天然产物提取技术

（3）分配
在细胞原生质中，溶剂和细胞液是分层 的，精油在两相中都能溶解。 若在两相中溶质浓度不平衡，则在相互 接触时，将在相与相之间进行分配，即 为有效成分从细胞液的液相转入溶剂相 中，直到有效成分在细胞原生质液和溶 剂两个液相内达到完全平衡。
K=C1/C2 （在一定条件下） K－分配系数
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细胞质中。 破坏细胞膜和细胞壁， 使有效成分提取出来。
三、破坏细胞壁和细胞膜的方法 1.风干法 2.加热干燥法 3.机械法 4.非机械法 5.化学法
1.风干法
在通风良好不见直射阳光的条件下开始时， 由于外界空气的蒸汽压或相对湿度较低，细胞 壁先失水，随后细胞质的液泡也失水，细胞液 的浓度增高，使涨压减低萎蔫，终致细胞破坏 到死亡。失水收缩，但不产生质壁分离，是机 械伤害。改变膜的超滤性和渗透性，细胞内的 物质易于被溶剂浸出。 风干法，对有效成分损害小；
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； 腔肠动物：海葵毒素； 软体动物：抗病毒、抗肿瘤等； 棘皮动物：海胆毒素；
4.微生物与天然产物提取工艺特性 细菌 放线菌 蓝细菌 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细胞质中。 细胞有：细胞壁和细胞膜
四、原料的质量控制
1.形态与性状相结合的鉴别方法： 按生物分类学形态鉴定的方法，依照 各部分的形态，确定其所属分类学的 科、属、种； 再按其利用部位进行形态学与性状鉴 定相结合的方法，做出鉴定结论。
四、原料的质量控制
2.显微粉末鉴定：在显微镜下观察其组织或细 微的形态，做出鉴定结论； 3.化学鉴别法：根据被鉴定原料的化学成分， 利用TLC法或传统化学方法进 行成分鉴定

转入中试放大生产的过渡性试验： 3.反应条件限度实验；
目的:找到最适宜的工艺条件（如培养基 种类、反应温度、压力、pH等），一般 均匀一个许可范围。
转入中试放大生产的过渡性试验：
4.原辅材料、中间体及产品质量分析方法研究 中间体和新产品均无现成分析方法，须研究 他们的鉴定方法，制定简便易行、准确可靠 的检验方法。
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 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； 茎:可用有机溶剂加热浸出 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 方法处理后再用溶剂提取； 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 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；
五、原料的前处理
原料前处理的依据，要根据:
原料组织的化学成分、 有效成分的性质和生物化学的性质、 原料的组织和细胞结构进行处理。
五、原料的前处理
1.除杂、洗涤、切割: 需要在新鲜状态进行除杂和洗涤， 原料处理按生产工艺的要求， 选择采收原料的时间，制定除杂方法；
2.原料的干燥：
小试时：一般采用的原辅材料规格较高。
目的：是为了排除原料中所含杂质的不 良影响，确保实验的准确性。 大规模生产时：应改为生产时容易获得的 原辅材料进行过渡性实验。
转入中试放大生产的过渡性试验： 2.设备选型与材料质量试验；
பைடு நூலகம்
小试阶段：大部分实验时在小型玻璃仪器 中进行； 中试阶段：要对设备材料的质量和设备的 选型进行实验，为工业化生产提供数据。
转入中试放大生产的过渡性试验：
5.下游工艺研究
上游工艺：以生物材料资源生产为核心的研究内容；
下游工艺：以产品的后处理为研究内容的操作。
必须研究尽量简化下游工艺操作，采用新工
艺、新技术和新设备，提高劳动生产率，降
低成本。
中试放大的方法： 1.经验法： 2.相似法：
3.数学模型法
中试放大的研究主要内容：
第三节 天然产物传统分离纯化方法
提取法 萃取法 微波提取 超声波提取 过滤 蒸发浓缩 沉淀法 结晶 干燥
一、提取法
1. 提取：（又称浸出、固液萃取） 是应用有机或无机溶剂将固体原料中的 可溶性组分溶解，使其进入液相，再将 不溶性固体和溶液分开的操作。 溶质：提取原料的可溶性组分； 溶剂：用于溶解溶质的液体，或称提取剂。
6.安全生产措施和方法。



