煤泥由于具有一定的粘性在干燥过程中湿煤泥进入干燥机后分以下几个工作区：一是导料区，湿煤泥进入此区与高温热风接触迅速蒸发水分物料在大导角的抄板抄动丅，形不成粘结便被导入下一个工作区；二是清理区湿煤泥在此区被抄板抄抄起形成料幕状态，物料落下时易形成粘结滚筒壁现象在此区由于设备设计有清扫装置，清扫装置便十分合理地清扫了内壁粘附的物料在这个过程中，清　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 湿物料经输送机与加热后的空气同时进入干燥器松散的粉粒状物料分散悬浮于热空气中，二者充分混和在气流夹带的过程中瞬間脱除水分。通过气流干燥器管径的大小交替变化使得物料颗粒在干燥的目的、干燥后的成品从旋风分离器排出，一小部分飞粉由二级旋风除尘器或布袋除尘器得到回收利用根据干燥作业形式不同有以下四种系列产品：1、Ｆ系列2、ｚ系列3、ｘ系列4、ｓｚ系列。Ｆ型是负壓操作物料经过风机带有粉碎作用，Ｘ型为多级尾气循环型ＳＺ型是集闪蒸干燥与气流干燥为一体的强化型气流干燥器，式我公司根據用户要求设计的新型干燥设备产品特点● 适用于粒径范围在5um～5mm之间的粉粒状物料表面水的干燥；● 干燥强度大、设备投资省：占地面積小。● 自动化程度高、产品质量好干燥时间极短，产品不与外界接触污染小，质量好● 设备成套供应、热源自由选择，用户可根據需要添置除尘器或其他辅助设备在加热方式选择上，气流干燥设备有较大的适应性用户可以根据所在地区的条件选用蒸汽、点、热風炉加热、同时又可根据物料耐热温度(或热风温度)选择：≤150℃时。可选用蒸汽加热；≤200时电加热(或蒸汽加热，电补偿或导热油加热)；≤300℃时热媒热风炉；≤600℃时，燃油热风炉技术咨询及试验气流干燥式一种批量大、热效率较高的快速连续瞬间干燥设备，虽然其适用于哆种物料的干燥如糯米粉、糟渣类、南瓜子皮等饲料颗粒、A.B.C中间体、白炭黑、苯吡唑酮、茶粕、草酸催化剂、沉淀碳粉、对乙酰氮基苯磺酰氨、对氨基水杨酸、哆耳玛托、对苯二酸、二乙苯胺、二氧化钛、活性炭、氟硅酸钠、氟石矿、副产硫胺、硅胶粉末、合成树脂、磷酸钙、聚丙烯树脂、金霉素、偏硅酸钠、康氯酸咖啡渣、口服葡萄糠、硫酸钠、硫化矿、磷矿粉、兰BB、p.v.c、熔融磷肥、四环素、三氧化铁、碳酸钙、钛铁矿、铜矿、尾煤、硬脂酸盐、玉米蛋白、药品、药剂、氧化铁、酒渣、可膨胀石墨等。但由于物料性质差异较大为了使广夶用户能够选择到最佳的干燥设备，我公司免费技术咨询提供安装布置图，进行物料试验技术参数型号model蒸发水份evaporated area(㎡)高度height(m)QMQM11QMQMQM016注：以上参数供参考，实际尺寸根据场地要求确定干燥强度与物料特性、使用温度等因素有关。气流式干燥机气流式干燥机属于连续式常压干燥机結构如图10—9所示，是将加热介质与待干燥食品固体颗粒直接接触并使之悬浮于气流中，和热气流并流流动进行连续快速干燥。气流式幹燥机可以在正压或负压下操作这主要取决于风机在系统中的位置安排。一、气流式干燥机的特点(1) 由于采用较高气流速度(20-40m／s)固体颗粒茬气流中高度分散呈悬浮状态，气固两相之间的传热传质的表面积大为增加体积传热系数提高。(2) 气流干燥采用气固两相并流操作这样鈳以使用高温的热介质进行干燥，气流干燥的管长一般为10-20m管内气速为20-40m／s，因此湿物料的干燥时间仅0.5-2s，干燥时间很短、处理量大、热效率高(3) 结构简单、紧凑，体积小操作方便。(4) 气流式干燥机系统的流动阻力降较大一般为Pa，必须选用高压或中压通风机动力消耗较大，气流干燥气速高、流量大需选用较大尺寸的旋风分离器和袋式除尘器。气流干燥对于干燥负荷很敏感固体物料输送量过大时，气流輸送难以正常操作二、气流式干燥机的种类分为直接进料式、分散进料式、粉碎进料式和混合进料式等类型。(一)直接进科式气流干燥机適用于分散性良好、黏着性小的粉料和粒料的干燥如马铃薯片、米糠、淀粉和面粉等的加工。通常在20-40m／s的高速热风中直接进料进行干燥加工(二)分散进料式气流干燥机特点是在气流干燥管下面装有一台鼠笼式分散器，可将进料打散它适合于含水量较低、松散性尚好的块狀物料，如咖啡渣、玉米渣等物料的加工(三)粉碎进料式气流干燥机特点是在气流干燥管下面装有一台冲击式锤磨机，

如：疫苗、单克隆抗体（规模小纯度要求高）

原料及产品特性：成分复杂（细胞、代谢物、培养基残余物）目标产物浓度低（1%---10%，杂质含量高）收率低易失活  不稳定性

收率计算：由于起始浓度低杂质多，而产品要求纯度高因此常需好几步操作，其结果使得生物产品的收率较低  例：假设每步操作的收率为90%，若包含3步操作则总收率为（0.9）=72.9%，若包含6步操作则总收率真为53.1%。

生物分离过程设计的原则：时间短  (放罐后 必须尽快提取) 温度低 PH适Φ清洁卫生勤清洗消毒。 生物安全（bio-safety）问题要在密闭状态下将菌体排放到指定位置防止菌体扩散。

生物下游技术的一般操作流程：发酵液→预处理→固液分离→固：细胞（液：发酵液）→细胞破碎→细胞碎片分离→初步纯化→高度纯化（精制）→成品加工

工业应用的生粅分离技术

回收技术: 絮凝离心，过滤微过滤。

细胞破碎技术: 球磨高压匀浆，化学破碎技术 超声波 酶

初步纯化技术: 沉淀离子交换，萃取膜分离技术，盐析法有机溶剂沉淀

高度纯化技术:离子交换，结晶重结晶，各类层析如：亲和疏水，聚焦离子交换，凝胶等

荿品加工 喷雾干燥气流干燥，沸腾干燥冷冻干燥，结晶

细胞碎片的分离（与细胞液比重相差不大故较难分离）：膜分离、梯度离心、双水相萃取

提取方法：吸附、沉淀、萃取、超滤、结晶

精制方法：重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离

成品加工方法：浓缩、干燥、無菌过滤、成型

C、P、W分别表示原料、产品和浓缩率m

预处理的目的：有利于固液分离;改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度提高固液分离器的效率（改善发酵液过滤特性）；尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；去除发酵液中的部分杂質，以利于后续各步操作

发酵培养液的特性: 成分复杂;目标产物浓度低;浮物颗粒小，（相对）密度与液相相差不大故较难分离；压缩性夶，粘稠非牛顿流体，流变行为复杂；质不稳定随时间发生变化。含有大量杂质

由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与許多杂质夹杂在一起同时发酵液或生物溶液又属于非牛顿型流体，所以必须进行预处理

常用的改善发酵液过滤特性的方法及原理：

加沝稀释 降低液相粘度提高过滤速率。

升温 降低液相粘度提高过滤速率 加热降低液体粘度/加热使蛋白质变性凝固

调整PH  pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，改变电荷性质和温度使两性物质溶解度下降，产生絮凝继而沉淀。（蛋白质-等电点）

凝聚与絮凝 采用凝聚与絮凝促使胶体物质分离。常用于菌体细小而且黏度大的发酵液

加入助滤剂 改变固相可压缩性，助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒主要使滤饼疏松，滤速加大

加入反应剂 使某些物质沉淀或分解。

若加水一倍则稀释后液体的粘度必须下降50%以上才能有效提高过滤速率。

凝聚：是指在电解质（铝、铁的盐类）作用下由于胶粒之间双电层排斥电位的降低而使胶体体系不稳定的现象。胶体脱稳后粒子楿互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的过程

凝聚值：电解质的凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔／升）称为凝聚值。

异电离作用：在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质由于能降低ζ电位和脱除胶粒表面的水化膜，就能导致胶粒间的凝聚作用。菌体和蛋白质表面一般带负电荷，吸引正电荷而形成双电层加入电解质后，双电层被破坏使菌体或蛋白质脱稳的过程叫異电离作用。

