生物分离工程课程设计-2015
《生物分离工程》教学大纲
《生物分离工程》教学大纲英文名称：Bioseparations Engineering学分：2.5学分学时：40学时先修课程：生物化学、化工原理、微生物学教学对象：生物工程、制药工程、药物制剂、食品工程、生物技术专业的本科生教学目的：本课程主要讲授各种生物活性物质中各种杂质的去除、分离、纯化和精制技术，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，较好地运用各种分离技术来设计合理的提取、精制的工艺路线，并能从理论上解释各种现象，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。
教学基本要求：本课程的教学与学习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成不溶物的去除、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。
教学内容：绪论（2学时）1. 生物分离工程的历史及应用2. 生物分离过程的特点基本要求掌握生物分离工程在生物工程领域的地位，生物分离过程的特点以及生物分离过程的分类。
重点：准确理解生物分离过程的特点。
难点：正确理解生物分离过程与普通化工产品分离的区别，准确理解生物分离过程的特点。
第一部分不溶物的去除第一章过滤（4学时）1. 过滤的基本概念过滤前物料的预处理方法、关于过滤过程的基本理论及方法、理想不可压缩滤饼及可压缩滤饼过滤过程方程。
2. 连续旋转式真空抽滤机的操作原理连续旋转式真空抽滤过程的三个步骤即滤饼的形成、滤饼的洗涤、滤饼的去除过程的分析与计算。
3. 过滤的设备及其结构过滤设备的分类、设备的选择、过滤介质的特征以及典型过滤设备的种类和结构。
基本要求：掌握过滤前物料预处理的基本方法，过滤的基本理论及相关方程，了解连续旋转式真空抽滤机的操作原理与过程，以及过滤设备的基本结构及选择原则。
《生物分离工程》课程教学大纲
生物分离工程课程教学大纲课程名称：生物分离工程英文名称：Bioseparations Engineering课程编号：x3030041学时数：32其中实验学时数：8 课外学时数：0课程学分：2.0适用专业：生物工程一、课程简介《生物分离工程》是生物工程专业学生必修的一门专业课。
本课程主要讲授生物工程产品分离纯化的基本原理、方法，对分离过程进行设计和优化，并在授课中体现相应分离技术的前沿知识和工业化生产相关信息。
通过《生物分离工程》课程基本理论的学习，一方面可以促进学生对专业知识的掌握，同时培养学生具有正确的认知观和唯物辩证思想方法，为从事物质分离相关领域或行业提供理论支撑和基本保障。
另一方面可以培养学生具有一定的分析和解决生物分离单元操作中遇到实际问题的能力，为拓宽学生后续的职业方向奠定坚实的基础。
二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点第一章绪论（2）1、教学内容：生物分离工程定义、特点与重要性、生物分离流程、分离技术选择原则、分离步骤设计考量、生物工程未来发展方向。
2、基本要求：了解《生物分离工程》这门课的研究方向和内容；掌握生物分离工程与生物工程的关系。
3、重点：生物分离工程概念、特点与重要性、生物分离流程。
4、难点：分离步骤设计考量。
第二章发酵液的预处理（2）1、教学内容：发酵液的基本特性、去除高价无机离子的方法、去除杂蛋白的方法和原理、减低发酵液黏度的方法、调节pH、絮凝和凝聚的定义、常用试剂和应用领域。
2、基本要求：了解为什么进行预处理和目的；熟悉杂质去除过程；掌握改善发酵液物理性质的方法。
3、重点：杂质种类、杂蛋白去除方法、发酵液物理性质改善方法。
4、难点：絮凝和凝聚。
第三章细胞的破碎（2）1、教学内容：微生物（真菌、细菌和酵母菌）的细胞壁结构及组成、细胞破碎常用技术和方法、每种技术的作用机理以及各自优势、常用设备、破碎技术研究方向。
2、基本要求：了解微生物的细胞壁结构及组成；熟悉细胞破碎的目的；掌握细胞破碎技术。
生物分离工程实验教案
山西大同大学
