天然藥物提取工藝課件-緒論.ppt

1、天然藥物提取技術(shù)，天然產(chǎn)物提取技術(shù)，主編：徐懷德，中國輕工業(yè)出版社，第1章緒論，天然藥物提取技術(shù)，學(xué)習(xí)要求：了解天然產(chǎn)物提取技術(shù)的特點；熟悉分離過程的設(shè)計策略和技術(shù)進(jìn)展；掌握天然產(chǎn)物提取工藝的選擇。天然產(chǎn)物提取技術(shù)的特點天然產(chǎn)物開發(fā)利用概述天然產(chǎn)物分離工藝的設(shè)計和技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)物提取工藝的選擇什么是天然產(chǎn)物？由動物、植物、昆蟲、海洋生物和微生物的主代謝和次代謝產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)都被稱為天然產(chǎn)物。什么是天然產(chǎn)物化學(xué)？天然產(chǎn)物化學(xué)是一門研究動物、植物、昆蟲、海洋生物和微生物代謝產(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，是一門從分子水平揭示生命奧秘的重要科學(xué)。天然藥物？它來源于天然生物資源，可用

2、于預(yù)防、治療和診斷疾病，或調(diào)節(jié)人體生理功能，提高生活質(zhì)量和保持健康，被稱為天然藥物。天然產(chǎn)物的提取技術(shù)？利用化學(xué)工程原理和方法提取、分離和純化組成生物體的化學(xué)物質(zhì)。應(yīng)用化學(xué)原理和方法，紅豆杉和紫杉醇，1。多學(xué)科：生物化學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)和其他生物學(xué)科；有機(jī)化學(xué)、植物化學(xué)、天然藥物化學(xué)和其他化學(xué)學(xué)科；化學(xué)工程、機(jī)械工程、化學(xué)工程原理等工程學(xué)科。1.天然產(chǎn)物提取的技術(shù)特點；2.多層次和多方向：多層次：天然產(chǎn)物提取包括以開發(fā)高質(zhì)量和高產(chǎn)率原料為主要目標(biāo)的初級開發(fā)，以發(fā)展原料加工為目標(biāo)的二級開發(fā)，以深入開發(fā)原料的單體化學(xué)成分及其應(yīng)用為目標(biāo)的三級開發(fā)，生物和天然產(chǎn)物的多層次研發(fā)是互

3、補(bǔ)的。多層次和多方向：多方向：提取工業(yè)是生物技術(shù)和化學(xué)技術(shù)相互交叉的行業(yè)。包括利用化學(xué)技術(shù)提取、分離和純化動植物以獲得天然產(chǎn)物，以及利用現(xiàn)代生物技術(shù)如微生物發(fā)酵、酶工程等。復(fù)雜生物材料復(fù)雜的生物材料有很多種，一種材料通常包含數(shù)百種化合物，每種化合物都有不同的形狀、大小等；并且在分離過程中仍會改變。低含量等。天然產(chǎn)品是不穩(wěn)定的。一旦許多生物活性物質(zhì)離開身體，它們很容易被改變和破壞。應(yīng)盡可能在較低的溫度和清潔的環(huán)境下進(jìn)行。提取和分離方法：1 .物理方法：研磨、超聲波、離心等。2.物理和化學(xué)方法：冷凍、透析、蒸餾等。3.化學(xué)方法：離子交換和化學(xué)沉淀；4.生物學(xué)方法：生物親和層析、免疫層析等。5.新技

4、術(shù)：微波、超臨界流體萃取等。6.現(xiàn)代生物技術(shù)：微生物工程、酶工程等。第二，天然產(chǎn)物的開發(fā)利用。有了人，就有了自然產(chǎn)品；(原材料的簡單使用)2。19世紀(jì)初，嗎啡是從鴉片中提取的；(原料的提取和分離)3。新技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了一種更精確的分離方法的發(fā)明，這種方法應(yīng)用于天然產(chǎn)物的分離。(三階段深加工)，2 .天然產(chǎn)物開發(fā)利用概況。醫(yī)藥工業(yè)開發(fā)利用概況。食品工業(yè)發(fā)展概況。天然產(chǎn)物提取技術(shù)的發(fā)展。一些天然產(chǎn)物的成分和功能，2.1醫(yī)藥工業(yè)的開發(fā)和利用。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，天然產(chǎn)物一直是制藥工業(yè)新藥研究的主要來源之一。(結(jié)構(gòu)是新藥設(shè)計的主要模式)也廣泛用于agr2.1