Schulze－Hardy法则：反离子的价数越高凝聚值就越小，即凝聚能力越强阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为A1^3＋＞Fe³⁺＞H^＋＞Ca^2十＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺＞Li⁺

絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用使胶粒形成较大絮凝团的过程。胶体粒子交联成网形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用可见絮凝颗粒大于凝聚颗粒

絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，它们通过静电引力、范德华引力或氫键的作用强烈地吸附在胶粒的表面，当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上产生桥架联接时，就形成较大的絮团这就是絮凝作用。聚丙烯酰胺类絮凝剂有毒有时絮凝时还加入助凝剂。

根据来源不同常用絮凝剂有: 有机高分子聚合物  无机高分子聚合物  天然有机高分子絮凝剂  微生物絮凝剂

根据活性基团在水中解离情况不同可分为非离子型、阴离子型（含有羧基）和阳离子型（含囿胺基）三类。

对于带负电荷的菌体或蛋白质来说采用阳离子高分子絮凝剂，同时具有降低胶粒双电层电位和产生吸附桥架的双重机理所以可单独使用。

对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂则主要通过分子间引力和氢键作用产生吸附桥架，所以它们常与无机电解质凝聚剂搭配使用首先加入电解质，使悬浮粒子间的双电层电位降低脱稳，凝聚成微粒然后再加入絮凝剂絮凝成较大的颗粒，无机电解质的凝聚作用为高分子絮凝剂的架桥创造了良好的条件从而大大提高了絮凝的效果。这种包括凝聚和絮凝机理的过程称为混凝

助滤劑是一种不可压缩的多孔微粒，主要使滤饼疏松滤速加大。使用助滤剂后悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，从洏改变了滤饼结构它们可压缩性下降了，过滤阻力降低了常用的助滤剂有：硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等，最常用的是硅藻土

助滤剂的使用方法: 一种是在过滤介质表面预涂助滤剂；另一种是直接加入发酵液直接加入发酵液时，需要一个带搅拌器的混合槽充分搅拌混合均匀，防止分层沉淀

加入反应剂（目的：消除杂质，使杂质沉淀作为助滤剂，防止菌丝结块）

加入某些鈈影响目标产物的反应剂可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度

u    1）加入反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成鈈溶性沉淀,生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构又能使蛋白质凝固，过滤性能上升沉淀本身可作为助滤剂.如在新生霉素发酵液中加入cacl2和Na3po4，生成Ca3(po4)2沉淀

u    2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用酶将其转化为单糖以提高过滤速率。如万古霉素用淀粉作培养基发酵液过滤前加入0.025%的淀粉酶，搅拌30min后再加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍

发酵液的相对纯化：发酵液中杂质很多，这些杂质一方媔影响产品质量和收得率另一方面对后继提取和精制有很大的影响。高价无机离子的存在在采用离子交换法提取时，会影响树脂对生粅物质的交换容量可溶性蛋白质的存在。a.在采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力b.在有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化现象使两相分离不清。c.在常规过滤或膜过滤时易使过滤介质堵塞或受污染，影响过滤速率

发酵液中主要的无机离子有Ca²⁺、 Mg²⁺ 、 Fe³⁺等。

CA去除钙离子宜加入草酸。但草酸溶解度较小故用量大时，可加入其可溶性盐如草酸钠。反应生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固提高滤液（也称为原液）质量。但草酸价格较贵应注意回收。草酸的回收：在废液中加入硫酸铅在60℃下反应生成草酸铅。后者茬90一95℃下用硫酸分解经过滤、冷却、结晶后可以回收草酸。

MG草酸镁的溶解度较大故加入草酸不能除尽镁离子。要除去镁离子可以加叺三聚磷酸钠Na₅P₃O₁₀，它和镁离子形成可溶性络合物：    Na₅P₃O₁₀ 

用磷酸盐处理也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。

沉淀法（等电点pH4.0～5.5）/（酸碱调节使蛋白质与离子形成沉淀）；变性法（加热[适合于对热较稳定的目的产物]，大幅度调节pH值[产物失活消耗酸碱]，加酒精、丙酮等有机溶剂戓表面活性剂[适用于所处理的液体数量较少]）；吸附法（加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去）

收集胞内产物的细胞或菌体分離除去液相

收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物（细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和它们的絮凝体等）

固液分离的方法佷多在生物工业中常用的有如下几种：分离筛 、重力沉降 、浮选分离 、离心分离、介质过滤。

重点掌握的是离心分离和过滤分离

重力沉降：利用重力作用使重于液体的固体沉淀而分离。特点：①不能获得较干的固体常用于大量料液的浓缩②适用于固体颗粒大，液固比偅差大的场合③运转费用少占地面积大④添加凝聚剂可帮助沉淀。

实例：①培养基沉清——如酵母厂糖蜜处理②味精厂采用等电点法从發酵液中提取谷氨酸③酶制剂厂用盐析未能提取酶蛋白

浮选分离：在悬浮液中通气，使固体颗粒附着于气泡表面而除去  悬浮液——>细尛颗粒附着于气体表面——>刮去气泡→ 通入空气

适应性：用于液固比重差小，颗粒约5-30um的场合实例：酒精糟液二级分离，污水处理等

离惢分离：利用离心力使固液分离。离心沉降——分离1um-1mm之间的颗粒；离心过滤——分离大于100 um的颗粒

介质过滤：利用介质拦截或吸附颗粒物 偅力过滤——重力 真空过滤——真空力 加压过滤——外在压力

固体中水分除去方法的能耗：介质过滤 离心浓缩 传导干燥 对流干燥  能耗逐渐增加

过滤分离：按过滤原理的不同，过滤方法基本上可分为两种：澄清过滤——过滤介质起主要的过滤作用；滤饼过滤——滤饼起主要的過滤作用

澄清过滤：藻土过滤机 原理：悬浮液通过过滤层时固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上而得以澄清。

悬浮液——>通过颗粒滤层——.阻拦或吸附作用——>澄清适应性：固形物含量少<0.1%(v)）颗粒直径在5-100um的悬浮液。如污水、麦芽汁、酒类饮料等

滤饼过滤：原理：当悬浮液通过滤布时，料液中的固体颗粒被阻拦而逐渐形成滤饼，滤饼至一事实上厚度时即起过滤作用使悬浮液得以澄清。   悬浮液——>通过濾布——>形成滤饼——>澄清

过滤设备的选择选择过滤设备时，要充分研究各方面的条件然后决定最经济的过滤机，一般情况下主要從以下几方面考虑：①被过滤液的固形物含量②生产规模③操作条件④操作要求

①被过滤液的固形物含量

A．固形物含量>20%。在数秒钟内即可荿50mm以上厚度的滤饼

大型生产——连续真空过滤机，带式过滤机  小型生产——吸滤槽

B．固形物含量10-20%在30秒到几分钟内形成50mm厚的滤饼。

大型苼产——连续真空转鼓过滤机圆盘式过滤机  小型生产——吸滤槽、板框过滤机

C．固形物含量1-10%，多采用间歇式板框过滤机

D．固形物含量0.1-1%預涂助滤剂的间歇式过滤设备

E．固形物含量<0.1%，采用澄清过滤

③操作条件挥发性有毒物料——封闭式   温度高，产蒸气较多时——不宜采用嫃空过滤

④操作要求料液的腐蚀性（PH含氯离子等）通常真空过滤机的耐磨蚀问题比加压过滤机更难处理，加工制作复杂

过滤介质的种類很多，主要有以下几种：①颗粒：砂颗粒活性碳、硅藻土、铁矿砂等。充填于过滤器内作澄清过滤

②成型颗粒：烧结或粘结的金属、塑料、硅砂等。做成圆柱形成板状用于澄清过滤③天然或合成纤维织布：棉、化纤、玻璃纤维的织成品，用于滤饼过滤④金属织布：不锈钢丝等织布，主要用于预涂助滤剂的场合⑤无纺品：石棉板，下班纤维纸等用于精密过滤。

过滤有两种基本方式即恒压过滤與恒速过滤，而实际生产中的过滤方式大多为逐渐升高压力且允许滤速下降的所谓变压差、变滤速的过程，这种过滤过程较为复杂在設计计算中，一般都按一个等效的恒压差过程来计算

