生物分离工程答案.doc

生物分离工程练习题一（第13章）一、选择题1、下列物质不属于凝聚剂的有（ C ）。A、明矾 B、石灰 C、聚丙烯类 D、硫酸亚铁2、发酵液的预解决方法不涉及（ C ）A. 加热 B絮凝 C.离心 D. 调pH3、其他条件均相同时，优先选用那种固液分离手段（ B ）A. 离心分离 B过滤 C. 沉降 D.超滤4、那种细胞破碎方法合用工业生产（ A ）A. 高压匀浆 B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法5、为加快过滤效果通常使用（ C ）A.电解质 B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂6、不能用于固液分离的手段为（ C ）A.离心 B过滤 C.超滤 D.双水相萃取7、下列哪项不属于发酵液的预解决： （ D ）A.加热 B.调pH C.絮凝和凝聚 D.层析8、可以除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（ C ） A 过滤 B 萃取 C 离子互换 D 蒸馏9、从四环素发酵液中去除铁离子,可用 （ B ） A 草酸酸化 B 加黄血盐 C 加硫酸锌 D 氨水碱化10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（ B ）A.减少蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点11、使蛋白质盐析可加入试剂（ D ）A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵12、盐析法纯化酶类是根据（ B ）进行纯化。A.根据酶分子电荷性质的纯化方法 B.调节酶溶解度的方法C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法 D.根据酶分子专一性结合的纯化方法13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（ B ）A.酸性条件 B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（ D ）A.乙酸乙酯 B正丁醇 C.苯 D.丙酮15、有机溶剂为什么可以沉淀蛋白质（ B ）A.介电常数大 B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质互相反映16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（ A ）范围内适合。A. 0.52 B13 C. 24 D. 3517、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后合用（ C ）去除金属离子。A. SDS B CTAB C. EDTA D. CPC18、单宁沉析法制备菠萝蛋白酶实验中，加入1%的单宁于鲜菠萝汁中产生沉淀，属于( D )沉析原理。A盐析 B有机溶剂沉析 C等电点沉析 D有机酸沉析19、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度 （ C ）A、增大 B、减小 C、先增大，后减小 D、先减小，后增大20、将四环素粗品溶于pH2的水中，用氨水调pH4.54.6，2830保温，即有四环素沉淀结晶析出 。此沉淀方法称为 （ B ）A、有机溶剂结晶法 B、等电点法 C、透析结晶法 D、盐析结晶法21、将配基与可溶性的载体偶联后形成载体-配基复合物，该复合物可选择性地与蛋白质结合，在一定条件下沉淀出来，此方法称为 （ A ）A、亲和沉淀 B、聚合物沉淀 C、金属离子沉淀 D、盐析沉淀22、在一定的pH和温度下改变离子强度（盐浓度）进行盐析，称作 ( A )A、KS盐析法 B、盐析法 C、反复盐析法 D、分部盐析法23、某蛋白在硫酸铵饱和度为60%时可完全沉淀。现有该蛋白水溶液10mL，欲使该蛋白完全沉淀，应加入饱和硫酸铵溶液（B ）mL。A、10 B、15 C、20 D、2524、关于非离子多聚物沉淀蛋白的原理，下列说法错误的是（B）A、沉淀作用是聚合物与生物大分子发生共沉淀作用。B、由于聚合物有较强的疏水性，使生物大分子脱水而发生沉淀。C、聚合物与生物大分子之间以氢键互相作用形成复合物，在重力作用下形成沉淀析出。