天然藥物提取工藝課件-緒論

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,天然藥物提取工藝學,天然產物提取工藝學,主編,：,徐懷德,中國輕工業出版社,第一章 緒論,Introduction,天然藥物提取工藝學,學習要求：,了解天然產物提取工藝學的特點；,熟悉分離工藝的設計策略，技術進展；,掌握天然產物提取過程的選擇。,天然產物提取工藝學特點,天然產物開發利用概況,天然產物分離工藝設計和技術進展,產物提取過程的選擇,學習內容：,什么叫天然產物？,來源于,動物、植物、昆蟲、海洋生物和微生物主代謝和次生代謝的化學物質,，都稱為天然產物。,什么叫天然產物化學？,天然產物化學,是研究動物

2、、植物、昆蟲、海洋生物及微生物,代謝產物化學成分的學科，,甚至包括人體內源性成分的化學研究，是在分子水平上揭示生命奧秘的重要科學。,天然藥物？,來源于天然生物資源，且可用來預防、治療、診斷疾病，或為了調節人體生理機能、提高生活質量、保持身體健康的天然產物，稱為,天然藥物。,天然產物提取工藝？,運用,化學工程原理和方法,對組成生物的化學物質進行,提取、分離純化,的過程。,化工原理和方法的運用,紅豆杉,紫杉醇,1.,多學科性：,生物化學、植物學、動物學、微生物學，分子生物學等,生物學科,；,有機化學、植物化學、天然藥物化學等,化學學科；,化學工程、機械工程、化工原理等,工程學科。,一、天然產物提取

3、工藝學特點,2,多層次、多方位性：,多層次：,天然產物提取包括,以,發展優質高產原料,為主要目標的一級開發,以,發展原料加工為目的,的二級開發,以,深度開發原料的單體化學成分及其應用為目的的三級開發,生物和天然產物的多層次研究開發是相輔相成的。,2,多層次、多方位性：,多方位：,提取產業是,生物技術與化學化工技術相互交叉的一個產業。,包括用化學化工技術提取分離純化動植物得到天然產物，,也利用現代生物技術如微生物發酵、酶工程等進行創行改造，獲得天然的天然產物。,3,復雜性,生物材料組成復雜,生物材料種類繁多，一個材料常包括數百種化合物，各種化合物的形狀、大小、等都不同；且在分離過程中仍會發生變化

4、；含量低微等。,天然產物具有不穩定性,許多生物活性物質一旦離開機體，易變性、破壞，,盡可能在較低溫度和潔凈環境下進行。,提取分離方法：,1.,物理方法,：研磨、超聲波、離心等；,2.,物理化學方法,：凍溶、透析、蒸餾等；,3.,化學方法,：離子交換、化學沉淀等；,4.,生物方法,：生物親和層析、免疫層析等；,5.,新技術,：微波、超臨界流體提取等；,6.,現代生物技術,：微生物工程、酶工程等；,二、天然產物開發利用概況,1.,有了人，就有了天然產物；,（簡單的利用原料）,2.19,世紀初，從鴉片中提取嗎啡,;,（原料的提取分離）,3.,新技術的應用促使發明更精密、準確的分離方法，應用于天然產物

5、的分離研究。,（深加工的三級階段）,二、天然產物開發利用概況,1.,在醫藥業的開發利用概況,2.,在食品行業的發展概況,3.,天然產物提取的技術發展,4.,部分天然產物成分及功能,2.1,在醫藥業的開發利用,由于天然產物化學研究所提供的活性物質結構新穎、療效高、副作用小，所以天然產物始終是,制藥工業中新藥研究的主要源泉之一,;,（,結構是新藥設計的主要模型,）,還廣泛應用于農業和工業；如除蟲菊酯系列化合物農藥。,2.1,在醫藥業的開發利用,隨著質譜和核磁共振儀的普及運用以及,X,射線單晶衍射儀的運用，各種層析方法的普及，近年更以,每年發現近,200,個新化合物的速度增長著，發現了一批有生理活性

