课程编号：1107300007

课程名称：生物分离工程

学分/学时：3/48

开课学期：第5学期

课程类型：专业必修课程

课程性质：必修

先修课程：《生物化学》、《微生物学》、《化工原理》等

适用专业：生物工程

考核方式：考试（闭卷）

考核形式：作业/大作业、章节测试、期末考试等多种组合形式

建议教材：《新编生物工艺学》下册（第1版），俞俊棠主编，北京：化学工业出版社．2006年第四次印刷。

内容简介：

“生物分离工程”是生物工程专业的专业学科课程，在本科阶段的第五学期开设。本课程基于培养一线工程师为目标的工程应用型人才所需要的生化产品分离的知识能力结构和工程实际能力出发，以产品的形成过程为主线，从发酵液的预处理、产品的初步纯化、高度纯化和产品加工等四个方面介绍现代分离方法和技术的基本原理、理论基础、实验技能和方法。同时，以研究不同物质分离方法为重点，介绍生物分离工程在工、农业、医学、食品卫生、环境保护等方面的应用，旨在能将生物分离工程专业知识和原理应用于生物制造与加工过程中，对生物产品的发酵、生物产品加工等与生化物质生产相关的复杂工程问题具有识别、判断、和提高分析问题和解决实际工程问题的能力，也为在行业产业领军型的工程应用人才打下良好的基础。

生物分离工程

Bio-Separations Engineering

课程编号：1107300007

学 分：3学分

学 时：48学时（讲课：48学时 实验：0学时 实践：0学时）

开课学期：第5学期

课程类型：专业必修课程

课程性质：必修

先修课程：《生物化学》、《微生物学》、《化工原理》等

适用专业：生物工程

建议教材：《新编生物工艺学》（第1版），俞俊棠主编，北京：化学工业出版社．2006年第四次印刷。

主要参考书：（1）孙彦编著．生物分离工程（第3版）/普通高等教育“十五”国家级规划教材生物分离工程（第3版）/普通高等教育“十五”国家级规划教材，北京：化学工业出版社．2014年。

（2）田瑞华编著．生物分离工程，北京：科学出版社．2008年。

（3）曹学君主编．现代生物分离工程．上海，华东理工大学出版社．2010年。

开课学院：九游会老哥俱乐部

修订日期：2019年7月

一、课程说明

生物分离工程是研究生化工业中生物制品分离和纯化的工程技术学科，是生物工程中不可缺少的组成成分。课程主要讲授传质与生化分离工程的原理和应用，以及生化物质的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。本课程基于培养一线工程师为目标的工程应用型人才所需要的生化产品分离的知识能力结构和工程实际能力出发，以产品的形成过程为主线，从发酵液的预处理、产品的初步纯化、高度纯化和产品加工等四个方面介绍现代分离方法和技术的基本原理、理论基础、实验技能和方法。同时，以研究不同物质分离方法为重点，介绍生物分离工程在工、农业、医学、食品卫生、环境保护等方面的应用，旨在能将生物分离工程专业知识和原理应用于生物制造与加工过程中，对生物产品的发酵、生物产品加工等与生化物质生产相关的复杂工程问题具有识别、判断、和提高分析问题和解决实际工程问题的能力，也为在行业产业领军型的工程应用人才打下良好的基础。

二、课程目标

1、以产品的形成过程为主线，从发酵液的预处理、产品的初步纯化、高度纯化和产品加工等四个方面介绍现代分离方法和技术的基本原理、理论基础、实验技能和方法。了解生物分离工程的发展历史、研究进展和发展方向，以及各种分离技术的工艺方面和工程方面的知识，能够设计生化产品的分离工艺；分离提取的调控机制以及分离纯化的复杂工程问题。

（对应毕业要求1.3： 掌握解决复杂生物工程问题所需的工程基础知识。1.4掌握能够解决复杂生物工程问题的专业基础知识。）

2.掌握设计生物制造与加工复杂问题解决方案的全流程的方法和技术；能将各种方法根据被分离物质的性质，来优化和改进提取工艺，具备识别、判断和解释生物制造与加工过程所涉及的与微生物学相关复杂问题的能力。

