级生物工程下游技术教学大纲.docx
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级生物工程下游技术教学大纲
《生物工程下游技术》课程教学大纲
课程基本信息
课程名称:
生物工程下游技术
课程编号：
051115
课程性质：
专业必修课
课程学时和学分：
总学时：
56总学分：
3.5理论学时：
36实验学时：
20
适用专业：
生物工程
先修课程：
生物化学、生物工艺学、发酵工程
开课学院（部）：
生物工程学院教研室：
生物工程
一、教学目的、要求
《生物工程下游技术》课程的任务主要是在于从生物工程下游技术的角度，归纳、阐述现有发酵工业和新兴的正在发展中的生物技术产品的提取、分离、纯化、精制加工等技术的科学本质、原理、方法、规律及发展趋势，和相互之间的关系等。
通过本课程的学习，使学生掌握生物工程产品下游制造技术的科学本质，理解、掌握传统技术基础，接受新概念、新知识、新技术，为今后的科学研究、技术开发和工程应用作好相应的知识和技术准备。
二、课程主要内容（内容及要求）
绪论
目的和要求：
（2学时）
掌握生物工程下游技术的一般工艺过程；理解生物工程下游技术的发展历程，了解生物工程下游技术的发展动态。
主要内容：
第一节生物工业下游技术的工作领域
一、技术范畴
二、生物工程下游技术的发展历程
第二节生物工程下游技术的一般工艺过程
一、原料及产品特性
二、下游技术的一般工艺过程
第三节生物工业下游技术的发展动态
一、传统分离技术的提高和完善
二、新技术的研究和开发
三、清洁生产
重点与难点：
重点：
生物工程下游技术的一般工艺过程
第一章 下游技术的理论基础（4学时）
目的和要求：
掌握下游技术的理论基础。
掌握物理学过程中平衡论的主要内容，理解平衡、非平衡、拟平衡过程的区别；理解化学过程中化学分子间的相互识别及识别机理，分子间的相互作用和化学反应；理解生物分离过程的特异性相互作用及作用方式。
主要内容：
第一节下游技术中的物理学过程
一、基础物性
二、物理学过程分类
三、平衡论及各种平衡关系
四、传递现象及传递方式
第二节下游技术中的化学过程
一、化学分子识别机理及相互作用
二、下游技术中的化学反应
第三节下游技术中的生物学过程
一、生物特异性相互作用机理，作用方式和影响因素
二、亲和色谱
重点与难点：
重点：
下游技术的理论基础；平衡论的主要内容；化学分子间的相互识别及识别机理，分子间的相互作用和化学反应。
难点：
平衡论的主要内容；化学分子间的相互识别及识别机理，分子间的相互作用和化学反应。
第二章发酵液预处理（4学时）
目的和要求：
了解发酵液进行预处理的目的，掌握具体的改善发酵液过滤特性的处理方法。
掌握发酵液中高价无机离子和杂蛋白质的去除方法。
理解固液分离的方法，设备以及各分离设备的类型，分离原理和分离适用范围。
主要内容：
第一节发酵液过滤特性的改变
一、发酵液的特性
二、改善发酵液过滤特性的方法
第二节发酵液的相对纯化
一、发酵液的杂质对提取精制的影响
二、高价无机离子的去除方法
三、杂蛋白质的去除方法
第三节固液分离工程及设备
一、固液分离方法的种类
二、离心分离的原理
三、离心分离各种类型的设备，分离适用范围和分离原理
四、过滤操作的种类
五、常用的过滤设备类型和工作机理
六、错流过滤原理
七、错流过滤应用
八、其他固液分离方法
重点与难点：
重点：
改善发酵液过滤特性的处理方法；发酵液中高价无机离子和杂蛋白质的去除方法；固液分离的方法，设备，分离设备的类型，分离原理和分离适用范围。
难点：
