《生化分离技术义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生化分离技术义（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生物分离工程课程教学大纲（2008年）一、目的生物分离工程是生物化学、物理化学、微生物学、食品工程原理或化 工原理或化工单元操作、化工热力学等课程的延续和深化课程，为生物工程专业、 生化工程专业本科生开设的一门技术基础课程。其目的是使学生系统地学习物质分离和提纯 过程中的概念、原理、技术及工艺，了解各种分离技术及其应用，提高学生的科研能力及水 平。二、要求该课程采取课堂讲授与课堂讨论相结合、讲授与自学相结合的教学方式。要求学生大量 阅读参考教材、查阅有关各种分离新技术的文献；在掌握分离技术的共同特征、分类及发展 动向的基础上，熟悉并掌握各种分离新技术及其应用。三、课程主要内容绪论（2 学时）第
2、一部分 萃取分离技术（8 学时） 第一章 溶剂萃取1.1 萃取过程的理论基础1.2 萃取方式的理论计算第二章 双水相萃取（Two-aqueous phase extraction）2.1 双水相体系2.2 双水相萃取过程的理论基础2.3 物质分配平衡的因素2.4 双水相萃取技术的应用2.5 水相萃取技术的进展第三章 反胶束萃取3.1 反胶束溶液形成的条件和特征3.2 反胶束萃取蛋白质的基本原理3.3 影响反胶束萃取蛋白质的主要因素3.4 反胶束萃取蛋白质的应用第四章 凝胶萃取4.1 凝胶萃取分离过程4.2 凝胶萃取的理论基础4.3 凝胶萃取的应用第五章 超临界流体萃取5.1 超临界流体的性质5
3、.2 超临界流体萃取的热力学基础5.3 超临界流体萃取过程5.4 超临界流体萃取的应用第二部分吸附分离、离子交换分离及色层分离技术（8 学时）I吸附分离和离子交换分离第一章 概述1.1 吸附分离过程、解吸方法及应用1.2 吸附剂1.3 吸附剂基础性能的测试 第二章 吸附平衡2.1 吸附平衡和吸附平衡关系式2.2 吸附热力学第三章 不等温（变温）吸附分离3.1 气体的净制和回收3.2 吸附干燥剂和吸湿平衡3.3 固定床吸附操作的计算3.4 不等温吸附操作的计算 第四章 变压吸附分离4.1 变压吸附分离的应用和发展4.2 变压吸附的操作过程和循环4.3 变压吸附干燥净制和空气分离4.4 变压吸附分
4、离操作的数学模型 第五章 离子交换分离技术5.1 离子交换剂5.2 离子交换平衡及交换动力学II 色层分离技术 第一章 色层分离的一般原理1.1 色层分离技术的分类1.2 分配平衡1.3 色层分离效率 第二章 离子交换色层分离技术2.1 离子交换色层分离技术概述2.2 离子交换色层分离 第三章 萃取色层分离技术3.1 萃取色层分离技术概述3.2 萃取色层分离与溶剂萃取分离的关系3.3 萃取色层分离过程 第四章 凝胶色层分离技术4.1 凝胶色层分离技术概述4.2 凝胶和溶剂4.3 凝胶色层分离技术的应用 第五章 吸附色层分离技术5.1 吸附色层分离技术概述5.2 吸附剂和溶剂5.3 吸附色层分离
5、技术的应用 第六章 亲合色层分离技术6.1 亲合色层分离技术概述6.2 载体、配基和偶联6.3 吸附和解吸6.4 亲合色层分离技术的应用第三部分 膜分离技术（10 学时） 第一章 概述1.1 膜分离技术发展的历史1.2 膜的概念（定义）、分类、膜材料及膜组件1.3 膜分离技术的类型及定义第二章 反渗透2.1 基本概念2.2 反渗透过程的基本流程2.3 反渗透膜第三章 超滤膜、微滤及纳米膜过滤3.1 基本原理3.2 超滤膜、微滤膜及纳米过滤膜第四章 电渗析4.1 电渗析的基本原理4.2 离子交换膜4.3 电渗析过程的极化和结垢问题4.4 电渗析的应用第五章 亲和膜分离及亲和膜过滤5.1 亲和膜分
6、离5.2 亲和-膜过滤第六章 渗透蒸发6.1 原理和特点6.2 渗透蒸发膜及膜材料的选择6.3 应用第七章 其他膜分离过程7.1 膜蒸馏7.2 膜萃取第八章 液态膜分离技术8.1 液态膜及其分类8.2 液态膜分离的机理8.3 液态膜材料的选择与液态膜分离的操作过程8.4 应用第四部分 其它现代分离技术（4 学时） 第一章 包结分离技术1.1 包结分离的基本原理1.2 包结分离技术的应用第二章 结晶分离技术2.1 结晶分离的基本原理2.2 结晶分离过程2.3 结晶分离技术的应用第三章 分子蒸馏分离技术3.1 分子蒸馏的原理和模型3.2 分子蒸馏的应用四、课程教材1 孙彦. 生物分离工程. 北京：
7、化学工业出版社2 严希康. 生化分离技术. 上海：华东理工大学出版社，19963 J.D.Seader, Ernest J.Henley. Separation Process Principles（分离过程原理）. 北京：化学 工业出版社五、主要参考书：1 E.克雷耳著陈甘棠译实验室蒸馏指南中间工厂蒸馏的导论北京:化学工业出 版社，19862 叶振华. 化工吸附分离过程. 中国百化出版社，19873 朱长乐等. 化学工程手册（18）. 薄膜过程. 北京：化学工业出版社，19874 高明恒等. 膜分离技术基础. 北京：科学出版社，19895 叶振华. 吸着分离过程基础工业. 北京：化学工业出版
8、社，19896 美C贾德森金.分离过程.北京：化学工业出版社，19907 史继芬. 多级分离过程. 北京：化学工业出版社，19918 吴俊生等. 分离工程. 上海：华东化工学院出版社， 19929 蒋维钧. 新型传质分离技术. 北京：化学工业出版社， 199210 刘茉娥等. 新型分离技术基础. 杭州：浙江大学出版社， 199311 刘国诠. 生物工程下游技术. 北京：化学工业出版社， 199312 王学松. 膜分离技术及其应用. 北京：科学出版社， 199413 陆九芳等. 分离过程化学. 北京：清华大学出版社， 199414 高孔荣等. 食品分离技术. 广州：华南理工大学出版社， 1998