（对应毕业要求3.3对生物工程系统或过程进行设计、优化和改进，体现创新意识）

3、掌握研究各种分离纯化方法的原理、实验操作，以及涉及到的分离相关设备，并根据产物的性质（如分子量大小、表面所带电荷、疏水性、等电点等），设计待分离产品的分离提取的实验方案（工艺），科学地采集实验数据，并能对实验结果进行信息综合，得到有效的结论。研究发酵生产、环境保护、生化产品制备等生产实际中与分离提纯相关的的复杂工程问题。

（对应毕业要求4.2设计实验方案，正确操作实验装置，安全开展工程相关实验）。

三、教学内容及基本要求

（一）下游加工过程概论

1．课程教学内容

（1）下游加工过程概念以及在生物技术中的地位和作用

（2）生物技术下游加工过程的特点

（3）下游加工过程（技术）的一般工艺流程和单元操作

（4）生物技术下游加工技术的发展趋向和我国的研究现状

2．课程的重点、难点

下游加工过程（技术）的一般工艺流程和单元操作。

3．课程教学要求

掌握微下游加工过程概念、特点和下游加工过程（技术）的一般工艺流程和单元操作。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	1、下游加工过程概念以及在生物技术中的地位和作用 2、生物技术下游加工过程的特点 3、下游加工过程（技术）的一般工艺流程和单元操作 （5个知识点视频）	1
基于问题的教学（课堂提问、小组讨论等）	1、下游加工过程能生产哪些产品？（案例举例：何谓生化产品？讨论日常生活的产品是怎么生产出来的） 2、下游加工过程的一般思路和方法。（案例举例：有哪些方法可以用于分离提取？。）	1
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、下游加工过程的发展现状 2、下游加工过程的发展趋势	1

本章考核：本章考核内容对应课程目标1。

1、本章有5个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1）

3、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1）

（二）发酵液的预处理和固液分离方法

1．课程教学内容

（1）发酵液的预处理

1）发酵液的预处理的目的

2）发酵液的预处理方法：无机离子的去除方法、杂蛋白的去除方法、凝聚和絮凝技术

（2）发酵液的固液分离：发酵液的过滤特性和滤饼的重量比阻、影响固液分离的因素、改善过滤性能的方法、固液分离设备的选择、选择固液分离方法的准则、固液分离技术的发展动向

2．课程的重点、难点

发酵液的预处理方法、以及改善过滤性能的方法。

3．课程教学要求

掌握细发酵液的预处理方法、以及改善过滤性能的方法；了解固液分离技术的设备和发展动向。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容 （4个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、全班分为若干小组，每个小组一套测试讨论题，当堂做完，相互评判。 2、发酵液预处理方法的优化思路和策略？ 3、工业上是如何进行发酵液预处理的？ 4、固液分离设备的特点和应用范围？ 5、有问题现场讨论，锻炼学生去熟悉和解决工程上的问题。	1、2、3
基于问题的教学（课堂提问、小组讨论等）	1、工业上固液分离的设备如何？（有照片说明），实际操作中的困难在哪？ 2、工业上用的最多的发酵液预处理的方法是什么？会遇到哪些困难？如何解决等？	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、固液分离技术的设备特点和选择 2、固液分离技术的发展趋势	1

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有4个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1）

3、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1）

（三）微生物细胞破碎

1．课程教学内容

（1）微生物细胞破碎技术

1）机械破碎法：高速珠磨机（High speed bead mill）、、高压匀浆器（High pressure homogenizer）、超声破碎等。

2）非机械破碎法：酶解的方法、化学的方法、物理的方法）

（2）各种破碎方法的评述和选择依据

（3）破碎率的测定

（4）包涵体的分离和蛋白质的复性工艺

（5）细胞破碎技术研究的发展动向

2．课程的重点、难点

机械破碎法的原理和应用范围、各种破碎方法的评述和选择依据和包涵体的分离和蛋白质的复性该工艺。

3．课程教学要求

掌握工业上常用的细胞破碎方法和应用，以及如何选择这些方法，掌握包涵体的分离和蛋白质的复性该工艺。了解破碎率的测定和细胞破碎技术研究的发展动向。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应学习成果
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容 （4个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、全班分为若干小组，每个小组一套测试讨论题，当堂做完，相互评判。 2、工业上常用的细胞哦破碎方法是什么？如何避免活性物物质的损失？ 3、胞外和胞内产物，采用的细胞破碎方法如何选择？如何设计实验方案？ 4、工业上细胞破碎的设备如何？他们的优缺点和注意事项如何？	1、2、3
基于问题的教学（课堂提问、小组讨论等）	1、工业上微生物细胞破碎常采用的方法是什么？，实际操作中的困难在哪？ 2、工业上如何选择细胞破碎的方法？要注意什么问题？	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、细胞破碎工程上的问题有哪些？如何处理？ 2、细胞破碎技术的发展趋势	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有四个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（四）沉淀法

