《生物分离与纯化技术》授课教案
生物制药分离纯化技术课程标准
《生物制药分离纯化技术》课程标准【课程名称】生物制药分离纯化技术【适用专业】生物制药技术专业一、课程定位和设计思路1.课程定位本课程的教学内容是生物制药生产过程工作岗位专业工作技能，本课程的功能是培养学生熟练地进行生物药物分离纯化工作，具备从发酵液、血液、动植物组织及体液中提取生和精制生物药物的能力。
因此本课程在构建学生职业工作能力过程中起支柱作用，在生物制药技术专业课程体系中处于重要的地位，是专业技术核心课程。
先行课程：《生物化学》、《微生物技术》、《发酵技术》、《生物制药设备》。
后续课程：《生物制药工艺学》、毕业设计、顶岗实习。
2.课程设计思路本课程立足于工作能力的培养，打破传统学科教学模式，在深入行业调查的基础上，以生产过程为依据，选择生产过程典型工作技能为培养内容，按照生产流程固有的顺序，结合职业教育规律，循序渐进安排教学进程。
以零距离接触车间为指导思想，设计真实工作环境，构建讲练结合立体化教学内容，培养学生成为高素质高技能应用型人才。
（1）学习领域设计本课程教学内容分为4个学习领域11个学习情景33个子学习情景，其中包含了33个工作任务。
所有教学内容以典型生产流程为载体，按照流程规定的先后顺序组织安排教学内容，形成本课程的教学进程。
当学生学习完本课程规定的所有内容时，即完成了一条完整的生物药物分离纯化生产过程的学习。
（2）学习情景设计每一个学习领域包含了若干个学习情景，而每个学习情景包含了三个子学习情景。
三个子学习情景以难度逐渐递增的排列。
（3）《生物制药分离纯化技术》课程设计总表二、课程基本要求1.知识目标（1）掌握发酵液预处理原理和参数控制知识；（2）掌握离心分离基本知识和离心机结构基本知识；（3）掌握膜过滤基本知识，掌握膜组件构造和性能基本知识；（4）掌握固相分离基本知识和参数控制方法；（5）掌握萃取基本知识，熟悉常见萃取方法类别；（6）掌握吸附剂结构基本和工作原理知识；（7）掌握离子交换树脂结构和工作原理知识；（8）掌握层析用凝胶性能和工作原理基本知识；（9）掌握晶体基本知识，掌握结晶过程参数控制方法；（10）掌握冷冻干燥基本知识，掌握冷冻干燥器的结构。
《生物分离技术》教学大纲
《生物分离技术》教学大纲课程编号：0241005课程性质：专业特色课学时/学分：32/2适用专业：生物工程；生物制药一、课程简介《生物分离技术》是一门研究生物分离过程基本原理及规律的学科，是生物工程专业中的一门重要的技术基础课程。
生物分离技术主要研究生化工程中生物制品的分离和纯化，课程主要讲授传质与生化分离工程的原理和应用，以及生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的研究进展及其动态。
《生物分离技术》的教学内容，以不溶物去除、粗分离、纯化和精制的四个阶段来展示生物分离过程的基本原理与应用实践，主要教学内容涉及发酵液的预处理、细胞破碎、萃取法、离子交换法、吸附法、层析分离法、膜分离法、结晶和干燥等单元操作原理及其在生物工程技术领域的应用。
Bioseparation Technology is a course related to the basic principles and rules of bio-separation processes,which is a fundamental course for the students of bioengineering.Bioseparation technology mainly focus on separation and purification of bioproducts from