2022年生物工程下游技术知识要点.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第三章 发酵液预处理与固液分别1.加水稀释法(稀释后要过滤速率提高的百分比要 大于加水量)1.降低液体黏度 2.加热法 2.调整 PH (如利用蛋白质的等电点)3.凝结:在电解质作用下,由于胶粒之间双电层电排斥作用降低,电 位下降,而使胶体体系不稳固的现象;过滤特性转变 凝结值越小,凝结才能就越强絮凝: 在有些高分子絮凝剂存在下,絮凝团的过程;混凝:包括上述两种方法;基于桥架作用, 使胶粒形成较大4.加入助滤剂(最常见的是硅藻土)5.加入反应剂1. Ca 2+ : 加草酸钠除杂Mg2+ :加三聚磷酸钠C a
2、2+ :加黄血盐1.沉淀法2.杂蛋白的除去:2.变性法 (有加热法,调PH,加酒精,丙酮等有机溶剂或表面活性剂等;)3.吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸附 杂蛋白而除去 固液分别手段1.离心公式: Q=v 2Z g3ctgvd2SL18Z2nr23r 13g2.过滤 ( 1)板框过滤机(适合固体含量在的悬浮液 的分别)名师归纳总结 ()真空转鼓过滤机(适合固体含量大于)第 1 页,共 21 页()硅藻土过滤机(适合固体含量小于)- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第五章 细胞破壁细胞破壁破壁方法:()珠磨法原理:进入
3、珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠,石英砂, 氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或 研磨,研磨剂,珠子与细胞之间的相互剪切,碰撞,使细胞破裂;(2 )高压匀浆法原理: 利用高压使细胞悬浮液通过针形阀,由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破 碎;是大规模细胞破裂的常用方法;(3)超声破裂法(适合试验室用)(4 )酶溶法 1 .外加酶法 2. 自溶法(1)加热法(2)干燥法(5)化学渗透法2.破裂率的测定( 1)直接测定法破裂前利用显微镜计数器直接计数破裂后用染色的方法把破裂的细胞与未受损 的细胞分开;即可直接运算破裂率;(2)目的产物测定法 通过测定破裂液中目的产物的释放量 来估算破裂率;(3)导电率测定
4、法 依据导电率随着破裂率的增加而呈线性 增加第五章溶剂萃取与浸取一、溶剂萃取过程的理论基础:是把目标物质从第一个液相中依靠更强大的溶解力抽提到其次个液相中;如把水相中的醋酸抽提到醋乙酯中;1萃取溶剂的挑选依据萃取目标产物的介电常数,查找极性相接近的溶剂为萃取溶剂;好的溶剂应满意以下要求:萃取容量大,单位体积萃取溶剂能萃取大量产物;挑选性好,只萃取产物而不萃取杂物;有利于相的分散和两相分别,与被萃取相互溶度小,且粘度小,界面传力小易回收和再生;化学致定性好,不易分解,对设备腐蚀性小;经济性好,价廉易得;安全性好,闪点高,对人体无毒或低毒;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 2
5、1 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思二安排定律和分别因数1)分别因数如原先料液中除溶质A 以外, 仍有溶质B,就萃取剂对溶质A、B 的分别才能可用分别因数(B)来表征:平稳后:1 萃取液, 2 萃余液B=(c1A/c1B)/c2A/c2B=c 1A/c2A/c 1B/c2B=k A/kB 如 A 为产物, B 为杂质B=k 产/k 杂B 越偏离于 1,产物与杂质越简洁分别;三、水相条件对萃取的影响1)PH 值 k 表观安排系数 产物的稳固性挑选性 B= k产/k杂2)温度 产物稳固性k 3)盐析无机盐类(硫酸铵、氯化钠等)一般可降低产物