生命科学学院教案
课程名称：生物分离工程实验
教材名称：生物分离工程实验
授课对象：11级生工1班
授课学期：2013-2014第二学期
讲课学时：32
授课教师：张睿、张弘弛
技术职务：讲师
工作单位：生科院生工系
编写时间：2014年4月
审阅意见：
温度t = ℃
编号
H2O
加量/g
(NH4)2SO4
溶液加量纯(NH
4
)2SO4
累计量/g
溶液累
计总量/g
PEG400
质量分
数/%
(NH4)2SO4
质量分数/% /ml/g
1 0.5
2 0.3
3 0.3
4 0.3
5 0.5
6 0.5
7 0.5
注：如果实验室的电子台秤（精确至0.01g)能做到每组一台，也可采用在电子台秤上称取质量的方式来加(NH4)2SO4溶液，这样就不需要通过密度转换，更直观。
五、思考题
（一）预习
1.简述两水相萃取中成相的原因。
2.说明实验数据的每步计算方法。
（二）实验结果和讨论
1.将实验结果列入表格，并作出相图。
2.实验操作中应注意哪些问题？分析试验误差。
生物分离工程课业设计方案
生物分离工程课业设计方案一、项目背景随着生物技术的发展，生物分离工程作为一项重要的技术在生物制药、食品加工和环境保护等领域得到了广泛应用。
生物分离工程主要是针对生物体内的细胞、蛋白质、酶等生物分子进行分离和纯化，从而得到纯净的生物产品。
这对于生物制药行业的发展、食品安全和环境保护等方面都具有重要意义。
因此，本次课程设计将围绕生物分离工程展开，设计一个生物分离工程的项目，以便学生能够通过实践操作，了解生物分离工程的原理、方法和应用。
二、项目目标1. 了解生物分离工程的基本理论和方法。
2. 掌握生物分离工程的实验操作技术。
3. 设计并完成一个生物分离工程的实验项目，获得实验数据并进行分析。
4. 探索生物分离工程在生物制药、食品加工和环境保护等领域的应用前景。
三、项目内容1. 选择适合的生物分离工程项目生物体内的生物分子种类繁多，如细胞、蛋白质、核酸等。
根据项目目标和可操作性，选择适合的生物分离工程项目进行设计。
可以从生物制药、食品加工或环境保护等不同领域进行选择。
2. 设计生物分离工程实验方案根据所选项目的特点，设计生物分离工程的实验方案，包括实验操作步骤、需要的设备和试剂、实验条件等。
并进行实验方案的评估和改进。
3. 进行实验操作根据设计方案和实验步骤，进行生物分离工程的实验操作。
包括样品处理、生物体的破碎、离心分离、色谱层析等操作，获得实验数据。
4. 数据分析和实验结果的总结根据实验数据进行分析，评估实验结果，并进行总结。
对实验中出现的问题进行讨论，提出改进措施，为项目的进一步深入研究提供参考。
5. 应用前景的探索探索生物分离工程在生物制药、食品加工和环境保护等领域的应用前景，了解相关行业的需求和趋势，为学生提供就业或深造方向的参考。
四、设计思路1. 选择合适的生物分离工程项目学生可以选择生物分离工程方面的研究热点，如细胞分离技术、蛋白质纯化技术、核酸提取技术等，根据自己的兴趣和学习需求进行选择。
生物分离工程第二章PPT课件
16
差 速 离 心
17
18
主要菌体和细胞的离心分离
菌体、细胞
大肠杆菌 酵母 血小板 红血球 淋巴球 肝细胞
大小/μm
51
高压匀浆法适用于酵母和大多数细菌细胞的 破碎，料液细胞浓度可达到20％左右。团状 和系状菌易造成高压匀浆器堵塞，一般不宜 使用高压匀浆法。高压匀浆操作的温度上升 约2～ 3℃／10MPa，为保护目标产物的生物 活性，需对料液作冷却处理，多级破碎操作 中需在级间设置冷却装置。因为料液通过匀 浆器的时间很短，通过匀浆器后迅速冷却， 可有效防止温度上升，保护产物活性。
（2）过滤阻力：
• 介质阻力 • 滤饼阻力
• 大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼 阻力。
33
（3）过滤速率
dQ dt
A p
L Rm Rc
Rm表示介质的阻力； Rc表示滤饼的阻力； μL为滤液的粘度
34
（4）过滤速度的强化
a．降低滤饼阻力
• 如絮凝剂、凝固剂助滤剂等。
b．降低滤液黏度μ
• 黏度愈低，过滤阻力愈小。加热、去杂蛋白、絮凝、 调pH、选择合适的放罐时间。