bioprocesses.This course covers theories related to bioseparation engineering and its applications,unit operations, and recent advances in bioseparation engineering area.The content of Bioseparation Technology includes four parties,such as removal of insoluble substances,crude separation,purification and refining.All of them demonstrate the details of bioseparation process and its application practices,including pretreatment of fermentation broth, cell disruption,solvent extraction,ion exchange,adsorption,chromatography,membrane separation,crystallization and drying unit operation.二、教学目的与要求课程的目的通过理论学习，扩大学生对生物分离技术的认识，培养生物提取和分离方面具有一定工程知识的生物工程技术专业人才。
生化分离与纯化技术课程标准
生化分离与纯化技术课程标准分离与纯化技术课程标准【课程名称】分离与纯化技术【课程代码】0913113【总学时数】60学时【适用于专业】食品生物技术专业一、课程概述(一)课程的性质本课程是食品生物技术专业中的一门职业能力核心课程，必修。
分离与纯化技术是实现生物工程产业化的关键问题。
本课程结合食品生物技术的行业特点，对当前生物分离与纯化技术领域的大分子物质提取、分离及纯化技术、沉淀技术、浓缩技术、膜分离技术、生物反应器技术、各种色谱技术、各种电泳技术等做了较全面、较详细的阐述，并通过案例教学等方法培养学生科学而实际的思想方法，提高分析实际技术问题和因地制宜处理这些问题的能力，使之更加容易胜任生物技术产业中新产品和新工艺的开发，生产工艺过程技术管理和高技术生产岗位的实际技术工作。
（二）课程定位通过本课程的自学，认知拆分与提纯技术的基本分析方法；掌控拆分与提纯的基础技术和设备；并使学生具有专门从事食品生物拆分提纯技术所所需的基本知识和基本技能，初步构成化解实际问题的能力，为将来专门从事本专业工作和稳步自学奠定一定基础；以行业和岗位市场需求为导向，以职业能力培育为课程教学重点和中心环节，体现职业性、实践性和开放性的建议。
（三）课程设计思路本课程的设计思路如图所示：第一步，由学校组织专业教师深入企业进行职业岗位调研，获得企业的岗位职业标准；第二步，学校和企业合作，由学校专业教师、企业专家、企业工程技术人员、能工巧匠共同组成课程设计小组，对经过职业岗位调研获得的岗位职业标准，结合生化产品分离纯化工等国家职业标准进行工作任务分析，以岗位需求为依据，以职业能力为主线，得出职业能力需求表，体现职业性的要求；第三步，课程开发小组合作进行基于工作过程的课程开发与设计，以工作过程为基础，以工作实践为起点，体现实践性的要求，设计出生物分离与纯化技术的课程教学标准；第四步，课程开发小组依据课程标准，组织开发设计课程教学所需的各类教学资源，包括：教材、课件、习题、企业生产案例、实训实习项目、学生学习指南、教学指Auron手册、进修教学实验标准及指导手册等，满足用户课程的教学市场需求；第五步，课程研发小组依据课程标准和教学资源展开教学过程设计，实行示范点教学、案例分析、分组讨论、鼓励鼓舞等多种教学方法，鼓励学生积极思考、乐意课堂教学，提升教和学的效果；根据学生的学习效果，融合学生通过真实的生物产品拆分提纯工作体验后对课程教学崭新建议的信息反馈，再展开职业岗位调研、工作任务分析、课程内容设计、教学资源研发、教学过程设计五个步骤新一轮的循环，彰显开放性的建议，并使课程内容维持与企业市场需求的一致性，不断满足用户学生发展的市场需求。
