生物分离工程教学大纲

1《生物分离工程》教学大纲Bioseperation课程代码：044021学时：48学分：3理论学时：32实验或讨论学时：16适用专业：生物工程课程性质：必修撰稿人：成堃审定人：一、课程说明（一）课程性质、地位与任务主要讲述生物活性物质的各种分离纯化技术，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，较好运用各种分离技术来设计合理的提取和纯化工艺路线或改进现有工艺，并能从理论上解释各种实际问题，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。（二）课程教学的基本要求本课程的教学与学习主要侧重于准确理解生物活性物质分离过程的特点和基本规律，本课程将生物分离过程分为不溶物的去除、提取、分离与精制四大部分。要求学生对重要的公式要会推导，明确公式的物理意义，结合课后的习题练习学会熟练运用公式进行一些生物分离过程的计算，加深对生物分离过程基本原理的理解，并学会正确选择各种分离设备的型号，使学生能顺利学习后续如发酵工厂设计等专业课，提高自学与更新本专业知识的能力。二、教学内容与学时分配（一）课程理论教学1绪论1学时知识点：生物分离工程的历史，生物分离工程的应用，生物分离过程的特点，生物分离技术的发展趋势本章小结2重点：生物分离工程的历史及应用难点：生物分离过程的特点思考题：简述生物分离技术的发展趋势建议教学方法：结合工业发酵生产与理论一起讲授。2过滤4学时2.1过滤的基本概念2学时知识点：加热，絮凝，加助滤剂，选择助滤剂的原则，不同助滤剂的性能。2.2过滤的设备及其结构2学时知识点：过滤设备的分类，过滤设备的选择，过滤介质，板框压滤机的结构与型号，垂直叶片式硅藻土过滤机。本章小结重点：板框压滤机的结构，真空转鼓过滤机的结构和工作原理，真空转鼓过滤机的型号及型式难点：过滤设备的选择，影响絮凝效果的因素，絮凝的原理思考题：简述影响絮凝效果的因素。建议教学方法：讲授、练习相结合。3细胞破碎4学时3.1细胞壁0.5学时知识点：常用的细胞破碎方法，革兰氏阴性细胞的细胞壁组成，真核细胞的结构3.2化学破碎法1学时知识点：渗透冲击法的原理，增溶法的原理，脂溶法的原理3.3机械破碎2学时知识点：匀浆机的结构，研磨法的原理，超声波法的原理，珠磨破碎法的原理。3.4其他破碎方法0.5学时知识点：冻融法的原理，干燥法的原理，自溶法的原理。本章小结重点：不同破壁方法的特点难点：匀浆机的结构与工作原理，珠磨机的结构与工作原理3思考题：简述匀浆阀的结构与工作原理。建议教学方法：讲授、练习相结合。4吸附与离子交换9学时4.1吸附类型0.5学时知识点：物理吸附，化学吸附，交换吸附。4.2常用吸附剂1.5学时知识点：活性炭，活性炭纤维，球形炭化树脂，大孔网状聚合物吸附剂。4.3吸附等温线1学时知识点：线性吸附等温线，兰格缪尔吸附等温线，弗罗因德利希吸附等温线。4.4影响吸附的因素1学时知识点：吸附剂的性质，吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐浓度，吸附物浓度与吸附剂用量。4.5离子交换5学时知识点：基本概念，阳离子交换树脂，阴离子交换树脂，新型离子交换树脂，两性树脂，螯合树脂，均孔型离子交换树脂，多糖基离子交换剂，葡聚糖凝胶离子交换剂，离子交换树脂的命名，离子交换树脂的制备，离子交换树脂的理化性能，树脂的选择，树脂的处理和再生，离子交换操作的方式本章小结重点：采用离子交换法制备软水与无盐水难点：蛋白质的离子交换平衡，离子交换分离蛋白质的一般步骤思考题：简述离子交换树脂的分类。建议教学方法：讲授、练习相结合。