D、通过空间位置排斥，使液体中生物大分子被迫挤聚在一起而发生沉淀。25、关于核酸沉淀，下列说法对的的是（D）。A、在核酸提取液中加入氯仿/异戊醇或氯仿/辛醇，振荡一段时间，使核酸在氯仿/水界面上形成凝胶状沉淀而蛋白质留在水溶液中。B、在对氨基水杨酸等阴离子化合物存在下，核酸的苯酚水溶液提取液中，蛋白质进入水层，而DNA和RNA沉淀于苯酚层中被分离除去。C、在DNA与RNA的混合液中，用异丙醇选择性地沉淀RNA而与留在溶液中的DNA分离。 D、由于核酸都不溶于有机溶剂，所以可在核酸提取液中加入乙醇、异丙醇或2-乙氧基乙醇，使DNA或RNA沉淀下来。26、过滤的透过推动力是（ D ）。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差27、在Cohn方程中，logS=-KsI中，盐析常数Ks反映（ C ）对蛋白质溶解度的影响。A.操作温度 B.pH值 C.盐的种类 D.离子强度28、在Cohn方程中，logS=-KsI中，常数反映（ B ）对蛋白质溶解度的影响。A.无机盐的种类 B.pH值和温度 C.pH值和盐的种类 D.温度和离子强度29、在相同的离子强度下，不同种类的盐对蛋白质盐析的效果不同，一般离子半径（ A ）效果好。 A.小且带电荷较多的阴离子 B.大且带电荷较多的阴离子 C.小且带电荷较多的阳离子 D.大且带电荷较多的阳离子30、下列关于固相析出说法对的的是（ B ）A.沉淀和晶体会同时生成 B析出速度慢产生的是结晶 C.和析出速度无关 D.析出速度慢产生的是沉淀二、填空1、Cohn方程logS=-KsI中，Ks越（ 大 ），值越（ 小 ） ，盐析效果越好。2、固液分离的重要方法有（ 过滤 ）和（ 离心 ）。3、对发酵液进行预解决方法重要有（ 减少液体粘度 ）、（ 调整pH ）、（ 凝聚与絮凝 ）、（ 加入助滤剂 ）、 （加入反映剂 ）。4、根据过滤机理的不同，过滤操作可分为（ 澄清过滤 ）和 （ 滤饼过滤 ）两种类型5、盐析的操作方法有（ 加入固体盐法 ）、（ 加入饱和溶液法 ）、（ 透析平衡法 ）。6、核酸的沉淀方法重要有（ 有机溶剂沉淀法 ）、（ 等电点沉淀法 ）、（ 钙盐沉淀法 ）、（ 溶剂沉淀法 ）。7、蛋白质胶体溶液的稳定性重要靠（ 蛋白质周边的水化层 ）、 （蛋白质分子间静电排斥作用 ）等因素稳定。8、为使过滤进行的顺利通常要加入（ 惰性助滤剂 ）。9、典型的工业过滤设备有（ 板框压滤机 ）和（ 真空转鼓过滤机 ）。10、常用的蛋白质沉析方法有（等电点沉淀），（盐析）和（ 有机溶剂沉淀 ）。三、其他题型1、什么是生物技术下游加工过程？从发酵液或酶反映液或动植物细胞培养液中提取、分离、纯化、富集生物产品的过程。2、针对分离对象而言，生物分离过程有何特点（1）发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液：发酵液中生物产品的浓度很低，而杂质含量却很高，如发酵液 (0.1-10g/L) 或 培养液(5-50mg/L)，青霉素（4.2%）、庆大霉素（0.2%）、干扰素（50ug/ml，0.005%）胰岛素0.002%。这使分离所需能量以及产品价格大大提高。（2）培养液是多组分的混合物：培养液是一个复杂的多相体系，具有菌体、未消耗尽的固体培养基等固体成分和大量的液相；未消耗完的培养基成分，涉及各种无机盐和有机物；除所需产物外，还具有其他副产物以及色素等杂质，有些杂质的性质与产物很接近。很难通过单一手段将产物分离和纯化。（3）生化产品的稳定性差：许多发酵产品具有生理活性，很容易变性失活，如原料液中常存在降解目的产物的蛋白酶、菌体也也许自溶、容易被杂菌污染：遇热、极端pH值、有机溶剂会引起失活或分解，特别是蛋白质的生物活性与一些辅因子、金属离子的存在和分子的空间构型有关。甚至剪切力也会影响空间构型和使分子降解，对蛋白质的活性有很大影响，因此，分离过程中的pH值、温度和搅拌等条件必须特别注意。发酵液放罐后，应及时快速操作，规定采用快速的分离纯化方法除去影响目的产物稳定性的杂质。（4）对最终产品的质量规定高：对产物的规定：保持生物产物的活性、纯度规定高，当生物技术产品是食品或药物时，规定无污染物、无对映体、无病毒、无热原、无致敏原等。3、生物分离工程的一般环节是什么？各环节中的单元操作重要有哪些？一般包含四个环节，如图所示。