09122生物分离工程

《生物分离工程》课程（09123）教学大纲一、课程基本信息（宋体五号加粗）课程中文名称：生物分离工程课程代码：09123学分与学时：52学时，3学分课程性质：专业必修授课对象：生物工程专业（本科）二、课程教学目标与任务《生物分离工程》是为生物工程本科专业学生开设的一门专业必修课，是本专业的一门主干课程。本课程主要讲授各种生物活性物质中各种杂质的去除、分离、纯化和精制技术，是生物工程中不可缺少的组成部分，通过对本课程的学习，能使学生针对不同产品的特性，较好地运用各种分离技术来设计合理的提取、精制的工艺路线，并能从理论上解释各种现象，提高分析问题和解决问题的能力，是一门理论和实践密切结合的课程。三、学时安排课程内容与学时分配表章节内容学时第一章绪论2第二章生物分离的理论基础4第三章过滤4第四章离心与沉降4第五章细胞的破碎4第六章萃取4第七章液膜分离4第八章吸附及离子交换4第九章色谱分离6第十章沉析4第十一章膜分离和电泳4第十二章结晶4第十三章蒸发与干燥4四、课程教学内容与基本要求第一章绪论（2学时）教学目的：了解生物分离工程的特点。基本要求：掌握生物分离工程在生物工程领域的地位，生物分离过程的特点以及生物分离过程的分类。重点与难点：准确理解生物分离过程的特点教学方法：多媒体教学主要内容： 一、生物分离工程的历史及其应用二、生物分离工程在生物技术中的地位三、生物分离工程的特点四、生物分离一般步骤第二章生物分离的理论基础（4学时）教学目的：使学生了解生物分离的理论基础基本要求：了解生物分离的基本理论基础，掌握分离效率的评价标准。重点与难点：分离机理、分离效价的评价标准教学方法：多媒体讲授主要内容：一、分离机理二、分离操作三、分离效价的评价第三章过滤（4学时）教学目的：学习并掌握发酵液过滤的基本理论基本要求：掌握过滤前物料预处理的基本方法，过滤的基本理论及相关方程，了解连续旋转式真空抽滤机的操作原理与过程，以及过滤设备的基本结构及选择原则。重点与难点：准确理解过滤的基本理论及相关方程、过滤设备的基本结构与选型。教学方法：多媒体课件教学与课堂讨论相结合主要内容：一、过滤的基本概念二、过滤前物料的前处理1、加热（Heating）——降低液体粘度2、凝聚和絮凝三、影响凝聚作用的主要因素四、絮凝作用五、常用的絮凝剂六、助滤剂七、过滤理论八、连续旋转式过滤机九、过滤设备及其结构十、过滤介质十一、典型的过滤设备1、板框压滤机2、旋转过滤机第四章离心与沉降（4学时）教学目的：掌握离心和沉降的基本原理基本要求：掌握颗粒沉降的计算，了解各种分离沉降设备的种类、结构和原理，离心分离过程的放大方法。重点与难点：颗粒沉降的原理，典型沉降设备的原理教学方法：多媒体讲授 主要内容：一、离心的概念二、沉降的概念三、重力沉降式液固分离设备四、离心式沉降分离1、分类：2、离心沉降3、离心过滤4、常见的离心过滤设备第五章细胞的破碎（4学时）教学目的：学习并掌握细胞破碎的基本方法基本要求：了解细胞壁的结构、各种细胞破碎方法的原理和特点。重点与难点：原核细胞的细胞壁结构，各种破碎法。教学方法：多媒体讲授与实例讲解相结合主要内容：一、细胞破碎的目的二、细胞壁结构三、细胞破碎的主要方法1.化学法2.机械法3.其它破碎方法第六章萃取（4学时）教学目的：学习萃取技术的基本原理基本要求：了解萃取分离原理、典型萃取设备，掌握萃取分离的基本方程、各种萃取过程的相关计算、典型萃取方法的分离原理。重点与难点：萃取分离的基本方程，单级萃取和多级萃取，超临界萃取，双水相萃取，反微团萃取。教学方法：多媒体课件教学、实例教学主要内容：一、萃取过程二、物理萃取1、分配系数2、萃取分离的基本方程3、单级萃取4、多级萃取分离效率高5、克雷格萃取6、常用的萃取设备三、超临界流体萃取（SupercriticalFluidExtraction，SFE）1、超临界流体2、超临界流体萃取的基本思想3、超临界二氧化碳萃取四、双水相萃取（AqueousTwoPhase） 1、概念2、可以构成双水相的体系：3、双水相萃取的原理4、双水相系统中目标物分配系数的影响因素5、双水相萃取的优点五、反胶束萃取（ReversedMicellesExtraction）1、微团2、反微团3、反微团的优点4、构成反胶团的表面活性剂种类六、化学萃取1、概念2、络合萃取分离有机酸（醋酸）3、络合萃取体系构成第七章液膜分离（4学时）教学目的：掌握液膜的基本理论及分离过程基本要求：掌握液膜的基本理论及乳化液膜的制备，分离机制和分离过程。重点与难点：乳化液膜的制备、分离机制教学方法：多媒体教学主要内容：一、液膜的分类和组成二、乳化液膜的制备和分离机制三、乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用四、关于膜过程不利因素的讨论第八章吸附及离子交换（4学时）教学目的：学习吸附、离子交换树脂交换的基本概念和原理。