1．课程教学内容

（1）盐析沉淀法

1）盐析沉淀法的基本原理：Cohn经验方程式及β的物理意义、Ks—盐析常数的物理意义、Ks分级盐析、β分级盐析等

2）无机盐的选择：阴、阳离子盐析效果、最常用的盐析剂—硫酸铵、无机盐加入的两种方法、影响盐析的各种因素。

3）在实际操作过程中，如何运用盐析法来沉淀所需的蛋白质？

（2）等电点沉淀法：等电点沉淀法的机理、等电点沉淀法的举例

（3）其它沉淀方法

2．课程的重点、难点

盐析沉淀法的基本原理、以及在实际沉淀时，如何利用盐析法来分离蛋白质？

3．课程教学要求

掌握沉淀法的概念、盐析沉淀的概念以及其分离的原理和应用范围、以及在实际工作中，如何运用盐析法来沉淀所需的蛋白质。了解其他沉淀方法。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容 （3个知识点视频）	1
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、全班分为若干小组，每个小组一套测试讨论题，当堂做完，相互评判。 2、工业上沉淀法如何用来分离生化物质？使用盐析沉淀法来分离时，工业上要注意些什么？ 3、如何实现Ks分级盐析、β分级盐析？ 4、举例工业上用盐析法来分离的物质有哪些？沉淀是分别要注意什么？	1、2、3
基于问题的教学（课堂提问、小组讨论等）	1、除了盐析法外，其它的沉淀法在工业上的应用有哪些？ 2、盐析曲线的做法有哪几种？分别在什么情况下用？ 3、盐析的机理如何理解？ 4、盐析分离工艺流程的设计	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、盐析法分离蛋白质工艺中，设计到的工程问题是什么？如何理解？ 2、沉淀分离技术的发展趋势	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有三个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（五）膜分离技术

