1、生物工程下游知識點總結一.名詞解釋.清潔生產(cleaner production )：是指將綜合預防的環境保護策略持續應用 于生產過程和產品中，以期減少對人類和環境的風險。它包括三個方面的內容， 即清潔生產工藝(技術)、清潔產品、清潔能源。.凝聚作用：向膠體懸浮液中加入某種電解質，在電解質中異電離子作用下，膠粒的雙電層電位降低，使膠體體系不穩定，膠體粒子間因相互碰撞而產生凝集的 現象。.絮凝作用：絮凝劑通過靜電引力范德華力或氫鍵的作用， 強烈地吸附在膠粒的 表面。當一個高分子聚合物的許多鏈節分別吸附在不同的膠粒表面上， 產生橋架 聯接時，就形成了較大的絮團。.下游工程(下游技術，下游加工過程

2、， downstream processing ):對于由自 然界自然產生的或由微生物菌體發酵的、動植物細胞組織培養的、酶反應等各種 生物工業生產過程獲得的生物原料， 經提取分離、加工并精制目的成分，最終使 其成為產品的技術.協萃：兩種或兩種以上的萃取劑同時萃取某一溶質或其它化合物時，萃取性能 優于它們各自萃取性能之和的效應。.萃取因數：萃取平衡后，溶質在萃取相與萃余相中數量(質量或物質的量)的 比值。(E=DR.帶溶劑：在純氣體溶劑中，加入被萃取物親和力強的組分以提高其對被萃取組 分的選擇性和溶解度的一類物質。.離子交換帶：溶液的組成和樹脂的組成達到平衡時所對應的樹脂層的高度。.反膠團(re

3、versed micelles ):兩性表面活性劑在非極性有機溶劑中親水基團 自發地向內聚集而成，內含微小水滴的，空間尺度僅為納米級的集合性膠體。.濃差極化：當溶劑透過膜而溶質留在膜上因而使膜面濃度增大，并高于主體濃度的現象。(指在分離過程中，料液中的溶劑在壓力驅動下透過膜，溶質被截留，于是在膜表面與臨近膜面區域濃度越來越高。在濃度梯度作用下，溶質由膜面向本體溶液擴散，形成邊界層，使流體阻力與局部滲透壓增加， 從而導致溶劑透過 量下降。溶劑向膜面流動引起溶質向膜面的流動，這種流動如果與濃度梯度所驅動的溶質向本體溶液擴散的速度平衡時，在膜面附近就形成一個穩定的濃度梯度 區，這一區域就稱為濃度極化

4、邊界層， 這一現象稱為濃差極化。濃差極化是一個 可逆的過程。)二.計算題.多級錯流 1-6=1-1/ (E+1) E=DR=KR.多級逆流 1-6=1-(EAn+1-E)/ (EAn+1-1).杠桿規貝U Vc*AC=Vb*BA三.綜合題1.下游工程的發展歷程：古代釀造業-第一代生物技術(1860-1940)-第二代生 物技術(青霉素)-第三代生物技術(1970)*2.下游工程技術分類：固液分離技術，細胞破碎技術，初步分離純化技術，高度 分離純化技術，其他新型分離技術。.新技術的研究和開發：新型分離介質的研究開發，子代分離技術，其他新興 下游技術。.分子篩去鹽：高交聯度的強酸性陽離子H型樹脂

5、分子量大小差先篩大分子物質，再篩小分子物質。.色譜分離（層析分離）：物理分離方法。利用多組分混合物中各組分物理化 學性質（如吸附力，分子極性，分子極性和大小，分子親和力，分配系數）的差 別，使各組分以不同程度分布在兩相。固定相，流動相。.酸性吸附劑（適合對酸穩定的產物）堿性吸附劑（適合對堿穩定的產物）.活性炭 憎水性吸附劑 吸附能力（芳香族脂肪族，大分子 小分子）硅膠多孔性硅氧烷交鏈結構三氧化二鋁三性.凝膠 右旋糖酊+交聯劑G25-100網孔由密到疏.洗脫后大分子先出，小分子后出。.生產產物活性 極性，溶解度，穩定性，反應性，化學結構.紙層析Rf值 酸堿中兩（s）.紙電泳法 水溶性（正電荷向負