生物分离提取技术项目一：从猪胰脏中提取胰岛素任务4胰岛素的纯化教案教学设计
另外溶剂在过柱子后最好也回收使用，一方面环保，另一方面也能节省部分经费，缺点是要消耗一定的人工。这里要注意的是，一般在过柱同时进行的是减压旋蒸，石油醚和乙酸乙酯的比例由于挥发度的不同会导致极性的变化，一般会使得极性变大，在梯度淋洗时比较合适，正好极性越来越大了。在过完柱子后，溶剂最后回收要采用常压，因为在减压旋蒸时会有部分低沸点的杂质一起出来，常压时就会减少这种现象，如果杂质和你下面要过的样品有反应那就惨了。
学生回答……引入任务
三、教师讲解
1、沉淀的方法
（1）盐析法：此方法并未破坏蛋白质天然状态。沉淀出的蛋白质可不变性，所以盐析法是分离制备蛋白质或蛋白类生物制剂的常用方法。
盐析法的原理：
蛋白质在水溶液中的溶解度取决于蛋白质分子表面离子周围的水分子数目，亦即主要是由蛋白质分子外周亲水基团与水形成水化膜的程度以及蛋白质分子带有电荷的情况决定的。蛋白质溶液中加入中性盐后，由于中性盐与水分子的亲和力大于蛋白质，致使蛋白质分子周围的水化层减弱乃至消失。同时，中性盐加入蛋白质溶液后由于离子强度发生改变，蛋白质表面的电荷大量被中和，更加导致蛋白质溶解度降低，之蛋白质分子之间聚集而沉淀。由于各种蛋白质在不同盐浓度中的溶解度不同，不同饱和度的盐溶液沉淀的蛋白质不同，从而使之从其他蛋白中分离出来。简单的说就是将硫酸铵、硫化钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质在水溶液中的稳定性因素去除而沉淀。
《生物分离与纯化》课件
精细分离的效果取决于目标物质 的性质、分离方法和分离条件的 选择，需根据实际情况进行调整
。
纯化与鉴定
纯化与鉴定的目的是进一步去除杂质，提高目标物质的纯度和鉴定其性质 。
常用的纯化方法有超滤、结晶和电泳等。鉴定方法包括光谱分析、质谱分 析和免疫分析等。
纯化与鉴定的效果取决于目标物质的性质、纯化和鉴定方法的选择以及实 验条件，需根据实际情况进行调整。
离心法
离心法
利用不同物质在离心力场中的沉降速度不同 ，将悬浮液中的物质进行分离的方法。
速率区带离心法
利用不同颗粒在离心力场中的运动轨迹不同 ，将颗粒按大小和密度进行分离。
差速离心法
通过逐渐增加离心力，将不同大小的颗粒分 离开。
密度梯度离心法
在离心管中加入密度梯度介质，使不同密度 的颗粒在离心力场中分离。
实验效率的提高
提高实验效率是生物分离与纯化的关 键，可以缩短实验时间并降低成本。
优化实验流程，如减少样品处理时间 、提高自动化程度等，也可以提高实 验效率。
选择高效的分离方法，如高效液相色 谱、快速色谱等，可以显著提高实验 效率。
06
生物分离与纯化的未来发展
新技术的应用
1 2
人工智能与机器学习
初步分离的目的是将破碎后的细胞混合物分离成 各个组分，如蛋白质、核酸和脂质等。
常用的初步分离方法有离心分离、过滤分离和沉 淀分离等。
初步分离的效果取决于分离方法和分离条件的选 择，需根据实际情况进行调整。
精细分离
精细分离的目的是从初步分离后 的组分中进一步分离出目标物质
，如蛋白质、酶和核酸等。
常用的精细分离方法有亲和色谱 、离子交换色谱、凝胶色谱和排
电泳法
《生物分离与纯化技术》授课教案.