5沉析8学时5.1盐析2学时知识点：盐析原理，盐析用盐的选择，影响盐析的因素，盐析操作5.2有机溶剂沉析1学时知识点：有机溶剂沉析原理，沉析溶剂的选择，影响有机溶剂沉析的因素5.3等电点沉析原理1学时知识点：等电点沉析原理，等电点沉析操作，5.4其他沉析法1学时4知识点：水溶性非离子型多聚物沉析剂，生成盐类复合物的沉析剂，离子型表面活性剂，离子型多聚物沉析剂，分离核酸用沉析剂，分离粘多糖的沉析剂，选择变性沉析法5.5大规模沉析1学时知识点：初步混合，起晶，扩散控制晶体生长阶段，对流沉析，絮凝阶段本章小结重点：盐析在蛋白质回收或分离中的应用难点：各种沉析方法基础知识在沉淀纯度、溶解度计算中的应用。思考题：简述选择盐析用盐的原则。建议教学方法：讲授、练习相结合。6膜分离6学时6.1基本的膜分离过程0.5学时知识点：微滤的定义及特点，超滤的定义及特点，反渗透的定义及特点。6.2渗透压的计算5.5学时知识点：超滤膜的构造，超滤膜的制造，超滤膜的选用，超滤装置，超滤过程分析。本章小结重点：超滤过程的分析难点：超滤的具体应用及参数计算思考题：简述超滤、微滤的特点。建议教学方法：讲授、练习相结合。三、考核方式及成绩评定平时成绩：习题作业/课堂提问/课堂讨论；结课后考试：闭卷；总成绩评定办法：平时30%/考试70%。附：教学参考资料1.选用的教材：5欧阳平凯，胡永红，姚忠，生物分离原理及技术，化学工业出版社，2015年6月，第2版。2.主要参考书：[1]施巧琴，吴松刚，工业微生物育种学，科学出版社，2009年3月，第3版。[2]朱玉贤，李毅，现代分子生物学，高等教育出版社，2013年1月，第4版。6《生物分离工程实验》教学大纲BioseperationExperiments课程代码：044021学时：16学分：1适用专业：生物工程课程性质：必修撰稿人：成堃审定人：一、实验课的性质与任务《生物分离工程》是生物工程专业本科生必修的一门专业基础课程，通过本实验课程教学，加深学生对生物分离工程理论的理解；掌握常用固液分离、提取、精制等技术的基本操作；同时培养学生理论联系实际、正确观察、缜密思考、总结归纳等能力，以及诚实记录的学习态度、方法和习惯，逐步培养学生独立工作的能力以及实事求是、严肃认真的科学态度。二、实验目的与要求1.通过本课程实验教学，熟悉并掌握固液分离的基本实验技术，如盐析、凝胶过滤等。2.培养分析问题、解决问题能力以及撰写大型实验报告的能力。3.初步培养从事生物工程下游领域科研工作的能力。三、实验项目设置情况序号实验项目名称学时开出要求实验项目类型必做选做演示验证综合创新设计1糖化酶的分离纯化1616√四、各实验项目教学内容实验项目一：糖化酶的分离纯化16学时（一）实验目的要求通过糖化酶的分离纯化，熟悉生物大分子分离纯化的一般原则；掌握盐析和分子筛凝胶层析法的原理和基本操作方法。（二）实验材料和仪器设备71.硫酸铵，30%三氯乙酸溶液，葡聚糖凝胶G-25，糖化酶粗粉，无水乙醇2.仪器设备普通天平，离心机，烧杯，层析柱，100mL量筒（三）实验内容（1）糖化酶的浸出称取5.0g糖化酶粗粉放入离心管中，加入50mL蒸馏水浸泡。玻璃棒搅拌15min，然后4000r/min离心15min，弃沉淀，上清液为酶浸出液。（2）硫酸铵盐析量出酶浸出液体积，按472g/L缓慢加入硫酸铵粉末，边加边搅拌，待硫酸铵全部溶解后放入冰箱，静置30min，以4000r/min离心15min，弃上清液，沉淀即为硫酸铵盐析所得酶蛋白沉淀。加入10mL蒸馏水，溶解后过滤于小烧杯中备用。（3）分子筛层析脱盐1凝胶的预处理凝胶必须于使用前在过量的溶剂中充分的膨胀。用倾泻法除去混杂的细小颗粒，重复3-4次。2装柱首先，将柱垂直的安装好。层析柱滤板下必须充满水，不能留有气泡。然后，将已经膨胀的凝胶悬液沿着玻璃棒小心的连续不断的徐徐灌到柱中。尽量一次装完，以免出现不均匀的凝胶带。3加样打开柱的下口，让水逐渐流出，待柱中水面与株床上表面平齐时，关闭下口夹。将烧杯内酶液慢慢沿玻璃棒加到凝胶床的表面上去，注意加样时勿将床面凝胶冲起。然后打开下口夹，调流速1-2mL/min，待样品恰好入床后，用少量水洗一下凝胶的表面和接触过样品的柱壁，待完全流进床内后，再加水进行洗脱。