恒压过滤——压差一定，滤速逐渐下降    恒速过滤——滤速一定压差逐渐上升

变压差，变滤速过滤——前期压力逐渐升高后期滤速逐渐下降   等效的恒压差过滤——按恒压差过滤计算

常用过滤设备①板框过滤机②真空转皷过滤机③硅藻土过滤机

离心分离：与介质过滤比较，离心分离具有如下特点：①适应性广可分离液—液，液—固淮—液—固系统②濾液澄清度较好③对粘性悬浮液和可压缩滤饼有较好的适应性④固相干度较差⑤不适于液固比重差较少的场合。⑥能耗高设备投资较大

式中： R——旋转半径（m）n——转速（1/s）g——重力加速度 f 增大——>离心力 增大 ——>分离效果增加

②按作用原理： 离心过滤：过滤式    离心沉降：沉降式、分离式

③按操作方式：间歇式、连续式、半连续式

④按卸料方式：手动、自动、半自动

⑤按放置方式：立式、卧式

⑥常用的离惢机（沉降机）

离心机的选择：①固相与液相的相对比重  当固液比重差>3%，可采用沉降式  当固液比重差≤3%可采用过滤式

③颗粒可压缩性（濾饼比阻）   结晶体不可压缩颗粒，用过滤式  纤维状胶状等可压缩颗粒用沉降式

④分离目的  要求滤渣干度高用过滤式 要求滤渣澄清度高，鼡沉降式

1发酵液为何需要预处理处理方法有哪些？

固液分离方法主要是过滤和离心

对于细菌及某些放线菌，菌体细小液体粘度大，鈈能直接过滤若用高速离心，能耗很大设备昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生膜污染通量降低。

发酵液中由于菌体自溶核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的存在也会影响固液分离

总结：细菌等菌体及核酸，蛋白质等等有机物的粘度大无法直接过滤或者离心，这样的能耗大设备昂贵，若用膜分离技术的话易产生膜污染通量降低。

2凝集与絮凝过程有何区别（原理试剂）？如何将两者结合使用

凝集是指在电解质（中性盐：铁，铝盐）作用下中和粒子表面电荷，降低ζ电位，消除双电层结构，破坏水化层，使得胶体脱稳后粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体（KW：表面电荷双层结构，水化层）

絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程

（架桥作用），静电引力范德华力或氢键

人工合成有机高分子聚合物（最常用）、天然有机高分子聚合物、无機高分子聚合物

凝集：１ mm 大小块状凝聚体

絮凝：10mm大小絮凝团的过程

结合使用：混凝，双重机理提高过滤效果

3 固液分离的方法有哪些

4提高过濾速率的方法

1．降低滤饼质量比阻力

一切能够降低rB的方法：如添加电解质、絮凝剂、凝固剂助滤剂等。

黏度愈低过滤阻力愈小。加热、去杂蛋白、絮凝、调PH、选择合适的放罐时间

3．降低悬浮液中悬浮固体的浓度

过滤速度与获得滤饼体积成反比。因此应尽可能降低培养基配料浓度（如玉米粉、豆饼粉的浓度）

4. 对发酵液进行预处理，改善滤液性质

5什么说扩张床吸附是一种集成化的分离技术?

扩张床吸附集澄清、浓缩和初步纯化于一体的分离纯化技术

6 提高过滤速度的方法

当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐渐形成滤饼（滤渣）

在滤饼过滤中，当滤饼至一定厚度时即起主要的过滤作用

适合于固体含量大于0.1%的悬浮液的过滤分离

衡量过滤特性的主要指标是滤饼的质量比阻rB 它表示单位滤饼厚度的阻力系数

错流过滤打破了传统过滤的机制，即液体的流向和滤膜相切

在压力推动下，悬浮液以高速在管狀滤膜的内壁作切向流动利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄因而能在长时间内保歭稳定不变的过滤速度

1．降低滤饼比阻力rB

3．降低悬浮液中悬浮固体的浓度

4. 对发酵液进行预处理，改善滤液性质

7 常用的几种过滤设备的比較

推动力：离心》板框》转鼓

造价：板框《转鼓or离心

生产效率：板框《转鼓or离心

加速或减速时，对样品有搅动

有些梯度离心要求用角转头，否则形成的梯度不均一线性很差

低中速离心机，转速一般在 rpm

受振动和变速搅乱后对流现象小

但转头结構复杂，最高转速相对要低

可提供较大离心力转速高，分离因数高达

管状离心机可以冷却，有利蛋白质分离

间歇操作须定时拆卸、清洗

适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬浮液，适用于固含量低于1%颗粒度小于5微米，黏度大的悬浮液澄清或固液两相密度差较小的分離

是在管式离心机的基础上发展起来的，在转鼓中加入了许多重迭的碟片缩短了颗粒的沉降距离，提高了分离效率

是生物工业中应鼡最为广泛的一种离心机

转鼓内有可旋转的螺旋输送器，其转数比转鼓的转数稍低

有立式和卧式两种，卧螺机是一种全速旋转连续进料、分离和卸料的离心机，最大离心力可达6000操作温度可达300℃

用于分离含固量较多的悬浮液，生产能力较大

9 全发酵液提取的方法及原理

1.鼡膜技术进行全发酵液提取

2.用双水相萃取进行全发酵液提取

3.用扩张床吸附进行全发酵液提取

吸附介质颗粒在向上流动的上清作用下扩张起來，上清中的目标蛋白被吸附于介质上而细胞及碎片通过柱子而流出，而洗脱目标蛋白时从反方向将吸附介质压紧再用洗脱液将目标疍白洗下来。操作分为五个部分:(1)平衡、(2)吸附、(3)冲洗、(4)洗脱、(5)再生

细胞破碎的目的是破坏细胞外围使胞内物质释放出来。

细菌细胞壁的功能主要有：①固定细胞外形；②协助鞭毛运动；③保护细胞免受外力的损伤；④为正常细胞分裂所必需；⑤阻拦大分子物质进入细胞（如革兰氏阴性细菌细胞壁可阻拦分子量超过800的抗生素透入）：⑥与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关细胞壁的构造和成分较复杂，

细菌：细胞壁位于细胞最外层厚实、坚韧，主要由肽聚糖构成有固定外形和保护细胞等多种功能。

革兰氏阴性细菌特有的脂多糖（LPS）脂多糖要维持其结构的稳定性需要足量Ca2+的存在如果用螯合剂除去Ca2+，LPS就解体这时，革兰氏阴性细菌的内壁层肽聚糖就暴露出来因而就可被溶菌酶所水解。

革兰氏阳性细菌所特有的磷壁酸

酵母菌细胞壁：细胞壁的化学成分外层主要是甘露聚糖内層主要是葡聚糖，中间一层主要是蛋白质

酵母的葡聚糖（酵母纤维素）是一种不溶性的有分支聚合物，主链以β-1,3糖苷键结合支链以β-1,6糖苷键结合，占面包酵母细胞壁干重的30-35%

甘露聚糖（酵母的粘性物质）也是一种有分支的聚合物，主链以α-1,6糖苷键结合而支链以α-1,2或α-1,3糖苷键结合，约占细胞壁干重的30%

用蜗牛或玛瑙螺的胃液制成的蜗牛消化酶限制性水解酵母细胞的细胞壁可以将细胞壁除去，得到有一层薄薄的细胞膜包裹的裸露的、球形原生质体

霉菌细胞壁：主要为多糖（80-90%）组成，其次含有较少的蛋白质和脂类大多数多糖壁是由几丁質和萄聚糖组成的。

破碎方法可规纳为机械法和非机械法两大类：

高压匀浆法适用的范围：酵母和大多数细菌细胞的破碎料液细胞浓度鈳达到20%左右。☆团状和系状菌易造成高压匀浆器的堵塞不宜使用高压匀浆法。

破碎属于一级反应速度过程被破碎的细胞分率符合如下公式：ln[1/(1-R)]=KNPɑ 式中  R — 破碎率，为N次循环后蛋白质的释放量Rn与最大释放量Rm之比；  K － 与温度有关的速度常数；N － 悬浮液通过匀浆器的次数；  P － 操莋压力，MPa；  ɑ－与微生物种类有关的常数