6、極為堿性抗生素）.提煉四條原則：操作時間短，提煉溫度低，適宜的 PH避免染菌。.提煉注意的五個問題：遵循四條原則，注意發酵液質量對提料的影響，正確 處理產質量關系，重視設備選型，三廢治理及綜合利用。.平衡分離-相平衡：蒸發，蒸儲，干燥，吸附，萃取，結晶， 離子交換，浮選，升華，吸收擬平衡-分離場：離心，電泳非平衡-速度差，屏蔽效應：過濾類，膜類，氣體擴散分離，透過氣化.特異性相互作用：共價鍵，粒子間相互作用，氫鍵結合，疏水性相互作用， 對金屬原子配位，弱共價鍵結合.預處理要求：菌體分離，固體懸浮物去除，蛋白質去除，金 屬離子去除，色素、熱原質、毒性物質等有機 雜質去除，改變發酵液的性質，調節適

7、宜 PH值 和溫度（一水半粘）.凝聚劑：Al,Fe , Zn, Mg鹽絮凝劑：（橋架作用）高分子絮凝劑，聚合鹽，高分子聚合物.凝聚：在電解質作用下，由于膠粒之間雙電層排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩定的現象。絮凝：在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團的過 程。.凝聚值：使膠粒發生凝聚作用的最小電解質濃度。值越小凝聚力越大。.發酵液的相對純化：高價離子去除（離子交換，沉淀，絡合劑），雜蛋白質 去除（沉淀，變性，吸附，超濾，酶解）*22.過濾速度快效率高。濾液質量：濾液澄清，PH適中，一定濃度，溫度，雜質含量要求.過濾設備要求板框過濾機（間歇）：固形物含量在 50%

8、-80 %,單批處理總時間應在菌絲體自 溶前，對同一批次物料應一次過濾完（n臺工作）抗生素用明流式，其余用暗流式真空轉鼓過濾機（連續）過程：吸濾-洗滌-吸洗液-刮除固形物硅藻土過濾機：密度100-250Kg/m3,濾降0.1-1.0微米，預涂層 離心分離機：普通，高速，超高速.助濾劑要求：不可壓縮性，惰性物質，能懸浮于液相，成本.細胞壁細菌（G+）:肽聚糖酵母菌（G-）:葡聚糖+蛋白層+甘露糖層霉菌：多糖（幾丁質，纖維素）+蛋白質+脂質.典型細胞破碎方法：珠磨法（s剪切）兼具破碎冷卻，破碎率高，范圍廣。 高壓勻漿法（L剪切）大規模操作不適合 G+,絲狀菌及含包含體的工程菌，外 加冷卻液。.外加

9、酶法：（溶菌酶用于細菌）價格，通用性差，產物抑制 自溶法：因素：T,PH,激活劑，控制代謝途徑缺點：蛋白質易變性，粘度增大，過濾速率下降.機械法（A）與非機械法（B）區別：A:有一定的冷卻裝置，防止生物產品受熱破壞。B:應用受限。.溶劑分配定律（稀液，互不反應，同分子） k=C1/C2.萃取因數：E=KR=DR.工業萃取過程：混合，分離，溶劑回收。.多級錯流每級加新鮮萃取劑；多級逆流最后加新鮮萃取劑。.影響萃取因素：乳化和去乳化。乳化劑多為表面活性劑，由親水基和親油基 組成，且能降低界面張力的物質。穩定性因素：界面上是否形成保護膜；液滴 是否帶電；介質的粘度。. HLB數即親水與親油平衡程度。