在全部操作期间，要避免洗脱液断档，株床流干。4洗脱用蒸馏水洗脱，流速不变。用30%三氯乙酸检查流出液出现白色沉淀时开始收集。收集时约3mL换一只试管，直至用奈氏试剂检查流出液中有铵离子时为止，一般收集30mL左右。5处理柱停止收集酶液后，仍用大量蒸馏水流洗凝胶柱，直至流出液中不含铵离子为8止，胶柱备用。（4）酒精沉淀经凝胶柱分离得到的无盐酶液，用1mol/L盐酸调至pH4.0，量体积，加2.5倍体积的冷乙醇，然后在冰浴中静置30min，去上清液，沉淀离心10min。然后再用无水乙醇洗一次，离心5min，所得酶泥涂于预先洗净、干燥、称重的表面皿内，即得初步纯化的酶制剂。收集保存好，下次试验用。五、实验报告要求实验报告一般分为以下几个部分：一、实验名称。二、实验原理。将该实验的主要原理用简明扼要的语言进行归纳总结。三、实验仪器和材料。如果所用仪器和材料较多，可写重要的部分，常用的可以不写。四、实验步骤。该实验如何操作的，方法和顺序。可以用方框图表示，这样一目了然。五、实验结果。将该实验最后结果用文字或图表的方式进行表达。推荐用表格或图进行表示。要注意将度量单位写清楚。六、实验讨论。该部分主要对上述实验结果进行讨论。有的是对实际操作中实验现象或结果和实验指导不一致的原因进行讨论，有的是对实际操作中产生的实验现象的原理或原因进行讨论，有的是对实际操作中可以改进的方法进行讨论，有的是对该实验的进一步应用进行讨论等等。六、课程考核方式及成绩评定（一）考核方式平时成绩：课堂提问/学习态度/预习报告/实验报告/考勤；结课后考试：笔试。（二）课程成绩评定办法成绩构成：平时30%/考试70%七、实验应配套的主要仪器设备及台（套）数（以一个实验教学班为标准）凝胶柱7套附：教学参考资料1.选用的教材：9杜连祥，路福平，微生物学实验技术，中国轻工业出版社，2005年8月，第1版。2.主要参考书：[1]牛天贵，食品微生物学实验技术，中国农业大学出版社，2002年8月，第1版。[2]咸洪泉，微生物学实验教程，高等教育出版社，2010年9月，第1版。10（3）专业实践教学大纲××××专业实践教学大纲（宋体，二号加黑）执笔人：审定人：（以下标题为黑体，四号，内容均为宋体小四号）一、前言二、实践教学大纲（一）军事理论及训练课大纲（学生处提供）××学分，共×周1.目的要求（明确该实践环节应达到的教学目标及主要技能要求）2.主要内容（要详细写清学生需要完成的具体内容）3.建议完成形式及时间（主要明确该实践环节应该在什么时间完成；以何种形式进行）（二）劳动课大纲（学生处提供）××学分，共×周1.目的要求（同上）2.劳动内容（同上）3.建议完成形式及时间（同上）（三）体育健康与标准测试（基础部提供）××学分，共×周（四）思想政治教育实践（思政部提供）××学分，共×周(五)以下略同…………三、成绩考核与评定将有关内容填入下表。各专业可根据自己的特点，将各实践环节分解为若干考核单元，对每个考核单元的内容、方法、标准、技能要求等作出明确规定。实践教学环节考核标准课程代码实践环节名称考核内容考核方法考核标准完成形式（集中/分散）负责单位(人员)11四、重点说明执行本大纲应注意的问题（包括如何加强领导，对指导教师和学生的要求以及其他应说明的问题）附：教学参考资料1.选用的教材：编写者，教材名称，出版社，出版日期（***年**月），第*版。2.主要参考书：[1]编写者，教材名称，出版社，出版日期（***年**月），第*版。[2]编写者，教材名称，出版社，出版日期（***年**月），第*版。[3]编写者，教材名称，出版社，出版日期（***年**月），第*版。3.其他参考资料：如网络共享参考资源等。（以上字体标题为黑体五号，内容为宋体五号）12附件11：教学大纲审定意见表单位理论课（门数）实验课（门数）实践教学（门数）院长审核意见院长签字：年月日注：学生处、图书馆、团委等可成立教学大纲审核小组，由审核组长或部门负责人签名即可。