9、15 King C J. Separation Process. 2nd ed. New York:Mc Graw-Hill,198016 D M Ruthven, Principles of Adsorption and Adsorption Processes, New York:John Wiley and sons, 198617 King C J. Separation & Purification-Critical Needs Opportunities. Washington D C:National Academy Press,198718 Belter P A,Cussler
10、 E L,Hu W. Bioseparation-Downstream Processing for Biotechnology. New York:John Wiley,198819 F L Slejko , Adsorption Technology, New York:Marcel Dekker, 199020 Asenjo Juan A. Separation Processes in Biotechnology. New York:Marcel Dekker,199021 Weather L R. Engineerin Processes for Bioseparation. Lon
11、don:Butterworth-Heineman,1994第一章 绪论1.1 生物技术和生物分离技术 生物技术：有机体的操作和应用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。生物加工过程（bioprocess），包括选育、基因工程、细胞工程、生物反应过程。 生物分离过程，包括提取、浓缩、纯化、成品化过程。1.2 生物分离的一般过程1. 一般过程动、植物组织、体液等胞外产物提取胞外产物提取发酵液预处理分离破碎碎片分离初步纯化一精制制成品培养液加热沉淀 匀化离心沉淀分子筛无菌过滤酶反应调 pH离心 超声萃取吸附离子交换超滤絮凝过滤 胞溶过滤萃取亲和冻干错流过滤 研磨错流过滤超滤吸附喷干憎水结晶电泳
12、2. 几个概念1）生物分离工程的定义：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总 称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯 化、富集生物产品的过程 （Downstream Processing） 生物技术下游工程2）Downstream （下游）与上游相对的概念，一般而言，上游指基因克隆、细胞培养等目的 产物表达工序，下游指从表达有目的产物的复杂的混合液中分离纯化得到符合要求的目的产 物的一系列步骤。美、日、欧等发达国家生物技术产品工业化的实践证明：生物技术产品的 产业化高度依赖于基因工程下游工序技术及设备的进步。3）单元操作：完成一道工序
13、所需的一种方法和手段。1.3 历史沿革1、古代：酿酒、酱油、醋、干酪等（蒸馏或过滤）；2、1860 起：发现微生物导致发酵，工业生产酒精、丙酮、丁醇（压滤、蒸馏、精馏）；3、1940 起：青霉素、链霉素等抗生素、氨基酸、有机酸、酶制剂、单细胞蛋白。提出单元 操作概念，引入下游加工过程。4、1970 起：基因工程、酶工程、细胞工程等发展，现代生物技术产品的要求。1.4 生化产品的类型1. 按用途分类食品类保健品类医用类产品（ 1998 年， 719 种）抗生素 112 种农业用产品（ 1998 年， 36 种）生物试剂类（ 1998 年， 975 种）2. 按分子量大小分类Mass 1000D：
14、酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类3. 按发酵时目的产物所在的位置分类cell 内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（a-淀粉酶）等1.5 生化产品的特点1. 应用面广。 医药卫生、环保、动植物生长调节、食品和试剂等2. 种类繁多。分子量XO X,000,000,结构功能复杂，生物活性各异。3. 目的产物在初始物料中的含量低。青霉素（4.2%）、庆大霉素（0.2%）、干扰素（v50ug/ml）。4. 产品价格与产物浓度呈反比:5. 初始物料成分复杂。除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代谢物（几百上千种）、 培养基成分、无机盐等。6. 生物活性物质的稳定性低。易变质、易失活、易变性，对温度、 pH 值、重金属离子、有 机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感。7. 产品的质量要求高，尤其是药品等。成品青霉素对其强致敏原 - 青霉噻唑蛋白必须控制 RIA 值（放射免疫测定）小于 100 （1.5*10-6），蛋白类药物（杂质 2% ）、重组胰岛素（Humulin）中杂蛋白小于0.01%。1.6 生物分离工作的重要性1. 生化产品的必经的过程（一夫挡关）。2. 回收率不高。抗生素（80%左右），蛋白质（60-90%）。意义?3. 分离纯化昂贵。下游研究费用占整个R&D费用的50%以上；产品的成本构成中分离纯化 的