5、隨著醫(yī)藥行業(yè)的開發(fā)和利用，隨著質(zhì)譜和核磁共振儀器的普及和應(yīng)用，X射線單晶衍射儀的應(yīng)用和各種色譜方法的普及，近年來每年都有近200個新化合物被發(fā)現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)了一批具有生理活性的新結(jié)構(gòu)，其中許多具有應(yīng)用前景。天然產(chǎn)物是利血平治療高血壓的有效治療藥物的重要來源。在2011年最暢銷的30種非蛋白藥物中，有10種來自天然產(chǎn)品或通過開發(fā)獲得。立普妥(阿托伐他汀衍生物)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他產(chǎn)品。它給輝瑞帶來了120億美元的收入。它不僅是藥物的重要來源，也廣泛用作藥物開發(fā)的分子骨架。2.2食品工業(yè)中天然產(chǎn)品發(fā)展概述健康食品以天然產(chǎn)品為基礎(chǔ)。不僅要通過人體和動物實驗證明該產(chǎn)品具有一定的生理功能，還要弄清食品中具有這種保健

6、功能的功能因子的結(jié)構(gòu)、含量和作用機(jī)理的穩(wěn)定性；從而開發(fā)出不同形狀和功能的保健食品。2.2食品工業(yè)天然產(chǎn)品發(fā)展概況農(nóng)產(chǎn)品加工也是以天然產(chǎn)品為基礎(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)物提取技術(shù)的發(fā)展和生物工程技術(shù)的進(jìn)步，如酶工程和發(fā)酵工程；雙水相萃取、色譜分離、超臨界CO2萃取等新型分離純化技術(shù)的應(yīng)用。分離工藝設(shè)計和技術(shù)進(jìn)展3.1生物原料生產(chǎn)和提取技術(shù)結(jié)合生物原料生產(chǎn)是天然產(chǎn)物提取和生產(chǎn)的第一工廠。植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)比動物細(xì)胞更早，一些珍貴的次生代謝產(chǎn)物，如生物堿，可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生。微生物菌株的選育和工程菌的共構(gòu)建是天然產(chǎn)物提取上游項目的主要任務(wù)之一，該項目通常旨在開

7、發(fā)新的物種和增加目標(biāo)產(chǎn)物的含量。3.分離工藝設(shè)計和技術(shù)進(jìn)步、材料選擇：要求原料中有效成分含量高。良好的物料粉碎方法和程度，選擇合適的溶劑和提取參數(shù)可以減少工藝操作的次數(shù)，產(chǎn)品可以直接轉(zhuǎn)移到氣相、液相或固相。利用細(xì)胞結(jié)構(gòu)設(shè)計天然產(chǎn)物的提取工藝。生化成分也決定提取過程的方法和參數(shù)；有機(jī)體是一個整體，組成物質(zhì)的成分相互影響。由于生物體內(nèi)分子結(jié)構(gòu)和分子間作用力的不同，在設(shè)計提取工藝時應(yīng)考慮不同的方法。3.2根據(jù)生物微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計提取工藝，3.3根據(jù)天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)設(shè)計提取工藝：天然產(chǎn)物的物理性質(zhì)，如官能團(tuán)的類型、位置、數(shù)量和存在形式，都決定了提取工藝的選擇方法；其中，官能團(tuán)的類型、數(shù)量、位置和存在形式是決

8、定提取過程的主要因素。生物體是一個整體，各組成部分之間的制約和影響也決定了提取過程、方法和步驟的差異。天然產(chǎn)物加工發(fā)展的主要趨勢之一是各種分離和純化技術(shù)的結(jié)合，包括新舊技術(shù)的交叉、滲透和整合。分離技術(shù)：親和膜分離、親和沉淀等色譜技術(shù)；提取技術(shù)：凝膠萃取、雙水相分配色譜等。3.4根據(jù)不同分離技術(shù)的耦合來設(shè)計流程，3.5在提取流程的前、后階段，選擇不同的分離機(jī)構(gòu)單元，形成一套天然產(chǎn)物的提取分離流程；首先應(yīng)分離和去除高含量的雜質(zhì)，并應(yīng)盡快采用高效的分離手段，并應(yīng)設(shè)置最昂貴和耗時的分離裝置3.6天然產(chǎn)物萃取分離系統(tǒng)的改造及流體流動特性的設(shè)計天然產(chǎn)物的反應(yīng)溶液是一種復(fù)雜的高粘度流體，其流體力學(xué)行為如剪切

