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1、答案仅供参考生物工程是分子遗传学、微生物学、细胞生物学、生物化学、化学工程和能源学等各学科的结合，应用于医药、食品、农林、园艺、化工、冶金、采油、发酵罐新技术和新底物的环保等方面的工程技术；生物工程下游技术就是研究，应用和设计生物产品的提取、分离、纯化、精制及加工工艺，使其变为产品的一门学科。1. 从生物工程概念及学科分支着手，分析生物工程下游技术的概念。2. 谈谈生物工程下游技术课程主要研究哪些问题？在整个生物工程技术领域的 地位如何？有何作用？研究生物工程产品的提取、分离、纯化、精制加工等技术的基本原理和方法。下游技术是生物制品产业化的必经之路和关键所在，直接影响产品的质量和成本。作用是可
2、以培养对生物产品的分离，纯化技术的掌控和应用能力，以及对生物物质提纯最佳方案的设计能力。目标物质浓度低、组分复杂、产物稳定性差、质量要求高（纯度、卫生和生物活性）3. 生物工程下游技术处理对象有哪些特点？4. 原料中目的物的浓度与产品价格是否有关联？目的物浓度越低，产品的价格就越高提取步骤数越多，最终的总收率就越低5. 提取步骤数及各步收率对总收率有何影响？6. 通过查阅资料，介绍生物工程发展史。第一阶段：古代酿造业，不存在下游技术一说，主要产品是酒、酱油、醋之类的发酵产品。第二阶段：近代酿造业，可以进行过滤、蒸馏、精馏等简单的单元操作，主要产品是丙酮、丁醇等无活性的小分子物质。第三阶段：可以
3、进行目前大部分的化工单元操作，主要产品是抗生素、多糖、蛋白质等具有一定生物活性的大分子物质。第四阶段：现代生物工业，可以进行各种新型分离技术（色谱、萃取等），主要产品是基因工程的高附加值产品。7. 介绍生物下游技术的一般流程，划分依据是什么？1. 预处理（固体细胞与液体发酵液）2. 提取（初步分离）3. 精制（高度纯化）4. 成品制作（最后加工，层析、电泳等）划分依据一般是分离产物的物相，分离物的大小，难度，方法等。生物下游分离常无固定操作方法可循，生物材料组成非常复杂，分离操作步骤多，不易获得高收率，培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低，而杂质含量却很高，分离进程必须保护化合物的生理活性，
4、生物活性成分离开生物体后，易变性、破坏，基因工程产品，一般要求在密封环境下操作。而化工分离的分离方法常常是有规律和规定可循的，收率比较高，杂质比较少，步骤少，大部分产品可长期保存。8. 生物下游分离与化工分离有何区别？9. 分析生物下游过程应遵循的基本原则（技术原则）技术多样化、操作弹性大、及时快速、保证产品稳定、优质、低投高产、环保10. 生物下游分离过程中的考核标准有哪些？质量方面的纯度、卫生、生物活性等；成本方面的投入、产出、收率等；环境方面的是否环保等。主要体现在物理、化学和生物学方面性质的差异，尤其重要的是表面性质的差异。11. 物性的差异主要体现在哪些方面？12. 微生物发酵液具有
5、哪些性质？目的产物浓度低 组分复杂，杂质多液相粘度大，多为非牛顿流体悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大固体粒子可压缩性大性质不稳定，随时间变化分批发酵的成分差异较大生物产品的性质不稳定，容易受到多种因素的影响（酸碱、温度等），分离过程中需要保持其生物活性，目的产物的浓度比较小，且杂质的种类和性质多种多样，不乏与目的产物性质相近的物质，液相粘度较大，菌体细胞具有一定的可压缩性等，都给分离造成了困难。而化工产品就没有这么多麻烦。13. 为什么说生物产品分离纯化比化工产品难？14. 发酵液预处理时应综合考虑哪些因素？主要考虑菌种和发酵液的特性，如粘度、稳定性，菌体大小，其他悬浮颗粒的大小等絮凝是指
