天然产物提取工艺学第一章、第二章.pdf

天然产物提取工艺学天然产物提取工艺学中国轻工业出版社中国轻工业出版社第一章 绪论第一章 绪论?一、天然产物提取工艺学特点一、天然产物提取工艺学特点?二、天然产物开发利用概况二、天然产物开发利用概况?三、天然产物分离工艺设计和技术进展三、天然产物分离工艺设计和技术进展?四、产物提取过程的选择四、产物提取过程的选择?五、提取利用建议五、提取利用建议?1. 多学科性：生物化学、植物学、动物 学、微生物学；有机化学、植物化学、 天然药物化学等多学科性：生物化学、植物学、动物 学、微生物学；有机化学、植物化学、 天然药物化学等2. 多层次、多方位性：生物技术与化学 化工技术相互交叉多层次、多方位性：生物技术与化学 化工技术相互交叉3. 复杂性：生物材料组成复杂，具有不 稳定性，复杂性：生物材料组成复杂，具有不 稳定性，一、天然产物提取工艺学特点一、天然产物提取工艺学特点提取分离方法：提取分离方法：?1. 物理方法：研磨、超声波、离心等；物理方法：研磨、超声波、离心等；?2. 物理化学方法：冻溶、透析、色谱法、蒸 馏等；物理化学方法：冻溶、透析、色谱法、蒸 馏等；?3.化学方法：离子交换、化学沉淀等；化学方法：离子交换、化学沉淀等；?4. 生物方法：生物亲和层析、免疫层析生物方法：生物亲和层析、免疫层析?5. 新技术：微波、超临界流体提取等；新技术：微波、超临界流体提取等；?6. 现代生物技术：微生物工程、酶工程等；现代生物技术：微生物工程、酶工程等；二、天然产物开发利用概况二、天然产物开发利用概况?1. 在医药业的开发利用概况在医药业的开发利用概况?2. 在食品行业的发展概况在食品行业的发展概况?3. 天然产物提取的技术发展天然产物提取的技术发展?4. 部分天然产物成分及功能部分天然产物成分及功能三、分离工艺设计和技术进展三、分离工艺设计和技术进展?1. 生物原料生产和提取技术结合?2. 生物微观结构设计提取工艺?分子结构与分子间的作用力?3. 天然产物的结构设计提取工艺：空间结构、 官能团的种类、物理性质等；?4. 根据不同分离技术耦合设计工艺?5. 提取过程前后阶段纵向统一?6. 分离体系的特性设计工艺四、产物提取过程的选择四、产物提取过程的选择?1.加工的主要过程加工的主要过程?2.设计加工过程的原则设计加工过程的原则加工的主要过程加工的主要过程?1.细胞破碎：高压匀浆等?2.初步纯化：沉淀法等?3.高度纯化：亲和层析、疏水层析等?4.成品加工：干燥和结晶设计加工过程的原则设计加工过程的原则?1.步骤最少2.次序合理?3.产品规格4.生产规模?5.进料组成6.产品形式?7.产品稳定性8.物性?9.危害性10.三废处理?11. 分批或连续过程天然产物提取利用建议天然产物提取利用建议?1.生物多样性，合理利用?2.利用先进科学技术，高技术产品?3.资源保护、环境保护的协调?4.市场生产适销天然产物提取工艺学的要求天然产物提取工艺学的要求? 1.掌握天然产物提取方法与技术设计1.掌握天然产物提取方法与技术设计? 2.熟悉新型分离技术的应用2.熟悉新型分离技术的应用? 3.掌握天然产物提取的工艺设计3.掌握天然产物提取的工艺设计? 4.掌握不同类型药物的提取工艺设计4.掌握不同类型药物的提取工艺设计第二章 天然产物的提取方法和技术第二章 天然产物的提取方法和技术? 第一节 天然产物开发利用方案确定第一节 天然产物开发利用方案确定? 第二节 原料细胞结构与提取工艺特性第二节 原料细胞结构与提取工艺特性? 第三节 天然产物传统分离纯化方法第三节 天然产物传统分离纯化方法第一节 天然产物开发利用方案确定第一节 天然产物开发利用方案确定大致可分为：大致可分为：选定研究对象、生物材料采集选定研究对象、生物材料采集和品种鉴定、文献资料调研、化学成分预试和品种鉴定、文献资料调研、化学成分预试验、活性提取部位和活性化合物跟踪分离和验、活性提取部位和活性化合物跟踪分离和结构鉴定、构效关系、药理、毒理、制剂工结构鉴定、构效关系、药理、毒理、制剂工艺、临床实验、中试、正式生产艺、临床实验、中试、正式生产等步骤。

