生物分離工程模考試題含參考答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種方法不屬于固液分離的方法（）A.過濾B.離心C.萃取D.沉降答案：C。解析：過濾、離心、沉降是常見的固液分離方法，萃取是利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里溶解度的不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從另一溶液中提取出來的方法，不屬于固液分離方法。2.超濾膜的分離原理主要是基于（）A.篩分作用B.靜電作用C.吸附作用D.親和作用答案：A。解析：超濾膜分離主要依據(jù)溶質(zhì)分子大小不同進行篩選，較大分子被截留，較小分子通過膜，主要原理是篩分作用。3.在離子交換色譜中，強酸性陽離子交換樹脂的活性基團通常是（）A.SO?HB.COOHC.NH?D.OH答案：A。解析：強酸性陽離子交換樹脂的活性基團是SO?H，COOH是弱酸性陽離子交換樹脂活性基團，NH?一般是陰離子交換樹脂可能有的結構相關部分，OH與強酸性陽離子交換樹脂活性無關。4.液液萃取中，選擇萃取劑的首要原則是（）A.與原溶劑互不相溶B.對溶質(zhì)有較大的溶解度C.價格便宜D.分子量小答案：A。解析：液液萃取時，萃取劑與原溶劑必須互不相溶，這樣才能形成兩相，實現(xiàn)溶質(zhì)的轉移，這是首要原則，對溶質(zhì)有較大溶解度等也是要考慮因素，但不是首要的。5.吸附色譜中，硅膠屬于（）A.極性吸附劑B.非極性吸附劑C.離子交換劑D.親和吸附劑答案：A。解析：硅膠表面存在硅醇基等極性基團，能夠與極性化合物發(fā)生較強的相互作用，屬于極性吸附劑。6.下面關于超臨界流體萃取的特點，錯誤的是（）A.萃取溫度低B.萃取效率高C.選擇性差D.產(chǎn)品分離容易答案：C。解析：超臨界流體萃取選擇性好，可通過改變操作條件如溫度、壓力等，有針對性地提取目標成分，同時它具有萃取溫度低、萃取效率高、產(chǎn)品分離容易等特點。7.膜分離過程中，膜的截留分子量是指能被膜截留（）的溶質(zhì)的分子量。A.90%以上B.80%以上C.70%以上D.60%以上答案：A。解析：膜的截留分子量通常定義為能被膜截留90%以上的溶質(zhì)的分子量。8.在泡沫分離技術中，泡沫形成的必要條件是（）A.氣液兩相接觸B.溶液中存在表面活性劑C.攪拌D.加熱答案：B。解析：泡沫分離時，溶液中存在表面活性劑是泡沫形成的必要條件，表面活性劑降低了氣液界面的表面張力，使得氣體分散在液體中形成穩(wěn)定的泡沫。氣液兩相接觸、攪拌等可促進泡沫形成，但不是必要條件，加熱一般不利于泡沫穩(wěn)定不構成必要條件。9.以下哪種物質(zhì)可作為親和吸附劑的配基（）A.酶的底物B.葡萄糖C.脂肪D.淀粉答案：A。解析：親和吸附劑的配基需能與目標分子特異性結合，酶的底物可與相應的酶發(fā)生特異性的結合作用，可作為配基；葡萄糖、脂肪、淀粉一般不具備作為親和吸附劑配基的特異性結合性質(zhì)。10.鹽析操作中，最常用的鹽是（）A.硫酸鈉B.硫酸銨C.氯化鈉D.碳酸鈉答案：B。解析：硫酸銨溶解度大、溫度系數(shù)小，分段鹽析效果好，且對許多生物分子有保護作用，是鹽析操作中最常用的鹽。二、填空題（每空2分，共20分）1.生物分離過程一般可分為__預處理__、__固液分離__、__初步純化__、__高度純化__和成品加工等主要步驟。解析：生物分離首先需要對原料進行預處理去除一些雜質(zhì)等，接著進行固液分離得到液相提取液，然后初步純化富集目標成分，再進行高度純化得到高純度目標產(chǎn)物，最后進行成品加工得到符合要求的產(chǎn)品。2.影響過濾速率的因素主要有__過濾壓力差__、__過濾介質(zhì)的孔徑和阻力__、__濾液的黏度__、__濾餅的性質(zhì)__等。