天然产物提取中试放大工艺特点：中 试放大是由小试转入工业化生产的过 渡性研究工作，对小试工艺能否成功 地进入规模生产至关重要 研究工作主要围绕着如何提高收率、 改进操作、提高质量、形成生产等方 面进行。 一个工艺研究项目的最终目的是能在 生产上采用。
转入中试放大生产的过渡性试验： 1.原辅材料规格的过渡试验；
破坏细胞壁和细胞膜，利于浸出 目的是为了便于贮藏和运输，有破坏细胞 膜和细胞壁的作用，利于浸出的顺利进行； 需采用不同的干燥方法进行干燥；
2.原料的干燥：
例如：对热不稳定性的药材，多用风干法。 中药材多用晒干法，在日光的直接照 射下，干燥速度较快、细胞膜破坏较好， 但不适合光不稳定性的有效成分的干燥； 如：小檗根，含有双卞基异喹啉生物碱， 对光不稳定，易发生结构改变，不适用于 晒干法，适合风干法干燥。
天然产物的提取技术
天然产物提取中试设计
进入中试前的考虑：
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、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；
天然产物提取中试设计
进入中试前的考虑： 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； 5.中试规模及原料的规格和数量；
7.以酶和蛋白质为主要成分的原料处理：
同6，需在新鲜状态处理，以免变性或失活。
六、生理活性物质的保护措施
对一些生物大分子如蛋白质、酶和核酸， 主要的保护措施：
1.缓冲系统：如磷酸盐溶液、柠檬酸溶液等； 目的是防止提取过程中某些酸碱基团的解离， 造成活性物质的变性； 2.加入保护剂：防止某些生理活性物质基团和酶 的活性中心收到破坏。 3.抑制水解酶的破坏 4.其他一些特殊要求的保护
5.化学法
如： 酸碱及表面活性剂处理； 可以使蛋白质水解、细胞溶解或使 某些组分从细胞内提取出来； 脂溶性溶剂也可用于化学处理， 如丁醇、丙酮、氯仿等； 但这些溶剂常易引起生化物质破坏， 同时还带来分离和回收化学物质的问题。
三、破坏细胞壁和细胞膜的方法
选择合适的破碎方法，考虑下列因素： 细胞的数量； 所需要的产物对破碎条件的敏感性 如：温度、化学试剂、酶等的敏感性； 达到的破碎程度及破碎所需的速度等； 尽可能采用温和的方法。
C1－两相平衡时被浸提组分在浸提液中的浓度
C2－两相平衡时被浸提组分在被浸提混合物中的浓度
溶剂的量比细胞原生质中液体的量要大得 多，因此浸提比较完全。 但是，这种分配现象对某些粉碎的植物原 料的浸提可能就不是主要因素，而以溶解 占主导作用。
（4）扩散：
从植物原料中浸提精油时，溶剂经渗 透浸入含有精油的原料内，在细胞内 生成一种溶液。 根据分配原则，精油溶解到与之 接触的溶剂中之后，引起溶剂中 溶质浓度的上升；
3.机械法：
处理量大，速度快，但需采取冷却措施。 c.X-press法：改进的高压方法； d.超声波法：在15－25KHz频率下操作， 利用超声波的空穴作用，不适用于大规 模操作；
4.非机械法
适于微生物的破碎，包括酶解、渗透压冲击、冻结和 融化、热处理和化学法溶胞等； 酶解：利用酶的反应分解破坏细胞壁上特殊的键，达 到破坏目的，有专一性强，条件温和的优点； 渗透压冲击：渗透压的突然变化，水迅速进入细胞内， 引起细胞壁破裂；适用于细胞壁较脆弱的菌； 冻结和融化：在低温下突然冷冻和室温下融化，对此 达到破坏细胞壁作用；适合细胞壁较弱的胞体；
一、提取法
1. 提取：（浸出、固液萃取）
溶剂提取法根据植物中各种有效成分 在溶剂中的溶解作用，选用对有效成分溶 解度大，对不需要成分溶解度小的溶剂， 而将有效成分从植物组织内提取出来。


