《生物工程下游技术》课程教学大纲

DownstreamTechniqueofBiotechnolog学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适合专业：生物技术专业一、课程的性质、目的和任务本课程是针对具有一定专业基础知识、分子生物学和蛋白质及酶学等内容的生物技术专业的本科生而开设的，属于专业必修课。《生物工程下游技术》对于培养在生物技术领域的基础人才及生物制药等企业的基础科技人员所应掌握的基本知识十分必要，且对于今后预进入硕士或进修更高学历的本科生尤为关键。通过对该课程的学习，学生应该具备生命科学的微观思想，了解生物工程下游技术的科学前沿及其发展趋势，熟悉掌握生物产品的提取、分离、纯化、精制加工等技术的科学本质、原理、方法、规律，能够应用所学理论知识、分析和解决生产及科研中的实际问题。使学生针对不同的生化产品的特性，独立运用所学的有关生化技术方面的知识，设计合理的提取或精制的工艺路线和改造现有工艺，并能从理论上解释生产实际中的各种现象，提高分析和解决问题的能力，并培养一定的科研和生产能力，是一门理论与实际密切结合的课程。课程教学的基本要求本课程宜安排学生在学完高等数学、物理学和物理化学等课程等有关基础，上游技术、生化工程（中游技术）专业基础课程之后的第七学期，内容上注意与以上学科的衔接，并避免不必要的重复。课程学习分为掌握、熟悉、了解三种层次要求；（一）“掌握”的内容要求理解透彻，能在本学科和相关学科的学习工作中熟练、灵活运用其基本理论和基本概念；（二）“熟悉”的内容要求能熟知其相关内容的概念及有关理论，并能适当应用；（三）“了解”的内容要求对其中的概念和相关内容有所了解。通过本课程的学习，使学生掌握生物工程下游技术的主要原理和方法，掌握下游技术的一般过程，熟悉一些主要技术的方案设计与实际操作。本大纲的配套使用教材是普通高等教育"十五"国家级规划教材《生物分离工程》，2008年第一版，科学出版社，田瑞华主编。三、课程教学内容、重点及难点第一章绪论一、生物分离工程的性质、内容与分类

（一）生物分离工程的性质

（二）生物分离工程的研究内容

（三）生物分离过程的分类

二、生物分离工程的一般流程

（一）发酵液的预处理

（二）产物的提取

（三）产物的精制

（四）成品的加工处理

（五）生物分离纯化工艺过程的选择依据

三、生物分离过程的特点

（一）生物分离过程的体系特殊

（二）生物分离过程的工艺流程特殊

（三）生物分离过程的成本特殊

四、生物分离工程的发展趋势

（一）生物分离工程的发展趋势

（二）生物分离工程研究应注意的问题重点：掌握生化分离工程的概念、特点及其操作的常规程序，生化分离工程的地位及其发展趋势。难点：生物分离工程的一般流程和单元操作。第二章发酵液的预处理

一、发酵液预处理的方法

（一）发酵液的一般特征

（二）发酵液预处理的目的和要求

（三）发酵液预处理的方法

二、发酵液的过滤，

（一）发酵液过滤的目的

（二）影响发酵液过滤的因素

（三）发酵液过滤的方法

（四）提高过滤性能的方法

（五）过滤介质的选择

（六）过滤操作条件优化

（七）过滤设备重点：发酵液预处理的方法、杂蛋白质去除与高价无机离子的去除。难点：絮凝和凝聚的分离原理和异同点。第三章细胞分离技术

一、细胞分离

（一）过滤

（二）离心沉降

二、细胞破碎

（一）细胞壁的结构

（二）细胞破碎动力学

（三）细胞破碎的方法

三、胞内产物的溶解及复性

（一）包含体及其形成

（二）包含体的分离和溶解

（三）蛋白质复性重点：细胞壁的结构，工业生产中常用的几种细胞破碎方法的原理，操作过程常用设备，并能就实际生产情况予以合理的选择，细胞率的检测方法。难点：常用破碎方法的合理选用。