解析：過濾時，過濾壓力差是過濾的動力，壓力差越大過濾速率可能越快；過濾介質(zhì)的孔徑和阻力影響著流體的通過難易程度；濾液黏度越大流動性越差，過濾速率越慢；濾餅的孔隙率、厚度等性質(zhì)也會對過濾速率產(chǎn)生重要影響。3.離子交換樹脂的交聯(lián)度越大，樹脂的__結構越緊密__、__選擇性越強__、__交換容量越小__。解析：交聯(lián)度是離子交換樹脂中交聯(lián)劑的含量，交聯(lián)度大，樹脂內(nèi)部結構緊密，對不同離子的選擇性增強，但同時可供離子交換的活性基團相對減少，交換容量變小。4.凝膠過濾色譜中，凝膠的種類主要有__葡聚糖凝膠__、__瓊脂糖凝膠__、__聚丙烯酰胺凝膠__等。解析：這幾種凝膠是凝膠過濾色譜中常用的固定相材料，各自具有不同的孔徑范圍和物理化學性質(zhì)，可適用于不同分子量范圍生物分子的分離。三、判斷題（每題1分，共10分）1.固液分離過程中，過濾的分離效率一定比沉降高。（×）解析：過濾和沉降的分離效率取決于多種因素。在一些情況下，如顆粒較小且難以沉降時，過濾效率可能較高；但對于一些大顆粒且沉降性能良好的體系，沉降可能是高效的分離方法，不能絕對說過濾的分離效率一定比沉降高。2.透析也是一種膜分離過程，它主要基于溶質(zhì)的濃度差進行物質(zhì)分離。（√）解析：透析是利用半透膜兩側溶質(zhì)濃度差，小分子溶質(zhì)通過半透膜擴散到膜外，從而實現(xiàn)大小分子的分離，是基于濃度差的膜分離過程。3.超臨界流體的密度與液體相近，而黏度與氣體相近。（√）解析：超臨界流體處于超臨界狀態(tài)時，其密度接近液體，因此具有較強的溶解能力；同時其黏度接近氣體，擴散系數(shù)比液體大，有利于傳質(zhì)。4.離子交換色譜中，洗脫液的離子強度越高，越有利于目標離子的洗脫。（√）解析：在離子交換色譜中，提高洗脫液的離子強度會增加洗脫液中離子與目標離子競爭離子交換樹脂上活性基團的能力，從而有利于目標離子的洗脫。5.泡沫分離主要是利用表面活性劑在氣液界面的吸附作用實現(xiàn)物質(zhì)分離。（√）解析：表面活性劑在氣液界面吸附使氣泡表面形成定向排列的分子層，可將溶液中的目標物質(zhì)吸附到泡沫相，從而實現(xiàn)分離。6.吸附色譜中，非極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)。（×）解析：非極性吸附劑與非極性物質(zhì)之間有較強的相互作用，易吸附非極性物質(zhì)，而極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)。7.親和吸附劑的配基與目標分子的結合必須是不可逆的。（×）解析：親和吸附劑的配基與目標分子的結合應該是可逆的，這樣在吸附目標分子后能通過合適的方法使它們分離，以便回收目標分子和重復使用親和吸附劑。8.膜分離過程中，截留率與膜的孔徑有關，與溶質(zhì)的性質(zhì)無關。（×）解析：截留率不僅與膜的孔徑有關，還與溶質(zhì)的性質(zhì)如形狀、電荷等有關。如有些長鏈分子可能在較小孔徑的膜上截留率也較低，因為它可能會通過一些彎曲的“通道”穿過膜。9.鹽析對蛋白質(zhì)等生物分子有一定的保護作用。（√）解析：鹽析過程中，高鹽濃度可降低蛋白質(zhì)等生物分子的溶解度使其沉淀，但一般不會破壞它們的空間結構，在適當條件下生物分子還可復溶，對生物分子有一定的保護作用。10.凝膠過濾色譜中，分子量大的物質(zhì)先流出柱子。（√）解析：凝膠過濾色譜中，分子量大的物質(zhì)不能進入凝膠內(nèi)部孔道，直接從凝膠顆粒間的空隙流過，路徑短，所以先流出柱子；而小分子物質(zhì)可進入凝膠孔道，路徑長，后流出柱子。四、名詞解釋（每題5分，共20分）1.