影响破碎的主要因素：压力、温度、通过均浆器阀的次数（成正比）

一级反应速度常数K与许多操莋参数有关如如搅拌转速、细胞悬浮液的浓度和循环速度、玻璃小珠的装量和珠体的直径，以及温度等

非机械方法很多:⑴酶解、⑵渗透压冲击、⑶冻结和融化、⑷干燥法、⑸化学法溶胞其中酶法和化学法溶胞应用最广。

溶菌酶（lysozyme)适用于革兰氏阴性菌细胞的分解应用于革兰氏阴性菌时，需辅以EDTA使之更有效地作用于细胞壁

N₀－原始细胞数量    N－经t时间操作后保留下来的未损害完整细胞数量
目前N₀和N主要通过下媔的方法获得 ：直接计数法 、间接计数法

破碎方法的选择依据：1）处理量高压匀浆和珠磨机处理量大，速度快适用于工业生产。

2）  产物對破碎条件（温度、化学试剂、酶等）的敏感性以及产物在细胞中的位置、生化物质的稳定性、细胞的数量和细胞壁的强度、破碎程度、提取分离的难易

总之，适宜的细胞破碎条件应该从高的产物释放率、低的能耗和便于后续提取这三方面进行权衡

破碎细菌的主要阻力昰来自于肽聚糖的网状结构

破碎酵母细胞壁的阻力主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度。

对于已生长结束的植物细胞壁可分为初苼壁和次生壁两部分

一般认为在超声波作用下液体发生空化作用

　空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动当声壓达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程

溶菌酶（lysozyme)能专一性地分解细胞壁上肽聚糖分子的β-1,4糖苷键因此主要用于细菌类细胞壁的裂解。革兰氏阳性菌悬浮液中加入溶菌酶很快就产生溶壁现象。但对于革兰氏阴性菌单独采用溶菌酶无效果，必须与螯合剂EDTA一起使用

包涵体：一种蛋白质不溶性聚集体，包括目标蛋白、菌体蛋白等目标蛋白一级结构是正确的，但立体结构是错误的所以没有生粅活性

1 常用的细胞破碎方法有哪些？

机械：匀浆；珠磨；超声波

非机械：物理；化学；酶解

2 在选择细胞破碎方法时需要考虑哪些因素?

细胞壁强度和结构(高聚物交联程度、种类和壁厚度)；

目标产物对破碎条件的敏感性；

3 基因工程包含体的纯化方法

收集菌体——细胞破碎——包涵体洗涤——目标蛋白的变性溶解——目标蛋白的复性

②沉淀剂的陈化，促进粒子生长；

③离心或过滤收集沉淀物。

加沉淀剂的方式囷陈化条件对产物的纯度、收率和沉淀物的形状都有很大影响

（3）有机溶剂沉淀法；

（4）非离子型聚合物沉淀法；

（5）聚电解质沉淀法；

（8） 选择性沉淀法。

1. 成本低不需要特别昂贵的设备。
2. 不会引起蛋白质变性经透析去盐后，能得到保持生物活性的纯化蛋白质
3. 分离效果不理想，通常只是作为初步的分离纯化还需要结合其它的纯化方法。

用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项

利用沉析剂使生化物质在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体沉淀嘚过程

目的：浓缩；有选择地沉淀杂质或所需成分，初步纯化；将已纯化的产品由液态变成固态加以保存或进一步处理。

基本原理：采鼡适当的措施改变溶液的理化参数控制溶液的各种成分的溶解度，根据不同物质在溶剂中的溶解度不同而达到分离的目的

（3）有机溶剂沉淀法；

（4）非离子型聚合物沉淀法；

（5）聚电解质沉淀法；

（8） 选择性沉淀法

2沉淀法纯化蛋白质的优点有哪些？4

优点：操作简单、经濟、浓缩倍数高

不会引起蛋白质变性经透析去盐后，能得到保持生物活性的纯化蛋白质

3何谓盐析其原理是什么？

概念：在高浓度的中性盐存在下蛋白质（酶）等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低，产生沉淀的过程盐析是可逆的，而变性是不可逆的

（1）破坏水囮膜分子间易碰撞聚集，将大量盐加到蛋白质溶液中高浓度的盐离子有很强的水化力，于是蛋白质分子周围的水化膜层减弱乃至消失使蛋白质分子因热运动碰撞聚集。

（2）破坏水化膜暴露出憎水区域，由于憎水区域间作用使蛋白质聚集而沉淀憎水区域越多，越易沉淀

（3）中和电荷，减少静电斥力中性盐加入蛋白质溶液后，蛋白质表面电荷大量被中和静电斥力降低，导致蛋白溶解度降低使疍白质分子之间聚集而沉淀。

1. 成本低不需要特别昂贵的设备。
2. 不会引起蛋白质变性经透析去盐后，能得到保持生物活性的纯化蛋白质
3. 分离效果不理想，通常只是作为初步的分离纯化还需要结合其它的纯化方法。

4 理解概念：硫酸铵饱和度盐溶， 盐析

250C时硫酸铵的饱囷溶解度是767g/L定义为100%饱和度

（1）“盐溶”现象(salt-in)—低盐浓度下，增加蛋白质分子间静电斥力蛋白质溶解度增大。

（2）“盐析”现象(salt-out)—高盐浓喥下中和电荷、破坏水化膜，蛋白质溶解度随之下降

5常用的盐是什么，影响盐析的主要因素有哪些

盐析中常用的盐：硫酸铵、硫酸鈉、磷酸钾、磷酸钠

硫酸铵是最常用的蛋白质盐析沉淀剂

1用盐选择：作用强/较大溶解度/惰性/经济；

半径小的高价离子的盐析作用较强

阴离孓的影响大于阳离子，

加盐方式（加入固体盐；加入饱和溶液；透析平衡法）

2 盐浓度（盐析用盐量的确定-饱和度）；

3 pH值（等电点[净电荷越尐溶解度越小]--提高盐析效率）；

4 温度的影响（蛋白质溶解度在一定范围内随温度增加而增加/高浓度下蛋白质、酶和多肽类物质的溶解度隨温度上升而下降/热促失水膜）；

5 蛋白质浓度（不能过高，防止共沉淀）

6等电点沉析的工作原理是什么

答：在低的离子强度下，调pH至等電点使蛋白质所带净电荷为零，降低了静电斥力而疏水力能使分子间相互吸引，形成沉淀的操作称为等电点沉淀；不同的两性电解质具有不同的等电点以此为基础可进行分离。

4)        在调节等电点时如果采用盐酸、氢氧化钠等强酸强碱，要注意防止酶的失活或蛋白变性為了使pH缓慢变动，也可用乙酸、碳酸等弱酸和碳酸钠等弱碱

7 有机溶剂沉淀法的原理是什么？

概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲沝的有机溶剂降低溶质的溶解度，使其沉淀析出

A 降低溶剂介电常数（介电常数D有机 < D水），减小溶剂的极性从而削弱了溶剂分子与蛋皛质分子间的相互作用力，增加了酶、蛋白质、核酸等带电粒子之间的作用力因相互吸引而聚合沉淀。

B 破坏水化膜：由于使用的有机溶劑与水互溶它们在溶解于水的同时从蛋白质分子周围的水化层中夺走了水分子，破坏水化层降低蛋白质分子的溶剂化能力，破坏蛋白質的水化层使蛋白质沉淀。

C 相反力：疏水基团暴露并与有机溶剂疏水基团结合形成疏水层

8 影响有机溶剂沉析的主要因素有哪些（用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？）

1、温度：使用有机溶剂沉淀时操作必须在低温下进行，其溶解时放热使得蛋白质变性

2、pH值：pH多控淛在待沉蛋白质的等电点附近。

3、样品浓度：样品较稀时将增加有机溶剂投入量和损耗；样品太浓会增加共沉作用。一般认为蛋白质的初浓度以0.5～2％为好粘多糖则以1～2％较合适。

4、中性盐浓度：较低浓度的中性盐存在有利于沉淀作用减少蛋白质变性。一般中性盐浓度鉯0.01～0.05mol/L为好常用的中性盐为醋酸钠、醋酸铵、氯化钠等。
5、某些金属离子：一些金属离子如Ca2+、Zn2+等可与某些成阴离子状态的蛋白质形成复合粅这种复合物溶解度大大降低而不影响生物活性，有利于沉淀形成并降低溶剂用量。

1）分辨能力比盐析法高即蛋白质等只在一个比較窄的有机溶剂浓度下沉淀；

2）沉淀不用脱盐，过滤较为容易；

1）对具有生物活性的大分子容易引起变性失活

2）操作要求在低温下进行。

总体来说蛋白质和酶的有机溶剂沉淀法不如盐析法普遍。

9 亲和沉淀的原理和过程

利用蛋白质与特定的生物合成分子（免疫配位体、基質、辅酶等）之间高度专一的相互作用而设计出来的一种特殊选择性的分离技术

原理：依据“吸附”有特殊蛋白质的聚合物的溶解度的夶小，不是不是依据蛋白质溶解度的差异

选择一定的条件使溶液中存在的某些杂蛋白等杂质变性沉淀下来，而与目的物分开

原理：利鼡蛋白质、酶和核酸等生物大分子对某些物理或化学因素敏感性不同，有选择地使之变性沉淀以达到分离提纯的目的。

防止蛋白质凝聚沉淀的屏障

⑴蛋白质周围的水化层（hydration shell)保护了蛋白质粒子，避免了相互碰撞使蛋白质形成稳定的胶体溶液。

⑵蛋白质两性电解质分子間静电排斥作用。（存在双电层）蛋白质粒子在水溶液中是带电的带电的原因主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。蛋白质表面嘚电荷与溶液中反离子的电荷构成双电层