等步骤一、研究对象的确定一、研究对象的确定?根据古代医学典籍、民族医学实践提供的根据古代医学典籍、民族医学实践提供的 资料或民间经验和临床观察资料或民间经验和临床观察 ?根据当地植物样品随机选取根据当地植物样品随机选取 ?根据天然产物成分信息确定根据天然产物成分信息确定 ?根据已有的天然产物、医药学及相关科学根据已有的天然产物、医药学及相关科学 研究成果的基础上，通过大量的文献检索研究成果的基础上，通过大量的文献检索 ?根据市场商品要求确定研究对象根据市场商品要求确定研究对象例：例：当归芦荟丸：临床具有泻肝作用； 中国医学科学院用其治疗白血病，也有好效果当归芦荟丸：临床具有泻肝作用； 中国医学科学院用其治疗白血病，也有好效果 处方中：除去麝香后，疗效仍有； 但除去青黛和芦荟后，则无一例有效； 再进行小鼠筛选：处方中：除去麝香后，疗效仍有； 但除去青黛和芦荟后，则无一例有效； 再进行小鼠筛选： 发现青黛是抗白血病的活性植物发现青黛是抗白血病的活性植物 继续研究：继续研究：发现青黛的有效成分为靛玉红，发现青黛的有效成分为靛玉红， 研制出研制出抗慢性粒细胞白血病的有效新药抗慢性粒细胞白血病的有效新药。

Natural Product Report, (7.325)1984年开始出版（英国皇家化学会）年开始出版（英国皇家化学会）Journal of Natural Product, (2.418) 美国化学会与美国生药学会合办美国化学会与美国生药学会合办 Phytochemistry, (2.78)国际植物生物化学与天然有机化学的专业期刊国际植物生物化学与天然有机化学的专业期刊 Journal of Asian Natural Product Research,(0.832)中国和日本合办中国和日本合办 Phytochemieal Analysis,（（0.912) 英国主办英国主办二、查阅文献资料和收集信息二、查阅文献资料和收集信息实验设计：实验设计：1.观察项目的可比性1.观察项目的可比性2.选择测试指标2.选择测试指标植物化学的提取方法：新化合物、鉴定结构、发现 新成分、不计算成本、收率、经济效益；植物化学的提取方法：新化合物、鉴定结构、发现 新成分、不计算成本、收率、经济效益；天然产物的提取工艺：收率、成本和经济效益；天然产物的提取工艺：收率、成本和经济效益；以经济的观点以经济的观点设计生产工艺：流程简单、经济和可 行，收率高、产品质量高和成本低设计生产工艺：流程简单、经济和可 行，收率高、产品质量高和成本低三、实验设计和工艺流程的选择三、实验设计和工艺流程的选择工艺流程：工艺流程：1.分离纯化的早期：不宜选择分辨能力较高的纯化方法；萃取、沉淀、吸附有利；1.分离纯化的早期：不宜选择分辨能力较高的纯化方法；萃取、沉淀、吸附有利；2.安排纯化顺序：利于减少工序、提高效率；2.安排纯化顺序：利于减少工序、提高效率；3.分离后期：避免产品的损失（器皿的吸附，液体残留，空气氧化及无法了解的原因）3.分离后期：避免产品的损失（器皿的吸附，液体残留，空气氧化及无法了解的原因）三、实验设计和工艺流程的选择三、实验设计和工艺流程的选择新实验研究阶段：新实验研究阶段：小型和放大实验小型和放大实验小实验：小实验：原料用量少，使用设备以玻璃仪器为原料用量少，使用设备以玻璃仪器为主，参加实验人少；主，参加实验人少；放大实验：放大实验：投料量大，设备多用小型工业设备，投料量大，设备多用小型工业设备，参加实验人多；参加实验人多；小实验为放大实验小实验为放大实验提供数据和经验提供数据和经验，可节约放大，可节约放大实验所需要的时间、人力、物力的投入。