6、在水中的溶解度而使其更易转 入有机溶剂相中,另一方面仍能减小有机溶剂在水相的溶解度;如提取 V B12 时,加入(NHa )2so4 可促其自水转到有机相;但盐的用量要相宜,防止促杂质一起转至有机相,仍要考试成本,必要时可回收;4)带溶剂能和产物形成复合物,使产物更易溶于有机相中,且该复合物在肯定条件下 又简洁分解;四、乳化和去乳化1、乳化1)乳化一种液体(分散相)分散在另一种不相混溶的液(连续相)体中的现象;有两种形式:水包油 O/W 、W/O ;在乳浊液中,界面积大,物系的自由能大,故为热力学不稳固系统,时间一长,乳浊液会自行破坏;2)稳固的措施:加入表面活性剂,降低表面传力;影响稳固的因
7、素:表面活性剂在界面上形成的爱护膜的情形;名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思液滴是否带电(带电、同性互斥,稳)介质的粘度(粘大,不易集合,稳)3)乳化给萃取带来的不良影响 有机相与水相分层困难,显现两种夹带 水相中夹有有机相产物的丢失 有机相中夹有水相后续精制困难 2、破乳化 工业生产中,自量物系中的一些物质会成为表面活性剂,使乳化液较稳固;如在发酵液中,蛋白质就成为表面活性剂,且多形成 O/W 乳化液;破乳方法:过滤或离心分别 物理法(加电解质中和离子型乳浊液的电荷)物理法(
8、加热、稀释、吸附等)顶替法: 加入表面活性更大,但因其碳链较短难以形成牢固的爱护膜的物质,取代界面上的乳化剂;转型法:向O/W 中加入亲油性乳化剂,有转化成W/O 倾向,又不稳固,而破乳;其次节浸取一、浸取过程 1过程 浸取过程系指出溶媒进入细胞组织溶解、浸取目的产物后,变成浸取液的全部过程;1)浸油:材料与浸取溶剂混合时,溶剂第一附着于材料表面使之润湿,然后通过毛细管和 细胞间隙进入细胞组织中;2)溶解:溶剂进入组织后,溶解可溶性成分;3)扩散:溶剂溶解目的产物后,具有较高的浓度,故即形成扩散点,不停地向四周扩散,这是浸取的动力;4)置换:浸取的关键在于保持最大的浓度梯度;是把握浸出过程和设
9、计浸出器械的关键问题;二、溶剂的挑选1)原就:“ 相像相溶” 原理;2)良好溶剂要求:用浸取溶剂随时置换材料四周的浓浸取液,名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思对目的产物的安排系数K D 大且对目的物质的挑选性高;价廉、无毒,无腐蚀性,闪点高,无爆炸性,易于除去和回收;3)产物用途限制:食品(无毒,不能致癌);3、增溶作用 用酶或酸碱催化生物大分子发生水解反应或促使大分子溶解,使原先不溶或难溶性的生物 大分子物质向可溶性的、分子量较小的生物物质转变;某些场合下,这些反应不能进行过
10、度;如浸取或胶物质时,过度降解会降低胶体物质的成 胶才能;4、固体原料预处理 1)恰当地粉碎原料:以缩短固体或细胞内部溶质分子向其表面扩散的距离;过细:粉碎能耗上升有害物质的过度溶出 过滤与分别困难 固体床层被压实,不利于溶剂渗透和溶质的扩散 2)有机溶剂浸取前,对含水物料进行干燥,否就影响浸润过程;第六章超临界流体超临界流体第一节一、临界点 横坐标为温度,纵坐标为压力,1001200 的直线为等密度线;固相与液相的界线;介线:固相与气相的界线;沸腾线:液相与气相界线 三重点 Tri-Point :熔融线、升华线、沸腾线;相交点、临界点:二条相互垂直的虚线的交 点,其概念可用临界温度和临界压力
11、来说明;1、临界温度是指高于此温度时,无论加压多大也不能使气体液化;所以沸腾线从三重 点到临界温度至;2、临界压力是指在临界温度,液化气体所需的压力;3、临界点:临界温度与临界压力相交所构成的点;二、超临界流体1、定义:是相图中,状态高于临界温度和临界压力的流体;名师归纳总结 (即虚线构出的右上角长方形区);第 5 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思2、特点:在临界点的邻近,密度线集合于临界点四周,压力或温度的小范畴变化,就会引起 co2 密 度的大幅度变化;其次节 超临界萃取的原理 1、定义 2、
