天然产物提取工艺学第一章、第二章

第二章 天然产物的提取方法和技术
¾ 第一节 天然产物开发利用方案确定 ¾ 第二节Байду номын сангаас原料细胞结构与提取工艺特性 ¾ 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
大致可分为：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 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 艺、临床实验、中试、正式生产等步骤。
二、查阅文献资料和收集信息
Natural Product Report, (7.325) 1984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 Phytochemistry, (2.78) 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 Phytochemieal Analysis,（0.912) 英国主办
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1. 在医药业的开发利用概况 2. 在食品行业的发展概况 3. 天然产物提取的技术发展 4. 部分天然产物成分及功能
三、分离工艺设计和技术进展
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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
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；
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；
2.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）
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；
五、原料的前处理
2.原料的干燥：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； 中药材先多用晒干法，在日光的直接照射下，干燥速度 较快、细胞膜破坏较好，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；
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； 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；
1.原辅材料规格的过渡试验； 2.设备选型与材料质量试验； 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； 5.下游工艺研究。
中试放大的方法：
1.经验法： 2.相似法： 3.数学模型法
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；
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； 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。
五、原料的前处理
1.除杂、洗涤、切割:
四、产物提取过程的选择

1.加工的主要过程

2.设计加工过程的原则
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

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
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； b.新鲜原料切片后加热干燥，水分急剧蒸发，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；
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。 风干法，对有效成分损害小；
成分改变；
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
1.缓冲系统： 2.加入保护剂： 3.抑制水解酶的破坏 4.其他一些特殊要求的保护
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
提取分离方法：
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1. 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； 3.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 5. 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；
二、天然产物开发利用概况
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；
¾ 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。 ¾ 蜡层是由蜡醇和脂肪酸组成，是细胞壁有很强 的疏水性。 ¾ 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。 ¾ 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。
三、破坏细胞壁和细胞膜的方法
选择合适的破碎方法： 细胞的数量； 所需要的产物对破碎条件 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；
四、原料的质量控制方法 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、原料的质量控制方法
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 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、原料的质量控制方法
5.有效成分的含量测定：
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
¾ 1.掌握天然产物提取方法与技术设计 ¾ 2.熟悉新型分离技术的应用 ¾ 3.掌握天然产物提取的工艺设计 ¾ 4.掌握不同类型药物的提取工艺设计
三、实验设计和工艺流程的选择
实验设计：
1.观察项目的可比性 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； 天然产物的提取工艺：收率、成本和经济效益； 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
三、实验设计和工艺流程的选择
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； 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）
二、实验设计和工艺流程的选择
新实验研究阶段：小型和放大实验 小实验： 原料用量少，使用设备以玻璃仪器为 主，参加实验人少； 放大实验：投料量大，设备多用小型工业设备， 参加实验人多； 小实验为放大实验提供数据和经验，可节约放大 实验所需要的时间、人力、物力的投入。
五、原料的前处理
3.粉碎：
增加表面积，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
四、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； 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； 6.安全生产措施和方法。