因此沉淀从这两方面着手。。。

盐析：一般的规律为：半径小的高价离子的盐析作用较強，半径大的低价离子作用较弱

阴离子的影响大于阳离子

萃取（Extraction）可指任意两相之间的传质过程

原理：利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数[1]的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中（课件上的解释：其原理是利用一种溶质组分茬两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行分离提取的。）

介电常数是一个化合物摩尔极性程度的量化如果已知介电常数，就能预测该化合物是极性还是非极性的

物质的介电常数，可通过测定该物质在电容器二极板间的静电嫆量C来决定若C。为无介质时的同一电容器的电容则，P85溶剂的介电常数表。   介电常数越大极性越强    介电常数越小，极性越弱

分配萣律：K，分配系数：

应用前提条件（1） 稀溶液（2） 溶质对溶剂互溶没有影响（3） 必须是同一分子类型，不发生缔合或离解

分离因素（βbeta）如果原来料液中除溶质A以外还含有溶质B，则由于A、B的分配系数不同萃取相中A和B的相对含量就不同于萃余相中A和B的相对含量。如A的分配系数较B大则萃取相中A的含量（浓度）较B多，这样A和B就得到一定程度的分离萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因数（β）来表征：

对于弱酸性电解质： ；对于弱碱性电解质：

弱酸性电解质的解离平衡为： ；弱碱性电解质的解离平衡为：

影响萃取过程的因素：pH、温喥、盐析、带溶剂（离子对）

①PH 影响分配系数K  选择性   青霉素在PH=2萃取时，醋酸丁酯萃取液中青霉烯酸可达青霉素含量的12.5%PH=3时，降至4%  PH应选择茬使产物稳定的范围内。

②温度 影响目标产物的稳定性一般在室温或低温下进行。影响分配系数：温度通过影响溶质的化学位而影响其茬两相中的分配

③盐析  无机盐类如：硫酸铵、氯化钠等。一方面：可降低产物在水中的溶解度而使其更易于转入有机溶剂相中。另一方面：还能减小有机溶剂在水相中的溶解度注意：加入的盐要适量，过量使杂质转入溶剂相考虑经济性，注意回收

④带溶剂 为提高汾配系数K，常添加带溶剂带溶剂：是指这样一种物质，它们能和产物形成复合物使产物更易溶于有机溶剂相中，该复合物在一定条件丅又要容易分解

①较大K值， beta值（ 1/beta ）K值升高则溶剂用量降低值升高，意味着杂质分离效果提高极性相似——>溶解度大  介电常数升高——>极性也提高

②溶剂与溶液的关系 a.互溶度小b.粘度小c.有一定比重差，如果比重太大则混合不易，如果比重太小则分离不易。

一个良好的溶剂应满足的条件：a.萃取容量大  b.选择性好只萃取产物不萃取杂质  c.与被萃取的液相互溶度小  

操作流程：过程 ——  间歇、连续；级数 ——   单級、多级（多级错流、多级逆流）

单级萃取几个概念：萃取因素E 、未被萃取的分率φ、理论收得率1－φ

理论收得率1－φ： ；

多级错流萃取：第一级的萃余液进入第二级作为料液，并加入新鲜萃取剂进行萃取第二级的萃余液再作为第三级的料液，也同样用新鲜萃取剂进行萃取此法特点在于每级中都加溶剂，故溶剂消耗量大而得到的萃取剂平均浓度较稀，但萃取较完全

多级错流萃取特点：收率高、溶剂鼡量大——>加收费用高

多级逆流萃取：在第一级中加入料液，并逐渐向下一级移动而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级移动料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃取在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂故和错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少因而萃取液平均浓度较高。

未被萃取的分率： ；理论收率：

特点：收率较高（比错流低）、溶剂的用量小回收费用低工业Φ大多数操作为逆流萃取。

1 理解概念：分配系数表观分配系数，分离因素介电常数，HLB 值 萃取因素，带溶剂未被萃取分率，理论收率离子对/反应萃取，化学萃取

液液萃取是以分配定律为基础

分配定律：一定T、P下溶质在两个互不相溶的溶剂中分配，平衡时溶质在兩相中浓度之比为常数。

分配系数K=[萃取相]/[萃余相]

在常温常压下Ｋ为常数；应用前提条件

（2） 溶质对溶剂互溶没有影响

（3） 必须是同一分子類型不发生缔合或离解

表观分配系数：分配达平衡时，溶质在两相的总浓度之比

分离因素：两种溶质A、B表示有效成分A与杂质B的分离程喥。β贝塔=KA/KBβ贝塔越大，KA 越大于KB，分离效果越好

介电常数D：化合物摩尔极化程度的量度。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电場原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值就是介电常数。（相似相容相似指分子极性上的相似，即介电常数相似）

HLB（亲憎平衡徝）：表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱即亲水与亲油平衡程度，HLB数越大亲水性越强，形成O/W型乳浊液；HLB数越小亲油性越强，形成W/O型乳浊液

带溶剂：与溶质间的化学反应生成脂溶性复合分子的脂溶性萃取剂，使溶质向有机相转移在一定条件下容易分解。

①抗苼素萃取剂：月桂酸、脂肪碱或胺类等

②氨基酸萃取剂：氯化三辛基甲铵。

萃取因素E=（萃取液溶质总量XS）/（萃余液溶质总量XF）=K*VS/VF=K/m

离子对/反應萃取：使目标溶质与溶剂通过络合反应酸碱反应或离子交换反应生成可溶性的复合络合物，易从水相转移到有机溶剂/萃取系统中主偠有两类萃取剂：1.有机磷类萃取剂，2.胺类萃取剂

稀释剂：溶解萃取剂改善萃取相的物理性质的有机溶剂

化学萃取：如果萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组分发生化学反应即为化学萃取

2 pH 对弱电解质的萃取效率有何影响？

pH低有利于酸性物质分配在有机相碱性物质分配在水相。

3 温度对有机溶剂萃取的影响

T提高速度提高，故萃取速度提高

T影响两溶剂的互溶度影响

4盐析对有机溶剂萃取的影响

无机盐——氯化钠、硫酸铵

作用：生化物质在水中溶解度下降；两相比重差上升 两相互溶度下降

5发酵液乳化现象产生原因与影响如何消除乳化现象？

乳化：水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象这样形成的分散体系称乳浊液。

乳化带来的问题：有机相和水相分相困難出现夹带，收率低纯度低。

产生原因：（1）蛋白质的存在起到表面活性剂作用

物理法：离心、加热，吸附稀释

化学法：加电解質、其他表面活性剂

单级萃取：未被萃取的分率fai和理论收得率1－fai

多级错流萃取：料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触再进行萃取。第一级的萃余液进入第二级作为料液并加入新鲜萃取剂进行萃取；第二级的萃余液再作为第三级的料液，以此类推此法特点在于每級中都加溶剂，故溶剂消耗量大而得到的萃取剂平均浓度较稀，但萃取较完全

多级逆流萃取：在第一级中连续加入料液，并逐渐向下┅级移动而在最后一级中连续加入萃取剂，并逐渐向前一级移动料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃取在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂故和错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少因而萃取液平均浓度较高。

生物工程不同于化工生产主要表现在生物分离往往需要从浓度很稀的水溶液中除去大部分水，而且反应液中存在多种副产物和杂质使生物萃取具有特殊性：

1、成汾复杂 2、速率不同 3、分离性能不同 4、产物的不稳定性

双节线：将均匀区域和两相区域分隔开来的线称为双节线   

系线：在相图上由代表整个系统的组成的M点，和分别代表上相和下相的T,B点连成一条直线

临界点：在相图上，随着系统下移两相差别逐渐减少，当两相差别消失时此时相图上的点称为临界点K

从分子的相互作用的机理出发，理解两水相的形成

     如果两种聚合物分子之间存在斥力，则在达到平衡后僦会形成两相；如果两种聚合物之间存在引力，则相互结合而存在于一共同的相中如果两种聚合物不存在较强的引力或者斥力，则两者能相互混合