10、數越大，親水性越強，形成O/W型乳濁液；數越小，親水性越弱，形成 W/O型乳濁液。.陽離子表面活性劑：十二烷基三甲基澳化錢（1231）-易溶于水淺黃色粘稠 狀液體，含量為50%在酸性下不溶于有機溶劑，破壞W/O型乳濁液。作用機理： 其離子為正電荷，與蛋白質負電荷中和，形成沉淀；和蛋白質形成蛋白質復合 物，即提高了蛋白質分子的等電點（鹽溶即促乳化，鹽析即沉淀）。十五烷基 澳化叱噬（PPB -棕褐色黏稠狀半固體，含量 55%Z上，在水中的溶解度約為 7%使用時先加熱溶解，然后再稀釋，在有機溶劑中溶解度較小，破壞 W/O型 乳濁液。作用機理：消除表面活性及降低界面水側的界面張力。陰離子表面活性劑：亞

11、油酸鈉，十二烷基磺酸鈉（DS ,石油磺酸鈉，十二烷基 硫酸鈉（SDS ,破壞 W/C型乳濁液。.影響萃取的6個因素：膜技術-超濾，ph值，穩定性，溶劑的質與量、萃取 方式，帶溶劑，鹽析。.抗生素萃取中為什么有乳化？.超臨界流體：溫度和壓力越略超過或靠近臨界溫度（ Tc）和臨界壓力（Pc） 介于氣體和液體之間的流體作為萃取劑。.超臨界萃取方法：等溫（絕熱），等壓，吸附，添加惰性氣體。.影響萃取因素：溫度，壓力；溶劑的流量；助溶劑（拖帶劑、夾帶劑）。.雙水相：聚乙二醇+葡聚糖，聚乙二醇+無機鹽。.道南電位：U2-U1=RT/（Z+ + Z-）lnKBz-/KAz+U2-U1:相2電位-相1電位 Z

12、+ + Z- :鹽的正負離子的離子價KBz-/KAz+:正負離子不帶電時的兩相間的分配系數.影響兩相系統的因素：多聚物分子量的影響，溫度的影響，時間的影響，低 分子物質能調節系統的平衡。.影響分配的因素：鹽類的種類及濃度，聚合物分子量和濃度的影響，PH值,溫度，荷電作為成相聚合物，體系中微生物的影響。.反膠團的微小界面和微小水相具有的兩個特異性功能：具有分子識別并允許選擇性透過的半透膜的功能；在疏水性環境中具有使親水性大分子如蛋白質等 保持活性。*46.反膠團萃取優點：有很高的萃取率和反萃取率并具有選擇性；分離、濃縮可 同時進行，過程簡單；能解決蛋白質（如胞內酶）在非細胞環境中迅速失活的問 題

13、；由于構成反膠團的表面活性劑往往具有細胞破壁功效，因而可直接從完整細胞中提取具有活性的蛋白質和酶；反膠團萃取技術成本低，溶劑可反復使用等。.反膠團表面活性劑的種類：陽離子型，陰離子型（分離蛋白質時常用AOT ,非離子型。.反膠團含水率W=CK/C表 W越大半徑越大.反膠團制備方法：注入法，相轉移法，溶解法。.影響反膠團萃取因素：水相 PH的影響（PH PI,反萃取； ,萃取），水 相離子強度的影響，助表面活性劑的影響，溶劑的體系。.離子交換樹脂：強酸性陽離子樹脂，弱酸性陽離子樹脂，強堿性陽離子樹脂， 弱堿性陽離子樹脂，兩性離子交換樹脂，選擇性離子交換樹脂（螯合性），電子 交換樹脂（氧化還原性）

14、。.離子交換樹脂按樹脂的物理結構分類：凝膠型樹脂，大網格型樹脂。.樹脂命名：D110*4表示大網格型樹脂+弱酸性+苯乙烯系+順序號*4交聯度.影響樹脂膨脹度因素：樹脂的交聯度，交換基團的數量和性質，介質的性質。.離子交換樹脂在極性降低時膨脹度降低，樹脂體積收縮。.樹脂的選擇：交換樹脂的類型選擇（強堿性生物產物宜用弱酸性陽離子交換 樹脂），交換樹脂型的選擇，提取生物產物用的樹脂應具備的條件。. H Na CI OH.離子交換機理：A+子自溶液中擴散到樹脂表面，A+離子透過樹脂表面與樹 脂內部的活性基團接近，A+子和樹脂R.B上的活性離子B隹交換反應，交換 下來的B+K子通過樹脂孔道擴散到樹脂表面