1．课程教学内容

（1）膜分离技术概况：膜的发展、不对称结构膜及其特点、膜分离技术的优点和存在的问题

（2）膜分离技术的类型和定义：常见膜的分类、概念和不同膜的特点比较

（3）膜的制造：制造膜的材料及其性能、制备膜和保存膜的方法

（4）表征膜性能的参数：膜的水通量、截留率和截留分子量（MWCO）、截留曲线、

膜孔道特征、影响截留率的因素（与溶质分子的形状有关、吸附作用、其它高分子溶质的影响、pH、温度、离子强度等因素的影响）

（5）分离机理：毛细管流动模型（超滤和微滤的分离机理）、反渗透膜分离理论（优先吸附—毛细孔流理论、溶解—扩散模型）

（6）传递理论：过滤模型、膜两侧溶液间的传递方程式-浓差极化一凝胶层模型

（7）影响超滤速度的各种因素：压力、进料浓度、温度、流速等的影响

（8）膜的污染、清洗：膜污染及减轻膜污染的方法、膜的清洗

（9）膜的应用：反渗透膜的应用、微滤膜的应用、超滤膜的应用、电渗析的应用、膜分离过程在胞内发酵产物提取中的应用

2．课程的重点、难点

表征膜性能的几个重要参数、常见的五种膜分离技术的性能比较、膜分离原理及传质理论、各种膜分离过程在胞内、胞外发酵产物提取中的应用。

3．课程教学要求

掌握表征膜性能的几个重要参数及其测定方法；掌握常见的五种膜分离技术的性能比较；掌握膜分离原理及传质理论、各种膜分离过程在胞内、胞外发酵产物提取中的应用；了解发酵工业中微生物的培养方法；了解膜的制造工艺、影响超滤速度的各种因素等。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容 （6个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、全班分为若干小组，每个小组一套测试讨论题，15分钟内做完，相互评判。 2、常见的膜过滤装置有哪些？这些膜组件是如何分离产品的？ 3、举例说明膜分离过程在提取生化物质中的应用？并画出工艺流程图 4、影响膜分离技术的因素有哪些？在工业上要注意哪些问题?	1、2、3
基于问题的教学和探究式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、膜分离技术跟其他的分离技术相比，它的优势在哪里？举例说明。 2、工业上膜分离技术和其他技术如何结合起来？工业上膜分离过程中的工艺和工程问题如何跟我们学的理论相联系。 3、如何提高膜分离技术的效率？在实际生产中要注意些什么问题？ 5、膜分离技术的发展趋势如何？	1、2

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有六个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（六）溶剂萃取

1．课程教学内容

（1）萃取分离的一般原理

1）基本概念

2）分配定律：表达式及成立的条件

3）弱电解质在有机溶剂—水相间的分配平衡

（2）溶剂的选择和溶剂萃取法的特点

（3）水相条件的影响因素：pH、温度、盐析作用和带溶剂的影响

（4）乳化和去乳化作用：乳浊液的形成与类型、乳浊液的形成条件和类型、Gibb（吉布斯

吸附方程式及其含义、乳浊液的稳定条件、乳浊液的类型表征、乳浊液的破坏、常用的去乳化剂

（5）萃取方式和理论得率的计算

2．课程的重点、难点

溶剂萃取原理；弱电解质在溶剂萃取中的分配平衡；水相条件的影响因素等。

3．课程教学要求

掌握溶剂萃取的基本原理；掌握弱电解质在溶剂萃取中的分配平衡规律；掌握影响萃取的水相条件因素；理解萃取方式和理论得率的计算；了解乳化和去乳化作用。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容 （4个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、全班分为若干小组，每个小组一套测试讨论题，当堂做完，相互评判。 2、工业上溶剂萃取法主要应用的领域是什么？使用溶剂萃取来分离时，工业上要注意些什么？ 3、工业生产中如何防止乳化现象产生？采取的措施是？ 4、溶剂萃取的工业设备和管道设计如何？	1、2、3
基于问题的教学（课堂提问、小组讨论等）	1、设计实验方案来萃取抗生素、维生素等小分子物质？ 2、溶剂萃取的优缺点？为什么现在还用该方法？ 3、如何提高萃取的效率？在实际生产中要注意些什么？ 4、乳化和去乳化现象如何判断以及如何解决这个问题？	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、溶剂萃取中单级萃取的理论得率的计算以及多级萃取的计算？它们有何意义？ 2、在工业上溶剂萃取设备有哪些？它们有何特点？它们之间有何联系？	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有四个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（七）双水相萃取（两水相分配）

1．课程教学内容

（1） 双水相萃取法概述：水溶性高聚物相系统、双水相萃取（partitioning in aqueous two-phase system）、高聚物水溶液混合时的相互作用力、水相系统的种类、Nernst分配定律、相图及相比公式（相图的制作、制作相图的意义）

（2）双水相萃取的分离原理：表面自由能的影响——布朗运动和界面张力引起的粒子分配；分配系数与活度的关系；电荷的影响——相系统的道南电位。

（3）影响双水相萃取的因素：聚合物种类及其分子量的影响、聚合物的浓度（或系线长度）对分配平衡的影响、盐类的影响（离子环境对蛋白质在两相系统中分配的影响）、体系pH值对分配系数的影响、体系温度对分配系数的影响、荷电PEG作为成相聚合物对分配系数的影响。

