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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,天然藥物提取工藝學(xué),天然產(chǎn)物提取工藝學(xué),主編,：,徐懷德,中國(guó)輕工業(yè)出版社,第一章 緒論,Introduction,天然藥物提取工藝學(xué),學(xué)習(xí)要求：,了解天然產(chǎn)物提取工藝學(xué)的特點(diǎn)；,熟悉分離工藝的設(shè)計(jì)策略，技術(shù)進(jìn)展；,掌握天然產(chǎn)物提取過(guò)程的選擇。,天然產(chǎn)物提取工藝學(xué)特點(diǎn),天然產(chǎn)物開發(fā)利用概況,天然產(chǎn)物分離工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)進(jìn)展,產(chǎn)物提取過(guò)程的選擇,學(xué)習(xí)內(nèi)容：,什么叫天然產(chǎn)物？,來(lái)源于,動(dòng)物、植物、昆蟲、海洋生物和微生物主代謝和次生代謝的化學(xué)物質(zhì),，都稱為天然產(chǎn)物。,什么叫天然產(chǎn)物化學(xué)？,天然產(chǎn)物化學(xué),是研究動(dòng)物

2、、植物、昆蟲、海洋生物及微生物,代謝產(chǎn)物化學(xué)成分的學(xué)科，,甚至包括人體內(nèi)源性成分的化學(xué)研究，是在分子水平上揭示生命奧秘的重要科學(xué)。,天然藥物？,來(lái)源于天然生物資源，且可用來(lái)預(yù)防、治療、診斷疾病，或?yàn)榱苏{(diào)節(jié)人體生理機(jī)能、提高生活質(zhì)量、保持身體健康的天然產(chǎn)物，稱為,天然藥物。,天然產(chǎn)物提取工藝？,運(yùn)用,化學(xué)工程原理和方法,對(duì)組成生物的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行,提取、分離純化,的過(guò)程。,化工原理和方法的運(yùn)用,紅豆杉,紫杉醇,1.,多學(xué)科性：,生物化學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)，分子生物學(xué)等,生物學(xué)科,；,有機(jī)化學(xué)、植物化學(xué)、天然藥物化學(xué)等,化學(xué)學(xué)科；,化學(xué)工程、機(jī)械工程、化工原理等,工程學(xué)科。,一、天然產(chǎn)物提取

3、工藝學(xué)特點(diǎn),2,多層次、多方位性：,多層次：,天然產(chǎn)物提取包括,以,發(fā)展優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)原料,為主要目標(biāo)的一級(jí)開發(fā),以,發(fā)展原料加工為目的,的二級(jí)開發(fā),以,深度開發(fā)原料的單體化學(xué)成分及其應(yīng)用為目的的三級(jí)開發(fā),生物和天然產(chǎn)物的多層次研究開發(fā)是相輔相成的。,2,多層次、多方位性：,多方位：,提取產(chǎn)業(yè)是,生物技術(shù)與化學(xué)化工技術(shù)相互交叉的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。,包括用化學(xué)化工技術(shù)提取分離純化動(dòng)植物得到天然產(chǎn)物，,也利用現(xiàn)代生物技術(shù)如微生物發(fā)酵、酶工程等進(jìn)行創(chuàng)行改造，獲得天然的天然產(chǎn)物。,3,復(fù)雜性,生物材料組成復(fù)雜,生物材料種類繁多，一個(gè)材料常包括數(shù)百種化合物，各種化合物的形狀、大小、等都不同；且在分離過(guò)程中仍會(huì)發(fā)生變化

4、；含量低微等。,天然產(chǎn)物具有不穩(wěn)定性,許多生物活性物質(zhì)一旦離開機(jī)體，易變性、破壞，,盡可能在較低溫度和潔凈環(huán)境下進(jìn)行。,提取分離方法：,1.,物理方法,：研磨、超聲波、離心等；,2.,物理化學(xué)方法,：凍溶、透析、蒸餾等；,3.,化學(xué)方法,：離子交換、化學(xué)沉淀等；,4.,生物方法,：生物親和層析、免疫層析等；,5.,新技術(shù),：微波、超臨界流體提取等；,6.,現(xiàn)代生物技術(shù),：微生物工程、酶工程等；,二、天然產(chǎn)物開發(fā)利用概況,1.,有了人，就有了天然產(chǎn)物；,（簡(jiǎn)單的利用原料）,2.19,世紀(jì)初，從鴉片中提取嗎啡,;,（原料的提取分離）,3.,新技術(shù)的應(yīng)用促使發(fā)明更精密、準(zhǔn)確的分離方法，應(yīng)用于天然產(chǎn)物