《生物分离与纯化技术》授课教案第五章过滤与膜分离技术教学目的：掌握常用的过滤介质和过滤方法，了解常用过滤装置；了解膜的种类和特性及各种膜组件相应的优缺点，掌握膜组件的种类；熟悉微滤的分离范围、分离机理和应用；了解超滤的发展、原理及超滤设备，掌握超滤膜的分类、特性及其选择方法，掌握超滤膜操作及过程中常见问题的处理；掌握透析技术的操作和影响透析的因素，了解透析技术的原理及常用的透析设备。
了解反渗透的原理，熟悉反渗透膜的特性；掌握反渗透操作及其影响因素；熟悉电渗析技术的特点、操作和影响因素，熟悉离子交换膜的分类和要求；了解纳滤技术、膜蒸馏技术的原理、特点和应用。
教学重点：常用的过滤介质和过滤方法，微滤的分离范围、分离机理和应用，超滤膜的分类、特性及其选择方法，反渗透操作及其影响因素。
教学难点：电渗析技术的特点、操作和影响因素；纳滤技术、膜蒸馏技术的原理、特点和应用。
教学课时：10学时教学方法：多媒体教学教学内容：第一节概述一、过滤的基本概念过滤是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常用方法之一。
二、过滤介质1、无定形颗粒：颗粒活性炭、沙、无烟煤2、成形颗粒：烧结金属、烧结塑料3、非金属织物：尼龙、玻璃纤维4、金属织物：不锈钢丝网5、无纺品：纸、石棉三、过滤设备1、板框压滤机优点：结构简单、过滤面积大、操作压力高、适用范围广缺点：设备笨重、间歇操作、劳动强度大、辅助时间长2、旋转过滤机可实现连续操作四、过滤方法根据推动力的不同可分为四类（a）重力过滤自然过滤（b）加压过滤板框过滤（c）真空过滤真空过滤器（d）离心过滤离心过滤器五、影响凝聚作用的主要因素简单电解质降低胶体间的排斥力。
从而范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。
1、无机盐的种类2、无机盐的化合价3、无机盐的用量第二节膜与膜组件1、膜分离的概念利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
高二生物选修一 《4.1蛋白质的分离与纯化方法》教案
高二年级第二学期生物学科总第课时教案课题一蛋白质的分离与纯化方法使用时间：____________ 主备人：_设计定电荷的蛋白质在其中泳动时，到达各自等电点的pH位置就停止，此法可用于分析和制备各种蛋白质。
2.实验原理:醋酸纤维薄膜电泳(CAME)是以醋酸纤维薄膜(CAM)作支持物的一种区带电泳技术，将血清样品点样于醋纤膜上，在pH 为8. 6的缓冲液中电泳时，血清蛋白质均带负电荷移向正极。
由于血清中各蛋白组分等电点不同而致表面净电荷量不等，加之分子大小和形状各异，因而电泳迁移率不同，彼此得以分离。
电泳后，CAM 经染色和漂洗，可清晰呈现清蛋白、一球蛋白、一球蛋白、8球蛋白、丫一球蛋白5条区带，比色即可计算出血清各蛋白组分的相对百分数。
布置学生课堂检测，并重点提示。
学生完成课堂检测课后: 学生完成课外作业及下一节布置课外作业及下一节预习提纲。
(见导学案)生物成分的分离与测定技术蛋白质的分离常用的细胞破碎的方法:预习。
抽提方法: 纯化主要是根据: 常用的方法:三、其他补充教学资料（各位教师根据各班教学特点选择补充资料，可另附纸）高二生物生物成分的分离与测定技术导学案使用时间： _______ 编制人：_一、学习目标：知道蛋白质的分离常用的细胞破碎的方法，蛋白质抽提方法，掌握蛋白质的分离与纯化方法。
二、知识构成：1.________________________________________________________________________ 蛋白质的分离常用的细胞破碎的方法有：__________________________________________________________ 根据蛋白质的不同特性，分别可选择哪些抽提方法？________________________________________________ 、蛋白质的纯化主要是根据____________________________ 之间以及__________________________ 之间在 ______________ 、_____________ 、_________ 、___________ 等方面存在的差异进行的。