生物分離工程生物分離工程是指從發(fā)酵液、酶反應液或動植物細胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產(chǎn)品的過程，它綜合運用了化學工程學、生物化學、微生物學等多學科的原理和方法，主要研究生物物質(zhì)分離、純化的過程和技術，其目的是將生物物質(zhì)從原料中提取出來并達到所需的純度和質(zhì)量要求，以滿足醫(yī)藥、食品、化工等領域的需求。2.反膠束萃取反膠束是表面活性劑在有機溶劑中形成的一種聚集體，其核心為親水的微水相。反膠束萃取是利用反膠束的這種特殊結構，將目標生物分子增溶到反膠束的微水相中，從而實現(xiàn)從水相到有機相的轉移，然后再通過合適的條件將目標分子從反膠束中反萃出來，達到分離和純化生物分子的目的。它具有條件溫和、選擇性好等優(yōu)點，可用于蛋白質(zhì)、酶等生物大分子的分離。3.等電點沉淀等電點沉淀是利用蛋白質(zhì)等生物大分子在等電點時溶解度最低的特性進行沉淀分離的方法。當溶液的pH值等于生物大分子的等電點時，其凈電荷為零，分子間的靜電斥力最小，分子容易聚集而沉淀。通過調(diào)節(jié)溶液的pH值至目標生物分子的等電點，可使目標分子從溶液中沉淀出來，用于初步純化生物大分子。4.親和色譜親和色譜是一種基于生物分子間特異性親和作用的色譜分離方法。它利用目標分子與其對應的配基之間的特異性識別和結合能力，將配基固定在色譜基質(zhì)上形成親和吸附劑。當含有目標分子的樣品通過色譜柱時，目標分子與配基發(fā)生特異性結合而被吸附在柱上，其他雜質(zhì)則隨流動相流出。然后通過改變條件如pH值、離子強度等，使目標分子與配基解離，從而被洗脫下來，達到分離和純化目標分子的目的，具有高度的選擇性和純度。五、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述超濾技術在生物分離中的應用及優(yōu)點。應用：蛋白質(zhì)的濃縮和脫鹽：可將蛋白質(zhì)溶液濃縮，同時去除其中的小分子鹽類，如在蛋白質(zhì)的生產(chǎn)和純化過程中常用超濾進行初步的濃縮和精制。病毒的去除：利用超濾膜的孔徑大小可截留病毒等大分子物質(zhì)，用于生物制品中病毒的去除以提高產(chǎn)品安全性，如制備疫苗時的純化過程。發(fā)酵液的澄清：去除發(fā)酵液中的細胞、細胞碎片等大顆粒雜質(zhì)，得到澄清的濾液，為后續(xù)的純化步驟提供良好的原料，常用于抗生素、氨基酸等發(fā)酵產(chǎn)品的分離。生物活性物質(zhì)的分級分離：根據(jù)生物分子的分子量不同，通過選擇合適孔徑的超濾膜，對不同分子量范圍的生物活性物質(zhì)進行分級分離，如分離不同分子量的多糖類物質(zhì)。優(yōu)點：操作條件溫和：超濾過程一般在常溫、低壓下進行，對生物活性物質(zhì)的活性影響較小，適用于熱敏性、生物活性物質(zhì)的分離。分離效率高：能夠根據(jù)分子大小進行快速有效的分離，分離速度快，可實現(xiàn)連續(xù)操作，提高生產(chǎn)效率。無相變：過程中不發(fā)生相變，避免了傳統(tǒng)分離方法如蒸餾可能帶來的能耗高和對生物分子的破壞等問題，節(jié)約能源。選擇性好：可以通過選擇不同孔徑的超濾膜，有針對性地截留或透過特定分子量范圍的物質(zhì)，實現(xiàn)生物分子的選擇性分離。易于放大：超濾設備的結構和操作相對簡單，從實驗室規(guī)模到工業(yè)規(guī)模的放大比較容易，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。2.分析影響萃取效果的因素有哪些。（1）萃取劑的性質(zhì)：溶解性：萃取劑應對目標溶質(zhì)有良好的溶解性，對雜質(zhì)的溶解性則要小，這樣才能有選擇性地將目標溶質(zhì)從原溶液中萃取出來。例如在液液萃取中，選擇合適的有機溶劑，使其能溶解較多的目標生物分子。密度：萃取劑與原溶劑的密度差異要適當，便于兩相分層，提高分離效率。如果密度差太小，分層困難，會影響萃取效果?