下游技术教学大纲

《生物工业下游技术》课程教学大纲

课程名称：生物工业下游技术

英文名称：Downstream Processing of Biologic Industry

总学时： 48 理论学时： 48 实验学时： 总学分：

一、课程的性质、目的及任务：

本课程是以生物工业产品制造过程中的科学技术为主线的课程体系，从生物工业下游技术的角度，系统阐述了生物工业中产品分离、提取、纯化和精制加工技术的科学本质、原理、方法及发展趋势。其目的是帮助学生从科学本质上理解和认识产品生产制造过程中科学技术的普遍性和特殊性，强化理论基础，同时进一步拓宽知识面，为学生将来走上工作岗位后的科学研究、技术开发和工程应用打好理论基础。 二、课程教育基本要求：

为了更好地理解、掌握本课程，要求学生先修的课程有：物理化学、基础生物化学、化工原理、发酵工艺学等课程。

生物工业下游技术是决定生物工业产品能否产业化的关键之一，因此，在大学四年级开设本课程是必要的。

本课程是本专业的必修课，授课48学时。

三、内容： 第一章 绪论

第一节 生物工业下游技术的工作领域 一、 技术范畴

二、 生物工业下游技术的发展历程

第二节 生物工业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

第三章 发酵液预处理

第一节 发酵液过滤特性的改变 一、 降低液体粘度 二、 调整pH 三、 絮凝与凝聚 四、 加入助滤剂 五、 加入反应剂

第二节 发酵液的相对纯化 一、 高价无机离子的除去 二、 杂蛋白质的除去

第三节 固液分离工程及设备 一、 离心分离 二、 过滤

三、 其它固液分离方法

第二章 下游技术的理论基础

第一节 下游技术中物理学过程 一、 基础物性 二、 分类 三、 平衡论 四、 传递现象

第二节 下游技术的化学过程 一、 化学性分子识别

二、 下游技术在中化学反应 第三节 下游技术中的生物学过程 一、 特异性相互作用（锁钥关系） 二、 亲和色谱

第四章 微生物细胞破碎

Chapter 4. Fragmentation of microbial cell 第一节 细胞壁的组成与结构

Section 1. The Composition and structure of cell wall

一、 细菌细胞壁 1. Bacteria cell wall 二、 酵母菌细胞壁 2. Yeast cell wall

三、 霉菌细胞壁 3. Mildew cell wall 四、 细胞壁结构与破碎

4. Connection between the structure of cell wall and cell fragmentation 第二节 常用破碎方法

Section 2. Fragmentation method in common use 一、 珠磨法

1. High-speed bead mill 二、 高压匀浆法

2. High-pressure homogenization 三、 超声破碎法 3. Ultrasonication 四、 酶溶法

4. Enzymatic lysis 五、 化学渗透法

5. Chemical permeation 六、 其他方法 6. Other methods

第三节 破碎率的测定与破碎技术的研究方向 Section 3. Mensuration of the fragmentation rate and investigation of fragmentized technology 一、 破碎率的测定

1. Mensuration of the fragmentation rate 二、 破碎技术的研究方向

2. Investigation of fragmentized technology

第五章 溶剂萃取和浸取

第一节 溶剂萃取

一、 溶剂萃取过程的理论基础 二、 工业萃取方法和理论收得率 三、 乳化和去乳化 四、 萃取设备简介 第二节 浸取

一、 浸取过程的应用 二、 浸取速率

三、 浸出的其它问题

第六章 超临界萃取

第一节 序言

第二节 超临界流体的萃取原理

第三节 超临界CO2的溶剂特征 一、 超临界CO2的相图 二、 萃取溶剂CO2的性质

第四节 SC-CO2萃取以及拖带剂的作用 一、 SC-CO2萃取 二、 拖带剂的作用

第五节 超临界流体萃取的热力学基础简介 一、 固体溶质在超临界流体中的溶解度 二、 液体溶质在超临界流体中的溶解度 第六节 SC-CO2萃取流程及在生物、食品工业中的应用

一、 SC-CO2萃取流程

二、 SC-CO2萃取技术在生物、食品工业中的应用

第七章 双水相萃取技术

第一节 双水相分离理论 一、 双水相的形成 二、 相图

三、 物质在两相中的分配 第二节 双水相萃取技术的应用 一、 概说

二、 双水相提取胞内酶的具体操作 第三节 双水相萃取技术的发展

第八章 反胶团萃取

Chepter 8. Extration by reversed micelles 第一节 概述

Ssection 1.Summarize 第二节 反胶团的形成

Section 2. Formation of reversed micelles 一、 反胶团的构造

1. Structure of reversed micelles 二、 反胶团的物理化学特性及制备

2. Physical & chemical characteristics and preparation of reversed micelles 第三节 生物活性物质的分离浓缩

Section 3. Isolation and Concentration of active biomass

一、 反胶团萃取原理

1、Extraction principle of reversed micelles 二、 蛋白质的溶解 2. Dissolution of protein 三、 反胶团萃取 3. Extraction of protein

