1、 1 06生物 技术 专业生物工业 下游加工技术 教学大纲 课程编号： 课程名称： 生物工业 下游加工技术 参考学时： 48 实验或者上机学时： 0 先修 课 及后续 课 ： 学习本课程必须学习完成包括生物化学、细胞生物学、化工原理等课程它是在上述课程的基础上进一步的提升和工业化上的应用的学科。 后续课程有各个选修课如： GMP 等。 一、 说明部分 课程性质 生物技术必须实现产业化后才能给人民造福，取得应有的社会和经济效益。根据国际上发展生物技术的经验和资料及我国发展生物高技术的实践，业已证明了 下游加工技术 在利用生 物技术生产产品时占的成本比例极大。可以说， 下游加工技术 是生物高新技术
2、实现产业化的关键。 下游加工技术 是生物工程学系的本科学生一门重要的必修专业基础课。 课程教学目的及意义 所谓 下游加工技术 是指：生物产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞的大量培养和饲养、种植后，从中分离、精制、质量监测有关目的产品的一系列单元操作技术过程。它主要是通过利用物理技术、物化技术、化学技术、生物技术等方法来达到目的。正因为如此，本课程涉及生化、化工、物化、物理学和化学等领域的各个方面理论及实验技术及其它们结合所产生的边缘 学科。随生物技术的发展， 下游加工技术 在近几年来得到了快速发展，已形成了一整套有别于上述各学科的研究方法和理论。 （一）、要求学生比较系统的掌握 下
3、游加工技术 的理论和技术方法，并应用于对生物技术的产业化。 （二）、通过对 下游加工技术 的学习，使学生能综合利用已学会的化学、物理学、生物化学、物理化学、化工原理等知识，为今后学习生物产品工艺学等打好基础，开拓思路及走上工作岗位后能在实际工作时应用 下游加工技术 各种技术做好理论准备。 （三）、要求学生掌握有关产品后处理采用各单元操作的常用手段，并初步掌握其理论知识，如：盐 析、结晶、离子交换、萃取、离心等。 （四）、培养学生自学 下游加工技术 的能力；能运用所学知识来分析和解释一些在生产中遇到的现象和问题的初步能力。 教学内容及教学要求 一、 教学内容： 2 下游加工技术 发展至今已成为一
4、门内容比较系统、全面的学科。 按照我校的情况 下游加工技术 主要的教学内容是： 发酵液的预处理和固液分离方法 、 微生物细胞的破碎 、 沉淀法 、离心技术 、 膜分离技术 、 结晶法 、 萃取技术 、 离子交换法 、 层析技术 、 电泳技术 等几个方面。 二、 教学要求 ： （一）、从学生今后进一步学习和参加社会主义现代化建设的需要出发，认真选取 下游加工技术 的理论和技术方法进行教学。教师在课前应认真研究教材，掌握其重点、难点及最近的发展，研究学生的心理特点和学习规律，通过课堂教学、实验课、课外作业、课外自学、习题课、讨论课和参观实习等各个教学环节，努力培养学生的学习兴趣，启发学生学习的自觉
5、性，为他们今后进一步学习有关专业知识和参加工作打好扎实基础。 （二）、教师在教学过程中，应结合 下游加工技术 知识的讲授，对学生进行辩证唯物主义教育；通过对我国古代的和现代的成就，对学生进行爱国主义思想教育。所选取的 下游加工技术 的理论及技术，必需做到理论联系实际，符合 我国目前发酵类厂家的厂况及其规划情况。 （三）、 下游加工技术 是一门实验性科学，实验及实践在整个教学活动中占有重要的地位。教师应根据教学进展，积极创造条件，尽可能让学生多动手，多实践。努力培养学生的动手能力及科学地分析和解释一些生产中所遇到的问题和现象的能力。追踪目前世界 下游加工技术 的发展趋势及最新动态，选择其较为成熟
