2023年生物分離題庫答案

一、填充題

1.生物產品的分離涉及Removalofinso分bles（固液分離），Isolation（濃縮），P

utification（純化）和Polishing（精制）；

2.發(fā)酵液常用的固液分離方法有離心和過濾等；

3.離心設備從形式上可分為管式，套筒式，碟片式等型式:

4.膜分離過程中所使用的膜，依據其膜特性（孔徑）不同可分為微濾膜，超濾膜，納濾膜

和反滲透膜；

5.多糖基離子互換劑涉及葡聚糖離子互換劑和離子互換纖維素兩大類:

6.工業(yè)上常用的超濾裝置有板式，管式，螺旋卷式和中空纖維式；

7.影響吸附的重要因素有吸附劑的性質，溫度，溶液PH值，鹽濃度吸附物濃度,和吸附

劑用量；

8.離子互換樹脂由活性基因和可互換離子組成。

9.電泳用凝膠制備時，過硫酸鏤的作用是引發(fā)劑；甲叉雙丙烯酰胺的作用是交聯(lián)劑；

TEMED的作用是增速劑；

10影響鹽析的因素有溶質種類，溶質濃度，PH值和溫度；

11.在結晶操作中，工業(yè)上常用的起晶方法有自然起晶,刺激起晶法和晶種起晶法；

12.簡樸地說，離子互換過程事實上只有外部擴散，內部擴散和化學互換反映三步:

13.在生物制品進行吸附或離子互換分離時，通常遵循Langmuir吸附方程，其形式為Q=q。c/（k+c）；

14.反相高效液相色譜的固定相是槌極怛的，而流動相是極性的:常用的固定相有和Cl8c8；

常用的流動相有甲醇和乙睛；

15.超臨界流體的特點是與氣體有相似的粘度（擴散系度），與液體有相似的密度；

16.離子互換樹脂的合成方法有共聚（加聚）和均聚（縮聚）兩大類:

17.常用的化學細胞破碎方法有滲透壓沖擊法，增溶法，脂溶法，酶消化法和堿解決法；

18.等電聚焦電泳法分離不同蛋白質的原理是依據其受良的不同；

19.離子互換分離操作中，常用的洗脫方法有PH梯度和離子強度（（鹽）梯度）；

20.晶體質量重要指晶體大小，晶體性狀和晶體純度三個方面;

21.親和吸附原理涉及吸附質的制備，吸附和洗脫三步:

22.根據分離機理的不同，色譜法可分為吸附色譜,分派色譜，離了互換色譜和凝膠色譜；

23.鹽析實驗中用于關聯(lián)溶質溶解度與鹽濃度的Cohn方程為lgs=B-KsI：

當保持體系溫度，PH值不變，僅改變溶液離子強度進行的鹽析操作稱為Ks鹽析法；

當保持離子強度不變，改變溫度，PH值進行的鹽析操作稱為B鹽析法；

24.蛋白質分離常用的色譜法有金屬螯合色譜,共價色譜,離子互換色譜和疏水作用色譜;

25.SDSPAGE電泳制膠時，加入十二烷基磺酸鈉(SDS)的目的是消除各種待分離蛋白的電荷和分子形狀

差異，而將分子量作為分離的依據;

26.常用的蛋白質沉析方法有鹽板，等電點沉析和有機溶劑沉析;

27.常用的工業(yè)絮凝劑有聚丙烯酰胺和聚苯乙烯兩大類;

28.典型的工業(yè)過濾設備有板框式過濾機、真空轉鼓過濾機和垂直片式硅藻土過濾機;

29.常用離心設備可分為離心沉降和離心過濾兩大類;

30.根據物化理論，萃取達成平衡時，溶質在萃取相和萃余相中的化學勢相等:

31.根據吸附劑與吸附質之間存在的吸附力性質的不同，可將吸附分為物理吸附、化學吸附、互換吸附—

32.影響親和吸附的因素有配基濃度、空間障礙、載體孔徑、微環(huán)境和載體與配基結合位點;

33.陽離子互換樹脂按照活性基團分類，可分為強酸性,、弱酸性~和中強酸性、;其典型的活性基團分別有

磺酸基團次甲基磺酸基團、竣酸基團、磷酸基團次磷酸基團:

34.陰離子互換樹脂按照活性基團分類，可分為強堿性，弱堿性~和中強堿性、;其典型的活性基團分別有

季錢基團、伯鏤基團、兼有以上兩種基團;

35.DEAESepharose是陰離子互換樹脂,其活性基團是二乙基氨基乙基;

36.CMSepharose是皿離子互換樹脂，其活性基團是峻甲基；

37.影響離子互換選擇性的因素有水合離子半徑、離子化合價、溶液PH、離子強度、有機溶劑和交聯(lián)度;

38.離子互換操作一般分為靜態(tài)和動態(tài)兩種；

39.蛋白質等生物大分子，在溶液中呈穩(wěn)定的分散狀態(tài)，其因素是由于靜電斥力作用和水化膜層;

40.鹽析用鹽的選擇需考慮鹽析作用要強、有夠大的溶解度、生物學上是惰性的、來源豐富、經濟等

41.影響有機溶劑沉淀的因素有溫度、旦1、樣品濃度、離子強度和金屬離子的助沉作用;

42.常用的超濾裝置有板式、管式、螺旋卷式和中空纖維式;

43.依據電泳原理，現有電泳分離系統(tǒng)可分為區(qū)帶電泳、靜態(tài)電泳和移動界面電泳;

44.依據建立pH梯度的原理不同，等電聚焦(IEF)可分為載體兩性電解質電泳和同相電泳;

45.雙相電泳中，第一相是導電聚焦;第二相是SDS；

46.結晶涉及三個過程過飽和溶液形成、晶核的形成和晶體牛長：

47.過飽和溶液的形成方法有熱過飽和溶液冷卻法、部分溶劑蒸發(fā)法、真空蒸發(fā)冷卻法和化學反映結晶；

48.晶核自動形成時，體系總的吉布斯自由能的改變AG由AGs和AGv組成;

49.物料中所含水分可分為化學結合水、物化結合水和機械結合水三種;

50.根據干燥曲線，物料干燥可分為恒速和隆速兩個階段；

51.工業(yè)生產中常用的助濾劑有硅藻土和珍珠巖;

52.液一液萃取從機理上分析可分為物理萃取和化學萃取兩類;

53.基本的離子互換過程由、、和組成；

54.吸附涉及將待分離物料通入吸附劑中,吸附質被吸附到吸附劑表面,料液流出和吸附質解析回收后，

吸附劑再生四個過程組成;

55.大孔網狀吸附劑有極性,非極性和中檔極性三種重要類型;

56.親和吸附劑表面連接的“手臂鏈”的作用是減少空間位阻的影響;

57.根據修飾基團的不同，離子互換樹脂可分為強堿陽,強強堿陰,強酸陽和強酸陰等四大類;

58.根據聚合方法，離子互換樹脂的合成方法可分為加聚法和縮聚法兩類;

59.根據聚合單體，離子互換樹脂的合成方法可分為共聚法和均聚法兩類;

60.影響離子互換速度的因素有顆粒大小、交聯(lián)度、溫度、離子化合價、離子大小、攪拌速度和溶液濃度;

61.分派色譜的基本構成要素有固定相、載體和流動相;

62.反相色譜常用的流動相有異丙醇和乙脂等:63.反相色譜常用的固定相有絲和C18等;

64.Sepharose系列的離子互換樹脂的載體是瓊脂糖凝膠;

65.分子篩色譜（凝膠色譜）的重要應用是生物大分子的初級分離、脫鹽;

66.影響有機溶劑沉析的重要因素有調度、溶液的P1I值、離子強度、樣品濃度、金屬離子的助沉析作用

和攪拌速度;

67.根據膜材料的不同，常用的膜可分為合成有機聚合物膜和無機材料膜兩類;

68.根據膜結構的不同，常用的膜可分為對稱性膜、不時稱膜和復合膜三類;

69.強制膜分離過程是指超濾和反滲透過程;

70.電泳系統(tǒng)的基本組成有電泳槽、電源、外循環(huán)恒溫系統(tǒng)、凝膠干燥器、灌膠模具、電泳轉移裝置、電

泳洗脫儀和凝膠掃描和攝錄裝置:

71.電泳后，樣品的重要染色方法有考馬斯亮藍和銀染法;

72.SDS-PAGE電泳中，SDS的加入是為了消除不同樣品分子間電荷和分子形狀的差異:加入二硫叔糖醇的

目的是使半胱氨酸殘基之間的二硫鍵斷裂;

73.電泳過程中，加入溟酚蘭的目的是L增大樣品密度保證DNA均勻進入樣品孔內2.使樣品呈現顏色3.