6、的新型結構，,其中許多有應用前景。,植物藥 利血平,治療高血壓,長春新堿,抗癌藥,天然產物是有效治療藥的一個重要來源,，在,2011,年銷路最好的,30,個非蛋白藥物中，有,10,個是從天然來源產物衍生或通過開發而獲得的產物。,Lipitor,（,阿托伐他?。婪ニ⊙苌铮?遠超過其他產品它為,Pfizer,公司帶來了,120,億美元的收入,不僅是藥物的重要來源，而且被廣泛地用作藥物開發的分子骨架。,2.2,天然產物在食品行業的發展概況,保健食品是以天然產物為物質基礎，,不僅需要經過人體及動物實驗證明該產品具有某種生理功能，,且需查清具有該項保健功能的功能因子的結構、含量、作用機制等在食品

7、中的穩定性；,以開發不同形態和功能的保健食品。,2.2,天然產物在食品行業的發展概況,農產品的加工也是以天然產物為物質基礎的產品；,如：玉米加工產品淀粉糖，環保塑料等；,2.3,天然產物提取的技術發展,生物工程技術的進步，如酶工程、發酵工程等；,新型的分離純化技術的應用，如：雙水相萃取、層析分離、超臨界,CO2,提取等。,三、分離工藝設計和技術進展,3.1,生物原料生產和提取技術結合,生物原料的生產是天然產物提取生產的第一工廠,。,植物細胞的大規模培養早于動物細胞的，利用植物細胞培養可以生產某些珍貴之物次生代謝產物，如生物堿等。,微生物菌種選育和工程菌共建是天然產物提取上游工程的主要工作之一，

8、一般以開發新物種和提高目的產物含量為目標。,三、分離工藝設計和技術進展,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，減少工藝操作的次數，產物可被直接轉移至氣相、液相或固相。,利用,細胞的結構組成,設計天然產物提取的工藝方法。,生物化學成分,也決定提取工藝的方法和參數；,生物是一個整體，組成的物質各成分之間相互影響。生物體中,分子結構與分子間的作用力的不同,，采取的提取工藝設計時要考慮不同的方法將之隔離。,3.2,生物微觀結構設計提取工藝,3.3,根據天然產物的結構設計提取工藝：,天然產物的空間結構、官能團的種類、位置、數量、存在的形式等物理性質都決

9、定提取工藝所選用的方法；,其中官能團的種類、數量、位置、存在形式時決定提取工藝的主要因素。,生物是一個整體，各個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。,天然產物加工過程發展的一個主要傾向是,多種分離、純化技術的結合,，包括新、老技術的相互交叉、滲透與融合。,分離技術：親和膜分離、親和沉淀等層析技術；,萃取技術：凝膠萃取、雙水相分配層析,等。,3.4,根據不同分離技術耦合設計工藝,3.5,提取過程前后階段縱向統一,在天然產物提取分離中選擇不同的分離機理單元組成一套工藝；,含量多的雜質先分離除去，盡早采用高效分離手段，將最昂貴費時的分離單元放在最后階段。,*雜質引起的分析純化困難

10、可通過前后協調解決,.,如：,萃取時常產生乳化現象,，可在萃取前，通過加熱、絮凝、金屬離子曾定、水解酶等預先除去雜質蛋白避免乳化現象的產生。,3.6,從天然產物提取分離體系改性和流體流動特性設計工藝,天然產物的,反應液是復雜流體,，具有,高黏度和依賴于生物流體的剪切力等流體力學行為,，給傳熱和兩相間的接觸過程帶來特殊的問題；,天然產物的工業化需,將實驗室技術放大,；,大型天然產物分離裝置中的設計需考慮流體力學的因素，制定合理的工藝。,天然產物提取的每步操作主要目的是：,減少產品體積；,提高產品純度；,增加后續操作效率,結論：,天然產物提取工藝的整體統一性要從大系統的角度進行設計，,選擇適當的提