基本要求：了解吸附的基本概念，掌握各种离子交换过程的原理、特点。重点与难点：吸附等温线，影响吸附的因素，亲和吸附，间歇吸附，固定床吸附过程分析，离子交换的概念、分类及原理，离子交换树脂的命名、理化性能，离子交换选择性的影响因素，树脂的处理和再生，软水和无盐水的制备。教学方法：多媒体课件教学、结合工厂实际主要内容：一、吸附的概念二、常见的吸附类型及其主要特点1、物理吸附2、化学吸附三、常用吸附剂种类四、吸附等温线五、影响吸附的主要因素1、吸附剂的性质2、吸附质的性质3、温度 4、溶液pH值5、盐浓度六、亲和吸附1、亲和吸附分离2、亲和吸附的特点七、离子交换(ionexchange)1、概念2、离子交换树脂的构成3、离子交换的分类4、离子交换树脂的理化性能5、离子交换机理6、影响交换速度的因素7、离子交换的选择性8、离子交换操作方法八、离子交换应用实例（离子交换法提取蛋白质）第九章色谱分离（6学时）教学目的：学习色谱分离法的分类和基本原理基本要求：掌握色谱分离法的分类和基本概念，了解常用色谱分离方法的基本原理及应用。重点与难点：色谱分离的基本概念，吸附色谱法及载体的选择，凝胶色谱法的特点。教学方法：多媒体课件教学主要内容：一、色谱分离基本概念二、色谱分离方法的分类（按机理分）三、色谱分离的基本概念1、分配系数2、保留时间（tR）和保留体积（VR）3、色谱柱的理论塔板数、塔板高度四、吸附色谱五、分配色谱六、离子交换色谱七、分子筛凝胶色谱（GelPenetrationChromatography,GPC）八、疏水作用层析（HydrophobicInteractionChromatography,HIC）九、亲和色谱（Affinitychromatography）第十章沉析（4学时）教学目的：学习沉析法的基本原理基本要求：掌握各种沉析方法的原理及影响因素，了解沉析的操作。重点与难点：盐析及其影响因素，有机溶剂沉析及其影响因素，等电点沉析原理，大规模沉析的相关计算。教学方法：多媒体课件教学主要内容：一、沉析 二、沉析操作的一般过程1、在经过滤或离心后的样品中加入沉析剂；2、沉淀物的陈化，促进晶体生长；3、离心或过滤，收集沉淀物；三、盐析(Saltinducedprecipitation)1、概念2、盐析原理3、盐析过程4、离子强度对盐析过程的影响5、盐析用盐的选择6、常用的盐析用盐7、影响盐析的因素8、盐析用盐的用量选择四、有机溶剂沉淀1、概念2、原理：3、溶剂选择4、影响有机溶剂沉析的主要因素五、等电点沉淀法第十一章膜分离和电泳（4学时）教学目的：掌握膜分离和电泳的基本理论及膜分离过程基本要求：了解膜分离和电泳的有关概念、各种膜分离装置，掌握超滤和电泳的传质方程和相关计算。重点与难点：超滤和电泳的传质方程和相关计算，超滤膜的选择，超滤过程分析。教学方法：多媒体课件教学主要内容：一、膜分离1、膜分离的概念2、膜的概念3、膜分离的类型和定义4、膜的分类5、膜材料的特性6、各种膜材料7、膜组件8、超滤和反渗透9、渗透与反渗透10、实现超滤和反渗透的条件11、电渗析技术二、电泳1、电泳概念2、电泳的原理3、电泳迁移率4、电泳的大致分类 5、区带电泳的主要技术6、凝胶电泳7、电泳系统的基本组成第十二章结晶（4学时）教学目的：学习结晶的基本原理基本要求：了解晶体形成过程及有关机理，掌握过饱和溶液的制备方法，结晶过程的分析及提高晶体质量的方法。重点与难点：结晶过程的影响因素，过饱和溶液的形成，成核速度及影响因素，晶体纯度的有关计算，间歇与连续结晶过程分析及相关计算，提高晶体质量的方法。教学方法：多媒体教学，结合工厂实际主要内容：一、结晶的概念二、结晶操作的特点三、结晶过程分析四、凯尔文（Kelvin）公式五、结晶过程的实质六、晶体的形成七、结晶的步骤八、温度与溶解度的关系九、过饱和溶液的形成十、晶核的形成十一、成核速度十二、常用的工业起晶方法十三、晶体的生长十四、影响晶体生长速度的因素十五、提高晶体质量的方法十六、重结晶第十三章蒸发与干燥（4学时）教学目的：学习蒸发与干燥的原理基本要求：掌握干燥过程的基本概念及原理，了解各种蒸发和干燥设备的原理、操作及应用。重点与难点：蒸发的基本原理、干燥过程分析教学方法：多媒体课件教学主要内容：一、蒸发和干燥的概念二、蒸发的基本流程三、蒸发的生产能力和生产强度四、多效蒸发五、蒸发的节能技术六、蒸发设备七、干燥的方法八、干燥曲线 九、干燥设备五、课程教学方式与考核方式1.教学方式（以课堂讲授为主，辅以小论文）2.考核方式（闭卷考试，总成绩=卷面*80%+平时*20%）六、参考教材及教学参考资料参考教材：毛忠贵，生物工业下游技术，中国轻工业出版社，1999年孙彦编，生物分离工程，化学工业出版社，1999年