过滤介质 : 过滤采用的多孔物质。
织物状介质，棉花、石棉、蚕丝、麻、
羊毛及各种人造纤维与金属丝等
多孔陶瓷介质，此为特殊的介质，低温
烧制，具有大量微细孔道的滤管或滤板 （其他多孔材料，PE等）
膜分离介质，微滤分离等
32
（1）过滤推动力：
• 悬浮液自身压强差、重力 • 悬浮液的—外加压力 • 过滤介质的—抽真空 • 离心力
生物分离工程第一章绪论
工业应用的生物分离技术
? ① 回收技术: 絮凝，离心，过滤，微过滤。 ? ② 细胞破碎技术 : 球磨，高压匀浆，化学破 ? 碎技术 ? ③ 初步纯化技术 : 盐析法，有机溶剂沉淀， ? 化学沉淀，大孔吸附树剂，膜分离技术 ? ④ 高度纯化技术 : 各类层析，亲和，疏水， ? 聚焦，离子交换 ? ⑤ 成品加工： 喷雾干燥，气流干燥，沸腾干 ? 燥，冷冻干燥，结晶
（主要杂质独特的物化性质是什么？）
? 6. What are the economics of various alternative separations?
（不同分离方法的技术经济比较）
生物分离技术的重要性
? 生物产物的特殊性； ? 生物产物所处环境的复杂性； ? 对生物产品要求的严格性；
最终结果：导致下游加工过程度成本往往 占整个生物加工过程生产成本的大部分。
蒸馏器 冷凝器
冷凝器
酒精
可溶性产品
* Ethanol from fermentation.
石灰膏剂
菌丝体
废
* Citric acid manufacture 柠檬酸
反萃取 * Penicillin production.
Production of baker's yeast 面包酵母
糖蜜
发酵
生物分离本质
有效地识别混合物中不同溶质间物 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和（或）扩 大这些差别的分离设备实现溶质间的分 离或目标组分的纯化。
常用的分离技术及其机理
生物分离工程
Chapter 1 Introduction
§1.1 Downstream processing in biotechnology
• The producing process of a biotechnological product is termed bioprocess, that can be divided into two processes as follows
• Strictly monitor the DSP steps for keeping the activity of the product;
• Rapidly remove those impurities can affecting the stability of the final product;
– Upstream processing：strain development and bioreaction （enzyme catalyze reaction, microbial fermentation, plant/mammalian cell culture, etc）
– Downstream processing：the isolation and purification of biotechnological products
• Centrifugation
– Differential centrifugation
• It is an unit operation commonly used in the biochemical industry. According to the characteristics of the broth, the aim of isolation, and the extent of separation requested, different components can be separated from the broth separately by selecting proper operational parameters in practice.