12、图 6-1 (a)癸酸熔点31,沸点269,常温下呈固态;至-196,且抽真空;(b)升温至 19.5,真空不再, 由于固体升华成气态,可算出癸酸向真空中的溶解度(浓度)为3 10-6g/L ;产生压力 (3 10-6mn/g)由 pv=nRT ,(c) 用乙炔 Tc=283k,Pc=50atm 做为超临界(T=292.5,p=82atm )萃取溶剂,此时乙炔密度为 0.3g/nl ,接近于液体密度,溶解度为 7g/l ,与( b)比增加了 1 亿倍;(d)压力温度与(c)同,与( c)不同的是用 N2 代替了乙炔;由于 T=292.5k 距 Tc=126k较远,等温线较陡,Pr= 82 2,
13、对应的密度很小,0.06g/ml ,其溶解复与(b)相近;33 . 5说明白:并非全部超临界流体溶剂在同 TP 下具有相同的溶解复;溶质在超临界流体中的溶解度,与其密度有关;P 越大,溶解越大,P 越小,溶解越小;3、原理:由超临界流体的特点相知:在临界点邻近(即工作区里)剂的 P 大幅度增加,对溶质溶解度大幅度增加,有利于溶质的萃取;而, P 上升或 T 下降就溶 P 下降或 T 上升,就溶剂的 P 大幅度减小,对溶质的溶解度将大幅度减小,有利于溶质的分别和溶剂的回收;前面我们从能量的角度,分析过溶解过程;溶剂与溶质间的分子作用力强,就溶解得好,此时作用力的大小,与溶剂的分子数量/单位体积,
14、即密度有关,P 大,溶解度大;1、定义:超临界萃取是将超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取液;第三节 超临界 co2 萃取 一、 SC-Co2萃取1)纵坐标为相对含量,横坐标是混合参数(挥发性、分子量、极性、化学物性等构成;)从左右依次为香精油组分、萜烯类、游离脂肪酸、脂肪、蜡、树脂、色素等;水蒸气蒸馏法:获得香精油部分(萃取物)名师归纳总结 良好的非极性溶剂(甲叉氯):少许高聚物乘余(萃余物)第 6 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思SC-co2 萃取与压力、温度有关,3Ompa60 pB30g/ 与
15、甲叉氯相像; (萃取多,可用其萃余物),p 下降、p 下降、溶解度下降, 分别线左移, 也可获得水蒸汽蒸馏的产品(取其萃取物) ;2)全萃取物色较深,可通过转变 P or T,转变 co2 萃取才能, 来转变萃取物的色度;30mpa co2 萃酒花制品绿色,14mpa 为黄色;二、超临界 co 2(简称 SC-co 2)萃取的优点表 6-1 为一些超临界萃取溶剂的临界点性质,其中 SC-co2 优点:co2 在工业上应用广泛;无毒、无腐蚀性、不行燃烧,纯度高且价格低廉;粘度低SC-co2 的粘度是通常有机溶剂粘度的几特别之一,0. 030.091033pas扩02.30.10pas散系数大(溶
16、质在SC-co2 中扩散系数比通常液体中高出50-100 倍)传质性能良好,使萃取能在相对较短的时间内完成;Pc 和 Tc 相对较低,适合于处理某些热敏性生物制品和自然物产品;适合于得到萃取物的目的,也适合于获得萃取后的余留物质的场合;三、拖带剂作用 拖带剂能增加物质的溶解度和萃取挑选性的帮助溶剂;如: co2 添加 14%丙酮后,甘油酯的溶解度增加了22 倍;SC-co2 由于有极性的H2co3 ,纯 co2 几乎不能从咖啡中萃取咖啡因,但加湿(水)的在肯定条件下,能挑选地溶解萃取极性咖啡因;第五节 SC-co2 萃取流程1、萃取工段特别别工段(溶质和 co2 分别)1)图 6-9 中,(
