第一章 绪论1生物分离工程在生物技术中的地位？2、生物分离工程的特点是什么？3、生物分离过程的一般流程？ 4、不同生物物质分离提取常用的单元操作？ 5. 生化分离和化工分离的主要区别是什么?6. 对于氨基酸类物质通常采用哪些分离纯化方法？并说明理由。7. 对于蛋白质类物质通常采用哪些分离纯化方法？并说明理由。8. 提取与精制技术在现代生物化学工程中占有十分重要的地位，与传统化学化工中的分离过程相比，阐述生物技术产品对提取与精制技术的特殊要求及近几年来发展起来的一些新方法新技术。第二章发酵液预处理、细胞破碎及固液分离一、名词解释1. 凝聚和絮凝答：（1）凝聚：在中性盐的作用下，可以使菌体表面双电位层排斥，电位下降（即中和沉淀物质的电荷）。 （2）凝絮：向含菌的料液中加入高分子絮凝剂，可使菌体之间产生架桥作用而产生较大的凝聚颗粒。2渗透压冲击法破碎细胞答：是较温和的一种破碎细胞的方法，将细胞放在高渗透压的介质中，达到平衡后介质突然被稀释或者将细胞转入水中或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，水迅速进入细胞内，引起细胞壁的破裂。渗透压冲击法仅对细胞壁较脆弱的或者细胞壁预先用酶处理的或合成受抑制而强度减弱时才是适合的。3高压匀浆细胞破碎法答：细胞悬浮液在高压作用下，从阀座与阀之间的环隙高速喷出后撞击到碰撞环上，细胞受到高速撞击作用后，急剧释放到低压环境中，从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎。此法不适用于团状或丝状真菌、较小的革兰氏阳性菌及含有包含体的基因工程菌。适用于酵母菌和大多数细菌细胞的破碎。4超声波破碎法答：细胞的破碎是由于超声波的空穴作用，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性漩涡在介质的悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞内液体发生流动，从而使细胞破碎。适用于多数微生物细胞的破碎。5差速离心答：主要采用逐渐提高离心速度的方法分离不同大小细胞器的方法。二、单项选择题1. 去除高价金属离子Mg2+，加入 ( B ) 试剂。 (A) 草酸 (B) 三聚磷酸钠 (C) 黄血盐2. 渗透压冲击法破碎细胞，属于 ( B )。 (A) 机械破碎法 (B) 非机械破碎法 (C) 化学法3. 去除高价金属离子Fe3+，加入 (C ) 试剂。 (A) 草酸 (B 三聚磷酸钠 (C) 黄血盐 （D）聚合铁4. 用超声波法破碎下列三种细胞，最难破碎的是 ( C)。(A) 革兰氏阴性菌 (B) 革兰氏阳性菌 (C) 酵母5. 团状和丝状真菌的破碎不适宜采用 (C )。(A) 球磨法 (B) 溶酶法 (C) 高压匀浆法6. 下列细胞破碎法中，属于机械法的是 ( A)。(A) 超声波法 (B) 渗透压冲击法 (C) 溶菌酶法7. 若采用连续式泡沫分离塔进行浮选分离操作，若过程的目的是尽量提高被分离的物质纯度，可选用 ( A )。 (A) 浓缩塔 (B) 提馏塔 (C) 复合塔8. 若采用连续式泡沫分离塔进行浮选分离操作，若过程的目的是尽量除尽被分离的物质，可选用 ( B )。 (A) 浓缩塔 (B) 提馏塔 (C) 复合塔9. 过滤和离心是常采用的固液分离方法，除此之外还可以采用 ( A )。(A) 错流过滤法 (B) 凝胶过滤法 (C) 支撑型液膜分离法10. 当目标产物位于细胞质内时，适宜采用 ( A )。(A) 酶溶法 (B) 渗透压冲击法 (C) 球磨法三、填空题1. 