《生物分离工程》教学大纲

《生物分离工程》教学大纲

课程名称：《生物分离工程》Bioseparation Engineering

课程性质: 必修

适用专业、年级：生物工程专业三年级

开课系及教科组：生物工程系生物分离工程教研室

学分数：3

总学时数：48

要求先修课程：《生物化学》、<<物理化学>> 、《化工原理》

教材：《新编生物工艺学》下册

参考教材：

1. 曹学君著，《现代生物分离工程》，华东理工大学出版社，上海，2007年1月

1. 严希康著，《生化分离工程》，化学工业出版社，北京，2001年2月

2. 孙彦著，《生物分离工程》，化学工业出版社，北京，2005年3月

3. 欧阳平凯，胡永红著，《生物分离原理及技术》，化学工业出版社，北京，2006年2月

4. 谭天伟著，《生物分离技术》，第二版，化学工业出版社，北京，2007年8月

5. 朱志强著，《超临界流体萃取技术原理》，化学工业出版社，北京，2001年 8月

7. Industrial Bioseparations: Principles and Practice，By Daniel Forciniti，Publish Date: 2007-12-31

8. Principles of Bioseparations Engineering，By Raja Ghosh，Publish Date: 2006-10-31

9 Bioseparation Engineering: A Comprehensive Dsp Volumen，Paperback - 2009)，by Ajay Kumar，Abhishek Awasthi

10. Process Scale Bioseparations for the Biopharmaceutical Industry，By Abhinav A. Shukla, Mark R. Etzel, Shishir Gadam，Publication Date: 2006-07-07

一、 本课程的地位、作用和任务：

生物分离工程是生物工程专业重要的专业必修课，重在培养学生的工程应用能力与专业技术能力。生物产品分离起始材料具有浓度稀，成分复杂，不稳定等特点，而生物产品质量要求却很高。这就对生物分离方法及工艺提出很高要求，现有的生物分离方法包括生物大分子和小分子的分离纯化。生物分离方法多种多样，同一产品可用不同方法进行分离，一种方法亦可分离多种产品。对某一具体的产品，在分离工艺上有多种选择。本课程的目

标是通过理论和实践训练，让学生掌握分离纯化的基本原理，并能在实践中加以应用，提高分析问题和解决问题的能力。课程同时结合基本原理适当向学生介绍学术前沿进展，使学生了解生物分离工程规模化，集成化，极端条件分离及分子水平分离等发展方向，掌握生物分离工程中出现的新技术和发展趋势。

二、 教学基本要求

课程采用多媒体授课，配以恰当的板述，适当补充重要经典及前沿内容。学生在学习每章过程中，应该掌握与之有关的专业知识，理解生物分离工程的基本原理，根据生物产品的具体性质，设计纯化工艺路线，并能提出和解决其中的工程问题。