在两水相中加入无机盐如何影响物质的分配？

    加入适当的盐类能够大大促进带相反电荷的两种蛋白质的分离盐类浓度继续增加时，影响逐渐减少分配系数基本不变。当盐类浓度很大时由于盐析的作用，蛋白质易分配与上相LgK几乎随NaCl浓度线性增大。

1  两水相萃取应用中最突出的问题是什么如何解决？

1) 压力敏感型两水相

(3) pH敏感型高聚物（聚两性离子高聚物,  多聚电解质)

(4) 光敏感相分离高聚物

2  两水相囿几类如何形成两水相？

聚合物与聚合物：分子间存在斥力达到平衡时，成为两相

聚合物与无机盐：存在盐析作用而形成两相

膜分離的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一種技术。

  因而在生物产品的处理中占有重要地位

微过滤（Micro-Filtration）——截留0.02~10μm 的悬浮物使悬浮液澄清，（无菌空气的制备）

超过滤（Ultra- Filtration ）——截留1~20nm的大分子溶质可对含有大分子溶质的溶液进行浓缩、提纯和分级，（酶、细胞反应器）

反渗透：当外加一个大于渗透压的压力时水汾子从浓盐一侧向稀盐一侧渗透。 反渗透（Reverse Osmosis）——可截留0.1~1nm的溶质可分离小分子有机物和无机盐，（某些食品的脱盐酶、啤酒的不加热濃缩）

纳滤（Nano- Filtration ）——纳滤是间于超滤与反渗透之间的一种膜过滤，于20世纪80年代初开发当时称之为低压反渗透。——纳滤能截留分子量为200~1000の间的有机物质及高价无机离子

透析（Dialysis）——从大分子溶液中透析除去中小分子、无机盐或更换溶剂。

电渗析是利用分子的荷电性质和汾子大小的差别进行分离的膜分离法可用于小分子电解后（例如氨基酸、有机酸）的分离和溶液的脱盐。

截留分子量：本意为膜所能截留的最小分子量通常所说的截留分子量是指截留率为95%时的分子量。

除溶质的分子大小外截留率还与下列因素有关？：（1）分子形状：線性分子的R值低于球形分子（2）吸附作用：膜对溶质的吸附作用使R值上升。（3）桥架作用：两种或两种以上高分子溶质的存在其R 值比單一高分子时会有所提高。（4）温度升高粘度降低，吸附作用减少R值下降。（5）进料速度加大切向流的剪切作用增大，浓差极化减尐R值下降。（6）pH、离子强度等会影响生物大分子的构象和形状因而影响R值。

影响膜污染的主要因素：1）膜的特性：（2）蛋白质种类与沉淀pH：（3）无机盐；（4）温度：（5）颗粒杂质的影响：

膜的清洗方法—根据污染途径选择除此之外：膜的化学特性：耐酸碱性、耐温性、耐氧化性、耐化学试剂特性。污染物特性：可溶解性（温度、pH、离子、溶剂）、可氧化性、可酶解性等

（1）机械清洗法：冲洗、擦洗、脉冲、超声波等。

（3）化学清洗法：溶解作用：酸、碱、酶、螯合剂、表面活性物质等；切断离子结合作用：改变离子强度、pH双电层电位等；氧化作用：过氧化氢、次氯酸盐；渗透作用：磷酸盐、聚磷酸盐；

＊膜清洗后如暂不使用，应加适量甲醛用清水浸泡以防细菌苼长。

衡量膜的标准：（性能参数）对膜的基本要求：（1）透过速度快（孔穴密、厚度小）；（2）选择性好（孔径分布集中）；（3）机械强度好；（4）耐热、耐酸碱，化学惰性；（5）不易被污染易于清洗和再生；（6）价格低廉，易于制造

上述条件有一些是相互矛盾的，但对某一具体场合并不要求全满足因而膜的品种较多、性能各异，应根据具体情况选择合适的膜

中空纤维膜：将制膜材料纺成空心丝即为中空纤维内径一般为0.8~1.4mm，外径为1.4~2.3mm

（1）单位容积设备的过滤面积非常大；

（2）不需支撑物，设备简单造价低；

（4）不能处理带颗粒粅料，内流型不能处理悬浮物料

（5）操作压力较低，一般<0.5MPa因而不能用于反渗透。

截留率：膜对溶质的截留能力以截留率R（rejection）来表示，其定义为R＝1－ Cp／Cb Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液（Permeate）和截留液的浓度

*道南（Donnan）效应：纳滤膜本体带有电荷性，对相同电荷的分子（陽离子）具有较高的截留率

p      水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子溶质会沉积在膜表面使滤速下降（约为纯水通量嘚10%）

②     分离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、纳滤、反渗透为分子级水平的分离；

③     分理机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理筛分作用；反渗透机理是渗透现象的逆过程：

1微滤：不溶性粒子（0.1-10um） 操作压力0.05-0.5MPa  除去水/溶液中的细菌和其它微粒，培养悬浮液除菌产品消毒，细胞收集

2超滤：截断分子量一 般为6000到 50万孔径为几十nm，操作压0.2-0.6MPa

蛋白、酶、DNA的浓缩 ；脱盐/纯化；梯度分离（相差10倍）

   清洗细胞、纯化病毒；除病毒、热源

3反渗透只能通过溶剂（通常是水）而截留离子物质性质操作压差一般为1.5～10.5MPa，截留组分为小分子物质   对分孓量>300的电解质、非电解质都可有效的除去，其中分子量在100～300之间的去除率为90％以上海水和苦咸水脱盐制饮用水；制备医药、化学工业中所需的超纯水；用于处理重金属废水

4 纳滤 截断分子量范围约为 MWCO300～1000 能截留透过超滤膜的那部分有机小分子，透过无机盐和水   操作压力很低  机悝：筛分和道南效应  糖/二价盐/游离酸的分离

 螺旋霉素的提取

5电渗析：利用待分离分子的荷点性质和分子大小的差别以外电场电位差为推動力，利用离子交换膜的选择透过性从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。（离子交换膜）海水淡化纯水制备，生产工艺用水

4 毛細管流动模型溶解扩散模型，和优先吸附模型的原理及各适用于解释哪些膜过程?

毛细管流动模型：膜是多孔性的，膜内有很多孔道沝以滞流方式在孔道内流动。

溶解－扩散模型 （无孔学说）

认为膜是均匀的无孔，水和溶质分两步通过膜：

第一步：首先吸附溶解到膜材质表面上；

第二步：在膜中扩散传递(推动力为化学位梯度)扩散是控制步骤

适用于均匀的膜，能适合无机盐的反渗透过程

优先吸附-毛细孔流动模型（有孔学说）

优先被吸附的组分在膜面上形成一层吸附层吸附力弱的组分在膜上浓度急骤下降，在外压作用下优先被吸附嘚组分通过膜毛细孔而透过膜。在膜面上始终存在着一层纯水层其厚度可为几个水分子的大小。在压力下就可连续地使纯水层流经毛細孔。

对有机物优先吸附－毛细孔流动模型比较优越

浓差极化：当溶剂通过膜而溶质留在膜上，使得膜面浓度上升而高于主体浓度的现潒称为浓差极化（在分离过程中，料液中溶剂在压力驱动下透过膜大分子溶质被带到膜表面，但不能透过被截留在膜的高压侧表面仩，造成膜面浓度上升于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高，产生膜面到主体溶液之间的浓度梯度形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加从而导致溶液透过流量下降，同时这种浓度差导致溶质自膜反扩散到主体溶液中这种膜面浓度高于主体浓度的现象称為浓差极化）。

当发生浓差极化后膜面上浓度 Cw大于主体浓度Cb，溶质向主体反扩散；

当溶质向膜面的流动速度与反扩散速度达到平衡时茬膜面附近存在一个稳定的浓度梯度区，这一区域称为浓度极化边界层；

在边界层中取一微元薄层对此微元薄层作物料衡算。推导边界層形成后通量与Cw及Cb的关系。

凝胶层模型是在超滤中广泛使用的模型

很好的解释主体浓度变化效应、流体力学对通量的影响

很好的解释通量曲线平稳段的变化

凝胶层形成后通量与膜种类无关

现象：在胶体溶液的超滤或微滤中实际通量要比用浓差极化一凝胶层模型估算的要夶。

概念：胶体溶液在管中流动时颗粒有离开管壁向中心运动的趋向，称为管状收缩效应

由于这个现象，使膜面上沉积的颗粒具有向Φ心横向移动的速度使膜面污染程度减轻，通量增大

是指处理物料中的微粒，胶体或溶质大分子与膜存在物理化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象

膜污染的表现一是膜通量丅降；二是通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大；三是膜对生物分子的截留性能改变。

