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1、生物工程下游技术和生物工程设备课程融合教学改革初探 摘 要：针对生物工程下游技术和生物工程设备课程的教学内容重复和传统教学方法的不足，作者依据生物产品下游提取的工艺流程对2门课程教学内容进行了优化整合。实践表明，整合优化的教学内容贴近生产实际，激发学生学习爱好，有利于更好地培育出适应企业需求的应用型人才。 关键词：生物工程下游技术；生物工程设备；课程融合；教学改革 DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2022.14.252 生物工程下游技术和生物工程设备是生物技术专业的2门专业选修课程，其在生物技术专业课程体系中具有特别重要的地位。我校的生物工程下游技术和生物工程设备支配的课时
2、为34学时，期中生物工程下游技术单独开设18学时的实践课程，生物工程设备不设试验课程。目前，这2门课程由于实践性太强，而且這两门课程往往是分开在2个学期开设，加上课程内容的一些详细工艺和设备我校不具备，导致教学效果不佳，特殊是生物工程设备这门课程在个别年级还存在不选修的现象。虽然目前有许多针对生物工程下游技术和生物工程设备这两门课程的教学改革1-8，但大部分是针对作者所在的教学单位，而不同的教学单位的教学资源、教学方法和学生总体水平都不一样；所报道的教学改革可能对作者所在的单位效果特别好，对其他单位不肯定适用。针对该问题，笔者依托学校应用型高校转型的机遇，对生物工程下游技术和生物工程设备课程的
3、理论教学内容和教学方法进行了改革与实践。 1 生物工程下游技术与生物工程设备课程教学融合一体化 生物工程下游技术课程内容主要讲解并描述的是对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培育的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分别、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，侧重点在于产品提纯的工艺。目前，各校所运用的教材为生物分别工程、生物工业下游技术、生物分别原理及技术、生物工程下游技术、生物分别技术和生物分别过程科学等。生物工程设备课程以生物过程工程与设备生物工程设备和生物反应器工程等教材为主，主要介绍生物工业流程中所应用的设备的构造，类型及运用范畴等。生物工
4、程下游技术教学内容以“理”为主，生物工程设备以“工”为重。在教学过程中发觉，一方面学生对生物工程下游技术和生物工程设备学习主动性明显低于微生物学和酒类工艺学等课程的学习爱好，另一方面，发觉单独讲授“下游工程”和“设备”不利于学生对整个生物产品制备和生物工程设备的相识理解。因此，我们提出了根据生物产品下游提取提纯的工艺流程的依次优化整合两门课程，进而形成新的教学内容。 以工业生产中“发酵液至产品”的产品纯化过程为纲，可将生物工程下游技术教学内容和生物工程设备教学内容在不同工艺阶段进行整合。详细内容如下。 第一章讲授生物工程下游技术也许的工艺流程已及涉及到的各种技术，详细包括发酵液及各种原料液的获
5、得途径、生物工程技术在生物工业中的地位、下游技术总体发展概况等。此处将下游技术和生物设备的部分内容进行整合，讲授发酵液及各种原料液获得途径的过程中讲授设备中的各种生物反应器的发展概况、种类、构造原理、应用状况等，包括好气性生物反应器、嫌气性生物反应器、植物和动物细胞培育反应器、酶反应器、提取容器。 其次章讲授发酵液的预处理。先讲授生物工程下游技术教程中发酵液预处理的必要性和处理技术，再讲授原料液预处理过后所用到的技术及其设备。此处将下游技术和生物设备的部分内容进行整合，讲授预处理后的溶液处理用到的设备，这个章节主要介绍生物工程设备中离心设备的种类、原理、构造及应用状况，详细为离心沉降设备，重点
6、介绍工业上常用的人工排渣的碟片离心机，包括离心机的种类、构造原理及应用范围。离心过滤设备重点介绍工业上常用的三足式过滤离心机，包括三足式过滤离心机的种类、构造原理及应用范围。超高速离心机，简洁介绍制备性超高速离心机和分析型超高速离心机。本章最终以谷氨酸的提纯为例子，讲授发酵液预处理及处理后离心操作；同时在生物工程下游技术试验课中支配相关内容。 第三章讲授细胞破裂与分别。依据工业生产流程，如生物产品为胞内产物，必需进行细胞破裂。本章内容重点将细胞破裂技术中用到的技术与生物设备结合，讲授机械破裂设备的同时介绍机械破裂技术，包括高压匀浆破裂、高速珠研磨破裂、超声波破裂等；此外，还介绍其它破裂方法，如
