6705 生物工程下游技术

湖北省高等教育自学考试大纲课程名称：生物工程下游技术课程代码：6705第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点生物工程下游技术这门课程适合于理工科专业生物工程专业进行学习。本课程的内容更多的涉及到工业应用。下游技术是对于由生物界自然产生的生物体或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应、微生物转化等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，也称为下游工程或下游加工过程，是生物技术产品产业化的必经之路。目前所指的下游技术大多数属于“物质分离”范畴。主要研究的是物质分离的方法原理及相关的仪器设备。生物工程下游技术这门课程涉及到物理，化学，生物化学，发酵工程，生物工程与设备等多门学科。二、课程目标与基本要求通过学习生物工程下游技术这门课程应掌握以下基本知识点：1.生物工程下游技术的研究对象和发展历程2.下游技术的理论基础3.发酵液预处理，微生物细胞破碎方法和设备4.溶剂萃取和浸取，超临界流体萃取，双水相萃取，反胶团萃取，膜分离过程，液膜分离，离子交换法，色谱法等主要分离单元操作技术及分离过程的特点，工艺设计与设备选型通过学习了解各种分离方法的原理，适用范围，熟悉常用分离设备的操作，在实际应用中可以选择合适的分离方法对仪器进行操作达到分离的目的。通过学习，具备对生物产品的分离、纯化技术的应用能力，及对生物物质提纯最佳方案的设计能力。三、与本专业其他课程的关系本课程的内容更多的涉及到工业应用。下游技术对各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术。在生物工程专业课程的学习中，是一门将生物工程上游技术应用到实际生产中所需要借助的手段。《物理学》，《无机化学》，《有机化学》，《物理化学》等基础课是这门课程的基础，《微生物学》，《生物化学》，《酶工程》，《发酵工程》，《生物工程与设备》等专业课的知识也会运用到这门课程中，其后继课程有《发酵工厂设计》等。第二部分考核内容与考核目标第一章绪论一、学习目的与要求学习并了解生物工程下游技术的研究对象，生物工程下游技术的重要性，生物工程下游技术的特点，生物工程下游技术的发展历程，生物工程下游技术的一般工艺过程，以及生物工程下游技术的发展动态。二、考核知识点与考核目标1.1生物工业下游技术的工作领域（次重点）1.1.1技术范畴（识记）1.1.2生物工程下游技术的发展历程（理解）1.2生物工程下游技术的一般工艺过程（重点）1.2.1原料及产品特性（识记）1.2.2下游技术的一般工艺过程（理解）1.3生物工业下游技术的发展动态（一般）1.3.1传统分离技术的提高和完善（理解）1.3.2新技术的研究和开发（理解）1.3.3清洁生产（理解）第二章下游技术的理论基础一、学习目的与要求掌握下游技术的理论基础。掌握物理学过程中平衡论的主要内容，理解平衡、非平衡、拟平衡过程的区别；理解化学过程中化学分子间的相互识别及识别机理，分子间的相互作用和化学反应；理解生物分离过程的特异性相互作用及作用方式。二、考核知识点与考核目标2.1下游技术中的物理学过程（次重点）2.1.1基础物性（理解）2.1.2物理学过程分类（识记）2.1.3平衡论及各种平衡关系（识记）2.1.4传递现象及传递方式（识记）2.2下游技术中的化学过程（重点）2.2.1化学分子识别机理及相互作用（识记）2.2.2下游技术中的化学反应（理解）2.3下游技术中的生物学过程（重点）2.3.1生物特异性相互作用机理，作用方式和影响因素（识记）2.3.2亲和色谱（应用）第三章发酵液预处理一、学习目的与要求了解发酵液进行预处理的目的，掌握具体的改善发酵液过滤特性的处理方法。掌握发酵液中高价无机离子和杂蛋白质的去除方法。了解固液分离的方法，设备以及各分离设备的类型，分离原理和分离适用范围。