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《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。
生化预处理工艺生化预处理工艺是指在生物学和生物化学领域中，对生物样本（如细胞、组织、血液等）进行处理的一系列步骤。
这些步骤旨在提取、处理和保护生物样本中的分子、蛋白质、核酸等生物大分子，以便后续的分析、检测、测序或其他实验操作。
以下是一般的生化预处理工艺步骤：1.采集样本：生物样本的采集是整个生化预处理工艺的第一步。
样本的采集应当在符合规范的条件下进行，以确保后续分析的准确性和可靠性。
2.样本分离：样本中可能包含多种生物大分子，如细胞、细胞器、蛋白质、核酸等。
生化预处理的第二步是通过离心、过滤或其他分离技术将这些组分分离出来。
3.细胞破碎或组织破碎：对于细胞或组织样本，通常需要进行破碎以释放其中的细胞器、蛋白质和核酸。
这可以通过机械方法（如超声波破碎、刀具破碎）、化学方法（如酶解）或其他物理化学方法来实现。
4.提取蛋白质：对于蛋白质的分析，需要采用合适的提取方法。
这可能包括蛋白质沉淀、蛋白质抽提液（如RIPA缓冲液）等步骤，以得到可用于后续分析的蛋白质样品。
5.提取核酸：对于核酸（DNA、RNA）的研究，需要进行核酸的提取。
常用的方法包括酚氯仿提取、离心柱法、磁珠法等。
6.样本保存：在进行生化预处理后，样本需要以适当的方式保存，以防止生物大分子的降解。
通常使用冷冻、冷藏或添加保存液等方式。
7.测量和分析：处理后的生物样本可以用于各种分析，包括蛋白质电泳、质谱分析、核酸测序、PCR等。
8.数据解释和结果呈现：最后，通过对测量和分析得到的数据进行解释，并呈现最终的结果。
总体而言，生化预处理工艺是生物学和生物化学实验的基础，其质量和准确性对于后续的实验结果至关重要。
在进行生化预处理时，需要根据实验的具体目的和样本的性质选择合适的方法和步骤。
第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些容？生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。
2、生化分离的一般步骤包括哪些环节及技术？一般说来，生化分离过程主要包括4个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调PH、凝聚和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。
3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？特点：1、目的产物在初始物料（发酵液）中的含量低；2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等；3、生化产物的稳定性低，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、表面力等非常敏感；4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中。
唯有经过分离和纯化等下游加工过程，才能制得符合使用要求的产品。
因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。
在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部分占总成本的40～80％；精细、药用产品的比例更高达70～90％。
显然开发新的分离和纯化工艺是提高经济效益或减少投资的重要途径。
4、生物技术下游工程与上游工程之间是否有联系？它们之间有联系。
①生物工程作为一个整体，上游工程和下游工程要相互配合，为了利于目的产物的分离与纯化，上游的工艺设计应尽量为下游的分离纯化创造条件，例如，对于发酵工程产品，在加工过程中如果采用液体培养基，不用酵母膏、玉米浆等有色物质为原料，会使下游加工工程更方便、经济；②通常生物技术上游工程与下游工程相耦合。
发酵-分离耦合过程的优点是可以解除终产物的反馈抑制效应，同时简化产物提取过程，缩短生产周期，收到一举数得的效果。
生化分离工程知识点归纳第一章绪论1、生物物质分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现生物物质（产品）制备的过程，是生物产业的一个重要组成部分。
2、生物工程下游加工过程的特点：（1）成分复杂：固体成分、液体成分（2）悬液中的目标产物浓度低（3）稳定性差：化学（温度和pH值）或微生物引起的降解（4）生物产品质量要求高：纯度、卫生、生物活性3、下游加工过程的一般流程（4个阶段）：发酵液的预处理与固液分离、初步纯化（提取）、高度纯化（精制）、成品加工。
4、某一具体产品的分离提取工艺设计中应考虑的问题：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦不同分离方法的技术经济比较及废液的处理方法等。