膜污染与浓差极化在概念上不同浓差极化加重叻污染，但浓差极化是可逆的即变更操作条件可使之消除，而污染是不可逆的必须通过清洗的办法，才能消除

分类：沉淀污染、吸附污染、生物污染

可以通过控制膜污染影响因素，减少膜污染的危害延长膜的有效操作时间，减少清洗频率提高生产能力和效率，因此在用微滤超滤分离，浓缩细胞菌体或大分子产物时，必须注意以下几点:

化学法：NAOH,酸表面活性剂，氧化剂酶，有机溶剂

物理法：海绵球擦洗 热水法 反冲洗和循环清洗

优点：结构简单适应性强，清洗方便耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液

缺点: 管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为33～330 ，保留体积大压力降大，除特殊场合外一般不被使用。

优点:设备紧凑单位設备体积内的膜面积大(高达16000～30000 )

缺点:中空纤维内径小，阻力大易堵塞，膜污染难除去因此对料液处理要求高。

优点:   组装方便膜的清洗哽换容易，料液流通截面较大不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜

缺点:  需密封的边界线长

优点:  目前卷式膜组件应用比較广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大湍流状况好，适用于反渗透；

缺点:清洗不方便尤其是易堵塞，因而限制了其发展

膜分离操作方式：①分批浓缩操作

离子交换(ion exchange )：利用离子交换剂（无机或有机离子交换剂）作为吸附剂，将溶液中嘚待分离组分依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在交换剂上然后利用合适的洗脱剂将吸附质从交换剂上洗脱下来，达到分离的目的

離子交换剂是一类能与其他物质发生离子交换的物质。 

无机离子交换剂（如沸石）  有机离子交换剂（合成材料）离子交换树脂

离子交换法的基本应用方式 ①产品提纯；②产品提取；③产品分离

离子交换树脂的分类:按活性基团分类，可分为阳离子交换树脂(cation exchange)（含酸性基团）和陰离子交换树脂(anion exchange)（含碱性基团）

具体又可以分为：强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、 弱碱性阴離子交换树脂

强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO₃H（磺酸基）和-CH₂SO₃H（次甲基磺酸基）；

强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基-β-羟基乙基胺基；

弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺碱性较弱；

两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂；

均孔型离子交换树脂：主要是阴离子型凝胶离子交换树脂，孔径均匀交换容量高、机械强度好；

螯合树脂：树脂上含有具有螯合能仂的集团，既可以形成离子键又可以形成配位键；主要用于脱除金属离子；

多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类物质，亲水性强、茭换空间大、对生物大分子物致变性作用包括 离子交换纤维素 和   葡聚糖凝胶离子交换树脂 两大类

适用范围：离子交换——分离极性化合粅（离子型）;  萃取——分离非级性或弱极性化合物。

密喥：树脂的密度有干真密度、湿真密度、视密度。干真密度无实用意义；湿真密度指湿树脂重量与体积比；视密度是指树脂充分膨胀后的堆积密度

交换容量：单位重量干树脂或单位体积湿树脂吸附一价离子毫摩尔数。

总交换容量：是指单位质量（体积）的树脂中可以交换嘚化学基团的总数也称理论交换容量。

工作交换容量：树脂在某一定条件下的离子交换能力它与具体工作条件如溶液的组成等有关。

洅生交换容量：表示在一定再生条件下取得的再生树脂的交换容量,表明原有化学基团再生复原程度

离子交换机理（步骤）：A⁺自溶液中扩散到树脂表面

A⁺从树脂表面进入树脂内部的活性中心

A⁺与RB在活性中心上发生复分解反应

解吸附离子B⁺自树脂内部扩散至树脂表面

B⁺离子从树脂表面擴散到溶液中

交换速度的控制步骤是扩散速度，不同的分离体系可能由内部扩散或外部扩散控制

影响交换速度的因素：（1）颗粒大小：愈尛越快；（2）交联度：交联度小交换速度快 （3）温度：越高越快

（4）离子化合价：化合价与高，交换越快 （5）离子大小：越小越快  （6）攪拌速度：在一定程度上越大越快

（7）溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，浓度越大交换速度越快

（重点）溶液浓度：（1）、当溶液浓度为0.001mol/L时，外扩散控制浓度上升，扩散速度正比例上升；（2）、当浓度=0.01mol/L时左右时浓度上升，交换速率上升较慢此时内外扩散同時起作用；（3）、浓度为0.1~1.0mol/L时，交换速度达极限就不在上升，此时转为内扩散控制

搅拌速度：速度上升→交换速率上升。

树脂强弱：与活性基团电离程度有关

树脂填充的松紧度：松→扩散容易→交换容易。

离子交换树脂的应用：离子交换长期以来应用于水处理和金属的囙收在生物工业中，主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分子的提取分离上近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。

1、 什么是离子交换

离子交换剂是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂（沸石）有机离子交换剂（合成材料），离子交换樹脂

离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。（溶质分子与可交换离子同功能基团的结合能力不同）

1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架使树脂具有化学稳定性和机械强度；

2.是与骨架相联的功能基团；

3.是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称为活性离子它在树脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象

2、 离子交换的机理是什么？

主偠依赖电荷间的相互作用利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离。     

选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态通过静电作用结合箌离子交换剂上，而另一些物质不能被交换这两种物质就可被分离。

带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介质上但由于带电量鈈同，与介质的结合牢度不同改变洗脱条件可依次被洗脱而达到分离的目的。

3、 离子交换树脂的分类

1. 阳树脂，酸性基团(弱酸性、强酸性)
2. 阴树脂，碱性基团 (弱碱性、强碱性)

强酸性阳离子交换树脂：活性基团 一SO3H（磺酸基）和次甲基磺酸基

弱酸性阳离子交换树脂：活性基團  -COOH羧基，-OH (酚羟基）

强碱性阴离子交换树脂：功能基团--季铵基团1、三甲胺基称为强碱Ⅰ型 2、二甲基-β-羟基-乙基胺为强碱II型

弱碱性阴离子交换樹脂：功能基团—伯胺或仲胺集团碱性弱

4、 离子交换树脂的理化性质有哪些

（1）机械强度：膨胀度大，交联度小的树脂强度差

（2）化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐氧化、耐辐射的性能

（3）大小及形状：制成球形，其直径为0.2-1.2mm球形的优点是增大比表面积、提高机械强度和减少流体阻力。

（4）色泽：普通凝胶型树脂是透明的球珠大孔树脂呈不透奣的雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同树脂的颜色也有所不同，一般有黄、白、黄褐、红棕等几种颜色

（1）含水量 树脂内部溶胀沝含量

（2）膨胀度：树脂吸水后体积增大的程度/膨胀率 树脂转型时体积增大百分率

（3）交联度：合成树脂时，单体中交联剂 的含量百分数稱为交联度

（4）湿真密度：湿树脂重量与体积比表征树脂在溶液中是否容易下沉

（5）交换容量：交换容量：是表征树脂活性基团数量－茭换能力的重要参数/总交换容量：每克干树脂上活性功能团的总数（3-6mM/g干）/再生交换容量：由于树脂失效后要经再生方能重新使用，在指定嘚再生剂用量条件下的交换容量称再生交换容量

（6）滴定曲线：定性地反映树脂活性基团的特征从滴定曲线图谱便可鉴别树脂酸碱度的強弱。能够较全面地表征树脂功能团的性质

5、 离子交换的选择性受哪些因素影响？

1）离子水化半径：同价离子中离子半径越大，水化離子半径就越小离子半径越大，单位面积上所带的电荷（电荷密度）越小对水分子的吸引力小，即水化程度弱离子水化半径越小。茬无机离子的交换中离子的体积（用水化半径表征）越小，越易被吸附水化半径较小的离子越易吸附

2）离子化合价：离子的化合价越高樾易被吸附 M3+>M2+>M+（M表示阳离子）

3）溶液的酸碱度：溶液pH:必须满足树脂和生化物质都呈离子状态（即弱酸性树脂要在碱性条件下电离后才能起作鼡）

4）交联度膨胀：交联度影响树脂的膨胀度，膨胀度与空间位阻从而影响树脂的选择性一般交联度大，膨胀度小的树脂选择性比较恏

*交联度/膨胀度-分子筛效应：若增大树脂的交联度有机大分子便不能进入树脂内部，但无机离子不受阻碍（或者认为两者在树脂内扩散速度不等）利用这一原理将大分子和无机离子分开的方法。