第四节 在分离工艺中的应用

Section 4. Application during isolation process

第五节 在液膜分离中的应用

Section 5. Application during liquid film isolation

第九章 膜分离过程

第一节 引论

一、 膜分离概念及膜分类 二、 膜性能表示方法

三、 膜分离的技术特点及发展趋势 第二节 膜分离理论基础 一、 膜透过机理

二、 无机电解质的分离 三、 有机物水溶液的分离 第三节 膜材料

一、 膜材料的选择法及表征常数 二、 膜材料的物化稳定性

第四节 膜的制作和形成机理 一、 膜的制作工艺 第五节 膜结构

一、 膜的形态结构 二、 膜孔径测定方法 第六节 典型膜

一、 纤维素脂系膜 二、 合成高分子膜 三、 复合膜 四、 无机膜

第七节 膜分离装置

一、 实验室的膜分离装置 二、 膜组件 三、 泵

第八节 膜分离工艺 一、 前处理工艺

二、 膜分离工艺流程 三、 后处理工艺

第九节 膜分离技术的应用

一、 在盐水淡化和超纯水制造中的应用 二、 在医药科学中的应用

三、 在食品、发酵工业中的应用 四、 在环境工程中的应用

第十章 液膜分离

第一节 概论

一、 液膜的分类

二、 液膜的膜相组成 三、 与生物膜的相似性

第二节 乳化液膜的制备与分离机制 一、 乳化液膜的制备

二、 乳化液膜的分离机制 第三节 载体

第四节 乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用

一、 一般工艺流程 二、 工业上的应用

三、 在生物化学上的应用 四、 在医学上的应用

第五节 关于液膜分离不利因素的讨论 一、 膜破裂 二、 膜膨胀

三、 选择性载体的开发

第十一章 离子交换法

第一节 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、 其它类型的树脂 四、 树脂的命名

第二节 离子交换树脂的理化性能和测定 第三节 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、 离子交换过程和速度 第四节 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 三、 树脂和操作条件的选择 四、 软水和无盐水的制备

五、 离子交换技术在生物工业的应用 第五节 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

第十二章色谱分离

第一节 概述

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、 其它分类方法

第三节 生物工业中的色谱分离 一、 色谱分离的规模

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 色谱分离的基本理论 一、 分配色谱 二、 吸附色谱

三、 凝胶色谱分离 第五节 柱色谱分离 一、 层析剂 二、 装置

三、 操作技术

四、 洗脱色谱动力学 五、 径向色谱 第六节 亲和色谱 一、 基本原理 二、 亲和层析剂

三、 亲和色谱操作中的洗脱方法

第十三章 酒精差压蒸馏技术

第一节 蒸馏的基本原理 一、 挥发系数K

二、 相对挥发系数K’ 三、 杂质的分类

第二节 差压蒸馏的基础理论 一、 热力学分析

二、 多效蒸馏的原理

三、 差压蒸馏的理论依据 四、 差压蒸馏的工艺流程 五、 差压蒸馏的理论依据 第三节 差压蒸馏的工艺特征 一、 加压精馏塔回流比的确定 二、 加、减压条件下杂质的分布 三、 低压降塔板的应用 四、 差压蒸馏的动态控制

第四节 酒精差压蒸馏的发展动态 一、 我国酒精工业蒸馏现状

二、 国际上先进的差压蒸馏技术 三、 国内差压蒸馏工艺流程 四、 差压蒸馏的应用前景

第十四章 结晶技术

第一节 基本概念 一、 晶体性状

二、 饱和曲线和过饱和曲线 三、 结晶过程 第二节 结晶动力学 一、 晶核的形成 二、 二次成核现象 三、 晶体的长大

四、 杂质对晶体生长速率的影响 第三节 结晶操作和结晶设备 一、 分批结晶 二、 连续结晶 三、 结晶设备

第十五章 蒸发与干燥

第一节 前言 第二节 蒸发

一、 蒸发的基本流程 二、 蒸发的操作方法 三、 蒸发器及蒸发系统 四、 蒸发的应用及节能 第三节 干燥 一、 概述

二、 干燥器及干燥工艺 三、 干燥的应用及节能

第十六章 清洁生产导论

第一节 前言

一、 发展工业的新模式 第二节 清洁生产概念 一、 清洁生产概念 二、 清洁生产的方法

三、 清洁生产的产生及现状 四、 推广清洁生产的意义

第三节 实现清洁生产的有效途径 一、 资源综合利用 二、 改革工艺和装备

三、 改进操作和加强管理 四、 必要的末端治理 第四节 清洁生产案例

一、 国外已工业化的清洁生产案例二、 发酵工业清洁生产案例

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