6、的内容进行教学。 （四）、加强直观教学调动学生学习积极性，巩固记忆的重要方法之一。教师应密切结合教学内容使用教学挂图、标本、模型、幻灯、投影、录像、电脑等手段进行教学。 （五）、 积极组 织和指导 下游加工技术 的课外自学活动指导学生去查阅一些相关现刊，努力培养学生自学的能力，并 建议 指导学生去追踪最新的 下游加工技术 进展情况。 三、教学的 重点和难点 教学的 重点 在于： 发酵液的预处理和固液分离方法 、 膜分离技术 、 离子交换法 、 结晶法 、 离心技术 、 萃取技术 等。其 难点 在于 发酵液的预处理和固液分离方法 、 膜分离技术 、 离子交换法 、 结晶法 、 离心技术 。 四、
7、 教学方法 与 手段 本课程 采用课堂讲授形式，课堂教学中采用多媒体的方法 ，辅助以教学录像 。另外希望能够进行课外参观教学手段以帮助同学提供感性认识。 五、 教材及主要参考 书 课本的选择：目前生物学系各大学专科或本科的 下游加工技术 的教本和参考书主要有： 1、 刘国诠等 .生物工程下游技术 细胞培养、分离纯化、分析检测 .化学工业出版社 .1993。 2、 吴俊生等 .分离工程 .华东化工学院出版社 .1992。 3、 梁世中编译 .生物分离技术 .上册 . 华南理工大学出版社 .1995。 4、 俞俊堂等 .生物工艺学 .下册 .华东理工大学出版社 2003。 5、 华南工学院等 .发
8、酵工程与设备 .工业出版社 1983。 二、正文部分 3 第一章 总论 （一）教学要求 了解 什么是 下游加工技术 。 掌握 下游加工 技术 的特点；后处理技术工艺的基本设计、一般过程、常用方法及手段。 掌握 后处理技术应遵循的原则。 （二）教学内容 第一节 概论 知识要点： 什么是 下游加工技术 与化工原理、生物化学的联系和区别；为什么要学习 下游加工技术 ；怎样才能学好 下游加工技术 。 第二节 下游加工技术 的特点 知识要点： 理解 下游加工技术 的特点；后处理技术工艺的基本设计、一般过程、常用方法及手段。 掌握 后处理技术应遵循的原则。 (三 )本章学时数 :4 学时 第 二 章 发酵
9、液的预处理和固液分离方法 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 发酵液的预 处理。 杂蛋白质的去除方法；调等电点、加无机盐、利用蛋白质变性。高价无机离子的去除方法；利用有机酸、利用磷酸盐、利用黄血酸盐。 理解 凝聚和絮凝技术，絮凝剂的种类和选择。 发酵液的过滤机制：表面型过滤机制、深层型过滤机制。过滤时采用的的压力：常压、加压、负压。发酵液的滤饼重量比阻。 理解 影响过滤速度的因素：菌种、发酵条件、培养基的组成。 了解 过滤介质的选择：表面型、深层型。 理解 过滤介质的渗透性 。 掌握 改善过滤性能的方法：降低比阻力、降低粘度、减少悬浮固体物浓度、热处理、提高压力差、加入反应剂。过滤设备的
10、选择：命名 、优缺点、板框压滤机、 RCF、错流过滤、流化床。离心分离技术； 了解 不进行固液分离的方法。 （二）教学内容 第一节 什么是 发酵液的预处理 知识要点： 发酵液的预处理 方法 。凝聚和絮凝技术，絮凝剂的种类和选择。杂蛋白质的去除方法；调等电点、加无机盐、利用蛋白质变性。高价无机离子的去除方法；利用有机酸、利用磷酸盐、利用黄血酸盐。 第二节 发酵液的过滤 知识要点： 发酵液的过滤机制：表面型过滤机制、深层型过滤机制。过滤时采用的 方法 。掌握 发酵液的滤饼重量比阻 ， 理解 影响过滤速度的因素：菌种、发酵条件、培养基的组成。 了解 过 滤介质的选择：表面型、深层型。鼓泡点实验法、直
11、接显微测定法 ； 过滤介质的渗透性 ， 掌握 改善过滤性能的方法：降低比阻力、降低粘度、减少悬浮固体物浓度、4 热处理、提高压力差、加入反应剂。 第三节 过滤设备的选择 知识要点： 掌握 过滤设备的选择：命名、优缺点、板框压滤机、 RCF、错流过滤、流化床。 第四节 不进行固液分离的方法 知识要点： 离心分离技术；不进行固液分离的方法。 (三 )本章学时数 :8 学时 第 三 章 微生物细胞的破碎 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 细胞壁的组成和结构。 破碎方法的发展 方向：多种破碎方法相结合、与上游、下游相结合。 理解 细胞壁的破碎方法：物理处理法、组织处理、干燥法、反复冻融法、渗透