5、的分離研究。,（深加工的三級(jí)階段）,二、天然產(chǎn)物開發(fā)利用概況,1.,在醫(yī)藥業(yè)的開發(fā)利用概況,2.,在食品行業(yè)的發(fā)展概況,3.,天然產(chǎn)物提取的技術(shù)發(fā)展,4.,部分天然產(chǎn)物成分及功能,2.1,在醫(yī)藥業(yè)的開發(fā)利用,由于天然產(chǎn)物化學(xué)研究所提供的活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)新穎、療效高、副作用小，所以天然產(chǎn)物始終是,制藥工業(yè)中新藥研究的主要源泉之一,;,（,結(jié)構(gòu)是新藥設(shè)計(jì)的主要模型,）,還廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)；如除蟲菊酯系列化合物農(nóng)藥。,2.1,在醫(yī)藥業(yè)的開發(fā)利用,隨著質(zhì)譜和核磁共振儀的普及運(yùn)用以及,X,射線單晶衍射儀的運(yùn)用，各種層析方法的普及，近年更以,每年發(fā)現(xiàn)近,200,個(gè)新化合物的速度增長(zhǎng)著，發(fā)現(xiàn)了一批有生理活性

6、的新型結(jié)構(gòu)，,其中許多有應(yīng)用前景。,植物藥 利血平,治療高血壓,長(zhǎng)春新堿,抗癌藥,天然產(chǎn)物是有效治療藥的一個(gè)重要來(lái)源,，在,2011,年銷路最好的,30,個(gè)非蛋白藥物中，有,10,個(gè)是從天然來(lái)源產(chǎn)物衍生或通過(guò)開發(fā)而獲得的產(chǎn)物。,Lipitor,（,阿托伐他?。婪ニ⊙苌铮?遠(yuǎn)超過(guò)其他產(chǎn)品它為,Pfizer,公司帶來(lái)了,120,億美元的收入,不僅是藥物的重要來(lái)源，而且被廣泛地用作藥物開發(fā)的分子骨架。,2.2,天然產(chǎn)物在食品行業(yè)的發(fā)展概況,保健食品是以天然產(chǎn)物為物質(zhì)基礎(chǔ)，,不僅需要經(jīng)過(guò)人體及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明該產(chǎn)品具有某種生理功能，,且需查清具有該項(xiàng)保健功能的功能因子的結(jié)構(gòu)、含量、作用機(jī)制等在食品

7、中的穩(wěn)定性；,以開發(fā)不同形態(tài)和功能的保健食品。,2.2,天然產(chǎn)物在食品行業(yè)的發(fā)展概況,農(nóng)產(chǎn)品的加工也是以天然產(chǎn)物為物質(zhì)基礎(chǔ)的產(chǎn)品；,如：玉米加工產(chǎn)品淀粉糖，環(huán)保塑料等；,2.3,天然產(chǎn)物提取的技術(shù)發(fā)展,生物工程技術(shù)的進(jìn)步，如酶工程、發(fā)酵工程等；,新型的分離純化技術(shù)的應(yīng)用，如：雙水相萃取、層析分離、超臨界,CO2,提取等。,三、分離工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)進(jìn)展,3.1,生物原料生產(chǎn)和提取技術(shù)結(jié)合,生物原料的生產(chǎn)是天然產(chǎn)物提取生產(chǎn)的第一工廠,。,植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)早于動(dòng)物細(xì)胞的，利用植物細(xì)胞培養(yǎng)可以生產(chǎn)某些珍貴之物次生代謝產(chǎn)物，如生物堿等。,微生物菌種選育和工程菌共建是天然產(chǎn)物提取上游工程的主要工作之一，

8、一般以開發(fā)新物種和提高目的產(chǎn)物含量為目標(biāo)。,三、分離工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)進(jìn)展,材料的選擇：要求原料中有效成分含量高。,好的材料破碎方法和程度、選擇合適的溶劑和提取參數(shù)，減少工藝操作的次數(shù)，產(chǎn)物可被直接轉(zhuǎn)移至氣相、液相或固相。,利用,細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成,設(shè)計(jì)天然產(chǎn)物提取的工藝方法。,生物化學(xué)成分,也決定提取工藝的方法和參數(shù)；,生物是一個(gè)整體，組成的物質(zhì)各成分之間相互影響。生物體中,分子結(jié)構(gòu)與分子間的作用力的不同,，采取的提取工藝設(shè)計(jì)時(shí)要考慮不同的方法將之隔離。,3.2,生物微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提取工藝,3.3,根據(jù)天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提取工藝：,天然產(chǎn)物的空間結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的種類、位置、數(shù)量、存在的形式等物理性質(zhì)都決