预解决中有加热、调pH、絮凝等单元操作；细胞分离中有沉降、离心、过滤、错流过滤等操作环节；细胞破碎中有均质化、研磨、溶胞等单元操作；细胞碎片分离中有离心、萃取、过滤、错流过滤等单元操作；初步纯化中有沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；高度纯化中有层析、离子互换、亲和、疏水、吸附、电泳等单元操作；成品加工中有无菌过滤、超滤、冷冻干燥、喷雾干燥、结晶等单元操作。4、生物分离过程的选择准则是什么？（1）采用环节数最少；（2）顺序要相对合理：避免相同原理的分离技术多次反复出现。尽量减少新化合物进入待分离的溶液。合理的分离环节顺序。原则是：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。（3）适应产品的技术规格。（4）生产规模：在分离过程的第一个环节（发酵液的预解决和固液分离）中，使用的离心和过滤等方法可以适应很宽的规模范围，因此对于不同规模的产物分离影响不大。但在后续环节中，技术方法的选择和生产规模关系密切。从技术的成本和产品的价值方面综合考虑。（5）进料组成：从目的产物的浓度高低、物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质、目的产物的定位、菌种的种类和形态、微生物的含量和发酵液的黏度等方面综合考虑。（6）产品形式：产物的用途（医药、食品或化工品等）、形式（液体、结晶或无定性）以及最低纯度标准拟定了纯化过程的最后规定，也是拟定分离过程方案的重要依据。（7）产品的稳定性。（8）物性：根据产物的溶解度可以考察各种方法中pH、温度等条件对沉淀过程或萃取过程的影响；根据分子带电性质可以采用何种离子互换介质进行分离；根据分子大小的不同可以采用膜过滤或凝胶过滤层析将产物与杂质进行分离。（9）环保和安全规定：离心产生的气溶胶、发酵产生的废气、干燥产生的粉尘等；目的产物自身的危害性；试剂危害；微生物的危害等。（10）生产方式。5、通过本课程的学习，谈谈你对生物技术下游加工过程此后发展动向的理解。（1）加强基础理论研究研究非抱负溶液中溶质与添加物料之间的选择性机制、影响因素；研究界面的结构、动力学和传质机制，以及影响因素；下游加工过程的数学模型的建立和计算机模拟。 （2）传统分离技术的提高和完善 蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子互换等传统技术由于应用面广且相对成熟，对它们的提高和完善将会推动大范围的技术进步。适合于大规模工业化生产的传统技术通过改造提高后，适应面会更宽，效率会更高，仍然显示出强劲的生命力。（3）新技术的研究与开发随着生物技术的发展，出现了许多新产品，获得了过去无法得到的、分子结构复杂的大分子物质，为了适应于新产品后解决过程的需要，出现了许多新的物化分离方法。双水相萃取、反胶团萃取、膜分离、色谱、亲和分离、电泳等都是在生物分离过程研究开发中十分活跃的领域。如：新型分离介质的研究开发子代分离技术：各种分离纯化技术互相结合、交叉、渗透，形成形成了所谓融合技术或子代分离技术。如膜技术和萃取、蒸馏、蒸发技术相结合形成了膜萃取技术、膜蒸馏及渗透蒸发技术；又如膜分离过程与亲和配基相结合，形成了亲和膜分离过程；离心分离与膜分离过程相结合，形成了膜离心分离过程等等。新兴下游技术：超临界流体萃取、反胶团萃取、液膜分离、磁性亲和分离、聚焦色谱、高速逆流色谱、径向流色谱、连续环状色谱、拟移动床色谱等。（4）生物技术下游工程与上游工程相结合这是当今生物技术领域里的热点之一。运用基因工程对产物进行了改造以使下游分离过程大大简化。发酵和分离耦合：该研究早在20世纪70年代就已开始进行，人们将这个思绪用于厌氧发酵生产乙醇，取得了令人满意的效果，近年来又逐渐发展到用于好氧发酵过程中来，如发酵吸附分离、发酵膜分离、发酵萃取分离等，既可减少产物的反馈克制效应，提高转化率，同时可简化产物提取过程，缩短生产周期，增长产率。培养基和发酵条件：直接决定着输送给下游的发酵液质量，如采用液体培养基，不用酵母膏、玉米浆等有色物质和杂蛋白等为原料，控制比生长速率、消沫剂用量，放罐时间等发酵条件，可使分离过程方便、经济。代谢工程：菌种选育和工程菌构建一般以提高目的产物量为目的，现在应当转变观念，从整体出发，除了达成以上目的外，还应设法增长产物的胞外分泌量，减少非目的产物的分泌（如色素、毒素、降解酶及其他干扰性杂质等）以及赋于菌种或产物以某种有益的性质以改善产物的分离特性，从而简化下游加工过程。