第四章沉淀技术

一、概述

二、蛋白质表面性质

（一）蛋白质表面的亲水性和疏水性

（二）蛋白质表面的电荷

（三）蛋白质胶体的稳定性

三、蛋白质沉淀方法

（一）盐析法

（二）有机溶剂沉淀法

（三）等电点沉淀法

（四）非离子多聚物沉淀法

(五)变性沉淀

(六)生成盐类复合物的沉淀

(七)亲和沉淀

(八)SIS聚合物与亲和沉淀

四、沉淀技术应用

（一）蛋白质

（二）多糖

（三）茶皂甙纯化工艺研究

（四）杜仲水提液中氯原酸的提取重点：蛋白质沉淀方法的概念、原理及其适用范围，盐析法的影响因素对沉淀效果的影响，并能据实际情况予以灵活应用和选择。难点：常用沉淀方法的灵活运用。第五章萃取技术

一、基本概念

（一）萃取的概念、特点及分类

（二）分配定律

（三）分配系数、相比、分离系数

二、液液萃取的基本理论与过程

（一）液液萃取的基本原理

（二）液液萃取类型及工艺计算

三、有机溶剂萃取

（一）有机溶剂萃取分配平衡

（二）影响有机溶剂萃取的因素

（三)有机溶剂萃取的设备及工艺过程

四、双水相萃取

（一）双水相体系的形成

（二）相图

（三）双水相中的分配平衡

（四）影响双水相分配系数的主要因素

（五）双水相萃取的设备及工艺过程

五、液膜萃取

（一）液膜及其分类

（二）液膜萃取机理

（三）液膜分离操作

（四）乳化液膜分离技术的工艺流程

（五）液膜分离过程潜在问题

（六）液膜分离技术的应用

六、反胶团萃取

(一)胶团与反胶团

(二)反胶团萃取

(三)反胶团制备

(四)反胶团萃取的应用

七、液固萃取

（一）液固萃取过程液固萃取类型

（三）浸取的影响因素

（四）浸取的其他问题

（五）浸取的工业应用

八、超临界流体萃取

（一）超临界流体

（二）超临界流体萃取

（三）超临界萃取的实验装置与萃取方式

（四）超临界流体萃取条件的选择

（五）超临界流体萃取的基本过程

（六）超临界流体萃取的应用实例

九、萃取技术应用及研究进展

（一）双水相萃取技术应用及研究进展

（二）液膜萃取技术应用及研究进展

（三）反胶团萃取技术应用及研究进展

（四）超临界流体萃取技术应用及研究进展重点：液液萃取、有机溶剂萃取、双水相萃取、液膜萃取、反胶团萃取、液固萃取、超临界萃取等的定义、基本原理及其应用。难点：常用萃取方法的合理选用，萃取剂的选择。第六章膜分离过程

一、概述

（一）膜分离过程的概念和特征

（二）膜过程分类

（三）分离膜

二、压力驱动膜过程

（一）反渗透和纳滤

（二）超滤和微滤

三、电推动膜过程——电渗析

（一）电渗析的基本原理

（二）电渗析传递过程及影响因素

（三）电渗析膜

（四）应用

四、膜接触器——膜萃取

（一）膜萃取的基本原理

（二）膜萃取的传质过程

（三）、膜萃取过程影响因素

（四）应用

五、其他膜分离过程

（一）浓差推动膜过程——渗透蒸发

（二）温差推动膜过程——膜蒸馏

六、膜分离过程装置

（一）滤筒式膜组件

（二）板框式膜组件

（三）螺旋卷式膜组件

（四）管式膜组件

（五）毛细管式膜组件

（六）中空纤维式膜组件重点：膜分离过程的分类、概念、实质及其适用范围。膜分离机理的两种模型（即毛细管流动模型和溶解扩散模型），传递理论中过滤模型和浓差极化问题。难点：膜分离机理和传递理论。