（4）双水相萃取的应用：工艺方面的应用、工程方面的应用

（5）双水相萃取技术的进展：廉价双水相体系的开发、双水相萃取技术同其他分离技术结合，提高分离效率。

2．课程的重点、难点

双水相萃取的基本原理、相图的理解以及相图给我们的信息、影响双水相萃取的因素、双水相萃取的应用。

3．课程教学要求

掌握双水相萃取的基本原理、相图的理解以及相图给我们的信息、影响双水相萃取的各种因素；了解双水相萃取技术的发展趋势。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容（5个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、全班分为若干小组，每个小组一套测试讨论题，当堂做完，相互评判。 2、工业上双水相萃取法主要应用范围是什么？在分离时，要注意些什么问题？ 3、工业生产中如何保证双水相萃取的效率？采取的措施是什么？ 4、如何设计方案确定双水相萃取的各个因素？萃取得率的计算。	1、2、3
基于问题的教学和探究式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、以蛋白质和酶为例，以双水相萃取法来分离的实验方案如何设计？并分析其可行性。 2、工业上双水相萃取的设备怎样？在萃取时要注意的问题是什么？工艺问题和工程问题如何跟我们学的理论相联系。 3、如何提高萃取的效率？在实际生产中要注意些什么？ 4、双水相萃取既可以用于大分子物质的提取又可以用于小分子物质的提取，如何理解？	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、如何理解相图？相图上面的系线上的各个点代表的含义是什么？ 2、成相聚合物跟相图有什么关系？实际用双水相来萃取物质时，要注意什么问题？	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有五个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（八）离子交换树脂法

1．课程教学内容

（1）离子交换的基本概念：离子交换树脂、离了交换树脂的单元结构

（2）离子交换树脂的分类及理化性能：离子交换树脂分类及其特点、各种类型的离子交换树脂的理化性能和测定方法

（3）离子交换过程的理论基础：离子交换机理、影响离子交换速度的因素

（4）离子交换过程的选择性：交换系数、影响离子交换过程选择性的各种因素

（5）软水和无盐水的制备：软水和无盐水的制备及其特点、电渗析制备无盐水与离子交换树脂制备无盐水的比较

（6）树脂和操作条件的选择及应用实例：树脂和最适操作条件的选择、应用举例（链霉素、青霉素、赖氨酸等）

2．课程的重点、难点

四种常见的离子交换树脂的理化性能和测定方法；影响离子交换过程选择性的各种因素；树脂和操作条件的选择及应用实例。

3．课程教学要求

掌握诱四种常见的离子交换树脂的理化性能和测定方法；掌握影响离子交换过程选择性的各种因素；树脂和操作条件的选择及应用实例；理解离子交换过程的理论基础；了解软水和无盐水的制备和电渗析制备无盐水的知识。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容 （6个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、全班分为若干小组，每个小组一套测试讨论题，当堂做完，相互评判。 2、工业上利用离子交换树脂来分离的物质有哪些？请设计实验方案并画出工艺流程图？ 3、工业上的离子交换树脂柱是如何填充的？如何判断需要更换离子交换树脂？ 4、离子交换树脂分离过程中会导致环境污染，采取哪些措施尽量避免？	1、2、3
基于问题的教学和探究式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、如何选择离子交换树脂来分离抗生素、氨基酸等物质？在操作过程中需要注意一些什么？ 2、工业上用离子交换树脂来分离物质时，交换过程和机理怎样？所涉及到的工艺问题和工程问题如何跟我们学的理论相联系。 3、如何衡量离子交换树脂分离的效率？在实际分离提取过程中要注意些什么？ 4、离子交换树脂分离时，加样过程和洗脱过程有哪些不同？	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、离子交换树脂的适用范围如何？是否可用其他技术来替代该技术。 2、离子交换树脂如何装柱？特别是混合柱子如何装？使用失效后，又如何回收和再生树脂？	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有六个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（九）吸附法

1．课程教学内容

（1）吸附过程的理论基础：吸附法的基本概念、吸附类型、吸附力的本质、影响吸附过程的因素、吸附等温线的类型和特点

（2）大网格聚合物吸附剂及其应用：大网状聚合物吸附剂类型和结构、大网状聚合物吸附剂吸附机理、大网状聚合物吸附剂物理性能的测定、大网状聚合物吸附剂的应用

2．课程的重点、难点

吸附力的本质；吸附等温线类型和特点；大网格聚合物吸附剂及其应用。

3．课程教学要求

掌握吸吸附等温线的类型和特点；掌握大网格聚合物吸附剂及其应用；理解吸附力的本质；了解传统吸附剂的特点。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	通过视频自学全部教学内容，然后再进行翻转课堂讨论。（3个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、用于分离的吸附剂有哪些？他们的不足是什么？ 2、吸附等温线的含义和意义？ 3、用大网格聚合物吸附剂来分离的优点如何？请举例说明其应用，并画出生产工艺流程图？	1、2、3
基于问题的教学和探究式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、大网格聚合物吸附剂的类型和选择依据是什么 ？ 2、工业上利用大网格聚合物吸附剂来分离提取哪些物质？实验装置图如何？	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、试比较大网格聚合物吸附剂和离子交换树脂来分离物质的异同点？。 2、大网格聚合物吸附剂是否也是填充在柱子里面？吸附法分离物质时，吸附过程和洗脱过程什么讲究？	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有三个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（十）色谱法