高价无机离子和杂蛋白质的去除方法；固液分离的原理、方法与应用。
第三章微生物细胞破碎（2学时）
目的和要求：
理解微生物细胞壁的组成与结构，能区分G+菌、G—菌以及酵母菌细胞壁的差别。
掌握微生物细胞破碎的原理，具体的破碎方法以及不同破碎方法各自的原理及适用范围。
理解细胞破壁应注意的问题。
掌握破碎率的测定方法，了解细胞破碎的发展动态。
主要内容：
第一节细胞壁的组成与结构
一、细胞壁和细胞膜的组成和各自的作用
二、细菌，酵母菌，霉菌的细胞壁结构
三、细胞壁结构和细胞破碎
第二节常用破碎方法
一、细胞破碎方法分类
二、机械破碎方法原理
三、不同类型机械破碎设备
四、细胞机械破碎影响因素
五、非机械破碎方法种类
六、不同细胞破碎方法适用范围
七、不同细胞破碎方法各自优缺点
八、其他破碎方法
第三节破碎率的测定与破碎技术的研究方向
一、破碎率的测定方法
二、破碎技术的研究方向
重点与难点：
重点：
细胞壁的组成与结构；细胞破碎的常用方法及适用范围；破碎率的测定。
难点：
细胞破碎的常用方法及适用范围。
第四章溶剂萃取和浸取（4学时）
目的和要求：
掌握溶剂萃取法分离机制，溶剂萃取中的基本概念。
了解溶剂萃取基础上发展起来的新型萃取技术。
理解工业萃取方式及过程计算。
掌握乳化和去乳化概念和过程。
了解萃取设备。
理解浸取基本概念，步骤，理论基础和扩散机理。
主要内容：
第一节溶剂萃取
一、溶剂萃取过程的理论基础
二、基本概念
三、相似相溶原理
四、溶解过程
五、溶剂的互溶性规律
六、溶剂萃取溶剂的选择
七、分配定律和分配因数
八、溶剂萃取水相条件的影响
九、工业萃取方式
十、不同工业萃取方式过程计算
十一、乳化和去乳化概念和过程
十二、萃取设备简介
第二节浸取
一、基本概念
二、浸取过程
三、费克定律
四、不同介质中的分子扩散
五、相平衡
六、溶剂选择原理
重点与难点：
重点：
萃取法分离机制，溶剂萃取中的基本概念；工业萃取方式及过程计算；乳化和去乳化概念和过程；理解浸取基本概念，步骤，理论基础和扩散机理。
难点：
萃取的原则和选用；浸取的原理和选择。
第五章超临界流体萃取（2学时）
目的和要求：
掌握超临界流体萃取中相关概念，了解超临界流体萃取技术在工业上的应用。
掌握超临界流体萃取的基本原理，超临界流体的性质，超临界流体的选择性，夹带剂的使用，超临界流体萃取的特点。
掌握超临界流体萃取的基本过程。
了解超临界流体萃取设备。
主要内容：
第一节序言
一、超临界流体萃取的基本概念
二、超临界流体萃取在工业上的应用
第二节超临界流体萃取的基本原理
一、癸酸为列说明超临界流体萃取的基本原理
二、溶剂气体的临界温度和溶解度之间的关系
第三节超临界CO2溶剂特征
一、超临界CO2的相图
二、萃取溶剂CO2的性质
第四节超临界CO2萃取
一、超临界CO2萃取举例
二、拖带剂概念及作用
第五节超临界CO2萃取流程
一、咖啡豆中咖啡因萃取
二、啤酒花萃取
第六节超临界CO2萃取技术在生物，食品等工业中的应用
重点与难点：
重点：
超临界流体萃取的基本原理；超临界CO2溶剂特征；超临界CO2萃取；超临界CO2萃取流程。
难点：
超临界流体萃取的基本原理；超临界CO2萃取流程。
第六章双水相萃取技术（2学时）
目的和要求：
了解双水相体系的形成。
掌握双水相萃取的基本原理。
了解影响双水相萃取得率的因素。
了解双水相萃取技术的应用和双水相萃取技术的进展。
主要内容：
第一节概述
一、双水相萃取的特点
二、双水相萃取的基本概念
三、双水相萃取现象
四、聚合物的不相溶性
第二节双水相分离理论
一、双水相形成
二、几种典型的双水相系统