9、定提取工藝所選用的方法；,其中官能團(tuán)的種類、數(shù)量、位置、存在形式時(shí)決定提取工藝的主要因素。,生物是一個(gè)整體，各個(gè)組分之間的制約和影響，也決定提取工藝、方法和步驟的不同。,天然產(chǎn)物加工過(guò)程發(fā)展的一個(gè)主要傾向是,多種分離、純化技術(shù)的結(jié)合,，包括新、老技術(shù)的相互交叉、滲透與融合。,分離技術(shù)：親和膜分離、親和沉淀等層析技術(shù)；,萃取技術(shù)：凝膠萃取、雙水相分配層析,等。,3.4,根據(jù)不同分離技術(shù)耦合設(shè)計(jì)工藝,3.5,提取過(guò)程前后階段縱向統(tǒng)一,在天然產(chǎn)物提取分離中選擇不同的分離機(jī)理單元組成一套工藝；,含量多的雜質(zhì)先分離除去，盡早采用高效分離手段，將最昂貴費(fèi)時(shí)的分離單元放在最后階段。,*雜質(zhì)引起的分析純化困難

10、可通過(guò)前后協(xié)調(diào)解決,.,如：,萃取時(shí)常產(chǎn)生乳化現(xiàn)象,，可在萃取前，通過(guò)加熱、絮凝、金屬離子曾定、水解酶等預(yù)先除去雜質(zhì)蛋白避免乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。,3.6,從天然產(chǎn)物提取分離體系改性和流體流動(dòng)特性設(shè)計(jì)工藝,天然產(chǎn)物的,反應(yīng)液是復(fù)雜流體,，具有,高黏度和依賴于生物流體的剪切力等流體力學(xué)行為,，給傳熱和兩相間的接觸過(guò)程帶來(lái)特殊的問(wèn)題；,天然產(chǎn)物的工業(yè)化需,將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)放大,；,大型天然產(chǎn)物分離裝置中的設(shè)計(jì)需考慮流體力學(xué)的因素，制定合理的工藝。,天然產(chǎn)物提取的每步操作主要目的是：,減少產(chǎn)品體積；,提高產(chǎn)品純度；,增加后續(xù)操作效率,結(jié)論：,天然產(chǎn)物提取工藝的整體統(tǒng)一性要從大系統(tǒng)的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，,選擇適當(dāng)?shù)奶?/p>

11、取分離方法和工藝控制因素和參數(shù)，顧及不同參數(shù)和操作單元的相互作用，以動(dòng)態(tài)優(yōu)化和靜態(tài)的優(yōu)化結(jié)合，根據(jù)具體原料，,能夠快速、便捷地提取純化天然產(chǎn)物。,四、天然產(chǎn)物提取過(guò)程的選擇,1.,天然產(chǎn)物加工的主要過(guò)程,2.,設(shè)計(jì)天然產(chǎn)物產(chǎn)品加工過(guò)程的原則,4.1,天然產(chǎn)物加工的主要過(guò)程,1.,細(xì)胞破碎：,包括珠磨破碎、壓力釋放破碎（高壓勻漿）、冷凍加壓破碎、化學(xué)破碎、機(jī)械粉碎等；,細(xì)胞破碎技術(shù)的成熟使得大規(guī)模生產(chǎn)胞內(nèi)產(chǎn)物成為可能。,2.,初步純化：,各種沉淀法的應(yīng)用，如鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法、化學(xué)沉淀法，樹脂吸附法，膜分離法等,3.,高度純化：,各類層析技術(shù)的應(yīng)用；親和層析、疏水層析等，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的主要

12、是離子層析和凝膠層析。,4.,成品加工：,主要是干燥和結(jié)晶。,對(duì)于生物活性物質(zhì)，根據(jù)其,熱穩(wěn)定性的不同分別采用噴霧干燥、氣流干燥、沸騰床干燥、冷凍干燥等技術(shù)。,冷凍干燥主要在蛋白質(zhì)產(chǎn)品干燥上應(yīng)用廣泛。,結(jié)晶技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生長(zhǎng)。,4.2,設(shè)計(jì)天然產(chǎn)物產(chǎn)品加工過(guò)程的原則,1.,采用步驟最少,天然產(chǎn)物的分離純化流程是多步驟組合完成的，應(yīng)盡可能采用最少步驟。,？,幾個(gè)步驟組合的策略不僅影響產(chǎn)品的回收率，還大大影響到投資的大小和操作成本。,假設(shè)每一步的回收率為,95%,，,n,個(gè)步驟后總回收率為,0.95,n,，如,10,個(gè)，則總回收率為,60,；如果減少,4,個(gè)步驟，總回收率為,74,。,2.,采用步