三、教学内容

（一） 绪论 （2学时）

1、 21世纪生物医药的发展与展望；2、分离技术在生物工程中的地位和重要性；

3、 分离技术的发展和我国的现状；4、生化物质提炼的特殊性；5、纯化过程的工艺流程及单元操作。

（二） 发酵液的预处理和固液分离 （4学时）

1、杂蛋白质去除；2、凝聚和絮凝技术；3、高价无机离子的去除；4、影响固液分

离的因素；5、过滤和离心技术；6、固液分离技术的发展动向；7、全发酵液的提 取。

（三） 微生物细胞的破碎 （3学时）

1、 机械法；2、非机械法；3、各种破碎方法的评述及选择依据；

4、基因工程菌发酵液的前处理方法。

（四） 沉淀法 （3学时）

1、 盐析法；2、等电点沉淀法；3、有机溶剂沉淀法；4、其他沉淀法。

（五） 膜分离过程 （6学时）

1、 膜分离技术的概论；2、膜透过机理；3、传递理论；4、膜分离法的应用；

5、 亲和超滤法。

（六） 有机溶剂萃取法 （4学时）

1、 热力学分配系数和表观分配系数；2、萃取方式和理论收率的计算；

3、影响萃取操作的因素；4、乳化和去乳化；5、工艺实例讨论。

（七） 两水相萃取法 （4学时）

1、 基本概念；2、相图；3、分配理论；4、应用；5、亲和分配。

（八） 离子交换法 （6学时）

1、 基本概念及树脂分类；2、离子交换树脂理化性能和测定方法；

3、离子交换过程的理论基础；4、工艺和操作条件的选择；5、离子交换法提取蛋白质；6、软水和无盐水的配制；7、离子交换膜和电渗析技术。

（九） 吸附法 （3学时）

1、 吸附过程的机理和类型；2、大网格吸附法提取生化物质的工艺条件选择。

（十） 色层分离法 （8学时）

1、 基本原理；2、表征差别移动的参数；3、吸附等温线和色谱峰形；

4、吸附、分配和离子交换层析；5、凝胶层析；6、亲和层析；7、疏水层析；

8、电泳法。

（十一）结晶法 （2学时）

1、 过饱和溶液的制备；2、晶核的形成；3、晶体的生长；4、提高晶体质量的途径。

（十二） 现代生物分离工程简介 （3学时）

四．考核方式：

期末闭卷笔试40%+翻译创新性论文40%+考勤20%。

《生物分离工程》（全英语）教学大纲

课程名称：《生物分离工程》（全英文）（Bioseparation Engineering）

课程性质: 必修

适用专业、年级：生物工程卓越工程师计划实验班

开课系及教科组：生物工程系生物分离教研室

学分数：3

总学时数：48

要求先修课程：《生物化学》、<<物理化学>> 、<<化工原理>>、<<专业英语>>

教材：Bioseparation Engineering，Ajay Kumar, Abhishek “Awasthi, I.K international Publishing House Pvt. Ltd. , 2009

参考书清单：

1. 曹学君著，《现代生物分离工程》，华东理工大学出版社，上海，2007年1月

1. 严希康著，《生化分离工程》，化学工业出版社，北京，2001年2月

2. 孙彦著，《生物分离工程》，化学工业出版社，北京，2005年3月

3. 欧阳平凯，胡永红著，《生物分离原理及技术》，化学工业出版社，北京，2006年2月

4. 谭天伟著，《生物分离技术》，第二版，化学工业出版社，北京，2007年8月

5. 朱志强著，《超临界流体萃取技术原理》，化学工业出版社，北京，2001年 8月

6. Industrial Bioseparations: Principles and Practice，By Daniel Forciniti，Publish Date: 2007-12-31

7. Principles of Bioseparations Engineering，By Raja Ghosh，Publish Date: 2006-10-31

8 Process Scale Bioseparations for the Biopharmaceutical Industry，By Abhinav A. Shukla, Mark R. Etzel, Shishir Gadam，Published in 2007 by CRC Press Taylor & Francis Group Publication Date: 2006-07-07

9. Protein Purification- Principles, High Resolution Methods, and Applications,3ed, ed by Jan-Chsister Janson,John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2011.

三、 本课程的地位、作用和任务：

生物分离工程是生物工程专业重要的专业必修课，重在培养学生的工程应用能力与专业技术能力。生物产品分离起始材料具有浓度稀，成分复杂，不稳定等特点，而生物产品质量要求却很高。这就对生物分离方法及工艺提出很高要求，现有的生物分离方法包括生物大分子和小分子的分离纯化。生物分离方法多种多样，同一产品可用不同方法进行分离，一种方法亦可分离多种产品。对某一具体的产品，在分离工艺上有多种选择。本课程的目标是通过理论和实践训练，让学生掌握分离纯化的基本原理，并能在实践中加以应用，提高分析问题和解决问题的能力。课程同时结合基本原理适当向学生介绍学术前沿进展，使学生了解生物分离工程规模化，集成化，极端条件分离及分子水平分离等发展方向，掌握生物分离工程中出现的新技术和发展趋势。

四、 教学基本要求

课程采用多媒体授课，配以恰当的板述，选用原版英文教材。适当补充重要经典及前沿内容。教师授课采用英文为主，重要难理解概念用中文简单解释，试卷是全英文，学生考试试题采用英文答题。学生在学习每章过程中，应该掌握与之有关的专业术语和学名，理解生物分离工程的基本原理，结合专业知识，根据生物产品的具体性质，设计纯化工艺路线，并能提出和解决其中的工程问题。

