生物分离工程 中期测试练习题残考答案

一、填充题（36分，每空1分）

1. 生物产品的分离包括目标产物的提取，浓缩，纯化 和 成品化。

2. 常用的化学细胞破碎方法有 酸碱处理，表面活性剂，有机溶剂，螯合剂（EDTA） 和 酶溶法；

3. 发酵液常用的固液分离方法有 离心 和 过滤 等。

4. 离心设备从形式上可分为 管式 ，套筒式， 碟片式 等型式。 5.膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为微滤膜 ， 超滤膜 ，纳滤膜 和 反渗透膜 等。

6. 工业上常用的膜组件有 板式，管式，螺旋卷式 和 中空纤维式 。 7. 中空纤维膜组件常用的清洗方式有 反洗 和 循环清洗 。 8. 超临界流体的特点是与气体有相似的 粘度，与液体有相似的 密度 ； 9. 生物分离工程中常用的萃取方式有 有机溶剂萃取，双水相萃取，液膜萃取，反胶团萃取，和 超临界流体萃取。

10.盐析实验中用于关联溶质溶解度与盐浓度的Cohn方程为 lgS＝β－KsI ；当 保持体系温度、pH值不变，仅改变溶液离子强度进行的盐析操作 称为Ks盐析法；当 保持离子强度不变，改变温度、pH值进行的盐析操作 称为β盐析法。

11. 电渗析是利用分子的 荷电性质 和 分子大小 的差别进行分离的膜分离法。

二、 讨论题 （36分）（参考答案）

1. 以硫酸铵为例简述蛋白质盐析沉淀的方法。（8分） 教材p37.

低离子强度下的盐溶

向蛋白质的纯水溶液中加入电介质后，蛋白质的活度系数降低，蛋白质将吸附盐离子，带电表层使蛋白质分子间产生相互排斥作用，蛋白质分子与水分子间相互作用加强，导致蛋白质的溶解度增大，发生盐溶； 高离子强度下的盐析

溶液主体中那些与扩散层反离子电荷符号相同的电解质离子将把反离子压入（排斥）到双电层中，使蛋白质表面的双电层厚度降低，静电排斥作用减弱；同时，由于盐的水化作用，特别是中性盐的亲水性大，其将争夺蛋白质水化层中的水分子，使蛋白质表面疏水区脱去水化膜而暴露，增大它们之间的疏水性作用而容易发生凝集，进而沉淀。 2. 何谓等电点沉析法。 （4分）

答：蛋白质在pH值为其等电点的溶液中净电荷为零，蛋白质之间静电排斥力最小，溶解度最低。利用蛋白质在pH值为其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分级的方法称为等电点沉析法。

3. 膜分离过程中影响截留率和膜分离速度的主要因素分别有哪些？（10分）

影响截留率的主要因素: (1). 溶质分子特性 a. 相对分子量

b. 相对分子量相同的溶质，呈线状的分子截留率较低，有支链的分子截留率较高；球形分子截留率最大；

c.对荷电膜，具有与膜相反电荷的分子截留率较低，反之则较高； 膜对溶质具有吸附作用时，溶质的截留率增大； (2). 其它高分子溶质

当两种以上高分子溶质共存时，会出现某种溶质的截留率高于其单独存在下截留率的情况。 (3). 操作条件

a. 温度升高，粘度下降，截留率降低。

b. 膜表面流速增大，浓度极化现象减弱，截留率减小；

c. 料液的pH值等于其中含有的蛋白质的等电点时，由于蛋白质的净电荷为零，蛋白质间静电斥力最小，蛋白质在膜表面形成的凝胶极化层浓度最大，透过阻力最大。此时，溶质的截留率高于其它pH值下的截留率。 此外，在极端pH下超滤蛋白质时，常使截留率增大，这是由于吸附在膜上蛋白质和溶液中蛋白质带相同电荷而互相排斥的缘故。

影响膜分离速度的主要因素 操作形式：（终端过滤---错流过滤）

流速: 根据浓差极化-凝胶层模型,流速增大,可使通量增大。 压力: 在凝胶层形成前，透过通量随压力成正比；在凝胶层形成后，单

纯提高外压，对滤速无帮助。

料液浓度：超滤过程中，透过通量随料液浓度增大而减小。 4 .何谓超临界流体萃取，并简述其分离原理。（8分）

答：超临界流体萃取是利用超临界流体具有的类似气体的扩散系数，以及类似液体的密度（溶解能力强）的特点，利用超临界流体为萃取剂进行的萃取单元操作。其特点是安全、快速、无毒、能耗低、产品分离简单，但设备投资较大。

5. 请结合图示简述凝胶排阻色谱（分子筛）的分离原理。（6分）

答：凝胶排阻色谱的分离介质（填料）具有均匀的网格结构，其分离原理是具有不同分子量的溶质分子在流经柱床时，由于大分子难以进入凝胶内部，而从凝胶颗粒之间流出，保留时间短；而小分子溶质可以进入凝

胶内部，由于凝胶多孔结构的阻滞作用，流经体积变大，保留时间延长。这样，分子量不同的溶质分子得以分离。 三. 计算题 （28分）

1. 溶菌酶在2.8 mol/L 和3.0 mol/L 硫酸铵溶液中的溶解度分别是1.2 g/L和0.26 g/L， 使计算溶菌酶在3.5 mol/L 硫酸铵溶液中的溶解度。（14分）

Cohn 经验方程：lgS = β- KsI

I?1ciZi2 ?2I1 = (2.8*2*12+2.8*1*22)/2 I2 = (3.0*2*12+3.0*1*22)/2 lg2.8 =β- KsI1

lg3.0 =β- KsI2

综合以上各式，解得 Ks = 1.107, β= 9.378 I3 = (3.5*2*12+3.5*1*22)/2 lgS3.5 = 9.378-1.107* I3 = -2.246 S3.5 = 5.68*10-3 g/L

2. 用醋酸戊酯从发酵液中逆流接触萃取青霉素，已知发酵液中青霉素浓度为0.2Kg/m3，萃取平衡常数为K= 40，处理能力为H=0.5 m3/h，萃取溶剂流量为L=0.03 m3/h，若要产品收率达96%，试计算理论上所需萃取级数？（14分）

解：由题设，可求出萃取系数E，即

kL40?0.03E???2.4H0.5

P?En?1?EEn?1根据

?1?96%，取n＝4