6、在某些高分子絮凝剂存在下，主要基于架桥作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。凝聚是指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层排斥作用降低、电位下降，而使胶体体系不稳定的现象，其作用机理是静电引力。都可以有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大颗粒，以提高过滤速率和滤液质量。15. 絮凝、凝聚有何区别与联系？16. 如何更好的发挥絮凝剂的使用效果？温度合适、调节合适的pH 、加强搅拌、选择合适的絮凝剂用量和种类。在发酵液中属于杂质，若不去除，容易给后续的分离操作造成困难（容易沉淀，增加分离负荷和成本）。去除杂蛋白的方法有利用等电点法沉淀（沉淀法），加热变性使其沉淀（变性法），利用吸
7、附作用除去蛋白质（吸附法）等方法17. 为何要去除发酵液中的杂蛋白？如何去除发酵液中的杂蛋白？18. 生物下游工业常用的凝聚剂、絮凝剂、助滤剂分别有哪些？分别起什么作用？凝聚剂：硫酸铝、氯化铝、三氯化铁、硫酸亚铁、石灰、硫酸锌、碳酸镁等，在这些电解质异电离子的作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而凝集。絮凝剂：聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚胺衍生物、聚合铝盐、聚合铁盐、多聚糖类、海藻酸钠等，它们通过静电引力、分子间力或氢键作用。强烈的吸附在胶粒的表面，一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同颗粒的表面上，形成架桥连接，生成粗大的絮团。助滤剂：硅藻土、珍珠
8、岩粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素等，能疏松滤饼，使过滤加快。19. 使用助滤剂时应考虑哪些因素？助滤剂的粒度，颗粒小，过滤阻力大，澄清度高。助滤剂的品种。5.6.助滤剂的用量。7.过滤分离和离心分离。20. 据分离原理，生物下游工业常用的固液分离方法主要有哪两类？21. 生物下游工业常用离心机的种类及区别。碟片式离心机内有多层碟片，碟片间距为0.5mm，分离因数为1000-20000.适用于细菌、酵母菌、放线菌等多种微生物细胞悬浮液及细胞碎片悬浮液的分离。管式离心机由转鼓、分离盘，机架、传动装置等部分组成。分离效率很高，分离因数为10000-600000.适用于微生物细胞、细胞碎片、细胞器
9、、病毒、蛋白质、核酸等的分离的分离。螺旋式卸料离心机又叫倾析式离心机，靠离心力和螺旋的推进作用连续排渣，常用于淀粉精制和废液处理。常用的离心机有碟片式离心机，管式离心机，螺旋式卸料离心机。22. 生物下游工业常用的过滤方法及区别。主要有重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等过滤方法。重力过滤目前仅适用于啤酒糖化过程中麦芽汁的过滤；加压过滤，通过增加压力来增加推动力，来加快过滤；真空过滤时通过形成负压来增加过滤推动力，处理量大，可连续操作；离心过滤以离心力作为推动力，在具有过滤介质(如滤网、滤布)的有孔转鼓中加入悬浮液，固体粒子截留在过滤介质上，液体穿过滤饼层而流出，最后完成滤液和滤饼分离的过
10、滤操作。过滤是使液体通过固体支撑物或过滤介质，将固体截留而液体通过，从而达到固液分离的目的；离心分离是利用惯性离心力和物质的沉降系数或密度的不同而进行的分离、浓缩操作。离心分离对固体颗粒很小或粘度很大、过滤速率很慢甚至难以过滤的悬浮液效果很好。23. 离心与过滤的区别。24. 发酵液必须要经过预处理阶段才能进入后续过程吗？（发酵液是粘性的复杂 多组分流体，不利于固液分离，通常需要预处理。有同学疑惑了，预处理操作一定需要吗？请大家积极讨论，亦可举例分析哪些场合可能不需要预处理？哪些场合必须要经过预处理？）发酵液预处理是为了改变悬浮液中固体粒子的物理特性，使某些可溶性胶状物质变成不溶性粒子，改变液