提取所得的含有溶质的溶液称为溢流液、 浸出液或上清液； 提取后的载体和残余的少量溶液称为残 渣或提取渣。

3. 粉碎：
目的：增加原料的表面积，提高浸出速度。 原料的粉碎程度同原料的种类和性质相关： 草类原料，粉碎粗一些； 木质类原料，粉碎细一些； 较粗的根、茎和果实以及种子类原料， 需粉碎的更细。
4.发酵和水解处理法： 5.脱脂处理：原料中含较多的油、脂或蜡 6.含挥发油类原料的处理：
宜在新鲜状态处理，防止成分改变；
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，使得细胞 壁有很强的疏水性。
有效成分的提取，要设法破坏一般细胞 的细胞膜，改变细胞膜的通透性，使浸 出溶剂进入细胞内，并把有效成分提取 出来。 对有蜡浸细胞壁组织表面的原料需破坏 其蜡浸细胞壁，改变细胞壁的通透性。
分急剧蒸发，细胞内原生质和蛋 白质凝固、变性、细胞萎缩，破 坏细胞壁和细胞膜，改变细胞组 织的渗透性； 不适合热不稳定性物质；
3.机械法：
处理量大，速度快，但需采取冷却措施。 a.球磨法:将细胞组织悬浮液与玻璃小珠、 石英砂或氧化铝一起快速搅拌或研磨， 使细胞破碎； b.高压匀浆：利用高压迫使细胞悬浮液 通过针形阀，由于突然减压和高速冲击 而造成细胞破裂；压力、温度和通过匀 浆阀的次数；
活性成分/有效成分是存在细胞质中
细胞有细胞壁和细胞膜； 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；
活性成分/有效成分是存在细胞质中
细胞壁主要由纤维素、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 有决定作用的是细胞膜。
2.加热干燥法
原料的细胞组织用风干法不易破坏的，且
有效成分在加热时没有重大影响的条件下， 可用加热法破坏原料组织结构； a.在浸出有效成分时，使细胞质和蛋白质 凝集、变性、收缩，致使细胞膜和细胞壁 破坏，提高渗透性，细胞内物质迅速向外 扩散；
2.加热干燥法
b.新鲜原料切片后加热干燥，水
溶剂提取法根据植物中各种有效成分在溶 剂中的溶解作用，选用对有效成分溶解度 大，对不需要成分溶解度小的溶剂，而将 有效成分从植物组织内提取出来。
一、提取法
浸提是通过溶剂与原料接触，互相渗透、 溶解以及扩散等一系列复杂过程而完成。 由于植物原料的结构非常复杂，提取的 物质又是多组分混合物，因此统一的浸 提理论难以确定。 一般包括：渗透、溶解、分配和扩散等
四、原料的质量控制
4.紫外光谱法：原料可用乙醇或甲醇浸出液在
紫外光谱仪上测定紫外光谱；
可靠、简单；
四、原料的质量控制
5.有效成分的含量测定： GC： 分析和鉴定各成分，且同时确定定性 和定量的结果，适用于芳香油、香豆 素、脂肪酸等；
四、原料的质量控制
5.有效成分的含量测定： HPLC：分离效果更好的分析方法，比GC还 要广泛，比TLC分离效果更好； 需要仪器设备－高压液相色谱仪； 紫外吸收光谱扫描； 既可以定性分析，又可以定量分析 且结果较为理想。

（1）渗透
浸提开始时，渗透随被浸提植物原料 的情况不同而异。 如：对干原料，首先要湿润，一般新 鲜的植物材料中水分占80%左右，原 料与疏水性的石油醚溶剂接触时更为 困难，为了加快渗透，需添加少量的 极性溶剂如乙醇或丙酮等。
（2）溶解
溶剂渗入细胞后，可溶解的成分按 溶解度大小先后溶解到溶剂中去。 对于干原料，以溶解过程为主。
1.工艺路线和各步反应方法的最后确定； 2.设备材质和型号的选择； 3.反应器的规模选择和反应搅拌器型式与 搅拌速度的考察； 4.生产反应条件的研究； 5.工艺流程和操作方法的确定；
中试放大的研究主要内容：
6. 物料衡算； 7. 安全生产与“三废”防治措施； 8. 原辅材料、中间体的物理性质 和化工常数的测定； 9. 原辅材料、中间体质量标准的研究制定； 10.消耗定额、原料成本、操作工时 与生产周期等的计算。