三、相图
四、物质在两相中的分配
五、双水相系统中物质分配的影响因素
第三节双水相萃取技术的应用
一、酶的提取和纯化
二、核酸的分离及纯化
第四节双水相萃取技术的进展
一、廉价双水相体系
二、双水相萃取技术同生物转化相结合
三、双水相萃取技术同膜分离技术相结合
四、双水相萃取技术同亲和层析相结合
重点与难点：
重点：
双水相萃取的基本原理；双水相萃取技术的应用。
难点：
双水相萃取的基本原理。
第七章反胶团萃取（2学时）
目的和要求：
掌握反胶束的形成和概念，比较反胶束和正常胶束。
掌握反胶团的物理化学性质，了解反胶束萃取的基本原理。
学习反胶团的制备方法。
理解蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型。
掌握影响反胶束萃取得率的因素。
了解反胶团萃取在分离工艺中的应用。
主要内容：
第一节概述
一、反胶团的概念
二、反胶团的功能
三、反胶团的应用方面
四、反胶团萃取的优点
第二节反胶团的形成
一、反胶团的构造
二、反胶团的物理化学性质
三、反胶团和正胶团的比较
四、反胶团的制备方法
第三节生物活性物质的分离浓缩
一、反胶团萃取的原理
二、蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型
三、反胶束萃取蛋白质的影响因素
四、AOT/异辛烷体系中立体性、静电性、疏水性相互作用的分离特性和效果
第四节反胶团萃取在分离工艺中的应用
分离核糖核酸酶，细胞色素和溶菌酶的混合物流程
重点与难点：
重点：
反胶束的形成和概念；反胶团的物理化学性质；反胶束萃取的基本原理；反胶束萃取得率的因素
难点：
蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型；反胶束萃取的基本原理；反胶束萃取得率的因素
第八章膜分离过程（3学时）
目的和要求：
掌握膜分离的基本概念，基本操作模式。
理解膜分离的特点，膜的分类。
理解膜分离过程的机理和模型。
了解膜的性能参数及其中的基本概念，影响膜寿命的因素。
了解膜组件的结构与特点。
比较反渗透、纳滤与超滤。
主要内容：
第一节概述
一、膜的概念
二、膜分离的优点
第二节膜和膜分离过程的分类和特性
一、膜的分类
二、膜分离过程的种类
三、膜分离过程的区别和使用范围
第三节膜的基本理论
一、膜分离过程的基本传质过程
二、膜分离过程的机理
三、浓差极化
四、膜分离过程的扩散模型
五、膜的性能和参数
六、膜的性能参数中的基本概念
七、膜的使用寿命的影响因素
八、膜的使用寿命的影响因素中的基本概念
第四节膜的应用
一、膜组件的结构和特点
二、各种膜组件性能的比较
三、反渗透法膜的基本性能参数和应用
四、超滤法膜的基本性能参数和应用
五、微孔过滤的基本性能参数和应用
六、纳米过滤的基本性能参数和应用
重点与难点：
重点：
膜分离的基本概念；膜分离过程的基本原理和过程；膜组件的结构和应用。
难点：
膜分离过程的过程和模型。
第九章液膜分离（3学时）
目的和要求：
了解液膜的分类，乳化液膜的形成。
掌握乳化液膜的分离机制，乳化液膜的制备方法。
掌握乳化液膜分离技术的一般工艺流程。
了解乳化液膜在不同行业上的应用。
分析液膜分离和反胶团萃取各自的异同点。
主要内容：
第一节概述
一、液膜分离的概念
二、液膜分离的应用简介
三、液膜的分类
四、液膜的膜相组成
第二节乳化液膜的制备与分离机制
一、乳化液膜的制备方法
二、乳化液膜的两大分离机制
第三节载体
载体分类及简要介绍