12、压冲击法。 理解 生物处理法：酶解法、自溶法、改变细胞壁法。破碎率的测定：直接显微测定法、电导率测定法、测定释放的蛋白质量或酶活力。 （二）教学内容 第一节 细胞壁的组成和结构 知识要点： 细胞壁的组成和结构。 第二节 细胞壁的破碎方法 知识要点： 理解 细胞壁的破碎方法：物理处理法、反复冻融法、渗透压冲击法。生物处理法：酶解法、自溶法。破碎方法的发展方向：多种破碎方法相结合、与上游、下游相结合。 第三节 破碎率的测定 知识要点： 掌握 破碎率的测定：直接显微测定法、电导率测定法、测定释放的蛋白质量或酶活力。 (三 )本章学时数 :5 学时 第 四 章 沉淀法 一、教学要求和内容 （一）教学要
13、求 5 了解 有机溶剂沉淀法，使用注意事项。 掌握 盐析法（ Ks 盐析、 盐析）。盐析条件的确立，所用盐的效果及选择，实际应用计算；等电点沉淀法；非离子多聚体沉淀法；成盐复合物沉淀法；热变性及酸碱变性沉淀法；高价金属离子沉淀法；其他方法。 （二）教学内容 第一节 盐析法 知识要点： 盐析法（ Ks 盐析、 盐析）。 理解 盐 析条件的确立，所用盐的效果及选择，实际应用计算； 第二节 有机溶剂沉淀法方法 知识要点： 了解 有机溶剂沉淀法，使用注意事项。 第三节 其他的沉淀 方法 知识要点： 等电点沉淀法；非离子多聚体沉淀法；热变性及酸碱变性沉淀法其他方法。 (三 )本章学时数 :5 学时 第
14、五 章 离心技术 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 基本原理， RCF、 F ； Stocke 定律，沉降系数（ s），澄清因子（ k），扩散，对流。 制备用离心转子（平抛转子、斜角转子、垂直转子）。 理解 制备性离心；差速离心；密度梯度离心（沉降速 度离心、沉降平衡离心）。离心澄清机（保留固体式离心澄清机、分批自动排出沉渣的离心澄清机、喷嘴式离心澄清机）；离心分离机（管式离心分离机）。 （二）教学内容 第一节 离心的基本原理 知识要点： RCF、 F ； Stocke 定律，沉降系数（ s），澄清因子（ k），扩散，对流。 第二节 离心的 方法 知识要点： 制备性离心；差速离心；密度
15、梯度离心（沉降速度离心、沉降平衡离心）。制备用离心转子（平抛转子、斜角转子、垂直转子）。 第三节 离心澄清机 和 离心分离机 知识要点： 离心澄清机（保留固体式离心澄清机、分批自 动排出沉渣的离心澄清机、喷嘴式离心澄清机）；离心分离机（管式离心分离机）。 (三 )本章学时数 :4 学时 6 第 六 章 膜技术 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 透过物质，推动力，截留物质。膜的选择、极化及其去除。 理解 渗透；透析；电渗析；反渗析；微过滤；超滤；气体透过。膜的参数、截留能力、MWCO；超滤装置。 （二）教学内容 第一节 膜分离 的原理 知识要点： 膜分离 的原理； 透过物质，推动力 。
16、第二节 膜分离技术 种类 知识要点： 渗透；透析；反渗析；微过滤；超滤。 第三节 膜的选择 及使用 知识 要点： 膜的选择、极化及其去除。 理解 超滤装置。 (三 )本章学时数 :4 学时 第 七 章 萃取 技术 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 萃取，料液，溶质，萃取剂，萃余液。带溶剂。对萃取剂的要求。 理解 分配定律；萃取率。液 固萃取（提取）；有机 液相萃取；液 -液相萃取。 掌握 萃取原则；萃取方法。水相的影响； pH 值、温度、盐析、乳化、吸附、顶替、转型。 （二）教学内容 第一节 什么是 萃取 知识要点： 萃取，料液，溶质，萃取剂，萃余液。 理解 分配定律；萃取率 。 第二