以O5XTBE做電泳液時，漠酚蘭的泳動率約與30的雙鏈DNA相同;

74.固體可分為結晶和無定形兩種狀態(tài):

75.結晶過程涉及過飽和溶液的形成、晶核的形成和晶體生長三個過程:

76.結晶的前提是溶液達成過飽和狀態(tài);結晶的推動力是過飽和度;

77.根據晶體生長擴散學說，晶體的生長涉及溶質通過擴散作用穿過靠近晶體表面的一個滯流層，從溶液

中轉移到晶體的表面、到達晶體表面的溶質長入晶面，使晶體增大，同時放出結晶熱和結晶傳遞回到溶液

生三個過程；78.影響晶體生長的重要因素有雜質、攪拌和溫度;

討論題

1.請結合圖示簡述凝膠排阻色譜（分子篩）的分離原理；

答：凝膠排阻色譜的分離介質（填料）具有均勻的網格結構，其分離原理是具有不同分

子量的溶質分子，在流經柱床是，由于大分子難以進入凝膠內部，而從凝膠顆粒之間流

出，保存時間短；而小分子溶質可以進入凝膠內部，由于凝膠多孔結構的阻滯作用，流

經體積變大，保存時間延長。這樣，分子量不同的溶質分子得以分離。

2.繪制結晶過程中飽和曲線和過飽和曲線圖，并簡述其意義；

答:結晶過程中的飽和溫度曲線和不飽和溫度曲線的簡圖

褪

如右圖所示：林

S-S曲線為飽和溫度曲線，在其下方為穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)域

溶液為不飽和溶液，不會自發(fā)結晶；溫度

T-T曲線為過飽和溫度曲線，在其上方為不穩(wěn)定區(qū)，可以圖10.1-1飽和曲線與過飽和曲線

自發(fā)形成結晶；

S-S曲線和T-T曲線之間為亞穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)域，溶液為過飽和溶液，但若無晶種存在，

也不能自發(fā)形成晶體；

3.何謂親和吸附，有何特點？

答：親和吸附是吸附單元操作的一種，它是運用親和吸附劑與目的物之間的特殊的化學

作用實現的高效分離手段。親和吸附劑的組成涉及：惰性載體、手臂鏈、特異性親和配

基。親和吸附的特點是高效、簡便、合用范圍廣、分離速度快、條件溫和，但載體制備

難度大，通用性差，成本較高。

4.簡述結晶過程中晶體形成的條件;

答：結晶過程涉及過飽和溶液的形成、晶核的形成及晶體的生長三個過程，其中溶液達

成過飽和狀態(tài)是結晶的前提，過飽和度是結晶的推動力。

5.試比較常規(guī)聚丙稀酰胺凝膠電泳與SDSPAGE的分離原理；

答：常規(guī)聚丙烯酰胺凝膠電泳和SDS均為凝膠電泳的一種。

聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白質是依據其電荷（性質、荷電量）、分子形狀和分子大?。ǚ?/p>