第二章发酵液的预处理与过滤1、发酵液的预处理发酵液的预处理的方法：（1）加热：最简单、最经济的预处理方法是加热，降低料液黏度，也可以对其进行灭菌。
但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。
（2）调节料液的pH值：促进全细胞聚集。
（3）凝聚和絮凝：凝聚是指通过加入简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位，从而使得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。
常用凝聚剂多为阳离子型如明矾、三氯化铁。
絮凝是指预处理时加入絮凝剂（通常指天然或合成的生物大分子聚电解质）既能降低排斥电位，又吸附了周围的微粒，形成桥架作用，促使胶粒形成粗大，密度低的絮凝团。
这些絮凝团很容易被过滤得到。
主要絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物。
（4）使用惰性助滤剂：硅藻土、珍珠岩。
2、真空过滤器的优点：连续自动操作,节省人力，生产能力大。
真空过滤器的缺点：附属设备多，投资费用高，推动力小适用于量大易过滤的料液。
3、压滤器的优点：过滤推动力大，过滤面积大。
压滤器的：缺点：板框压滤机劳动强度大，投资、维护费用高。
生物分离原理与技术知识点汇总第一章绪论1、各类分离纯化技术分别利用了生物分子的哪些特性来实现分离？利用这些性质进行分离的方法有哪些？⑴形状和大小:凝胶过滤、超滤、透析;⑵电荷性质:离子交换层析、电泳（除SDS）; ⑶极性（疏水性）:疏水层析、反相层析;⑷生物功能或特殊化学基团:亲和层析;⑸等电点 pI:层析聚焦、等电聚焦、等电点沉淀;⑹溶解性:盐析、有机溶剂提取、结晶;⑺密度、大小:超离心、SDS-PAGE。
2、一个完整的分离纯化操作有哪些基本步骤？各个阶段所用的分离方法分别侧重哪些指标？生化分离基本步骤：（1）选材: 来源丰富，含量相对较高，杂质尽可能少。
（2）提取（预处理）：将目的物从材料中以溶解状态释放出来，方法与存在部位及状态有关（3）分离纯化: 核心操作，须根据目的物的理化性质，生物学性质及具体条件确定。
（4）浓缩、结晶、干燥。
（5）保存。
整个过程应有快速灵敏准确的分析方法来衡量效果（收率、纯度）。
第二章生物样品的预处理1、简述常用细胞破碎的主要方法、原理、特点、适用范围及细胞破碎今后的发展方向。
机械法:(1)胞捣碎法。
原理：机械运动产生剪切力，适用于动植物组织。
（2）高速匀浆法。
破碎程度较上法好，且机械剪切力对生物大分子的破坏较小，处理量大。
原理：利用高压使细胞悬浮液通过针型阀，由于突然的减压和高速冲击撞击环使细胞破碎。
适用于：较柔软、易分散的组织细胞。
（3）研磨法和珠磨法。
由陶瓷的研钵和研杆组成，加入少量研磨剂（如精制石英砂、玻璃粉、硅藻土。
适用于微生物与植物细胞。
（4）挤压法。
微生物细胞在高压下通过一个狭窄的孔道高速冲出，因突然减压而引起一种空穴效应，使细胞破碎。
适用于细菌（G - ）。
物理法:（1）超声破碎。
频率为20kHz 以上的波，超过人耳可听范围。
其对细胞的破碎与空穴的形成有关。
一般样品浓度、声强、频率、介质的离子强度、pH、处理时间都对破碎有影响。
（2）反复冻融动物材料。
生化分离技术1 生化分离技术的概述生化分离技术是指通过一系列的物理或化学分离手段将生物体内的分子分离出来。
其中最常用的方法是利用疏水作用、亲水作用、离子交换、分子筛等多种机理进行分离。
分离出来的分子种类也非常多，例如蛋白质、核酸、多糖等。
生化分离技术在生物学、医学、环保等领域得到了广泛应用。
2 离心分离离心分离是一种常用的生化分离技术，利用不同物质的密度差异将它们分离开来。
通常采用离心机来进行分离。
在离心机转速不同的条件下，不同种类的物质会在不同位置最终沉积。
离心分离可用于分离蛋白质、细胞、细胞器等。
3 凝胶过滤凝胶过滤是一种分子筛分离技术，利用凝胶和带电荷的分子筛效应将大分子分离出来。
凝胶过滤通常在实验室中用于分离蛋白质或酶，其操作简单、易于进行，但分离效果受限于凝胶孔径大小。
4 电泳分离电泳分离是利用电场力将带电离子或分子分离出来的分离技术。
通常采用聚丙烯酰胺凝胶电泳等方法进行蛋白质或核酸分离。
电泳分离的速度快，分辨率高，是目前生化分离技术中最常用的一种技术。
5 亲和层析分离亲和层析分离是一种以目标分子与某种亲和基团作用为基础的分离技术。
亲和基团可以是金属离子、抗体、复合物等，在一定条件下，它们会与目标分子发生特异性结合，然后通过洗脱步骤将目标分子从载体上分离出来。
亲和层析分离广泛应用于蛋白质、DNA或RNA等分子分离。
6 总结生化分离技术是一种用于分离生物体内分子的技术，它在生物学、医学、环保、食品等领域都具有广泛的应用。
离心分离、凝胶过滤、电泳分离和亲和层析分离是常用的分离技术，它们各有特点，适用于不同类型的分子分离。
随着技术的进步，生化分离技术将会有更广泛的应用。