11、体的某些物理性质，如降低其粘度和密度等以利于后续提取和精制各工序的顺利进行。预处理后可减轻后续分离纯化的负荷，对产品质量和和生产成本影响较大。因此，没有特殊要求，均需对发酵液进行预处理。（生啤酒除外）1. 查阅相关资料，了解此种发酵液的物性，常见杂质，目的产物的性质等。2. 取样检测，根据资料，检测相应的参数，以此调整相应的分离方法和条件，草拟出预处理方案3. 取一部分发酵液，进行预处理，检测预处理方案的有效性，并做出相应的调整。4. 待调整到相对完备后，确定方案并实施。25. 如何确定适宜的发酵液预处理方法？（如果确需发酵液预处理的场合，请大 家积极讨论如何确定适宜的发酵液预处理方法？亦可举
12、例说明。）26. 举例说明胞内产物种类及特点？（细胞破碎的终极目标不仅仅是获得纯的胞许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞外的培养液而是保留在细胞内，如青霉内产物，更是要获得有活性的纯胞内产物。什么是胞内产物、胞外产物？有哪 些种类，有何特点，产生机理是什么？）素酰化酶，碱性磷酸酶等胞内酶、大部分外源基因的表达产物和植物细胞产物等，这些胞内产物常不具有生物活性，需要提取出来经过相应处理之后，才具有活性。胞内产物主要是蛋白质类、酶类等分子量较大的物质，胞外产物主要是氨基酸，多糖等分子量较小的物质。胞内产物通常是通过基因工程构建基因工程菌生产，胞外产物一般是通过胞内酶系作用产生。27. 如何理解
13、破碎率？（微生物细胞的破碎目的是释放胞内产物，因此，有人说 高破碎率是细胞破碎的终极目标。你对此有何看法？请谈谈你是如何理解破碎率的？）破碎率就是细胞的破碎程度（达到要求的破碎细胞占总细胞数目的比例），高破碎率不是细胞破碎的终极目标，只要让细胞壁、细胞膜之类的膜结构受到符合要求的破坏，使其通透性增加，可以释放出其中的目标产物即可。若破碎率太高，会对后续的分离操作造成困难和压力。（滤饼太密，过滤速度慢，物质溶解过多，分离苦难）28. 如何理解多种破壁技术相结合？（生物产品不同，采用的发酵菌种及发酵条 件亦有很大差异，单一的破壁技术不并能达到理想的破壁效果，请大家积极讨论如何理解多种破壁技术相结合
14、？亦可举例说明。）破碎方法的选择是有依据的，分别是细胞的处理量，细胞壁的强度和结构，目标产物对破碎条件的敏感性，需要的破碎程度等，单一的破壁方法可能达不到要求的效果，需要借助多种破壁方法的结合，比如植物细胞，通常需要先对植物材料进行初步的机械破碎，再采用比较精细的破壁方法进行破碎（超声波等）29. 如何理解疏水作用？（蛋白质的主要疏水基团有哪些？）疏水作用指疏水基团在水环境中会远离水分子而相互靠近、聚集以避开水的现象。烃基、酯基（暂定）30. 蛋白质的分子量跟盐析结果有直接关系吗？有，分子量大的蛋白质比分子量小的蛋白质更易析出。31. 盐析后为什么要脱盐，如何脱盐？经过盐析沉淀分离后，产品夹杂
15、有盐分，需要进行脱盐处理，常用的脱盐处理方法是透析法、超滤和凝胶过滤技术。32. 本章采用的沉淀法与选择性沉淀法有何区别？（两种方法都可以使蛋白质沉 淀析出，有何区别呢？）待定（何为选择性沉淀法）33. 萃取和浸取有何区别？（两种方法都可以使目标物质溶出，有何区别呢？）萃取是利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。浸取就是固液萃取，利用分子扩散的原理，采用无机或有机溶剂将固体物料中的可溶组分溶解使其进入液相，从而将其从固体物料中分离出来的操作。浸取是萃取的一种。34. 对于某目的产物，如何选择合适的萃取溶剂？溶剂应价廉易得，萃取容量大，选择性好，分配系数K 值大
