生物工业下游技术复习题.doc

1 什么是下游技术？ 对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术 生物工业下游技术的工作领域是什么？ 物质分离、产品再加工 生物工业下游技术的原料特征是什么？ 1、粗料发酵，质、悬浮物多。 2、分子量及分子结构差异大。 3、易受各种分离操作的影响。 4、原料和发酵操作不稳定，各批次间成分变化大 生物制品分离过程可以划分成那几个阶段？各阶段的任务是什么？. 1、预处理和固液分离 除去发酵液中的不溶性固形物杂质和菌体细胞 2、提取（初步分离） 除去与产物性质差异较大的杂质，为后到精制工序创造有利条件 3、精制（高度纯化） 除去与产物物理化学性质比较接近的杂质 4、成品制备 获得产品 生物制品分离过程的确定应注意哪些问题？ 1、目的物是胞内物质还是胞外物质 2、原料中产物和主要杂质浓度 3、产物和主要杂质的物理化学特性差异 4、产品的用途和质量标准 5、产品的市场价格 6、废物的处理方法 2 平衡分离过程：建立在相平衡关系上的。利用相的组成差别进行混合物体系的分离。 拟平衡分离过程：混合物体系之外加一个势能场，在它的作用下，形成分离场。使被分离物在分离场的端面上浓缩，或者在分离场内形成一个稳定的浓度分布。 传递通量：流体在分离场内的传递现象可用经典流体力学中动量（通量）传递、热量（通量）传递和质量（通量）传递规律和作用于分离场的外加势能场来描述。 特异性结合：分子识别是指提取介质与目的物的关系就象钥匙和锁孔的关系。分离的准确度和精确度都大大提高，这对于低浓度、高附加值的目的物分离意义特别重要。 在下游过程中，如何利用化学过程？ 生成难溶盐或沉淀物的反应 生成络合物或螯合某些金属离子的反应等 在医药、食品、化工等行业具有广泛市场的山梨醇和木糖醇可以通过葡萄糖和木糖经金属镍催化加氢工艺（高压）获得。 在某些发酵产品或天然物质中，利用有机化学反应生成有特殊用途或更有价值的衍生物等方面的研究也较活跃。 在下游过程中，生物学过程是指什么？如何利用？ 生物学分离过程的主要特征是生物高分子的特异性相互作用。主要以蛋白质为代表的生物高分子，能分辩特定的物质，再与其可逆性结合 1、离子间的相互作用 主要因氨基酸侧链的电荷引起的静电作用 2、氢键结合 在配体含有O或N原子的场合下，能和结合部位之间形成氢键。因是原子间的相互作用，结合部位和配体间的位置关系很重要。 3、疏水性相互作用 配体上有烃链或芳香环之类的非极性基团，结合部位侧面也有同样的非极性部分时，存在疏水性相互作用。 4、对金属原子配位 因结合部位的一部分和配体之一部在同一金属原子（如锌和铁）上配位，间接结合的现象。 5、弱共价键结合 虽然强共价键结合的情况下，不会有可逆性的相互作用。但如醛基和羟基间形成的半缩醛形式的弱共价键的结合，存在可逆性的作用。 3 凝聚：在电解质的作用下，破坏胶体的稳定性。 絮凝：在高分子絮凝剂的作用下，胶体形成大的分子絮团。 助滤剂：是不可压缩的多孔微粒。使用助滤剂的目的是疏松滤饼，提高滤饼的抗压缩性能，提高过滤速度。 离心分离：利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩 过滤分离：悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒与溶液的分离 澄清过滤：过滤介质为硅藻土等，过滤前，现有过滤介质形成滤层，再进行过滤。 饼层过滤 切向流过滤: 悬浮液流动方向与过滤面平行，使悬浮液在过滤介质表面作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质的固体移走 为什么要进行发酵液的预处理？ 预处理的目的是为提取和精制等后继工序的顺利进行创造条件。 通过预处理可以改善发酵液的流体性能，降低滤饼比阻，提高过滤与分离速率。 发酵液预处理的方法有那些？各有什么优缺点？ 降低液体粘度（加快滤速） 优：能降低液体的粘度 缺：增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务 调整pH值 优：可改善发酵液中某些物质的过滤特性，有利于过滤的进行 凝聚与絮凝 优：有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率，还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量 缺:絮凝剂存在一定的毒性 加入反应剂 优：可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速率 加入助滤剂 优：使滤饼疏松，滤速增加 缺：需要考虑多方面的影响因素 比较离心分离和过滤分离的异同点？ 异 离心分离：利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩 过滤分离：悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒与溶液的分离 同 过滤式离心，转鼓上开有小孔，有过滤介质，在离心力的作用下，液体穿过过滤介质经小孔流出而得以固液