13、驟的次序要合理,在加工過(guò)程中，固液分離、,高度純化和成品加工,選用技術(shù)的范圍窄，次序不成問(wèn)題；,主要是在,初步純化,這個(gè)階段，要注意采用的步驟次序。,4.2,設(shè)計(jì)天然產(chǎn)物產(chǎn)品加工過(guò)程的原則,3.,產(chǎn)品規(guī)格,也稱技術(shù)規(guī)范，是用成品中各類雜質(zhì)的,最低存在量,來(lái)表示的，它是確定,純化要求的程度,以及由此而生的加工過(guò)程方案選擇的主要依據(jù)。,物料的物理形式,也是產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格要求的重要組成部分，包括,干燥物料的粒子大小和結(jié)晶產(chǎn)品的晶型,；,最終產(chǎn)品的微生物污染問(wèn)題,也是產(chǎn)品規(guī)格要求的組成部分。醫(yī)藥產(chǎn)品，在冷凍干燥前，都要進(jìn)行無(wú)菌過(guò)濾。,4.,生產(chǎn)規(guī)模,主要是由被,采用的過(guò)程,決定；,原料破碎、初步純化、高

14、度純化、產(chǎn)品加工這四個(gè)過(guò)程的選擇決定。,5.,進(jìn)料組成,6.,產(chǎn)品形式,7.,產(chǎn)品穩(wěn)定性,8.,物性,9.,危害性,10.,三廢處理,11.,分批或連續(xù)過(guò)程,4.2,設(shè)計(jì)天然產(chǎn)物產(chǎn)品加工過(guò)程的原則,五、天然產(chǎn)物提取利用建議,1.,生物資源多樣性和用途多功能性，進(jìn)行綜合利用,同科屬的生物常具有相同的化學(xué)成分，注意在同科、同屬生物中尋找欲開發(fā)的天然藥物，,同時(shí)要考慮到同一種生物物體有上千種物質(zhì)組成，應(yīng)具有不同的生理活性或用途。,五、天然產(chǎn)物提取利用建議,目前，人們只對(duì)極少數(shù)生物進(jìn)行化學(xué)組成成分的研究，對(duì)已知成分知道其功能的更是少數(shù)。,在天然藥物的開發(fā)利用上要注意生物資源的多樣性和物質(zhì)功能多樣性，,

15、從,量大的前提化合物半合成活性天然產(chǎn)物,。,注重天然產(chǎn)物提取工藝?yán)碚撗芯浚?利用生物技術(shù)，對(duì)生物進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，以有效成分為目標(biāo)，進(jìn)行工廠化生產(chǎn)；,充分利用現(xiàn)代分離工程技術(shù)如膜分離技術(shù)、親和分離技術(shù)等進(jìn)行天然產(chǎn)物的提取分離；,利用先進(jìn)工程設(shè)備提取天然產(chǎn)物。,2.,充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，,生產(chǎn)高技術(shù)天然產(chǎn)物產(chǎn)品,必須減少對(duì)環(huán)境污染的清潔生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)變，確保工廠排污更符合環(huán)保要求，保證原材料、能源的高效利用，并盡可能確保未反應(yīng)的原材料和水循環(huán)利用。,保護(hù)生物資源的多樣性。,3.,處理好利用與資源保護(hù)、環(huán)境保護(hù)的矛盾，使其處于良性循環(huán)狀態(tài),調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，要發(fā)展高檔產(chǎn)品,如高檔醫(yī)藥生化產(chǎn)品、功能性食品、生化催化劑等。,發(fā)展眾多精細(xì)化工產(chǎn)品及用化學(xué)法無(wú)法生產(chǎn)或很難生產(chǎn)的產(chǎn)品；,如微生物多糖、色素、甜味劑等。,4.,面向市場(chǎng)生產(chǎn)適銷對(duì)路產(chǎn)品,天然產(chǎn)物提取工藝學(xué)的要求,1.,掌握天然產(chǎn)物提取方法與技術(shù)設(shè)計(jì),2.,熟悉新型分離技術(shù)的應(yīng)用,3.,掌握天然產(chǎn)物提取的工藝設(shè)計(jì),4.,掌握不同類型藥物的提取工藝設(shè)計(jì),成績(jī)計(jì)算：,平?？己耍?30,期末考試：,70,