11、取分離方法和工藝控制因素和參數，顧及不同參數和操作單元的相互作用，以動態優化和靜態的優化結合，根據具體原料，,能夠快速、便捷地提取純化天然產物。,四、天然產物提取過程的選擇,1.,天然產物加工的主要過程,2.,設計天然產物產品加工過程的原則,4.1,天然產物加工的主要過程,1.,細胞破碎：,包括珠磨破碎、壓力釋放破碎（高壓勻漿）、冷凍加壓破碎、化學破碎、機械粉碎等；,細胞破碎技術的成熟使得大規模生產胞內產物成為可能。,2.,初步純化：,各種沉淀法的應用，如鹽析法、有機溶劑沉淀法、化學沉淀法，樹脂吸附法，膜分離法等,3.,高度純化：,各類層析技術的應用；親和層析、疏水層析等，應用于工業生產的主要

12、是離子層析和凝膠層析。,4.,成品加工：,主要是干燥和結晶。,對于生物活性物質，根據其,熱穩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。,冷凍干燥主要在蛋白質產品干燥上應用廣泛。,結晶技術實現工業化生長。,4.2,設計天然產物產品加工過程的原則,1.,采用步驟最少,天然產物的分離純化流程是多步驟組合完成的，應盡可能采用最少步驟。,？,幾個步驟組合的策略不僅影響產品的回收率，還大大影響到投資的大小和操作成本。,假設每一步的回收率為,95%,，,n,個步驟后總回收率為,0.95,n,，如,10,個，則總回收率為,60,；如果減少,4,個步驟，總回收率為,74,。,2.,采用步

13、驟的次序要合理,在加工過程中，固液分離、,高度純化和成品加工,選用技術的范圍窄，次序不成問題；,主要是在,初步純化,這個階段，要注意采用的步驟次序。,4.2,設計天然產物產品加工過程的原則,3.,產品規格,也稱技術規范，是用成品中各類雜質的,最低存在量,來表示的，它是確定,純化要求的程度,以及由此而生的加工過程方案選擇的主要依據。,物料的物理形式,也是產品技術規格要求的重要組成部分，包括,干燥物料的粒子大小和結晶產品的晶型,；,最終產品的微生物污染問題,也是產品規格要求的組成部分。醫藥產品，在冷凍干燥前，都要進行無菌過濾。,4.,生產規模,主要是由被,采用的過程,決定；,原料破碎、初步純化、高

14、度純化、產品加工這四個過程的選擇決定。,5.,進料組成,6.,產品形式,7.,產品穩定性,8.,物性,9.,危害性,10.,三廢處理,11.,分批或連續過程,4.2,設計天然產物產品加工過程的原則,五、天然產物提取利用建議,1.,生物資源多樣性和用途多功能性，進行綜合利用,同科屬的生物常具有相同的化學成分，注意在同科、同屬生物中尋找欲開發的天然藥物，,同時要考慮到同一種生物物體有上千種物質組成，應具有不同的生理活性或用途。,五、天然產物提取利用建議,目前，人們只對極少數生物進行化學組成成分的研究，對已知成分知道其功能的更是少數。,在天然藥物的開發利用上要注意生物資源的多樣性和物質功能多樣性，,

15、從,量大的前提化合物半合成活性天然產物,。,注重天然產物提取工藝理論研究；,利用生物技術，對生物進行細胞培養，以有效成分為目標，進行工廠化生產；,充分利用現代分離工程技術如膜分離技術、親和分離技術等進行天然產物的提取分離；,利用先進工程設備提取天然產物。,2.,充分利用先進科學技術，,生產高技術天然產物產品,必須減少對環境污染的清潔生產工藝轉變，確保工廠排污更符合環保要求，保證原材料、能源的高效利用，并盡可能確保未反應的原材料和水循環利用。,保護生物資源的多樣性。,3.,處理好利用與資源保護、環境保護的矛盾，使其處于良性循環狀態,調整產品結構，要發展高檔產品,如高檔醫藥生化產品、功能性食品、生化催化劑等。,發展眾多精細化工產品及用化學法無法生產或很難生產的產品；,如微生物多糖、色素、甜味劑等。,4.,面向市場生產適銷對路產品,天然產物提取工藝學的要求,1.,掌握天然產物提取方法與技術設計,2.,熟悉新型分離技術的應用,3.,掌握天然產物提取的工藝設計,4.,掌握不同類型藥物的提取工藝設計,成績計算：,平?？己耍?30,期末考試：,70,