1．课程教学内容

（1）色谱法的基本概念：色谱法（层析法）、、离子交换色谱（层析）、、凝胶排阻色谱（层析）、亲和色谱（层析）、分配色谱（层析）、吸附色谱（层析）、分配层析分离的基本原理、解离常数和分离因素、阻滞因素、洗脱容积和洗脱体积、色层分离的塔板理论等的概念

（2）柱操作系统：柱操作系统组成、装置和每一步操作过程

（3）离子交换色谱（层析）：离子交换色谱的分离原理、离子交换剂和离子交换树脂的区别和联系、离子交换色谱应用

（4）吸附色谱（层析）：羟基磷灰石吸附的分离原理和应用、羟基磷灰石吸附跟吸附法的区别和联系

（5）凝胶过滤色谱（层析）：凝胶的选择、凝胶过滤色谱的分离原理和应用

（6）亲和色谱（层析）：亲和色谱的分离原理、固定化金属离子鳌和层析原理和应用

2．课程的重点、难点

离子交换色谱的分离原理和应用；羟基磷灰石吸附的分离原理和应用；凝胶过滤色谱的分离原理和应用、固定化金属离子鳌和层析原理和应用。

3．课程教学要求

掌握离子交换色谱的分离原理和应用；掌握羟基磷灰石吸附的分离原理和应用；掌握凝胶过滤色谱的分离原理和应用；掌握固定化金属离子鳌和层析原理和应用；理解分配层析分离原理；理解色层分离的塔板理论，了解解离常数和分离因素、阻滞因素、洗脱容积和洗脱体积等概念。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	全部教学内容 （6个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、分配层析固定相和流动相特点？它主要应用于什么物质的分离？ 2、凝胶过滤层析的具体应用表现在哪几方面？工业上如何用凝胶过滤层析来分离物质的？ 3、试述离子交换色谱的分离蛋白质过程？包括离子交换剂的选择以及交换和洗脱过程，并画出生产工艺流程图。	1、2、3
基于问题的教学和探究式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、举例说明工业上采用羟基磷灰石吸附来分离物质的过程和分离效果监测？ 2、工业上亲和层析主要用于纯化什么物质？画出其设备装置和生产工艺流程图	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、色层分离的塔板理论如何理解？HPLC的分离原理跟它之间的关系。 2、讨论一下亲和层析在应用上的现状和未来	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有六个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

（十一）结晶法

1．课程教学内容

（1）结晶过程的实质：结晶的基本原理、结晶和沉淀的区别和联系、过饱和溶解度曲线及其含义、结晶过程是一个表面化学反应的过程

（2）结晶过程：过饱和溶液的形成方法、晶核的形成和晶体的生长、重结晶

（3）结晶过程的应用：简单介绍小分子和大分子物质的结晶

2．课程的重点、难点

过饱和度、结晶和重结晶概念；结晶过程的实质；过饱和溶解度曲线及其含义。

3．课程教学要求

掌握过饱和度、结晶和重结晶概念；掌握结晶过程的实质和过饱和溶解度曲线及其含义；理解结晶是一个表面化学反应的过程；了解结晶过程的应用。

4．课程教学方式

教学方式	建议教学内容	对应课程目标
采用慕课教学（线上和线下相结合、讲授和讨论相结合，包括视频和PPT课件）	通过视频自学全部教学内容，然后再进行翻转课堂讨论。 （4个知识点视频）	1、2
讨论式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、结晶为什么能够发生？满足它的条件是什么？ 2、过饱和曲线和饱和曲线的关系？在实际应用中，如何控制好过饱和度？ 3、在工业上结晶小分子物质时，如何控制好结晶条件？结晶的设备有哪些？画出结晶工艺的流程图	1、2、3
基于问题的教学和探究式学习（课堂提问、小组讨论等）	1、结晶的实质以及结晶为什么是一个表面化学反应的过程？ 2、工业上涉及到结晶的实验装置有哪些？结晶条件有事如何优化的？请设计出实验方案。	1、2
通过学习通APP软件上，进行课后讨论（学生课外自学、跟帖）	1、查阅资料，总结小分子物质结晶的过程，并画出工艺流程图。 2、查阅资料，总结大分子物质，如蛋白质结晶的过程，并画出工艺流程图。	1、3