酵母的细胞壁由 葡聚糖 糖、 甘露糖 糖和蛋白质构成。2. 革兰氏阳性菌的细胞壁主要由 肽聚 糖层组成，而革兰阴性菌的细胞壁在此糖层的外侧还有分别由 脂蛋白 、 脂多糖 及磷脂构成。3. 发酵液预处理常用的方法有 加热法 、 调节pH法 、 凝聚和絮凝 。4. 工业上常用的细胞机械破碎方法有 高压匀浆法 、 珠磨机法 。5. 去除高价金属离子Ca2+，加入 草酸或草酸钠 试剂。6. 食品行业最常用的一种过滤助剂是硅藻土，助滤剂的加入方式有助滤剂用量等于悬浮液中固体含量、 预先铺一层助滤剂两种。7. 机械法破碎细胞的方法有 高压匀浆法 ，球磨法， 喷雾撞击法 和 超声波破碎 。8. 细胞破碎机理可以分为：压缩/撞击破碎 ， 剪切破碎 和 化学渗透。9. 动物、植物和微生物细胞三者相比，动物细胞更易破碎，是因为 没有细胞壁，只有由脂质和蛋白质组成的细胞膜，易于破碎生物分离过程的特点。10. 采用化学和生物化学渗透法破碎细胞常用酸碱处理 、化学渗透、和 酶溶 法。11. 当目标产物存在于细胞膜附近时，一般不采用机械法，也不考虑引入有毒物质的化学试剂法，可采用较温和的方法，如 自溶作用 、 渗透压冲击法 和 反复冻融法 等。12. 分离因素是衡量离心程度的参数，用Z表示，Z = 42N2r/g，式中N离心机的转速，r/s；r为离心半径，m；g为重力加速度。如果离心机半径为0.20 m，转速为4800 r/min，则离心机的离心力为 g。（自己代公式）13. 硅藻土过滤机适合于固体含量少于 0.1% 、颗粒直径在5-100 m的悬浮液的过滤分离，用于河水、麦芽汁、酒类和饮料等的澄清。四、简答题1. 食品和医药常用的絮凝剂有哪几种？答：（1）阴离子型：聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸 （2）无机高分子聚合物絮凝剂：聚合铝盐、聚合铁盐 （3）天然有机高分子絮凝剂：丹宁、明胶、壳聚糖2. 环丝氨酸发酵液用氧化钙和磷酸进行预处理，作用机理是什么？答：环丝氨酸发酵液用氧化钙和磷酸处理产生磷酸钙沉淀，能使悬浮物凝聚，磷酸根离子还可出去镁离子3酶法破碎细胞的机理及使用特点。答：（1）机理：利用酶反应，分解破坏细胞壁上特殊的键，从而达到破壁目的 （2）使用特点:专一性强，发生酶解的条件温和，内含物成分不易受到破坏，细胞破坏程度可以控制，适用于多种微生物；但易造成产物抑制作用，酶水解费用较贵，通用性差，一般适用于实验室规模的研究。4. 发酵液中含有大量发酵完毕的细菌，可采用哪些方法对料液进行预处理？说明原因。答：用凝聚或絮凝的方法。设法增加悬浮液中固体粒子的大小，提高其沉降速度或者采用加热法降低其粘度以利于过滤。 因为菌体细小过滤困难，且由于菌体自溶，蛋白质及其他有机粘性物质的存在造成滤液混浊，滤速极慢。5. 板框过滤和离心分离法的优缺点各是什么？答：项目板框过滤优点过滤面积大；推动力较大幅度的进行调整并能耐受较高的压力差；结构简单价格低；动力消耗少缺点不能连续操作，设备笨重，劳动强度大；卫生条件差；非生产的辅助时间长，阻碍了过滤效率的提高离心分离法优点分离速度快，分离效率高，液相澄清度好，操作卫生条件好缺点设备投资高，能耗大真空转鼓过滤机优点能连续操作，能实现自动化控制缺点压差较小，主要适用于霉菌的发酵过滤6. 举例说明采用多种破碎法相结合提高破碎率的机理。答：酶溶法与高压匀浆法、超声波法破碎等相结合。先用酶溶法处理面包酵母，然后再用高压匀浆破碎法处理，总破碎率在95%以上，若单用高压匀浆法处理，破碎率只有32%左右。7阐述破碎技术与上、下游过程相结合提高破碎率的机理。