15、，B+離子再從樹脂表面擴散到溶液 中。（抗生素中，2,4位控制步驟，即內部控制）（進 2換出2）.離子水化半徑規律（水化半徑較小的離子易交換，后取代前）一價陽離子：li , na, k （NH4 , Rib, CS Ag, Ti二價陽離子：Mg（Zr） , Cu（Ni） , Co, Ca, Sr, Pb, Ba一價陰離子：F, HCO3 CI,HSO3, Br, CrO4, NO,I,Ba.高價易被低價樹脂交換.當有機溶劑存在，易交換無機離子（洗脫用）.離子交換的質量判斷：流出曲線越陡越好（提高交換樹脂的飽和度；減少離子流失，提高收率；提高洗脫液的純度和濃度）.軟水制備：鈉型磺酸基陽離子交換樹

16、脂除鈣鎂離子.無鹽水制備：先氫型后羥型（強酸用弱堿，強堿用弱酸，強酸用弱堿強堿，強酸用弱堿強酸強堿）.混合床再生混合床中陰、陽樹脂的再生有以下四種方法。（1）酸、堿分別流經陽、陰樹脂層的兩步法體內再生，這種混合床體內再生的 步驟為：反洗分層后，從上部送入NaOFW生液先再生陰樹脂，廢液從陰、陽樹 脂分界處的排液管排出；為防止堿液污染陽樹脂，再生的同時，由底部通入清水 通過陽樹脂由中間管排出。從下部通入再生陽樹脂用的酸液，廢液同樣由分界處 排液管排出、同樣為防止酸液污染陰樹脂，由上部送入清水通過陰樹脂層由中間 排液管排出。用除鹽水分別從底部和上部通入自下而上清洗陽樹脂層至排水酸度 降至0.5mm

17、ol/L為止。由上而下清洗陰樹脂層至排水堿度降至 0.5mmol/L為止0,（2）酸、堿同時流經陽、陰樹脂層體內再生，這種混合床再生的步驟為：樹脂 反洗分層后，再生時，由交換器上下同時送入再生用的堿液和酸液，分別流經陰陽樹脂層后，由中間排液裝置同時排出；清洗同樣由上下同時送入，分別流經陰 陽樹脂層后，由中間排水裝置同時排出。（3）陰樹脂移出體外再生陰樹脂移出體外再生法是將陰樹脂移出混合床至專用 的陰樹脂再生罐，然后送入再生液進行再生。（4）陰、陽樹脂外移體外再生 陰、陽樹脂外移體外再生是將陰樹脂和陽樹脂全 部移出混合床至專用的陰樹脂再生罐和陽樹脂再生罐，然后分別送入堿液和酸液對陰樹脂和陽樹脂進

18、行再生。體外再生的優點是：再生效率高，保證出水不被再生劑污染；交換器可不設 中排裝置，使運行流速增大，由于混合床的運行周期長，可以幾臺混合床共用一 個再生罐。體外再生的缺點是：樹脂磨損率較大。.制備無鹽水樹脂再生時100%抗生素再生必須達到100%.逆流再生水質好.生物膜的分類：對稱膜，非對稱膜，復合膜，荷電膜（即離子交換膜，對稱 膜的一種），液膜，微濾膜，超濾膜，動態膜.濃差極化可逆，膜污染（附著層+堵塞）不可逆.截斷曲線（分子形狀，吸附）：陡好.膜分離裝置的核心部件是膜組件，即膜的規則排列。（較高剪切率，比表面 大，價格低，清洗更換方便，設計無死角）.反滲透膜（非對稱膜，復合膜，動態膜）用于海水淡化，超純水制造，截留 無機鹽類小分子超濾截留分子量500-2000,費用高.結晶實質：新相形成。結晶三過程：過飽和，晶核形成，晶體生長。過程推 動力為濃度差。.成核方式，工業以二次成核（接觸成核（晶體與攪拌