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生物分离工程部分知识点

生物分离效率三个指标：分离纯化浓缩程度，纯化倍数，回收率。

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。

机械破碎法：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）工业常用方法：高压匀浆法、高速珠磨法。

优缺点：高压匀浆优点是细胞经历了高速造成的剪切、碰撞、高压到常压的变化，从而

造成细胞破碎。缺点是较容易造成堵塞的丝状真菌、放线菌以及较小的G+菌不适合

用本法。

高压匀浆一般需多级循环操作，每次循环前需要进行级间冷却。主要能耗是高压和

维持低温操作能量消耗。高速珠磨破碎法：破碎率与能耗成正比。增加装珠量或延

长破碎时间或增加转速均可提高破碎率，但同时能量消耗和产热增加，提高了制冷费和

总能源消耗量。当破碎率≥80%，能耗急剧增加。超声波破碎：有效能量利用率低，冷

却要求苛刻。

①常用的蛋白质沉淀方法有：盐析沉淀（硫酸铵，低温）、等电点沉淀、有机溶剂沉

淀（丙酮/乙醇等有机溶剂）及热沉淀法等。

②有机溶剂沉淀蛋白质的机理是：向蛋白质溶液中加入有机溶剂，水的活度降低。随

着有机溶剂溶度的增大，水对蛋白质分子表面荷电基团的水化程度降低，液体的介电常

数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。

盐析的主要因素有无机盐的种类，浓度，温度和pH值。lgS=-β—KsI。盐的种类影

响KS值，离子半径小而带电荷较多的阴离子盐析效果好。温度和pH值影响β，在高

离子强度溶液中，温度上升，有利于某些蛋白质失水，因此温度升高，蛋白质溶解度下

降。pH值接近蛋白质等电点有利于提高盐析效果。

水相pH值对弱电解质分配系数具有显著影响。物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数

随pH值降低而增大，弱碱性电解质随pH值降低而减少。弱电解质在水相中发生不完全

解离，仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分配平衡，而酸根或碱基不能进入有机相，所

以萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡，另一方面，未解离的

游离电解质在两相中达到分配平衡。对酸来说，越酸萃取效果越好，对碱来说越碱效果

越好

乳化：是发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等物质，这些物质具有表面活剂性的作用，

使有机溶剂和水的表面张力降低（乳化剂），产生两种乳浊液：油包水型W/O乳浊液、

水包油型O/W型乳浊液。

乳化后使有机相和水相分层困难，出现两种夹带：

①发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；②有机溶剂中夹带发酵液给后

处理操作带来困难。

影响因素：表面活性剂的种类，浓度影响表面张力，介质黏度：较大时能增强保护膜的

机械强度。液滴带电：相同电荷的颗粒互相排斥而维持乳浊液稳定。

消除：在操作前，对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理，可除去大部分蛋白质及固体微粒，

防止乳化现象的发生。乳化产生后，采取适当的破乳手段：物理方法：乳化现象不严

重：过滤或离心沉降。或加热，稀释，吸附，加电解质。化学方法：对于O/W

型乳浊液，加入亲油性表面活性剂，可使乳浊液从O/W型转变成W/O型，对于W/O

型乳浊液，加入亲水性表面活性剂，如SDS（十二烷基磺酸钠）

分配定律（分配系数）及其应用条件

在恒温恒压条件下，溶质在互不混溶的两相中达到平衡系数时，其在两相中的浓度之比

为一常数，该常数称为分配系数，即K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓

度。

上式应用条件：（1）稀溶液；（2）溶质对溶剂之间的互溶度没有影响；（3）溶质之间不

发生缔合或解离。

物质均有其固定的临界温度和临界压力，在P-T相同上称为临界点，在临界点以上物质

处于既非液体也非气体的超临界状态，称为超临界流体。

常用的双水相体系：高聚物/高聚物体系：如聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）体系，高

聚物/无机盐体系，如PEG/磷酸盐体系（KPi）。

影响蛋白质在双水相体系中分配平衡的因素：1、成相聚合物及其浓度：若降低聚

合物的相对分子量，则蛋白质易于分配于富含该聚合物的相中，适用于任何成相聚合物

和生物大分子溶液成相体系