(高考生物)生物工程下游技术
（生物科技行业）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）
10.4.1乳化液膜分离技术的一般工艺流程（识记）
10.4.2工业规模角度对膜相成分的要求（理解）
10.4.3破乳化（理解）
10.4.4乳化液膜分离在工业上的应用（应用）
10.4.5乳化液膜分离在生物化学上的应用（应用）
10.4.6乳化液膜分离在医学上的应用（应用）
10.5乳化液膜过程的不利因素（一般）
10.5.1膜破裂（理解）
10.5.2膜膨胀的两种机理（理解）
10.5.3选择性载体的开发（理解）
第十一章离子交换法
一、学习目的与要求
掌握离子交换原理。了解离子交换树脂的种类，离子交换树脂的理化性能。了解离子交换平衡及其影响因素。学习离子交换装置和离子交换树脂的工作过程。生化用离子交换剂的类型和特点。
二、考核知识点与考核目标
11.1概述（一般）
11.1.1离子交换剂的简介（理解）
11.2离子交换原理及分类（次重点）
11.2.1离子交换原理（识记）
11.2.2离子交换树脂分类（理解）
11.2.3树脂的命名（识记）
11.3离子交换树脂的理化性能（一般）
11.3.1基本概念（理解）
11.3.2离子交换树脂的基本要求（理解）
11.4离子交换过程的理论基础（重点）
11.4.1离子交换平衡（理解）
11.4.2离子交换选择性（理解）
11.4.3离子交换选择性的影响因素（识记）
11.4.4离子交换过程（识记）
11.4.5影响离子交换过程速度的因素（理解）
11.5离子交换的应用（次重点）
11.5.1离子交换装置（理解）
11.5.2离子交换树脂的工作过程（应用）
11.6生化用离子交换剂的特点和种类（一般）
11.6.1生化用离子交换剂的特点（理解）
11.6.2生化用离子交换剂的种类（应用）
第十二章色谱分离一、学习目的与要求
了解色谱分离的原理，色谱分离的发展历程以及色谱分离的的基本特点。了解色谱分离的类型。比较分析色谱与制备色谱及工业色谱。掌握分配色谱，吸附色谱，凝胶色谱，层析色谱，亲和色谱各自的分离原理，特点。
二、考核知识点与考核目标
12.1概述（一般）
12.1.1色谱分离的概念（识记）
12.1.2色谱分离的发展历程（理解）
12.1.3色谱分离的的基本特点（理解）
12.2色谱分离的分类（一般）
12.2.1按分离机理不同分类（理解）
12.2.2按固定相形状不同分类（理解）
12.2.3其他分类方法（理解）
12.3生物工业中的色谱分离（次重点）
12.3.1色谱分离规模划分（理解）
12.3.2色谱分离方法的选择（应用）
12.3.3分析色谱与制备色谱及工业色谱的比较（理解）
12.4色谱分离的基本原理（重点）
12.4.1色谱分离的原理示意图（理解）
12.4.2分配色谱的分配系数（识记）
12.4.3分配色谱的阻滞因素（识记）
12.4.4分配色谱的塔板理论（识记）
12.4.5吸附色谱的典型等温曲线（理解）
12.4.6凝胶色谱分离原理（理解）
12.4.7凝胶色谱分离中的概念（识记）
12.5柱色谱分离法（次重点）
12.5.1层析剂的概念（理解）
12.5.2层析剂的分类（理解）
12.5.3层析色谱分离装置（理解）
12.5.4层析色谱分离的操作（应用）
12.5.5层析色谱分离的洗脱方法（应用）
12.5.6径向色谱的原理（理解）
12.6亲和色谱（次重点）
12.6.1亲和色谱的概念（识记）
12.6.2亲和色谱的特点（理解）
12.6.3亲和色谱常用的配基（理解）
12.6.4亲和层析剂的制备过程（理解）
12.6.5常规亲和色谱层析剂的简介（理解）
12.6.6亲和色谱操作中的洗脱方法（应用）
第三部分有关说明与实施要求
一、考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。
理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、
原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。
应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。
二、教材
1、指定教材
毛忠贵．生物工业下游技术．中国轻工业出版社，2003
2、参考教材
严希康．生化分离工程．化学工业出版社，2001
孙彦．生物分离工程.化学工业出版社，2001
刘国诠．生物工程下游技术（第二版）．化学工业出版社，2003 GarciaAA．Bioseparationprocessscience生物分离过程科学．北京:清华大学出版社,2002
刘茉娥．膜分离技术．化学工业出版社，2000
郑领英，王学松．膜技术．化学工业出版社，2000
张镜澄．超临界流体萃取．化学工业出版社，2000
陈维钮．超临界流体萃取的原理和应用．化学工业出版社，1998
师治贤，王俊德．生物大分子的液相色谱分离和制备．北京：科学出版社，1999
三、自学方法指导
1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。
2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。
3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。
4、完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
四、对社会助学的要求
1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。
3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
4、辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡"认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通"的方法。
5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6、注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。
7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。
8、助学学时：本课程共4学分，建议总课时72学时，其中助学课时分配如下：
五、关于
命题考
试的若
干规定
(包
括能力
层次比
例、难易
度比例、
内容程
度比例、
题型、考
试方法
和考试
时间等)
1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。
2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是："识记"为20 %、"理解"为30 ％、"应用"为50 ％。
3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2:3:3:2。
4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。
5、试题类型一般分为：填空题、名词解释、选择题、简答题、论述题。
6、考试采用闭卷笔试，考试时间120分钟，采用百分制评分，60分合格。
六、题型示例（样题）
（一）填空题
色谱按分离机理不同分为、、、和。
(二)名词解释
浓差极化
(三)选择题
蛋白质类物质的分离纯化方法有：
A.CO2超临界萃取,
B.反胶团萃取，
C.亲和层析,
D.凝胶色谱。
(四)简答题
发酵液的预处理有哪些方法？
（五）论述题
说明膜分离法中不同分离方法的原理并简要叙述其各自的应用范围。