生物分离工程实验讲义(生工09)
实验一牛乳中酪蛋白的提取一、实验目的1、掌握等电点法提取蛋白的基本原理及基本操作；2、掌握双缩脲法测定蛋白含量的基本原理及基本操作。
二、实验原理酪蛋白是乳蛋白质中最丰富的一类蛋白质，约占乳蛋白的80~82%，酪蛋白不是单一的蛋白质，是一类含磷的复合蛋白质混合物，以一磷酸酯键与苏氨酸及丝氨酸的羟基相结合。
它还含有胱氨酸和蛋氨酸这两种含硫氨基酸，但不含半胱氨酸。
它在牛乳中的含量约为35g/L，比较稳定，利用这一性质，可以检测牛乳中是否掺假。
酪蛋白在其等电点时由于静电荷为零，同种电荷间的排斥作用消失，溶解度很低，利用这一性质，经牛乳调到pH4.6，酪蛋白就从牛乳中分离出来。
酪蛋白不溶于乙醇，这个性质被利用来从酪蛋白粗制剂中将脂类杂质除去。
在乳制品加工或成品中，酪蛋白含量是一个常需测定的指标。
常用于测定酪蛋白的方法是先将酪蛋白在等电点沉淀，再用凯氏定氮法测定。
本实验采用双缩脲法测定酪蛋白。
其原理为：蛋白质含肽键，肽键在碱性溶液中可与铜离子形成紫红色化合物，在540nm波长处有最大吸收，其颜色深浅与蛋白质浓度成正比，而与蛋白质分子量及氨基酸组成无关。
三、材料与试剂市售牛奶10mg/mL酪蛋白标准溶液（用0.1M NaOH配制）0.1M NaOH溶液、0.2 M pH4.6的HAc－NaAc缓冲液双缩脲试剂：称取硫酸铜（CuSO4·5H2O）1.5 g，加水100 mL，加热助溶；另称取酒石酸钾钠（NaKC4H4O6·4H2O）6.0g、碘化钾5g溶于500 mL水中。
两液混匀后，在搅拌下加入10%NaOH 300 mL，后用水稀释至1000 mL，贮存于塑料瓶中。
此液可长期保存，若瓶底出现黑色沉淀则需重新配制。
四、操作步骤1、牛乳中酪蛋白的等电点沉淀用量筒量取25 mL牛乳两份分别置于50 mL 烧杯中，水浴加热至40℃，在搅拌下慢慢加入到已预热至40℃的等体积的0.2 M pH 4.6的HAc－NaAc缓冲液中，混匀，冷却静置30 min沉淀酪蛋白后，3000 r/min 离心15 min，弃上清液，收集沉淀。
- 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)。
成绩评定方法
• 课程设汁成绩的总分为100分 • 课程设计期间表现20%； • 课程设计报告（60%）：包括完成设计任务的质 量、设计成果资料情况、设计报告编写水平、分 析问题和解决问题的能力、专业术语格式规范情 况等； • 图纸（20%）
设计说明书
• • • • •
设计基本依据或产品的分离原理 提取工艺设计及物料衡算 设备图 对本设计的简单评述 参考文献
文献资料的查阅
• 首先对给定设计选题进行工艺流程的初步 讨论．小组内分工进行资料收集工作；广 泛查四相关资料(包括图书馆手册．中国期 刊网，上市公司说明书。各生物技术论坛。 企业黄页，国外相关技术网站等)，参阅图 书资料，如一些生物产品（谷氨酸、柠檬 酸等）的车间生产设计。
工艺工段的选择及论证
• 在各小组长的组织下进行。提出几种可选 工艺工段方案，最后小组内讨论通过本组 设计任务的具体工艺流程（如：是过滤-盐 析-超滤还是过滤-盐析-色谱等）；
生物分离工程
具体怎么办
• 定题（自选一个生物产品，如：青霉素酶、重组
人促红细胞生成素等。设计时题目和内容要体现 出量，如：100L青霉素酶发酵液的分离纯化等。）
• 自组织 • 文献资料的查阅 • 工艺流程选择及论证
自组织
• 根据个人兴趣选择题目，以个人为设计单 位，整个选题的完成采取集体合作与个人 分工相结合的方法，。
技术参数的衡算
• 提取工艺即分离纯化的技术参数：选用哪 一种提取方法提取，具体操作等，物料量 衡算。 • 说明选用分离手段的工艺要点。
个人独立完成的内容
• 给出分离手段的计算及工艺要点。 • 具体分离方法的选定，衡算可能需要用到 小组内其他成员的计算数据； • 撰写课程设计说明书
格式要求: （1）中文字体用宋体，英文字体用Times New Roman，字号用小4号； 表格内容，字号用小4号； （2）正文字数3000-5000字。
设计基本依据
或分离原理
• 如青霉素酶的分离，首先要了解青霉素酶 产品的特点，采用什么分离手段合适，合 适的理由。
提取工艺设计
• • • • 提取工段的选择； 提取操作的物料衡算； 提取工段的影响因素； 提取工段的控制要点说明（如温 度、pH、仪器控制等）。
对本设计的简单评述
• 收获和体会 • 设计的优缺点