第四节乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用
一、乳化液膜分离技术的一般工艺流程
二、工业规模角度对膜相成分的要求
三、破乳化
四、乳化液膜分离在工业上的应用
五、乳化液膜分离在生物化学上的应用
六、乳化液膜分离在医学上的应用
第五节乳化液膜过程的不利因素
一、膜破裂
二、膜膨胀的两种机理
三、选择性载体的开发
重点与难点：
重点：
乳化液膜的分离机制，乳化液膜的制备方法；乳化液膜分离技术的一般工艺流程及应用。
难点：
乳化液膜的分离机制，乳化液膜的制备方法；液膜分离和反胶团萃取的异同点。
第十章离子交换法（4学时）
目的和要求：
掌握离子交换原理。
理解离子交换树脂的种类，离子交换树脂的理化性能。
理解离子交换平衡及其影响因素。
学习离子交换装置和离子交换树脂的工作过程。
生化用离子交换剂的类型和特点。
主要内容：
第一节概述
离子交换剂的简介
第二节离子交换原理及分类
一、离子交换原理
二、离子交换树脂分类
三、树脂的命名
第三节离子交换树脂的理化性能
一、基本概念
二、离子交换树脂的基本要求
第四节离子交换过程的理论基础
一、离子交换平衡
二、离子交换选择性
三、离子交换选择性的影响因素
四、离子交换过程
五、影响离子交换过程速度的因素
第五节离子交换的应用
一、离子交换装置
二、离子交换树脂的工作过程
第六节生化用离子交换剂的特点和种类
一、生化用离子交换剂的特点
二、生化用离子交换剂的种类
重点与难点：
重点：
离子交换原理；离子交换装置和离子交换树脂的工作过程及理论；离子交换的应用。
难点：
离子交换装置和离子交换树脂的工作过程及理论。
第十一章色谱分离（4学时）
目的和要求：
了解色谱分离的原理，色谱分离的发展历程以及色谱分离的的基本特点。
了解色谱分离的类型。
比较分析色谱与制备色谱及工业色谱。
掌握分配色谱，吸附色谱，凝胶色谱，层析色谱，亲和色谱各自的分离原理，特点。
主要内容：
第一节概述
一、色谱分离的概念
二、色谱分离的发展历程
三、色谱分离的的基本特点
第二节色谱分离的分类
一、按分离机理不同分类
二、按固定相形状不同分类
三、其他分类方法
第三节生物工业中的色谱分离
一、色谱分离规模划分
二、色谱分离方法的选择
三、分析色谱与制备色谱及工业色谱的比较
第四节色谱分离的基本原理
一、色谱分离的原理示意图
二、分配色谱的分配系数
三、分配色谱的阻滞因素
四、分配色谱的塔板理论
五、吸附色谱的典型等温曲线
六、凝胶色谱分离原理
七、凝胶色谱分离中的概念
第五节柱色谱分离法
一、层析剂的概念
二、层析剂的分类
三、层析色谱分离装置
四、层析色谱分离的操作
五、层析色谱分离的洗脱方法
六、径向色谱的原理
第六节亲和色谱
一、亲和色谱的概念
二、亲和色谱的特点
三、亲和色谱常用的配基
四、亲和层析剂的制备过程
五、常规亲和色谱层析剂的简介
六、亲和色谱操作中的洗脱方法
重点与难点：
重点：
分配色谱，吸附色谱，凝胶色谱，层析色谱，亲和色谱各自的分离原理，特点
难点：
分配色谱，吸附色谱，凝胶色谱，层析色谱，亲和色谱各自的分离原理，特点
三、学时分配
学时分配表
序号
章节
内容
学时数
1
绪论
绪论
2
2
第一章
下游技术的理论基础
4
3
第二章
发酵液预处理
4
4
第三章
微生物细胞破碎
2
5
第四章
溶剂萃取和浸取
4
6
第五章
超临界流体萃取
2
7
第六章
双水相萃取技术
2
8
第七章
反胶团萃取
2
9
第八章
膜分离过程
3
10
第九章
膜液分离
3
11
第十章
离子交换法
4
12
第十一章