三、教学内容

1．BIOSEPARATIONENGINEERING：AN OVERVIiiW

1．1 Introduction

1．2 Advent of Bioseparation Processes

1．3 What is Bioseparations Engineering

1．4 Common Designing Steps for Bioseparation Process

1．5 Classification and Nature of Bioseparations

1．6 Upstream Processing

1．7 Downstream Processing

1．8 Basic Concept Explained

1．9 A Few Case Studies

1．10 Template Isolation and Purincation Scheme

2．CELL DISRUPTION

2．1 Introduction

2．2 Review of Literature

2．3 Principle and Theory

2．4 Cell Disruption Methods

3．FILTRATION

3．1 Introduction

3．2 Principle

3，3 Filtration Theory

3，4 Types of Filter

3．5 Filter Aids

3，6 Batch Filtration

3．7 Continuous Filtration

3，8 Cross Flow Filtration (Membrane Filtration)

4．CENTRIFUGATION

4．1 Introduction

4．2 History of Centrifugation

4．3 Principle and Theory

4．4 Coagulation and Flocculation

4，5 Centrifuge Equipment

4．6 Types of Rotors

4．7 Types of Centrifugal Separations

4．8 Types of Centrifuges

4．9 Selection of Centrifuge Tubes

4．10 Common Centrifugation Vocabulary

5．PRODUCT ISOlATION

5．1 Introduction

5．2 Theory and Basic Principle

5．3 Extraction in General

5．4 SuperCritical Fluid Extraction

5．5 liquid-Liquid Extraction

5．6 Solid-Liquid ExtractiOn

5．7 Solid Based Separations：Adsorption

6．PRECIPITATION

6．1 Introduction

6．2 Review of Precipitation Processes

6．3 Principle and Theory

6，4 Precipitate Formation

6．5 Types of Precipitation

6．6 Precipitation Reactors

6．7 Scale up of Precipitation

7．CHROMATOGRAPHY

7．1 What is Chromatography

7．2 How Does it work

7．3 Why Chromatography is so special

7．4 Chromatography—Equipment

7．5 Chromatography—Basic Operation

7.6 Chromatography- The Chromatogram

7.7 What information can be attained?

7.8 Types of Chromatography

7.9 Diagramatical Guide to Various Chromarographic Techniques

Appendix: High-Performance Liquid Chromatography (HPLC)

8. ELECTROPHORESIS

8.1 Introduction

8.2 Principle and Theory

8.3 Electrophoresis Equipment

8.4 Gel Electrophoresis

8.5 SDS-Page

8.6 Isoelectric Focusing (IEF)

8.7 Two-Dimensional Gel Electrophoresis

8.8 Pulse Field Gel Electrophoresis (PFGE)

8.9 Protein Detection Following Electrophoresis

8.10 Preparative Electrophoresis

8.11 Electrophoresis of Nucleic Acids

9. MEMBRANE SEPARATIONS

9.1 Introduction

9.2 Principles and Theory

9.3 Requirement of Membranes

9.4 Structure of Membranes

9.5 Membrane Types and their Preparation

9.6 Membrane Modules

9.7 Flow Patterns in Membrane Modules

9.8 Membrane Fouling

9.9 Membrane Separation Processes

10. DRYING

10.1 Introduction

10.2 Review of Drying Operation

10.3 Equipment for Drying

10.4 Freeze Drying

10.5 Drying in Bioprocess Engineering

11. CRYSTALLIZATION

11.1 What is a Crystal?

11.2 What is Crystallization?

11.3 Principle of Crystallization

11.4 Theory of Crystallization

11.5 Equipment Involved in Crystallization

12. FINISHED GOOD FORMULATION AND PACKAGING

12.1 Introduction

12.2 Review of Formulation Operations

12.3 Formulation

12.4 Regulatory Considerations

12.5 Regulatory Requirements

12.6 Manufacturing Formulae, Processing and Packaging Instructions

12.7 Labeling and Packing

四． 成绩考核

闭卷考试40%+创新性文献翻译40%+试讲演讲20%