子量）差異實現分離的；

SDS由于加入了SDS和強還原劑（DTT等），破壞了蛋白質分子的高級（二級、三級、

四級）結構，并與蛋白質形成荷大量負電荷的聚合物，消除了不同蛋白質分子電荷及分

子形狀差異，而僅將分子量差異作為分離依據，常用于測定未知蛋白質的亞基分子量。

6.簡述生物分離過程的特點；

答：1.產品多種多樣2.生物分離難于化工分離3.生物分離起源于化學分離

7.試比較凝聚和絮凝兩過程的異同；

答：凝膠：在某些電解質作用下，使擴散雙電層得排斥電位減少，破壞膠體系統(tǒng)的分散狀態(tài)，而使膠體粒

子聚集的過程。

8.簡述超臨界流體萃取的原理及其特點；

答：是運用超臨界流體具有類似氣體的擴散系數，以及類似液體的密度的特點，運用其為萃取劑進行的萃

取單元操作.特點：安全，無毒，產品分離簡樸，設備投資大

9.何謂反微團，反微團萃??？其特點有哪些？

答：反微團：表面活性劑的極性頭朝內，疏水尾部朝外，中間形成極性的核。表面活性劑在非極性有機溶

劑中形成的一種聚集體。

反微團萃?。罕砻婊钚詣┤苡谒?，使其濃度超過臨界微團濃度。

特點：1.極性“水核”具有較強的溶解能力2.生物大分子由于具有較強的極性，可溶解于極性水核中，

防止與外界有機溶劑接觸，減少變性做用3.由于“水核”的尺度效應，可以穩(wěn)定蛋白質的立體結構，增長

其結構的剛性，提高反映性能

10.何謂色譜的理論塔板數，如何計算？

答：指反映不同時刻溶質在色譜柱中的分布以及分離度與柱高之間的關系。

N=5.54（tR/Wl/2）2或N=16（tR/Wb）2

11.簡述疏水層析的原理，并說明基本操作環(huán)節(jié)；

答：原理：在載體表面連接上疏水的直鏈碳或其他疏水基團，如苯基，可以與蛋白質的某些疏水基團互相

作用，從而實現多組分的分離

在高鹽環(huán)境下，蛋白質表面的疏水區(qū)域暴露，固定相表面修飾了一些疏水基團，這樣蛋白質的疏水部

分即可與固定相發(fā)生較強的疏水互相作用，從而被結合在固定相表面，而一但減少流動相的鹽濃度即可實

現蛋白質洗脫

12.簡述等電點層析的基本原理；

答：蛋白質等電點下的溶解度最低，根據這一性質，在溶液中加入一定比例的有機溶劑，破壞蛋白質表面

的水化層和雙電層，減少分子之間斥力，加強了蛋白質分子間的疏水互相作用，從而使得蛋白質分子得以

聚集成團沉淀下來。

13.簡述有機溶劑沉析的原理；

答：概念：在具有溶質的水溶液中加入一定量親和的有機溶劑，減少溶質的溶解度，使其沉淀析出。

原理：1.減少了溶質的介電常數，使溶質之間的靜電引力增長，從而出現了聚集現象，導致沉淀。

2.由于有機溶劑的水合作用，減少了自由水的濃度，減少親水溶質表面水化層的厚度，減少了親水

性，導致脫水凝聚。

14.簡述鹽析原理；

答：1.無機離子與蛋白質表面電荷中和，形成離子對，部分中和了蛋白質的電性，使蛋白質之間的排斥力

減弱，從而能互相靠攏

2.中性鹽的親水性大，使蛋白質脫去水化膜，疏水區(qū)暴露，由于疏水區(qū)的互相作用導致沉淀

15.結合SDSPAGE電泳的分離原理說明未知蛋白質分子量的測定方法；

答：其分離原理基于不同分子量的蛋白質（亞基）在電場中的遷移率不同，因此運用該技術測定未知蛋白

質（亞基）的分子量是十分方便的。

具體的方法是：運用標準分子量Mark與樣品一同電泳，染色后根據標準分子Mark中已知分子量蛋白

質的遷移率與其分子量的對數值作圖，可得一標準曲線并擬令方程，再結合未知蛋白的遷移率即可計算。

16.請說明在進行SDSPAGE電泳之前，樣品的解決方法，并解釋其因素；

答：樣品的解決方法：加SDS和還原劑DTT

因素：SDS由于加入了SDS和強還原劑（DTT等），破壞了蛋白質分子的高級（二

級、三級、四級）結構，并與蛋白質形成荷大量負電荷的聚合物，消除了不同蛋白質分

子電荷及分子形狀差異，而僅將分子量差異作為分離依據，常用于測定未知蛋白質的亞

基分子量。

17.簡述載體兩性電介質梯度等電聚焦（IEF）的分離原理;