本章考核：本章考核内容对应课程目标1、2、3。

1、本章有四个知识点的视频，学生要课下观看视频，并完成闯关题和每个知识点后面的章节练习。（在课前先预习）（对应课程目标1）

2、章节测试：利用超星公司的学习通APP软件，在规定时间里，进行网上章节测试，时间为15分钟左右。（对应课程目标1、2、3）

3、翻转课堂讨论：根据学生线上自学视频，线上再给每个小组发放讨论题，现场做，定在大屏幕上显示，小组之间评判，老师总结。（算平时成绩分数）（对应课程目标1、3）

4、课后跟帖讨论：根据课堂教学内容及学生学习状况，确定一个时间，全班在学习通上面讨论页面跟帖，老师发问，学生跟帖或是学生发问，学生和老师跟帖。（对应课程目标1、3）

四、课程学时分配

《生物分离工程》根据教学计划规定的学时数，理论课48学时，具体学时分配如下表。

课程学时分配表

五、其他教学环节分配

无

六、教学管理

1．本课程主要采用慕课教学（手机APP软件签到、自主学习等功能）手段开展教学，慕课线上线下混合式教学，线下课堂讲授和讨论学生为36学时，线上学生自主观看视频、做闯关题和每章小测验时间为12学时。并结合班小组讨论、级讨论式等探究式学习、自主学习等教学方法，体现多元化教学方式。教学过程应该体现学生为中心、教师为主导的理念，通过强化过程性考核（、每章小测验、章节测试、每章线上作业、课堂提问、讨论等）了解学生的学习状况，引导学生对知识进行梳理，加强对知识点的深入了解。

教学重点、过程化考核、期末考核内容应该以面向产出为导向，课程学习成果以课程目标的达成情况以及能否将生物分离工程的理论知识、原理、技术用于分析、判断和解决复杂工程问题为评判依据。课后布置的讨论题以综合性、设计性习题为主，培养学生对知识的融会贯通以及分析问题、解决问题的能力，为今后在实际工作中解决复杂工程问题打下基础。

具体教学安排如下：

课下讨论和章节测试：1）学生可以通过课程QQ群、微信群、课程讨论区、线下见面课、预约当面答疑等多种方式获得帮助。本课程的教师、助讲和助教团队全程在线。对湖北大学学生每月安排二次线下见面课。单周日晚上9点-10点进行班级讨论，老师发放问题或是学生发放问题，大家都可以跟帖讨论。2）双周日晚上9点发放章节测试卷，主动组卷，每生一套，看是时间为15分钟-30分钟。

考试时间：本课程的期末线上考试时长为40分钟-60分钟，时间为17周周末。

注意事项：必须完成视频任务点的80%方可参加考试！

考核方式与成绩权重：

为更好地发挥慕课课程优势，让同学们能在课堂上、课下、论坛中交流中学习，以学生为中心，老师引领学生来选学习，因此，现将该课程的总成绩=期末卷面成绩*50%+平时成绩*50%。平时成绩包括以下内容：