17、节 萃取分离技术 种类 知识要点： 理解 液 固萃取（ 提取）；有机 液相萃取；液 -液相萃取。萃取原则；萃取方法。 第三节 影响萃取的 因素 知识要点： 水相的影响； pH 值、温度、盐析、乳化、吸附、顶替、转型。 了解 带溶剂。 了解 对萃取剂的要求。 (三 )本章学时数 :4 学时 7 第 八 章 结晶 技术 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 结晶；结晶形成的条件；样品纯度；溶液的饱和度（ s）。结晶设备（浓缩结晶设备、冷却结晶设备、等电点结晶设备）。 理解 溶剂的选择； pH 值、温度、金属离子、晶种、结晶时间、搅拌。 （二）教学内容 第一节 结晶 的原理 知识要点： 布 拉维
18、法则 。 第二节 结晶形成的条件 知识要点： 结晶形成的条件；样品纯度；溶液的饱和度（ s） 。 溶剂的选择； pH 值、温度、金属离子、晶种、结晶时间、搅拌。 第三节 结晶 技术 方法 知识要点： 结晶方法；重结晶。 了解 结晶设备（浓缩结晶设备、冷却结晶设备、等电点结晶设备）。 (三 )本章学时数 :4 学时 第 九 章 离子交换 技术 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 离子交换；生化用离子交换剂；功能基种类。 膨胀度；含水量；湿真密度；交换容量；滴定曲线。 理解 交联度；目数；对树脂的命名。离子彭化；浸洗；漂洗 ；转型；再生；装柱。缓冲液选择的原则。 离子选择的原则。 混合床。
19、（二）教学内容 第一节 什么是 离子交换 知识要点： 离子交换；生化用离子交换剂；功能基种类。 第二节 树脂的 种类 知识要点： 交联度；目数；对树脂的命名。 了解 膨胀度；含水量；湿真密度；交换容量；滴定曲线。 第三节 离子交换的 应用 知识要点： 掌握 离子交换剂的制备；彭化；浸洗；漂洗；转型；再生；装柱。 掌握 缓冲液选择的原则。 离子选择的原则。 混合床。 8 (三 )本章学时数 :4 学时 第 十 章 层析技术 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 色谱法；分类：按机制、按移动相、按操作方法。常用吸附剂及应用。 理解 凝胶过滤，介质种类。 Sephacryl 系、 Bio-Gel
20、 系、 Sepharose 系、 Sephacryl 系、 Superdex系。亲和层析、薄层层析。 （二）教学内容 第一节 什么是 层析 技术 知识要点： 分类：按机制、按移动相、按操作方法。 第二节 层析 技术 分类 知识要点： 按两相所处状态分类 ； 按层析原理分类 ； 按操作形式不同分类 。 第三节 层析介质的种类 和应用 知识要点： 常用吸附剂及应用。 理解 凝胶过滤。 凝胶的选择 ： Sephacryl 系、 Bio-Gel 系、Sepharose 系、 Sephacryl 系、 Superdex 系。 柱层析法的一般技术 ； 掌握 亲和层析。 (三 )本章学时数 :4 学时 第
21、十一 章 生物分离 技术的最新进展 一、教学要求和内容 （一）教学要求 了解 结合化学合成法生产。 计算机 与 生物 分离技术。 通过对生物产品的结构分析来合成小分子活性物质的进展。 理解 上游技术的改进对下游技术的影响。基因技术可能给下游技术的影响。 （二）教学内容 第一节 计算机 与 生物 分离技术 知识要点： 计算机 模拟与 生物 分离技术的发展。 第二节 生物 分离技术的 可能发展方向 知识要点： 结合化学合成法生产。上游技术的改进对下游技术的影响。 了解 通过对生物产品的结构分析来合成小分子活性物质的进展。 掌握 基因技术可能给下游技术的影响。 (三 )本章学时数 :2 学时 9 教研室： 执笔人： 于 宙 系主任审核签名：
