，根据荷电溶质与离 子交换剂之间静电相互作用力的不同而发生差速迁移，从而实现溶质分离的洗脱色谱法。特点：料液处理量 大，具有浓缩作用，可在较高流速下操作；应用范围广

14、泛，优化操作条件可大幅度提高分离的选择性，所需 柱长较短；产品回收率高；商品化的离子交换剂种类多，选择余地大，价格也远低于亲和吸附剂。21.疏水性相互作用色谱的原理及其影响因素（P159）疏水性相互色谱是利用表面偶联弱疏水性基团的疏水性吸 附剂为固定相，根据蛋白质与疏水性吸附剂之间的弱疏水性相互作用的差别进行蛋白质类生物大分子分离纯化 的洗脱色谱法。影响因素：离子强度与种类；破坏水化作用的物质；表面活性剂；疏水性吸附剂的性 质；流动相的组成与操作温度22按分离的原理，电泳可分为几种，以及典型的尾电泳技术（P167）按分离的原理电泳可分为区带电泳，移界 电泳，等速电泳和等电聚焦电泳。典型的尾电泳

15、技术：琼脂糖凝胶电泳，醋酸纤维素膜电泳，聚丙烯酰胺凝胶 电泳，SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，等速电泳，等电聚焦。23结晶过程中，制备过饱和溶液的方法以及影响成核的因素（P176）方法：将热饱和溶液冷却（冷却法的结 晶过程中基本上不去除溶剂，而是使溶液冷却降温，称为过饱和溶液）将部分溶剂蒸发（此种方法也称等温结 晶，是借蒸发除去部分溶剂，而使溶液达到过饱和的方法）化学反应结晶（通过加入反应剂或调节PH，使体系 发生化学反应产生一个可溶性更低的物质，当其浓度超过其溶解度时就有结晶析出）盐析反应结晶（加入一种 物质与溶液中，使溶质的溶解度降低，形成过饱和溶液而析出的办法）因素：晶体粒度的影响（当晶体的

16、粒度 大于临界值才可以成为继续长大的稳定的晶核）过饱和度S（过饱和度是晶核产生和晶核长大的一个推动力） 晶种的影响（作为结晶的中心，诱导产生晶核）温度的影响（温度升高，成核速度升高）碰撞能量E的影响（碰 撞的能量越大，产生的晶粒数越多）螺旋桨的影响（螺旋桨对接触成核的影响最大，主要体现在它的转速和桨 叶端速度上）24连续结晶的优点（P183）生产周期短，节省劳动力；多变的生产能力，相同的生产能力下，投资省，占 地面积小；有较好的冷却和加热装置；产品的粒度大小和分布可控；产品稳定，收率高25.结晶操作控制过饱和度（溶液的过饱和度是结晶过程的推动力，因此在较高的过饱和度下进行结晶，可提 高结晶速率

17、和收率）温度（一般控制较低的温度和较小的温度范围）晶浆浓度（晶浆浓度应在保证晶体质量的 前提下尽可能取较大值）流速（较高的流速有利于过饱和度分布均匀，使结晶成核速率和生长速率分布均匀。 提高流速有利于提高热交换效率，抑制晶垢的产生。流速过高会产生晶体的磨损破碎）结晶时间（生产中主要 控制过饱和溶液的形成时间，防止形成的晶核数量过多而造成晶粒过小）溶剂与PH（选用的溶剂与PH都应使 目标产物的溶解度较低，以提高结晶的收率）晶种（加晶种进行结晶是控制结晶过程，提高结晶速率，保证产 品质量的重要方法之一）搅拌与混合（增大搅拌速度，可提高成核速率，也有利于溶质的扩散而加速晶体生长） 结晶系统的晶垢26蒸发的机理及其影响因素（P194）蒸发是溶液中的溶剂挥发进入气相中的过程，其实质是溶液中的溶剂由液 态变成气态，进而与溶液中的溶质实现分离的过程。影响因素：液体蒸发面的面稅蒸发的表面积越大，蒸发 速度越快）；加热温度与液体温度应有一定的温度差（使溶媒分子获得足够能量而不断气化）；搅拌（搅拌可以 克服结膜现象，使蒸汽发散加快，提高蒸发速度）；液面外蒸汽的浓度（蒸汽浓度大，分子不易溢出，蒸发速 度慢，反之则快）液面外蒸汽的温度（蒸发速度可随着蒸发温度的增加而加快）液体表面的压力（液体表面压力 越大，蒸发速度越慢）