签到：5% 共18次签到，麻烦为100分。

课程视频权重：20%课程视频全部看完得满分，单个视频分值平均分配，满分100分。

课程测验权重：20% 学生接收到的所有测验任务点平均分配，未做测验按“零”分计算。

作业权重：10%所有作业的平均分。

讨论权重：5%发表或回复一个讨论得2.0分，满分100分。

访问数权重：5%访问数达50次为满分，最多不超过上限分数。

线上考试权重：35%线上考试的成绩，满分100分。

2．本课程建议使用俞俊棠编著的化工出版社出版的《新编生物工艺学》下册（2006年，第,4次印刷）作为教材，该教材1997年被教育部化学工业教学指导委员会生物化工指导小组列入“规划教材编写计划”，该教材结构合理、条理清晰、层次分明，突出基础性、先进性和易读性，适合生工专业本科生的学习，再加上下册有“生物物质分离和纯化过程篇”和“典型生物过程篇”，前者内容共上课学习，后者内容可以作为学生的阅读资料，了解生物分离提纯的工艺过程。推荐孙彦编著．生物分离工程（第3版）/普通高等教育“十五”国家级规划教材生物分离工程（第3版）/普通高等教育“十五”国家级规划教材，北京：化学工业出版社（2014年）、田瑞华编著．生物分离工程，北京：科学出版社（2008年）、曹学君主编．现代生物分离工程．上海，华东理工大学出版社（2010年），等作为主要参考书。

七、考核方法

课程名称：生物分离工程 课程号：1107300007

考核方式：考试（闭卷），慕课教学

考核形式：线上章节小测试、小组讨论、线上章节测试、线上考试、期末卷面考试等多种组合形式。

成绩构成：平时成绩50%、期末考试成绩50%。

1、考核说明

1）平时成绩包括以下内容：

签到：5% 共18次签到，麻烦为100分。

课程视频权重：20%课程视频全部看完得满分，单个视频分值平均分配，满分100分。

课程测验权重：20%学生接收到的所有测验任务点平均分配，未做测验按“零”分计算。

作业权重：10%所有作业的平均分。

讨论权重：5%发表或回复一个讨论得2.0分，满分100分。

访问数权重：5%访问数达50次为满分，最多不超过上限分数。

线上考试权重：35%线上考试的成绩，满分100分。

2）总成绩=期末卷面成绩*50%+平时成绩*50%。（线上考试和章节测试都是主动组卷）

3）以上全部教学内容都可以在学习通APP后台查看大数据。

2、课程目标考核方案一览表

3、课程目标达成度计算

序号	课程目标	考核环节				课程目标比例
		期末 考试 /50%	平时考核
			作业 /5%	阶段 测试 /40%	课堂 表现 /5%
1	1、以产品的形成过程为主线，从发酵液的预处理和固液分离、初步纯化技术、高度纯化技术和产品加工技术等四个方面学习并掌握生物分离工程的基础知识，了解了“生物分离工程”的发展历史、研究进展和发展方向，能够将 工程基础和专业基础知识用于复杂工程问题的分析和建模；使用专业知识分析和求解复杂工程问题。 （对应毕业要求1.3：掌握解决复杂生物工程问题所需的工程基础知识；	20% （15%~25%）	20% （15%~25%）	30% （40%~60%）	20% （15%~25%）	20.0%
2	1、以产品的形成过程为主线，从发酵液的预处理和固液分离、初步纯化技术、高度纯化技术和产品加工技术等四个方面学习并掌握生物分离工程的基础知识，了解了“生物分离工程”的发展历史、研究进展和发展方向，能够将 工程基础和专业基础知识用于复杂工程问题的分析和建模；使用专业知识分析和求解复杂工程问题。 （对应毕业要求1.4掌握能够解决复杂生物工程问题的专业基础知识）	30% （35%~45%）	30% （35%~45%）	20% （15%~25%）	30% （40%~60%）	30.0%
3	2、掌握生物大分子和小分子物质分离纯化过程的工程设计、设备使用，具备识别、判断和解释生物制造与加工过程所涉及的与物质分离相关复杂工程问题的能力。（对应毕业要求3.3对生物工程系统或过程进行设计、优化和改进，体现创新意识。）	30% （35%~45%）	20% （35%~45%）	20% （15%~25%）	30% （40%~60%）	30.0%
4	3、掌握生物大分子和小分子物质的分离纯化的基本方法，能够基于不同分离技术的分离原理，并能有效地选择和使用检测仪器；能够掌握实验技术开展实验和验证；能够设计实验方案；科学地采集实验数据，并能对实验结果进行信息综合，得到有效的结论。 （对应毕业要求4.2设计实验方案，正确操作实验装置，安全开展工程相关实验）	20% （35%~45%）	30% （35%~45%）	30% （25%~35%）	20% （25%~35%）	20.0%
总计		100%	100%	100%	100%	100%