第七章吸附与离子交换

一、概述

（一）吸附过程

（二）吸附与离子交换的特点

二、吸附分离介质

（一）吸附剂

（二）离子交换剂

三、吸附与离子交换的基本理论

（一）吸附平衡理论

（二）影响吸附的主要因素

（三）离子交换平衡理论

四、基本设备与操作

（一）固定床吸附操作

（二）移动床吸附器

（三）膨胀床吸附操作

（四）流化床吸附操作

（五）吸附器净化效率的计算与选择重点：离子交换树脂的分类，概念及其适用范围，离子交换树脂的理化性能和测定方法，能够熟练地据实际情况选择合适的树脂和操作方式。难点：离交过程的理论基础和选择性，离子交换机理。第八章色谱分离技术

一、色谱分离技术概述

（一）色谱技术的基本概念

（二）色谱法的分类

（三）色谱系统的操作方法

二、吸附色谱法

（一）吸附色谱基本原理

（二）吸附薄层色谱法

（三）吸附柱色谱法

三、分配色谱法

（一）基本原理

（二）分配色谱条件

（三）分配色谱基本操作

（四）分配色谱法的应用

四、离子交换色谱法

（一）离子交换色谱技术的基本原理

（二）离子交换剂的类型与结构

（三）离子交换剂的理化性能

（四）离子交换色谱基本操作

（五）离子交换色谱的应用

五、亲和色谱

（一）亲和色谱概述

（二）亲和色谱原理

（三）亲和色谱介质

（四）亲和色谱介质的制备

（五）亲和色谱的操作过程

（六）影响亲和色谱的因素

六、色谱分离技术的应用

（一）亲和色谱的应用

（二）离子交换色谱的应用

（三）吸附色谱的应用

（四）分配色谱的应用

（五）多种色谱技术的组合应用重点：色谱分离法的分类及其概念，吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、亲和色谱的原理、操作方式、操作过程、所用装置和材料的选择、适用范围，并能够灵活熟练地运用。难点：常用色谱法的分类及其合理选用。第九章离心技术

一、离心分离原理

（一）离心沉降原理

（二）离心过滤原理

二、离心分离设备

（一）离心分离设备概述

（二）离心沉降设备

（三）离心过滤设备

（四）离心分离设备的放大

三、超离心技术

（一）超速离心技术原理

（二）超速离心技术分类

（三）超速离心设备

四、离心技术在生物分离中的应用

（一）离心技术在生物分离应用中的注意事项

（二）离心分离的优缺点

（三）离心机的选择

（四）离心在生物分离中的应用重点：离心分离和超离心技术的基本原理及其应用。难点：掌握离心技术设备的选用。第十章浓缩、结晶与干燥

一、蒸发浓缩工艺原理与设备

（一）蒸发浓缩工艺

（二）蒸发浓缩设备

二、结晶工艺原理和设备

（一）结晶操作工艺原理

（二）结晶设备

三、干燥工艺原理与设备

（一）干燥工艺原理

（二）干燥设备重点：蒸发、结晶与干燥的基本原理及操作方法。难点：蒸发、结晶与干燥的原理。四、课程各教学环节要求（一）通过《生物工程下游技术》课程的学习，使学生应该掌握通过生物反应器大规模培养细胞、获取目的产品初提取物、并对其进行分离和纯化及分析的原理和方法；（二）通过生物工程下游技术实验课程的教学和视频，讨论应该掌握常用的试验技术；（三）期中考试采取教学相关内容综述的形式，使学生掌握查阅资料和文献的方法，并对相应的进展有一定程度的把握；（四）通过对布置习题的回答和提问，使学生掌握课上讲授的主要内容。五、学时分配教学内容各教学环节学时分配作业题量备注章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计1绪论2242发酵液预处理2263细胞分离技术2244沉淀技术2245萃取技术88246膜分离过程4467吸附与离子交换4488色谱分离技术4489离心技术22610浓缩、结晶与干燥222合计323272六、本课程与其它课程的联系学习本课程之前掌握《高等生物