答：与上游过程相结合：发酵培养过程中，培养基、生长期、操作参数等因素都对细胞壁、膜的结构与组成有一定影响。在生长后期，加入某种能抑制或阻止细胞壁物质合成的抑制剂，继续培养一段时间后，新生成的细胞壁有缺陷，利于破碎，可提高破碎率。 与下游过程相结合：细胞破碎和固液分离密切相关，对于可溶性产品而言，碎片必须除净，否则会造成曾吸住超滤膜阻塞，缩短设备使用寿命。8说明发酵液有哪些预处理方法？并说明作用原理。（1）、无机离子的去除：1）Ca2+，草酸、草酸钠，形成草酸钙沉淀，注意回收草酸 2）Mg2+，三聚磷酸钠，形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物；3）Fe3+，黄血盐，普鲁士蓝沉淀4）Fe2+，赤血盐，滕氏蓝沉淀（2）蛋白质的除去： 1）Savage去除蛋白质，该法条件温和可避免多糖的降解 2）三氯乙酸去除蛋白质 3）蛋白质酶去除蛋白质（3）改善培养液的性能：1）加热法：除去某些热敏性蛋白，降低粘度，利于过滤 2）调节pH值：改变杂蛋白带电性能 3）凝聚：中和电荷，工业上常用阳离子型絮凝剂中和细菌表面的负电荷4）絮凝：是通过静电引力、范德华力和氢键作用，强烈吸附在胶粒表面9比较高压匀浆法、球磨法破碎细胞的原理、特点及使用场合。答：（1）高压匀浆法原理：细胞悬浮液在高压作用下，从阀座与阀之间的环隙高速喷出后撞击到碰撞环上，细胞受到高速撞击作用后，急剧释放到低压环境中，从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎。 球磨法原理：它是将细胞悬浮液与玻璃小珠或氧化锆一起快速搅拌或研磨，使达到细胞某种程度的破碎 （2）高压匀浆法破碎特点：破碎过程中能耗与操作压力呈线性相关，对酶活影响不大。 球磨法破碎特点：微球填充率高，微珠与目标细胞直径比大；但在破碎期间样品温度迅速升高，可通过二氧化碳来冷却容器得到解决 （3）高压匀浆法使用范围：不适用于团状或丝状真菌、较小的革兰氏阳性菌及含有包含体的基因工程菌。适用于酵母菌和大多数细菌细胞的破碎。 球磨法适用范围：适用于所有微生物细胞。10比较机械法和非机械法破碎细胞的优缺点。答：比较项目机械法非机械法破碎机理切碎细胞溶解局部壁膜碎片大小细小较大内含物释放全部部分粘度高（核酸多）低（核酸少）时间、效率时间短、效率高时间长、效率低设备需专用设备不需专用设备通用性强差但专一性强经济性成本低成本高适用范围工业规模、实验室部分工业规模、实验室五、综合设计与论述题1、 若目标蛋白质产品在细胞内，试设计一系列的提取、纯化步骤，最终获取粉末状高附加值的蛋白质产物，并分析使用原因。答：预处理（去除无机离子，可溶性蛋白，改善培养液性能）细胞破碎（高压匀浆法、酶溶法、超声波破碎法结合使用，提高破碎率）固液分离（过滤、离心、沉降）提取（沉淀、萃取、膜分离）浓缩（蒸发、超滤、吸附、沉淀）纯化（层析、电泳）成品化（干燥、无菌过滤）2. 若目标多糖产品在细胞外，试设计一系列的提取、纯化步骤，最终获取粉末状高附加值的多糖产物，并分析使用原因。答：固液分离（微滤）提取（有机溶剂萃取）纯化成品化3、细胞破碎方法的分类？每种方法适用于哪些场合？各有何优缺点？分类适用场合及优缺点机械法高压匀浆法破碎率较高，可大规模生产，不适用于团状或丝状真菌、较小的革兰氏阳性菌及含有包含体的基因工程菌。适用于酵母菌和大多数细菌细胞的破碎。球磨法破碎率较高，可大规模操作，适用于大多数微生物细胞的破碎，但大分子目的产物易失活且过程产热高喷雾撞击法破碎率高，活性保留率高，不适用于冰冻敏感产物超声波破碎法对酵母菌效果差，破碎过程升温剧烈，但破碎能力强，适用于多数微生物细胞的