16、，原溶液与溶剂的溶解度要小，不产生乳化现象，毒性要低，稳定性要高，不与目标产物发生反应，腐蚀性低，容易回收利用等。35. 萃取过程中，降低萃取收率的因素主要有哪些？（如何控制这些因素，从而 提高萃取收率？）目标产物的性质，萃取剂的种类（影响分离因数，分离因数越大，产物与杂质越容易分离）与用量，pH，温度，盐析和带溶剂，控制不当都会降低萃取收率。因此，以上条件都需要在一个合理的范围内，才能使萃取收率最大。36. 对于氨基酸和一些极性较大的抗生素，如何提高其萃取收率？这类物质会因 pH 的不同而发生正负电荷的变化和带疏水性残基，随着pH 的变化， 实际电荷量的变化和萃取率变化之间有良好的相关关系；
17、平均每单位正电荷量、每分子AOT（一类阴离子型双-2-乙基己基硫代琥珀酸钠）、萃入的分子数是一个固定值，其残基的疏水性越大，该值越大。利用此关系可以设法提高其萃取收率。37. 简述超临界流体萃取的独特之处？（与溶剂萃取及双水相萃取相比，超临界 流体萃取最大的特点是什么？）超临界流体萃取是通过调节操作压力和温度来改变流体的密度，从而改变流体的萃取能力，实现不同物质的萃取分离。其同时具有精馏和液液萃取的特性可以对物质进行有选择的溶解和分离。其特点是：超临界流体具有较高的扩散性，从而减少传质阻力，这对多孔疏松的固态物质和细材料中的化合物的萃取特别有利；超临界流体对操作条件的改变特别敏感（温度、压力）
18、，提供了操作上的灵活性和可调性；超临界流体萃取可以在低温下进行，对分离热敏性物料尤为有利；其化学活泼性和毒性很低。所以，其最大的特点是适合分离价值高，难于用常规方法分离的生物化合物。38. 超临界流体萃取技术在生物工业主要应用领域？生物活性物质和生物制品的提取和精制；作为酶促反应的反应介质；细胞破壁的效果很好。39. 膜分离与传统过滤的区别。传统过滤是死端过滤，膜过滤是错流过滤。相比之下，膜分离更为节能，分离效率比较高，可以利用不同膜的选择性实现料液不同组分的分离，操作更为简便。40. 生物下游工业中，如何高效协同发挥膜过滤技术？搭配不同功能的膜组件，选择合适的膜组件排布与连接，实现膜分离过程
19、的有机整合， 使之各尽所长，可以获得最佳的分离效果和最佳的经济效益；不能直接使用膜系统的，可 以先进行预处理，使后续的膜处理过程顺利进行；膜分离技术与传统分离技术结合衍生出新型分离技术，如膜萃取、膜蒸馏、膜色谱等，这些技术可以在一定程度上扬长避短。41. 生物医药中热源的去除。热原指能引起恒温动物体温异常升高的致热物质，包括细菌性热原（某些细菌的代谢产物、细菌尸体及内毒素）、内源性高分子热原、内源性低分子热原及化学热原，通常为磷脂多醇与蛋白质结合而成的复合物。去除方法有活性炭吸附、离子交换、凝胶过滤、超滤等42. 采用凝胶型离子交换剂分离大分子，为何会出现假平衡，如何改善？一是树脂的活性中心受
20、空间排列的影响不能全部吸附有机大分子，即树脂上的活性中 心排列过密，其中一部分活性中心被有机大分子遮住，影响了树脂的吸附量；二是树脂颗 粒度影响对大分子的交换，当树脂的颗粒较大时，有机大分子在树脂的内部扩散速度很慢， 达到平衡需要的时间较长。当树脂的颗粒度减小时，交换速度和交换量都会有所增加。因此，改善方法是 1.减小树脂的颗粒度，即树脂颗粒的大小；2.选择交联度低的树脂。43. 采用离子交换分离目标物质时，如何选择合适的树脂及操作条件？对于树脂的选择，一般来说，强碱性离子宜用弱酸性树脂；弱碱性离子宜用强酸性树脂；强酸性离子宜用弱碱性树脂；弱酸性离子宜用强碱性树脂；大分子离子，宜用交联度低的树
21、脂。对于操作条件的选择，溶液的 pH 应在产物的稳定范围内、使产物离子化、树脂能解离；树脂的型式上，弱酸性树脂，采用钠型、弱碱性树脂，采用氯型、强酸性和强碱性树脂可以采用任何型式；产物浓度上，低价离子高浓度，高价离子低浓度；洗脱条件应与吸附条件相反。44. 离子交换技术与活性炭吸附技术有何区别？45.离子交换技术如何应用于极性较弱的生物物质提取？活性炭的吸附以物理吸附为主，是非极性吸附剂，选择性差，对分子的吸附远大于对离子的吸附，易于吸附极性基团多的化合物和相对分子质量大的化合物，活性炭具有良好的吸附性能和化学性能，耐强酸强碱等，他吸附的一般是杂质；离子交换是利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液