色谱分离
4
合计
36
四、教学环节安排
课堂教学：
1、教学方法：
传统讲授和实践教学相结合
2、教学手段：
多媒体
习题课和课外习题：
根据每章内容都留有课后作业，并每次均由老师批发并给出成绩，及时反馈教学信息。
五、课程内实验内容及要求
实验名称：
凝胶色谱法分离甘油三酯学时：
4
目的和要求：
通过从粗油中分离甘油三酯，学习运用凝胶色谱法分离油脂中各个成分的方法。
主要内容：
吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用溶剂或气体洗脱，以使组分分离。
常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。
硅胶色谱频繁使用在脂质中的单一脂质，糖脂质以及磷脂质的分离。
各种脂质被硅胶吸附，随着洗脱溶液的极性增加，各种极性不同的化合物被分离出来。
实验名称：
HPLC法测定羰基化合物学时：
4
目的和要求：
通过学习测定羰基化合物，了解高压液相检测的基本原理，掌握高压液相的操作方法。
主要内容：
食用油脂在被氧化的过程中生成多种羰基化合物。
油脂氧化生成的短链的醛、酮、醇等低分子挥发性分解产物是油脂呈香的主要成分。
其中很大部分是脂肪族羰基化合物。
羰基化合物与2,4-二硝基苯肼反应生成2,4-二硝基苯腙，2,4-二硝基苯腙在365nm处具有吸收峰。
利用高压液相的分离柱（C18柱）将各个羰基化合物分离并鉴定。
实验名称：
香菇多糖的分离提取学时：
6
目的和要求：
了解香菇多糖的理化性质及提取工艺流程，掌握真空浓缩技术。
主要内容：
香菇是一种药食两用真菌，具有提高免疫力、抗癌、降糖等多种生理功能。
水溶性多糖作为香菇主要活性成分之一，主要以β-1,3-葡聚糖的形式，分子量从几万到几十万不等。
利用溶剂萃取技术和真空浓缩方法进行分离提取。
实验名称：
不同茶叶产物的提取和分离学时：
6
目的和要求：
了解不同茶叶产物的性质和提取工艺，掌握溶剂萃取技术和离子沉淀方法。
主要内容：
茶叶中含有大量的茶多酚、茶多糖等物质，它们具有抗氧化、提高免疫力等生理功能。
茶多酚是一种小分子酚酸类物质，主要以儿茶素、表儿茶素的形式存在，可通过大吸附树脂、离子沉淀等技术进行提取。
茶多糖是一种糖缀合物，主要与酚类及蛋白质结合，可通过乙醇沉淀进行提取分离。
六、考核和成绩评定方法
平时出勤和课堂表现15%；课堂练习和课后作业15%；实验考查20%；期末考试50%。
理论考试为闭卷。
七、使用教材
刘国诠.《生物工程下游技术》（第二版）.北京.化学工业出版社.2003
八、参考书目
1.毛忠贵.《生物工业下游技术》.北京.中国轻工业出版社.2003
2.严希康.《生化分离工程》.北京.化学工业出版社.2001
3.孙彦.《生物分离工程》.北京.化学工业出版社.2001
4.GarciaAA.《Bioseparationprocessscience生物分离过程科学》.北京.清华大学出版社.2002
5.刘茉娥.《膜分离技术》.北京.化学工业出版社.2000
6.郑领英，王学松.《膜技术》.北京.化学工业出版社.2000
7.张镜澄.《超临界流体萃取》.北京.化学工业出版社.2000
8.陈维钮.《超临界流体萃取的原理和应用》.北京.化学工业出版社.1998
9.师治贤，王俊德.《生物大分子的液相色谱分离和制备》.北京.科学出版社.1999
执笔：
刘太林二级学院院长：
制（修）订时间：
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