（5）强化物理化学作用的影响物理作用：将微波、超声波、电磁等应用于分离：微波萃取、微波蒸馏、超声波萃取、磁性亲和分离化学作用：选择适当的分离剂，增大分离因子，增长对目的组分的选择性；向分离体系投入附加组分，改变本来体系的化学位，从而增大分离因子。强化化学作用对相界面传质速率的影响：运用一些相转移促进剂来增大相间的传质速率。若把这类相转移促进剂结合在固相的界面上，便形成各类“亲和”分离过程，如亲和色谱、亲和萃取、亲和错流过滤、亲和膜分离等，这是强化分离过程的一个前沿研究方向。 （6）生物分离过程的高效集成化生物分离过程的高效集成化的含义在于运用已有的和新近开发的生化分离技术，将下游过程中的有关单元进行有效组合 (集成 )，或者把两种以上的分离技术合成为一种更有效的分离技术，达成提高产品收率、减少过程能耗和增长生产效益的目的。按此定义，生物分离过程的高效集成化技术涉及生化分离技术的集成化和生物分离过程的集成化两方面的内容，这种只需一种技术就达成完毕后解决过程中几步或所有操作的方法，充足体现了过程集成化的优势。（7）清洁生产清洁生产是指将综合防护的环境保护策略连续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。它涉及三方面的内容，即清洁生产工艺技术和过程、清洁产品、清洁能源、。清洁生产工艺是生产全过程控制工艺，涉及节约原材料和能源，淘汰有毒害的原材料，并在所有排放物和废物离开生产过程以前，尽最大也许减少它们的排放量和毒性，对必须排放的污染物实行综合运用，使废物资源化。目前，生物工业的产品大多数是通过液态发酵获得的。产物在发酵液中的浓度很低，酒精、谷氨酸和柠檬酸的发酵液浓度较高，也只有10%左右，其他一般只有25%，有的甚至更低。因而，单位产品排放的废液量也非常大，环境污染问题日益突出。在我国轻工行业，已成为仅次于造纸废水的第二大废水污染工业。如将微生物制药工业废水计入在内，就更大了。这不仅给社会导致了危害，也反过来成为生物工业进一步发展的严重制约因素。清洁生产将是协调生产和环境的最有效方法。我国在酒精、味精和柠檬酸工业上都相继开展了清洁生产研究，并取得较大进展，已进入或接近工业化阶段。尽管清洁生产研究尚属起步阶段，在技术和理论上尚未完善，但它的重要性已日显突出。在生物分离过程中充足考虑到清洁生产已势在必行。6、在进行产品的分离纯化制备之前，为什么要对发酵液进行预解决？预解决的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：（1）改变发酵液的物理性质，涉及增大悬浮液中固体粒子的尺寸，减少液体黏度，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率；（2）尽也许使产物转入便于后解决的一相中（多数是液相）；（3）相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。7、什么是封头过滤？什么是错流过滤？封头过滤：一般过滤中，滤液的流动方向与滤饼基本垂直，称为封头过滤。错流过滤：在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动，运用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度8、发酵液预解决中，凝聚和絮凝的作用机理有何不同？凝聚指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用减少，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。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。9、中性盐沉淀蛋白质的基本原理是什么？蛋白质和酶均易溶于水，由于该分子的COOH、NH2和OH都是亲水基团，这些基团与极性水分子互相作用形成水化层，包围于蛋白质分子周边形成1nm100nm颗粒的亲水胶体，削弱了蛋白质分子之间的作用力，蛋白质分子表面极性基团越多，水化层越厚，蛋白质分子与溶剂分子之间的亲和力越大，因而溶解度也越大。亲水胶体在水中的稳定因素有两个：即电荷和水膜。由于中性盐的亲水性大于蛋白质和酶分子的亲水性，所以加入大量中性盐后，夺走了水分子，破坏了水膜，暴露出疏水区域，同时又中和了电荷，破坏了亲水胶体，蛋白质分子即形成沉淀。10、硫酸铵是蛋白质盐析中最常用的盐类，为什么？（1）溶解度大；（2）分离效果好；（3）不易引起变性，有稳定酶与蛋白质结构的作用；（4）价格便宜，废液不污染环境。