22、中的待分离组分变成离子态，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，未离子化的分子不能被交换，即可分离，被分离物质需要用洗脱剂洗脱下来， 它吸附的一般是产物。效果很差，建议换一种提取方法，如超临界流体萃取。46.如何提高离子交换收率？选择合适的离子交换树脂种类，如交联度、机械强度、交换容量等都要考虑；选择合适的操作条件，如溶液的 pH，溶剂的种类，溶液中产物浓度是否合适等都需要根据产物和杂质的性质来考虑，以实现最佳的收率；加一个电场，施加电场力使产物富集。47.与前面章节学习过的其他生物下游分离技术相比，色谱分离技术有何特点？ 在下游分离中如何应用？色谱分离的特点是：分离效率高、应用范围广、选择
23、性强，可变参数多、分离速度快、可以进行高灵敏度的在线监测，自动化程度高。应用有超临界流体色谱用于分离糖类、脂 肪酸和酯类、甾类化合物、维生素等；亲和色谱用于某些相对应的专一生物分子可逆结合 的分离；离子交换色谱应用于氨基酸、核酸、蛋白质等的分离。48.色谱技术分类有何意义，如何理解色谱分离的分类没有严格的界限？49.亲和色谱操作与离子交换操作有何区别？色谱根据用途、固定相形状、流动相的物理形态、操作压力等的不同将色谱技术分为好几类，为的是方便弄清楚不同色谱技术之间的关系，让其看起来相对有序，易于理解、学习和应用。色谱分离种类多，不同条件组成的色谱分离方案可能隶属于好几类，根据被分离物质的性质选
24、择搭配，组合多样，因此，色谱分离的分类没有严格的界限。亲和色谱是一种特殊的吸附色谱，它的吸附作用力是生物物质间的特异性相互作用力， 即利用某些生物物质之间特异的亲和力进行选择性分离的一种色谱分离技术；离子交换色 谱是依据不同溶质对离子交换树脂中的官能团具有不同的亲和力，其本质是静电作用力， 使离子交换树脂中的可交换离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，从而达到分离物质的目的。50. 结晶与沉淀的区别。两者在本质上相同，都是从溶液中析出固体，形成新相。只不过结晶是利用物理的方法将溶质从溶液中以规则的形状析出的分离方法；沉淀是从溶液中得到无定型的溶质的分离方法。51. 如何提高工业结晶
25、产品的质量。通过温度、搅拌程度、冷却或浓缩方式等控制过饱和度，使晶体生长良好；在结晶操作之前，对结晶液进行除杂操作；符合要求的晶粒及时排出，避免其继续增大；可以将细晶重溶后再结晶以提高质量。52. 生物工业产品常用的蒸发与干燥方法。膜式蒸发、板式蒸发、刮板蒸发；气流干燥、喷雾干燥、冷冻干燥。53. 蒸发与干燥的节能措施。蒸发方面：采用多效蒸发，利用二次蒸汽（作为二外蒸汽或再压缩后使用），利用冷凝水放热的性质节能。干燥方面：可以采用高效能的干燥装置、选择高效的干燥介质、降低物料的湿含量，改善装置的保温效果、热量循环利用，也可以在保证物料质量的前提下，采用高温操作。54. 据已有知识，设计实现清洁生产的有效途径。资源综合利用：原料资源、水资源、二次资源以及废物的综合利用。改革工艺和设备：原料处理工艺的改进、产品制造工艺的改进，设备与技术的改进。 改进操作和加强管理：将节能、降耗、减污等目标考核量化并分配到企业的各个岗位，生产设备定期维护和保养、提高环境意识，将绿色文明渗入企业文化中进行必要的末端治理。55. 身边的哪些生产过程未能有效实现清洁生产，如何改进？农业上，使用化学品增产，对土壤和水环境造成了污染，未能实现清洁生产。所以， 推行农业清洁生产的意义、有关部门要提高对农业清洁生产认识与重视、政府对农产品质量安全建设工作不能只侧重终端建设,而对投入、生产过程等重视不足。