实验所需要的时间、人力、物力的投入二、实验设计和工艺流程的选择二、实验设计和工艺流程的选择进入中试前的考虑：进入中试前的考虑： 1.产率达到一定的稳定程度，质量可靠；1.产率达到一定的稳定程度，质量可靠； 2.工艺路线及操作步骤确定，建立和确定产品、2.工艺路线及操作步骤确定，建立和确定产品、 中间体及原料的分析方法；中间体及原料的分析方法； 3.确定和鉴定产品的生物材料的资源；3.确定和鉴定产品的生物材料的资源； 4.物料的衡算，三废的处理方法；4.物料的衡算，三废的处理方法； 5.中试规模及原料的规格和数量；5.中试规模及原料的规格和数量； 6.安全生产措施和方法6.安全生产措施和方法四、天然产物提取中试设计四、天然产物提取中试设计转入工业化生产的过渡性试验：转入工业化生产的过渡性试验：1.原辅材料规格的过渡试验；1.原辅材料规格的过渡试验；2.设备选型与材料质量试验；2.设备选型与材料质量试验；3.反应条件限度实验；3.反应条件限度实验；4.原辅材料、中间体及产品质量分析方法研究；4.原辅材料、中间体及产品质量分析方法研究；5.下游工艺研究5.下游工艺研究中试放大的方法：中试放大的方法：1.经验法：1.经验法：2.相似法：2.相似法：3.数学模型法3.数学模型法第二节 原料细胞结构与提取工艺特性第二节 原料细胞结构与提取工艺特性一、原料与天然产物提取工艺特性一、原料与天然产物提取工艺特性 1.植物材料：根、茎、干果、花、叶等1.植物材料：根、茎、干果、花、叶等 根：如人参、丹参等用有机溶剂乙醇浸出；根：如人参、丹参等用有机溶剂乙醇浸出； 茎:可用有机溶剂加热浸出茎:可用有机溶剂加热浸出 干果：可用有机溶剂浸出干果：可用有机溶剂浸出 花：是由果胶类物质组成，需用酶或发酵的方花：是由果胶类物质组成，需用酶或发酵的方 法处理后再用溶剂提取；法处理后再用溶剂提取； 叶：多数不用处理，直接用溶剂提取；叶：多数不用处理，直接用溶剂提取；2.动物材料与天然产物提取工艺特性2.动物材料与天然产物提取工艺特性角类和骨类：加工前需要粉碎细一些；角类和骨类：加工前需要粉碎细一些；皮类：应用新鲜材料，加工前先破碎；皮类：应用新鲜材料，加工前先破碎；3.海洋生物材料与天然产物提取工艺特性3.海洋生物材料与天然产物提取工艺特性海藻：抗肿瘤、防心血管疾病等；海藻：抗肿瘤、防心血管疾病等；腔肠动物：海葵毒素；腔肠动物：海葵毒素； 软体动物：抗病毒、抗肿瘤等；软体动物：抗病毒、抗肿瘤等； 棘皮动物：海胆毒素；棘皮动物：海胆毒素；2.微生物与天然产物提取工艺特性2.微生物与天然产物提取工艺特性 细菌细菌 放线菌放线菌 蓝细菌蓝细菌 真菌（霉菌和酵母菌）真菌（霉菌和酵母菌）二、生物细胞的结构与天然成分的浸出活性成分或有效成分存在活性成分或有效成分存在细胞质细胞质中。

中 细胞有：细胞壁和细胞膜细胞有：细胞壁和细胞膜?细胞有细胞有细胞壁和细胞膜细胞壁和细胞膜；； ?细胞膜类似于半透膜，具有超滤作用，即对细 胞外的物质的透过有分子筛作用，筛孔有一定 的大小，透过物质的分子较小时容易透过，较 大的分子不易透过；细胞膜类似于半透膜，具有超滤作用，即对细 胞外的物质的透过有分子筛作用，筛孔有一定 的大小，透过物质的分子较小时容易透过，较 大的分子不易透过； ?细胞壁主要时有纤维素、半纤维素和果胶物质 组成，细胞壁上有许多小孔叫孔壁，不过，不 影响水溶性物质的出入；细胞壁主要时有纤维素、半纤维素和果胶物质 组成，细胞壁上有许多小孔叫孔壁，不过，不 影响水溶性物质的出入； ?对外界物质的进入或细胞内物质的外出有决定 作用的是对外界物质的进入或细胞内物质的外出有决定 作用的是细胞膜细胞膜活性成分活性成分/有效成分是存在细胞质中有效成分是存在细胞质中?植物原料外表面如叶、果实皮、茎皮等的表面 组织上有蜡浸细胞壁，是蜡浸入细胞的纤维素 壁中，形成蜡层植物原料外表面如叶、果实皮、茎皮等的表面 组织上有蜡浸细胞壁，是蜡浸入细胞的纤维素 壁中，形成蜡层 ?蜡层是由蜡醇和脂肪酸组成，是细胞壁有很强 的疏水性。

蜡层是由蜡醇和脂肪酸组成，是细胞壁。