答：載體兩性電介質梯度等電聚焦是在支持介質加入載體兩性電解質，通以直流電后在兩極之間形成穩(wěn)定,

連續(xù)和線性的PII梯度，當帶電的蛋白質分子進入該體系時，便會產生移動，并聚集于相稱于其等電點的

位置。

18.何謂反滲透膜分離，其特點是什么？

答：反滲透：過程類似于超濾，只是純溶劑通過膜，而低分子量的化合物被截留，故操作壓力比超濾大得

多。Pp>Po?Patm.故常稱為“強制膜分離過程”

19.結晶的必備條件是什么？

答：溶液達成過飽和狀態(tài)（前提）

20.請繪制典型的物料干燥速率曲線簡圖，并說明恒速干燥階段及降速干燥階段的特點；

三.計算題

1、用醋酸戊酯從發(fā)酵液中萃取青霉素，已知發(fā)酵液中青霉素濃度為0.2Kg/m3,萃取平衡常數為K=40,解

決能力為H=0.5m3/h,萃取溶劑流量為L=0.03m3/h,若要產品收率達96%,試計算理論上所需萃取級數。

解：由題設，可求出萃取系數E,即

n+i

kL40x0.03-nE

——==24P==96%

n+i

H11"0.5J'根+日據用二E,得n=4

2、應用離子互換樹脂作為吸附劑分離抗菌素，飽和吸附量為0.06Kg（抗菌素）/Kg（干樹脂）；當抗菌

素濃度為0.02Kg/m3時，吸附量為0.04Kg/Kg；假定此吸附屬于Langmuir等溫吸附，求料液含抗菌素

0.ZKg/n?時的吸附量。

解：由題設，根據Langmuir吸附等溫式可求出K值，即：

則當料液含抗菌素O.2Kg/m3時的吸附量可計算如下：

3、一種耐鹽細胞其能積累細胞內低分子量鹵化物，適應高滲透壓，能在具有0.32mol/LNaCl,

0.02mol/LMgC12,0.015mol/LCaC12,0.01mol/LFeCI3的培養(yǎng)基這培養(yǎng)，當其從含鹽量高的培養(yǎng)基中轉移至

清水中，在數分鐘內能將胞內產物釋放出來，試估計細胞膜所受滲透壓的大小。（設操作溫度為25℃）

解:細胞所受滲透壓按照下式計算:Pout-Pin=-RTCi=-8.314X298X（0.32X2+0.02X3+0.015X3+

0.01X4)X103=-1.94X106Pa

管式離心機從發(fā)酵液中分離大腸桿菌細胞，已知離心管的內徑為0.15m,高0.8m,轉速為18,000r/min,

生產能力為Q=0.3m3/h?

求細胞的離心沉降速度V。

V=Qg/2nR2LW2=(0.3/3600)X9.81/(2nX0.8X0.152X(18000X2n/60)2=2.038X10-9m/s

應用轉鼓真空過濾機解決檸檬酸發(fā)酵液，已知發(fā)酵液檸檬酸含量為86Kg/m3,過濾面積15m2,轉鼓轉速

0.75r/min,過濾壓強降0.08Mpa,過濾介質阻力可忽略不計。濾餅屬不可壓縮的，其過濾常數為8.5X

105s/m2,濾餅洗滌收率為60%,過濾結束時滯留在濾餅的濾液占7%,工藝規(guī)定通過洗滌把滯留于濾餅

上的檸檬酸洗出90%。求：解決量為2.5m3/h時，過濾機回轉一周的過濾時間和洗滌時間。

tf=[Ua'P0/2(Ap)l-s](Vf/A)2

tf-濾餅形成時間；Vf-濾餅形成期間被集中的濾液體積(濾液流量)

轉鼓回轉一周需除去的濾液量為：

Vf=(2.5/3600)X(60/0.75)=0.056mintf=8.5X105X(0.056/15)2=11.8s

⑵根據方程「=(l-e)n0.1=(1-60%)nn=2.5tw/11.8=2X2.5X0.07tw=4.13s

有一雙菌種混合發(fā)酵液具有某種酵母和某種細菌，其中酵母細胞平均直徑為5X10—6m,細菌細胞平均直

徑為0.6X10-6m。經實驗測定，單純酵母細胞組成的比阻力為1.5X109kg/(m3.s),而細菌濾餅比阻力為

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