生物分离与纯化技术(生化工艺)第3章 萃取技术
为什么超临界流体可以作为萃取剂
萃取剂应具有的特点：
1. 对产物有较大的溶解能力
2. 有良好的选择性
3. 扩散系数大，萃取速度快 4. 便于进行产物回收 5. 其他性能（廉价、无毒、无腐蚀等）
1.超临界流体条件下的溶解度
溶质在一种溶剂中的溶解度取决于二种分 子之间的作用力，这种溶剂－溶质之间的 相互作用随着分子的靠近而强烈地增加，
第3章 萃取技术
第一节 有机溶剂萃取 本节重点：
萃取相关概念：分配系数、分离因素、 反萃取、萃取相、萃余相 影响物质分配系数的因素：pH、无机盐、 有机溶剂、带溶剂 各种萃取工艺流程的特点
一、基本概念与分类
萃取：利用在互不相溶的两相中各种组分（包括目的产
物）溶解度的不同实现不同物质分离的方法。 萃取剂：用于从原料中提取目标产物的液体 萃取相：达到萃取平衡后，产物较多而杂质较少的一相 萃余相：达到萃取平衡后，产物较少而杂质较多的一相
反胶团溶液形成的条件和特性
1. 表面活性剂
反胶团(reversed micelle)是表面活性剂分散于连续
有机相中一种自发形成的纳米尺度的聚集体，所以表面活
性剂是反胶团溶液形成的关键。
表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极 性基团两部分组成的两性分子，可分为阴离子表面活性 剂、阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。
3. 超临界流体中产物的回收
• 临界萃取的实际操作区域为图中 虚线以上部分，大致在对比压力 pt ＞1，对比温度Tt为0.9与1.2之 间。在这 一区域里，超临界流体 具有极大的可压缩性。
• 由图可见，在1.0＜ Tt ＜1.2时， 微小的压力变化将大大改变超临 界流体的密度，从而影响超临界 流体的溶解能力
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《生物分离与纯化技术》授课教案
第一章绪论
教学目的：熟悉生物物质的概念、种类和来源；了解分离纯化技术及其基本原理；熟悉分离纯化工艺的优化、放大和验证工作；掌握分离纯化的特点与一般步骤；了解生物分离纯化技术的发展历史；熟悉生物分离纯化技术的发展趋势。
教学重点：生物物质的概念、种类和来源；分离纯化工艺的优化、放大和验证工作；分离纯化的特点与一般步骤；生物分离纯化技术的发展趋势。
教学难点：分离纯化技术及其基本原理；分离纯化工艺的优化、放大和验证工作。
教学课时：4 学时
教学方法：多媒体教学
教学内容：
第一节生物分离与纯化的概念与原理
一、生物物质的概念、种类和来源
1. 生物物质：氨基酸及其衍生物类、活性多肽类、蛋白质、酶类、核酸及其降解
物、糖、脂类、动物器官或组织制剂、小动物制剂、菌体制剂
2. 生物物质来源：动物器官与组织、植物器官与组织、微生物及其代谢产物、细胞培养产物、血液、分泌物及其代谢物
二、生物分离纯化概念
指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液或动植物组织细胞与体液等中分离、纯化生物产品的过程。
三、生物分离纯化技术
生物技术
上游：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程及组织工程；下游：生物产品的回收——生物分离与纯化技术，主要包括离心技术、细胞破碎技术、萃取技术、固相析出技术、色谱技术和膜分离技术等。
四、分离纯化基本原理
有效识别混合物中不同组分间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质或扩大这些差别的分离设备来实现组分间的分离或目标产物的纯化。
第二节分离纯化策略
一、生物分离纯化技术的特点
1. 环境复杂、分离纯化困难
2. 含量低、工艺复杂
3. 稳定性差、操纵要求严格
4. 目标产物最终的质量要求很高
5. 终极产品纯度的均一性与化学分离上纯度的概念并不完全相同
二、分离纯化方法选择的原则
1. 技术路线、工艺流程尽量简单化；
2. 尽可能采用低成本的材料与设备；
3. 将完整工艺流程划分为不同的工序；
4. 注意时效性；
5. 采用成熟技术和可靠设备；