17、A)等温条件下,萃取相,PV 、膨胀、溶质分别;co2经压缩后再加至萃取 槽;2)(B)为等压条件下,萃取相、升温,溶质分别;3)(C)为萃取相中的溶质由分别槽中的吸附吸附,第七章双水相萃取技术co2经压缩后再加至萃取槽;co2再回到萃取槽中;萃取是最常用的一种液液分别方法,一般的有机溶剂萃取法由于以下缘由难于应用于蛋白质分别: 1;很多蛋白质都有极强的亲水性,不溶于有机溶剂;失活;2;蛋白质在有机溶剂中易变性第一节双水相分别理论名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思一双水相的形成
18、当两种混合物相互混合时,到底是否分别或混合成一相,取决于:一为体系熵的增加,二为分子间的作用力; ,分子量越大,分子间的作用力也越大两种被混合分子间如存在空间排斥力,它们的线团结构无法相互渗透,就在达到平稳后就有可能分为两相,形成双水相;广泛应用的双水相体系有:聚乙二醇(二相图PEG)/葡聚糖( DEX )体系, PEG/盐等体系;VT 表示上相体积,VB 表示下相体积VT/VB=BM/MT 当点 M 向下移动时,系线长度缩短,两相差别减小,到达C 点时,系线长度为0,两相间差别消逝而成为一相,因此C 点为系统临界点;三物质在两相中的安排1表面自由能的影响2表面电荷的影响3综合考虑4影响安排平
19、稳的参数(1) 聚合物的影响(2) 体系中无机盐离子的影响(3) 体系 pH 的影响(4) 体系温度的影响(5) 体系微生物的影响第八章 反胶团萃取第一节 概述反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性功能:(1)具有分子识别并答应挑选性头国的半透膜的功能;(2)在蔬水性环境中具有使亲水性大分子如蛋白质等保持活性的功能;其次节 反胶团的形成一反胶团的构造当向非极性溶剂中加入表面活性剂时,如表面活性剂的浓度超过肯定的数值时,也会在非极性溶剂内形成表面活性剂的集合体;与在水相中不同的是,非极性溶剂内形成的表面活性剂集合体,与蔬水性的非极性尾部向外,指向非极性溶剂,而极性头向内,与在水相中形成的微胶团
20、方向相反,因而称之为反胶团或反向胶团(Reversed Micelles );阳离子型、 和表面活性剂的存在是构成反胶团的必要条件,有三类表面活性剂即阴离子型、非离子表面活性剂; 在用反胶团萃取技术分别蛋白质的争论中使用得最多的是阴离子型表面活性剂 AOT ,其化学名称是琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠;AOT 简洁获得,它具有双链,形成反胶团时无需添加帮助表面活性剂且有教好的强度;它的极性基团较小,所形成的反胶团空间较大,有利于生物发分子的进入;二反胶团的物理化学特性1 反胶团的临界胶团浓度2 反胶团含水率 W 三制备名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 21 页精选学习资
21、料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思1 注入法 2 相转移法 3 溶解法 第三节生理活性物质的分别浓缩 1 反胶团萃取原理(P157-158)2 蛋白质的溶解(158-159)3反胶团萃取(P159-164)第六章 膜分别过程膜的定义两相之间的不连续区间;膜即“ 区间” 不是通常的相界面,可为气相、液相和固 相,可以均相或非均相、对称或非对称,荷电或中性;膜的优点:过程一般较简洁,费用低、效率较高、常温下操作;第一节 膜和膜分别过程的分类与特性一、膜的分类 膜分别的实质物质通过膜的传递速率不同而得到分别;1、对称膜:膜的结构与方向无关,如具有不规章的孔
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