二、考核知识点与考核目标3.1发酵液过滤特性的改变（次重点）3.1.1发酵液的特性（理解）3.1.2改善发酵液过滤特性的方法（识记）3.2发酵液的相对纯化（一般）3.2.1发酵液的杂质对提取精制的影响（理解）3.2.2高价无机离子的去除方法（识记）3.2.3杂蛋白质的去除方法（识记）3.3固液分离工程及设备（重点）3.3.1固液分离方法的种类（识记）3.3.2离心分离的原理（识记）3.3.3离心分离各种类型的设备，分离适用范围和分离原理（应用）3.3.4过滤操作的种类（理解）3.3.5常用的过滤设备类型和工作机理（应用）3.3.6错流过滤原理（理解）3.3.7错流过滤应用（应用）3.3.8其他固液分离方法（理解）第四章微生物细胞破碎一、学习目的与要求回顾微生物细胞壁的组成与结构，区分G+菌、G—菌以及酵母菌细胞壁的差别。掌握微生物细胞破碎的原因，具体的破碎方法以及不同破碎方法各自的原理及适用范围。细胞破壁应注意的问题。掌握破碎率的测定方法。二、考核知识点与考核目标4.1细胞壁的组成与结构（一般）4.1.1细胞壁和细胞膜的组成和各自的作用（理解）4.1.2细菌，酵母菌，霉菌的细胞壁结构（识记）4.1.3细胞壁结构和细胞破碎（应用）4.2常用破碎方法（重点）4.2.1细胞破碎方法分类（识记）4.2.2机械破碎方法原理（理解）4.2.3不同类型机械破碎设备（应用）4.2.4细胞机械破碎影响因素（识记）4.2.5非机械破碎方法种类（识记）4.2.6不同细胞破碎方法适用范围（识记）4.2.7不同细胞破碎方法各自优缺点（理解）4.2.8其他破碎方法（理解）4.3破碎率的测定与破碎技术的研究方向（次重点）4.3.1破碎率的测定方法（识记）4.3.2破碎技术的研究方向（理解）第五章溶剂萃取和浸取一、学习目的与要求掌握溶剂萃取法分离机制，溶剂萃取中的基本概念。了解溶剂萃取基础上发展起来的新型萃取技术。了解工业萃取方式及过程计算。掌握乳化和去乳化概念和过程。了解萃取设备。浸取基本概念，步骤，理论基础和扩散机理。二、考核知识点与考核目标5.1溶剂萃取（重点）5.1.1溶剂萃取过程的理论基础（识记）5.1.2基本概念（识记）5.1.3相似相溶原理（理解）5.1.4溶解过程（理解）5.1.5溶剂的互溶性规律（应用）5.1.6溶剂萃取溶剂的选择（应用）5.1.7分配定律和分配因数（识记）5.1.8溶剂萃取水相条件的影响（识记）5.1.9工业萃取方式（识记）5.1.10不同工业萃取方式过程计算（识记）5.1.11乳化和去乳化概念和过程（识记）5.1.12萃取设备简介（应用）5.2浸取（次重点）5.2.1基本概念（识记）5.2.2浸取过程（理解）5.2.3费克定律（理解）5.2.4不同介质中的分子扩散（理解）5.2.5相平衡（识记）5.2.6溶剂选择原理（应用）第六章超临界流体萃取一、学习目的与要求掌握超临界流体萃取中相关概念，了解超临界流体萃取技术在工业上的应用。掌握超临界流体萃取的基本原理，超临界流体的性质，超临界流体的选择性，夹带剂的使用，超临界流体萃取的特点。掌握超临界流体萃取的基本过程。了解超临界流体萃取设备。二、考核知识点与考核目标6.1序言（一般）6.1.1超临界流体萃取的基本概念（识记）6.1.2超临界流体萃取在工业上的应用（理解）6.2超临界流体萃取的基本原理（重点）6.2.1癸酸为列说明超临界流体萃取的基本原理（理解）6.2.2溶剂气体的临界温度和溶解度之间的关系（理解）6.3超临界CO2溶剂特征（重点）6.3.1超临界CO2的相图（识记）6.3.2萃取溶剂CO2的性质（识记）6.4超临界CO2萃取（次重点）6.4.1超临界CO2萃取举例（应用）6.4.2拖带剂概念及作用（理解）6.5超临界CO2萃取流程（重点）6.5.1咖啡豆中咖啡因萃取（理解）6.5.2啤酒花萃取（理解）6.6超临界CO2萃取技术在生物，食品等工业中的应用（一般）第七章双水相萃取技术一、学习目的与要求了解双水相体系的形成。掌握双水相萃取的基本原理。了解影响双水相萃取得率的因素。了解双水相萃取技术的应用和双水相萃取技术的进展。