6. 准备好书面标准操作程序等技术文件；
7. 检测纯化过程中产物产量和活性
三、分离纯化的原材料选择与成品保存
1. 原材料的选择
(1) 来源
(2) 与目标产物含量相关的因素
①合适的生物品种
②合适的组织器官
③生物材料的种属特异性
④合适的生长发育阶段
⑤合适的生理状态
2. 天然生物材料的采后处理
天然生物材料需要处理的原因
①细胞自溶导致目标产物失活或降解；
②易受微生物污染导致目标产物失活或降解。
③易受光照、氧气等的作用导致其分子结构改变。
一般植物材料需进行适当的干燥后再保存，动物材料需经清洗后速冻、有机溶剂脱水或制成丙酮粉在低温下保存。
3. 成品的保存
(1)影响生物产品保存的主要因素
①空气②温度③水分④光线⑤ pH ⑥保存期
(2)蛋白质和酶制品的保存方法①低温下保存②制成干粉或结晶保存③保存时添加保护剂
四、分离纯化的准备工作
1. 软件材料的准备
2. 硬件材料的准备
五、分离纯化的基本步骤
六、分离纯化技术的综合运用与工艺放大
一种合格产品要运用多种分离设备和技术进行纯化，原因为：
①在每个工序中根据现有设备条件和目标产物的性质、规格、用途不同可采用多种分离纯化手段；
②每种分离纯化操作本身各项影响加工效果的因素都直接影响分离纯化的效果和成本；
③各工序间具有复杂的相互影响作用。
1. 建立在制品、半制品成品上的检测方法是工艺优化的前提
2. 明确优化工艺的评判标准，处理好收率、纯度、经济性之间的平衡
应将处理体积大、加工成本低的工序尽量前置，而价格昂贵、精制工序易放在工艺流程的后段。
随产物纯度的提高，对工艺流程下游加工所用的设备、试剂的要求亦提高。
七、分离纯化的中试放大
1. 中试放大具备的条件①确定并系统鉴定了生物材料的资源②目标产物的收率稳定即重复性好，质量可靠③工艺路线和操作条件已经确定，并且已经建立了原料、半制品、产品的的分析检测方法
④已经进行过物料平衡预算，并且建立了“三废”的处理和监测方法⑤确立了中试规模及所需原材料的规格和数量⑥建立了教完善的安全生产预警措施和方法
2. 中试放大中力求解决及注意的问题(1)进一步确定生产中所需原辅料的规格和来源(2)进一步确定生产设备的选型与设备材料的质量
(3) 进一步确定分离纯化操作的条件限度
(4) 研究和建立原辅材料、中间体及产品质量的分析方法和手段
3. 中试放大的方法
经验放大法、相似放大法、数学模型放大法、步步为营法、一竿子插到底法
4. 中试放大的关键环节
①工艺路线及各工序操作步骤
②设备材质与型号的选择
③原辅材料、中间体的质量标准
④操作条件
⑤物料衡算
⑥安全生产与“三废”防治
⑦原辅材料、中间体及产品的理化和生物学测定
⑧消耗定额、原料成本、操作工时与生产周期等的计算
八、生物药品生产工艺的验证
1.验证的概念证明任何程序、生产过程、设备、物料、活动或系统确实能达到预期结果的有文件明的一系列活动。
2.药品生产验证的主要内容设备与厂房和公用设施验证、工艺验证、清洁验证、分析方法验证、计算机验证
3. 生产工艺验证
①关键工艺步骤的验证
②关键工艺参数的验证
③工艺一致性验证
第三节生物分离纯化技术的发展
一、生物分离纯化技术的发展历史
1.古代酿造业
包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等，都是家庭作坊式的，产物基本不经过后处
理而直接使用。
2.原始分离纯化时期（第一代生物技术产品）
主要指19 世纪60 年代到20 世纪40 年代青霉素等抗生素出现之前的生物技术产业。
3. 传统分离纯化方法推广使用时期（传统第二代生物技术产品）以青霉素产品的出现为代表。
这一时期的特点是产品类型多，分子结构较为复杂，对分离纯化提出了更高要求。
这期间引进吸收了大量的近代化学工业的分离技术，据报道有80 ％的化工单元操作技术被引进生物工业。
4. 快速发展时期（第三代生物技术产品）
一般认为以20 世纪70 年代末崛起的DNA 重组技术及细胞融合技术为代表。
如乙肝疫苗、干扰素等一批对人类十分有益的高附加值的产品开始面世，生物下游技术领域的研究和开发力度不断加大，推出新技术。
二、生物分离纯化技术的发展趋势
1.多种分离纯化技术和新、老技术的相互交叉、渗透和融合
2.强化化学作用对分离纯化过程的影响
3. 注重上游技术的改进，简化分离纯化过程
4. 由环境污染向清洁生产工艺转变。