；瘜W穩(wěn)定性：萃取劑應具有良好的化學穩(wěn)定性，在萃取過程中不與目標溶質(zhì)和其他成分發(fā)生化學反應，保證萃取過程的順利進行和目標產(chǎn)物的純度。（2）溫度：一般來說，溫度升高會使分子的擴散速度加快，有利于溶質(zhì)的傳質(zhì)，提高萃取速度。但溫度過高可能會使一些生物活性物質(zhì)失活，同時會影響萃取劑的溶解性和揮發(fā)性等，所以需要根據(jù)具體情況選擇合適的萃取溫度。例如超臨界流體萃取中，溫度對超臨界流體的密度和溶質(zhì)的溶解度有重要影響。（3）pH值：對于一些具有酸堿性的溶質(zhì)，溶液的pH值會影響溶質(zhì)的存在狀態(tài)和在兩相中的分配。如在蛋白質(zhì)的萃取中，調(diào)節(jié)合適的pH值可以使蛋白質(zhì)以特定的離子形式存在，提高其在萃取劑中的溶解度，從而提高萃取效率。同時，pH值還可能影響萃取劑和其他雜質(zhì)的性質(zhì)，對萃取選擇性產(chǎn)生影響。（4）萃取時間：萃取時間要足夠，以保證溶質(zhì)在兩相之間達到分配平衡，但過長的萃取時間會增加成本和可能導致目標產(chǎn)物的降解等問題。在實際操作中，需要通過實驗確定最佳的萃取時間，達到萃取效果和效率的平衡。（5）相比：相比是指萃取劑與原溶液的體積比。合適的相比可以保證有足夠的萃取劑來提取目標溶質(zhì)，同時也能避免萃取劑的浪費。如果相比過小，可能無法完全萃取目標溶質(zhì)；如果相比過大，則會增加后續(xù)分離和回收萃取劑的難度和成本。（6）鹽濃度：鹽的加入可以改變?nèi)芤旱碾x子強度，對溶質(zhì)的溶解度和在兩相中的分配產(chǎn)生影響，有時會使用鹽析效應來提高萃取效率。例如在某些蛋白質(zhì)的萃取中，加入一定量的鹽可以降低蛋白質(zhì)在水相中的溶解度，促進其轉移到有機相。六、論述題（10分）論述生物分離工程在生物技術產(chǎn)業(yè)中的重要性及發(fā)展趨勢。生物分離工程在生物技術產(chǎn)業(yè)中具有極其重要的地位和關鍵作用：1.生物分離工程是生物技術產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關鍵環(huán)節(jié)。生物技術研究成果最終要轉化為有實際應用價值的產(chǎn)品，而生物分離工程負責將生物反應過程中產(chǎn)生的目標生物分子從復雜的混合物中分離、純化出來，制成符合質(zhì)量和純度要求的產(chǎn)品。例如在基因工程藥物生產(chǎn)中，如果沒有高效的分離純化技術，就無法獲得高純度、高活性的藥物產(chǎn)品，生物技術的成果也就無法走向市場，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)價值。2.保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。在生物技術生產(chǎn)過程中，發(fā)酵液或反應液中除了目標產(chǎn)物外，還含有大量的雜質(zhì)如細胞碎片、代謝副產(chǎn)物、培養(yǎng)基成分等。生物分離工程通過一系列的分離純化步驟，可以有效去除這些雜質(zhì)，保證產(chǎn)品的純度和質(zhì)量，減少雜質(zhì)對產(chǎn)品的不良影響。對于醫(yī)藥生物制品而言，雜質(zhì)的存在可能會引起不良反應，危害人體健康，所以嚴格的分離純化過程對于保證產(chǎn)品的安全性至關重要。3.提高生產(chǎn)效率和降低成本。合理的生物分離工藝流程和先進的分離技術可以提高目標產(chǎn)物的回收率和純度，減少不必要的損失。同時，優(yōu)化分離過程可以減少操作步驟、縮短生產(chǎn)周期、降低能耗和原材料消耗，從而降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。例如，采用連續(xù)化的分離設備和集成化的分離工藝，可以實現(xiàn)大規(guī)模高效生