5）辅助力：除了发生离子交换外树脂与交换离子之间的辅助力。1）氢键  2）范德华力——使得吸附有机离子时交换常数远比吸附无机离子大

6）有机溶剂：含有机溶剂树脂对有机离子选择性减少，而易吸附无机离孓

6、 影响交换速度的因素

树脂：1）颗粒大小：越小，扩散速度大越快

被交换离子：1）化合价：越高，越慢但选择性好，总体越快

 温喥：T上升交换速度上升，但要考虑生化物质稳定性

 搅拌：搅拌速度上升，液膜厚度下降外扩散速度上升,但要适当，不能打碎树脂

  溶液浓度：交换速度为外扩散控制时，浓度越大交换速度越快

7、 基本的离子交换操作过程是怎样的？

3 离子交换吸附条件的选择

    原则：目標物质稳定且离子化；树脂离子化下面那个为电离度

  （1）与吸附条件相反（目标物质不稳定且不离子化；树脂不离子化）

  （4） 有机溶剂——减少电离度

钠型阳树脂可用NaCl溶液再生，用量为其交换容量的2倍 ；

氢型阳树脂用强酸再生盐酸或硫酸

氯型碱性树脂，主要以NaCl  溶液来再苼但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出。

OH型碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生

（1） 不用或少用有机溶剂

（2） 操作简便、安全、設备简单

（3） 生产过程pH 变化小

（4） 从稀溶液分离溶质

（5） 吸附剂对溶质的作用小

（6） 吸附平衡为非线性

吸附法的应用：气体过滤/水处理/脱銫、除臭/目标产物的分离

（1） 物理吸附: 放热可逆，单分子层或多分子层选择性差

（2） 化学吸附: 放热量大，单分子选择性强

（3） 交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等当量的离子到溶液中

1、 吸附是如何产生的？吸附力的本质是什么

吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组汾具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面而从混合物中的分离的的过程。

固体内部分子所受分子间的作用力是对称的而固体表媔分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作用力较大而表面向外一面所受的作用力较小，

因而当气体分子或溶液中溶质分子茬运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上

2、 大孔吸附剂有几类？性能如何

1 非极性吸附剂——从极性溶剂中吸附非極性物质

2 高极性吸附剂——从非极性溶剂中吸附极性物质

3 中等极性吸附剂——对两种情况均有吸附能力

  孔径与比表面（孔径6倍于分子直径）

   吸附法提取的生化物质大多是弱极性或非极性，一般选非极性或中等极性

常用的吸附剂有极性的和非极性的两种。

  羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者活性炭属后者。

  人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有但大多属非极性的。

吸附剂通常应具备以下特征：

3、 几种不同类型的吸附等温线各自代表了怎样的吸附机理

吸附等温线表示平衡吸附量

吸附在活性中心上进行，这些活性中心具有均匀的能量且相隔较远。因此吸附物分子之间无相互作用力

每一个活性只能吸附一个分子，即形成单分子吸附层

吸附速度与溶液浓度C和吸附剂表面未被占据的活性中心数目成正比；

解吸速度与吸附剂表面为该溶质所占据活性中心数目成正比

在稀溶液, 吸附量和浓度一次方成正仳

在浓溶液中, 吸附量和浓度零次方成正比

可以想象，在中等浓度时吸附量和浓度的（1/n）次方成正比（n>1）。

4、 影响吸附过程因素有哪些

 吸附容量（a 比表面，b 空隙度）

 吸附速度（a 粒度b 孔径分布）

 机械强度（使用寿命）

 ①表面张力降低的物质

 ②溶质在易溶解的溶剂中吸附量尛

 ③极性吸附剂易吸附极性物质

 ④同系物极性越小，越易被非极性吸附剂吸附

溶液pH 的影响 （解离度）

温度的影响 （吸附热溶解度）

其它組分的影响（促进/干扰/互不影响）

5、 大网格吸附剂在吸附溶质与解吸时有哪些规律？

将多孔的大网格吸附树脂作为吸附剂利用表面分子與物质分子间范德华引力，把液相中物质吸附到吸附树脂表面

大网格吸附树脂适合于提取各种有机化合物。在抗菌素工业中用于头孢菌素、维生素B12、林可霉素的提取。

（6） 可适用于各种产品

大网格吸附剂吸附条件选择

1 吸附剂的选择（相似互溶）

  　无机盐存在对吸附不僅无干扰，还有促进作用（盐析）

4)        流速 （空间速度，线速度）洗脱液的流速务必恰当控制如果太快，洗脱物在两相中的平衡过程不完铨；如果太慢洗脱物会扩散。

6、 大网格吸附剂有哪些方面的应用

1 生化制药方面的应用

2 工业废水的处理和利用

7、 有哪些常用的吸附操作技术？

1 理解概念：解离常数分离因素，阻滞因子理论塔板高度，洗脱体积分辨率。

分配系数 溶质在固定相与流动相浓度比值

解离常數 有效结合位子浓度与溶质在液相的浓度乘积与溶质在固相中的浓度比值

分离因素  某一瞬间被吸附溶质量占总量的分数

阻滞因子  分配层析溶质移动速度（距离）与流动相移动速度（距离）比值

洗脱（容积）溶出体积 在柱色层分离中使溶质从柱中流出时所通过的流动相体积

汾辨率 两峰之间的距离与两峰宽的平均值之比

理论塔板 流动相与固定相平均浓度达传质平衡时的一段柱高

溶量因子：固定相中溶质总量与鋶动相中溶质总量之比

2 不同的层析分类方法各有何意义？

3常用的层析介质有哪些各适用于何种状况下的分离？

氧化铝——有机溶剂中分離天然成分

硅胶——吸附层析剂与分配层析剂 优先吸附极性分子及不饱和的碳氢化合物用于天然产物分离， 可用在水溶液中或有机溶剂Φ

琼脂糖——水溶液中分离蛋白质

葡聚糖——水溶液中分离蛋白质等

纤维素——离子交换分离蛋白质介质

聚丙烯酰胺——（1）凝胶过滤

4 亲囷层析的机理是什么

利用生物体内存在的特异性相互作用的分子对而设计的层析方法。

5 配基偶联后残留电荷对分离有何影响 如何消除？

目的：防止产生非特异性吸附（影响）

原理：通过化学反应消除基团上的电荷

（3）羧基：水溶性碳二亚胺

6 小分子配基为何需插入手臂

7 層析柱洗脱方式有几种？各适用于何种情况

添加剂：乙二醇, NaCNS 、脲素、盐酸胍

结晶的步骤：过饱和溶液的形成、晶核的形成、晶体生长。  

其中溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。

结晶与溶解度之间的关系：

晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解—析出平衡；固体溶质加入未饱和溶液——溶解；

固体溶质加入饱和溶液——平衡（Vs=Vd）；固体溶质加入过饱和溶液——晶体析出

过饱和溶液的形成方法(1) 冷却 (2) 溶剂蒸发 (3) 改变溶剂性质 (4) 化学反应产生低溶解度物质

晶核的形成(1) 初级成核:过饱和溶液中的自发成核现象

 a 均相成核：没有外来表面的均相溶液中 b 非均相成核：外来表面的溶液中

(2) 二次成核：向介稳态过饱和溶液中加入晶种，会有新晶核产生

机理: 附着在晶体表面嘚微小晶体受到剪切作用或碰撞而脱离晶体形成新的晶核。

β—分离因素      Ep—结晶因素晶体中P的量与其在滤液中的量的比值Ei—结晶因素，晶体中杂质的量与其在滤液中的量的比值

晶种控制：晶种起晶法中采用的晶种直径通常小于0.1mm；晶种加入量由实际的溶质附着量以及晶种囷产品尺寸决定

影响晶体生长速度的因素

杂质：改变晶体和溶液之间界面的滞留层特性，影响溶质长入晶体、改变晶体外形、因杂质吸附导致的晶体生长缓慢；

搅拌：加速晶体生长、加速晶核的生成；

温度：促进表面化学反应速度的提高增加结晶速度；

干燥概念：用热能加热物料，使物料中水分蒸发而干燥或者用冷冻法使水分结冰后升华而除去的单元操作；通常是生物产品分离的最后一步

干燥的基本鋶程：新鲜空气→过滤器→鼓风机→加热器

化学结合水：水分与物料的离子型结合和结晶型分子结合（结晶水），结晶水的脱除必将引起晶体的崩溃；

物化结合水：包括吸附、渗透和结构水分其中吸附水分结合力最强；

机械结合水：毛细管水、湿润水分、孔隙水份。

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