7、物理破裂法、生物破裂法、化学破裂法。本章还讲授细胞破裂后碎片的分别，在前一章离心法分别的基础上介绍过滤分别法，包括试验室用抽滤设备、工业用真空转鼓过滤机等，重点介绍工业常用的板框压滤机，包括压滤机的原理，工作流程等。最终以肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体蛋白发酵的细胞为例讲解并描述细胞破裂的技术，以啤酒过滤讲解并描述板框压滤机的工作过程，同时配备相关动画演示，在生物工程下游技术试验课中支配啤酒糟板框过滤内容。 第四章为沉淀技术。这部分以生物工程下游技术内容为主，包括沉淀技术的发展概况、盐析沉淀法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、非离子型聚合物沉淀法、成盐类复合物沉淀、亲和沉淀法、选择性变性沉淀法，为
8、使学生学习工艺的同时熟识相关设备，我们提出在讲授各种沉淀法的同时简洁介绍搅拌罐的结构，使工艺与设备同时呈现给学生。最终以等电点结合成盐类复合物沉淀法提纯四环素为例，使学生加深对沉淀技术的理解。 第五章为萃取技术。主要内容包括萃取原理、萃取方法、萃取影响因素、萃取过程。重点讲授工业常用的液液萃取工艺流程，同时具体介绍生物工程设备中的萃取罐，以及让学生复习前几章讲授过的分别设备。融合后的教学内容可避开课程内容的重复。最终以工业多级逆流萃取法提纯青霉素为例讲解并描述液液萃取工艺技术。 第六章为吸附与离子交换技术。主要讲授吸附和离子交换技术的原理、工艺过程和应用范围。重点以讲授离子交换技术为主，包括发
9、展概况、原理、影响因素、树脂类型和工艺过程，同时讲授固定床和流化床吸附工艺中所涉及到的吸附塔的构造。 第七章为膜分别技术。主要内容包括膜的发展历史、膜技术种类、影响膜过滤的因素、膜组件的制备、膜的工业应用等。本章内容结合设备中的膜过滤设备，以板式纳滤膜为例，具体讲授纳滤膜组件的制备、纳滤过滤影响因素、膜过滤工艺过程、膜组件维护等。最终以工业微滤、超滤和纳滤提纯螺旋霉素为例讲解并描述膜过滤在生物制品中的应用，以加深学生对膜过滤的理解。 第八章为色谱分别技术。这部分以生物工程下游技术内容为主，包括色谱的发展历程、吸附色谱、安排色谱、离子交换色谱、凝胶过滤色谱、亲和色谱的原理和操作工艺、工业应用范围
10、，最终具体讲解并描述制备型液相色谱的工作原理及分别工艺过程。 第九章为浓缩蒸发技术。这部分内容结合生物设备中的蒸发浓缩设备，包括浓缩蒸发的原理、蒸发分类，以啤酒麦汁煮沸锅为例，介绍常压浓缩设备的构造、工作原理、工作过程；以升降膜式蒸发器为例，介绍真空蒸发浓缩设备的构造、工作原理和工作过程，同时介绍升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、刮板式薄膜蒸发器、离心薄膜蒸发器，并讲解并描述它们之间的优缺点，结合蒸发浓缩技术进一步阐述蒸发浓缩设备在工业的应用范围及工艺过程，使下游工程的浓缩蒸发技术与浓缩蒸发设备形成有机结合，避开内容的重复。 第十章为结晶技术。这章节先介绍结晶的理论、结晶的条件、结晶过程、结晶影响因
11、素等理论学问，随后结合生物工程设备教材中的结晶设备，讲授结晶设备的构造、工作原理、工作过程及应用条件。最终以谷氨酸结晶为例来进一步学生对结晶技术和结晶设备的理解。 第十一章为干燥粉碎技术。这部分内容先通过重点讲授喷雾干燥设备来阐述工业干燥的必要性、干燥的原理、干燥过程、干燥因素因素等，同时通过讲授箱式干燥器、气流干燥器真空干燥器、冷却干燥器来介绍其它干燥技术。最终讲授干燥产品的粉碎，包括锤式粉碎机、棍式粉碎机和湿法粉碎机的构造、原理、工作过程及其优缺点和应用范围。在讲授这部分内容的同时介绍其它物料前处理设备，如除杂设备。 另外，在生物工程下游技术试验课程内容设置上尽可能支配理论课堂上讲授的技术
12、和设备，如利用学校小型啤酒生产线，让学生实际操作粉碎设备、嫌气发酵设备、糖化设备、浓缩设备，过滤设备等，利用食用红曲红色素的提纯试验，让学生在驾驭萃取技术、浓缩技术、吸附技术和分析技术的同时，充分了解小型萃取设备、旋转蒸发器和箱式干燥箱干燥设备和固定床大孔树脂吸附设备等设备。 最终课程结束后，还要组织学生到当地的啤酒厂、制药厂、污水处理厂等企业参观，进一步加深对这两门课程内容的理解。 2 结语 通过对生物工程下游技术和生物工程设备课程内容整合优化教学改革，极大激发学生的学习爱好，提高学生动手实力和创新实力，符合国家对本科院校应用型改革的发展，也能更好地培育出适应企业要求的应用型人才。 参考文献
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