二、考核知识点与考核目标7.1概述（一般）7.1.1双水相萃取的特点（理解）7.1.2双水相萃取的基本概念（识记）7.1.3双水相萃取现象（应用）7.1.4聚合物的不相溶性（理解）7.2双水相分离理论（重点）7.2.1双水相形成（理解）7.2.2几种典型的双水相系统（识记）7.2.3相图（理解）7.2.4物质在两相中的分配（理解）7.2.5双水相系统中物质分配的影响因素（理解）7.3双水相萃取技术的应用（次重点）7.3.1酶的提取和纯化（应用）7.3.2核酸的分离及纯化（应用）7.4双水相萃取技术的进展（一般）7.4.1廉价双水相体系（应用）7.4.2双水相萃取技术同生物转化相结合（应用）7.4.3双水相萃取技术同膜分离技术相结合（应用）7.4.4双水相萃取技术同亲和层析相结合（应用）第八章反胶团萃取一、学习目的与要求掌握反胶束的形成和概念，比较反胶束和正常胶束。掌握反胶团的物理化学性质，了解反胶束萃取的基本原理。学习反胶团的制备方法。理解蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型。掌握影响反胶束萃取得率的因素。了解反胶团萃取在分离工艺中的应用。二、考核知识点与考核目标8.1概述（一般）8.1.1反胶团的概念（识记）8.1.2反胶团的功能（理解）8.1.3反胶团的应用方面（应用）8.1.4反胶团萃取的优点（理解）8.2反胶团的形成（重点）8.2.1反胶团的构造（理解）8.2.2反胶团的物理化学性质（识记）8.2.3反胶团和正胶团的比较（理解）8.2.4反胶团的制备方法（识记）8.3生物活性物质的分离浓缩（重点）8.3.1反胶团萃取的原理（理解）8.3.2蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型（识记）8.3.3反胶束萃取蛋白质的影响因素（识记）8.3.4AOT/异辛烷体系中立体性、静电性、疏水性相互作用的分离特性和效果（应用）8.4反胶团萃取在分离工艺中的应用（次重点）8.4.1分离核糖核酸酶，细胞色素和溶菌酶的混合物流程（应用）第九章膜分离过程一、学习目的与要求掌握膜分离的基本概念，基本操作模式。了解膜分离的特点，膜的分类。了解膜分离过程的机理和模型。了解膜的性能参数及其中的基本概念，影响膜寿命的因素。了解膜组件的结构与特点。比较反渗透、纳滤与超滤。二、考核知识点与考核目标9.1概述（一般）9.1.1膜的概念（识记）9.1.2膜分离的优点（理解）9.2膜和膜分离过程的分类和特性（重点）9.2.1膜的分类（识记）9.2.2膜分离过程的种类（识记）9.2.3膜分离过程的区别和使用范围（识记）9.3膜的基本理论（重点）9.3.1膜分离过程的基本传质过程（理解）9.3.2膜分离过程的机理（识记）9.3.3浓差极化（识记）9.3.4膜分离过程的扩散模型（理解）9.3.5膜的性能和参数（识记）9.3.6膜的性能参数中的基本概念（识记）9.3.7膜的使用寿命的影响因素（理解）9.3.8膜的使用寿命的影响因素中的基本概念（识记）9.4膜的应用（次重点）9.4.1膜组件的结构和特点（理解）9.4.2各种膜组件性能的比较（应用）9.4.3反渗透法膜的基本性能参数和应用（应用）9.4.4超滤法膜的基本性能参数和应用（应用）9.4.5微孔过滤的基本性能参数和应用（应用）9.4.6纳米过滤的基本性能参数和应用（应用）第十章液膜分离一、学习目的与要求了解液膜的分类，乳化液膜的形成。掌握乳化液膜的分离机制，乳化液膜的制备方法。掌握乳化液膜分离技术的一般工艺流程。了解乳化液膜在不同行业上的应用。分析液膜分离和反胶团萃取各自的异同点。二、考核知识点与考核目标10.1概述（一般）10.1.1液膜分离的概念（识记）10.1.2液膜分离的应用简介（理解）10.1.3液膜的分类（识记）10.1.4液膜的膜相组成（识记）10.2乳化液膜的制备与分离机制（重点）10.2.1乳化液膜的制备方法（理解）10.2.2乳化液膜的两大分离机制（识记）10.3载体（一般）10.3.1载体分类及简要介绍（理解）10.4乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用（次重点）10.4