9、力依賴于生物流體，這給兩相之間的傳熱和接觸過程帶來了特殊的問題；天然產(chǎn)物的產(chǎn)業(yè)化需要擴(kuò)大實驗室技術(shù)；在設(shè)計大型天然產(chǎn)物分離裝置時，應(yīng)考慮流體力學(xué)因素，制定合理的工藝。提取天然產(chǎn)物的每個步驟的主要目的是減少產(chǎn)物的體積；提高產(chǎn)品純度；為了提高后續(xù)操作的效率，結(jié)論：天然產(chǎn)物提取過程的整體統(tǒng)一應(yīng)該從大系統(tǒng)的角度來設(shè)計。應(yīng)選擇合適的提取和分離方法、過程控制因素和參數(shù)?？紤]到不同參數(shù)和操作單元之間的相互作用，應(yīng)根據(jù)具體的原料，將動態(tài)優(yōu)化和靜態(tài)優(yōu)化相結(jié)合，快速方便地提取和純化天然產(chǎn)物。4.天然產(chǎn)物提取工藝的選擇。天然產(chǎn)物加工的主要過程。天然產(chǎn)物加工過程的設(shè)計原則，4.1天然產(chǎn)物加工的主要過程，1 .細(xì)胞破碎

10、：包括珠磨破碎、卸壓破碎(高壓均質(zhì))、冷凍加壓破碎、化學(xué)破碎、機(jī)械破碎等。細(xì)胞分裂技術(shù)的成熟使得大規(guī)模生產(chǎn)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物成為可能。2.初步純化：應(yīng)用各種沉淀方法，如鹽析、有機(jī)溶劑沉淀、化學(xué)沉淀、樹脂吸附、膜分離等。3.高純度：各種色譜技術(shù)的應(yīng)用；親和層析、疏水層析等。離子色譜和凝膠色譜主要用于工業(yè)生產(chǎn)。成品加工：主要是干燥和結(jié)晶。對于生物活性物質(zhì)，根據(jù)其熱穩(wěn)定性的不同，采用噴霧干燥、氣流干燥、流化床干燥、冷凍干燥等技術(shù)。冷凍干燥廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)產(chǎn)品的干燥。用結(jié)晶技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)增長。4.2設(shè)計天然產(chǎn)品加工過程的原則，1。步驟最少的天然產(chǎn)物分離純化過程是一個多步驟的組合，應(yīng)盡可能采用最少的步驟。多步結(jié)合

11、的策略不僅影響產(chǎn)品回收率，而且對投資和運行成本也有很大影響。假設(shè)每一步的回收率為95%，n步后的總回收率為0.95n，如果有10步，總回收率為60；如果減少4個步驟，總回收率為74。2.步驟的順序應(yīng)該合理。在加工過程中，固液分離、高純度和成品加工選擇的技術(shù)范圍狹窄，順序不成問題；主要在初步純化階段，應(yīng)注意所采用的步驟順序。4.2天然產(chǎn)品加工工藝設(shè)計原則，3。產(chǎn)品規(guī)格，也稱為技術(shù)規(guī)格，以成品中各種雜質(zhì)的最小量表示，這是確定凈化要求的程度和選擇由此產(chǎn)生的加工方案的主要依據(jù)。材料的物理形態(tài)也是產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格的重要組成部分，包括干燥材料的粒度和結(jié)晶產(chǎn)品的晶型；最終產(chǎn)品的微生物污染也是產(chǎn)品規(guī)格的一個組成部

12、分。在冷凍干燥之前，藥品應(yīng)該經(jīng)過滅菌和過濾。生產(chǎn)規(guī)模主要由采用的工藝決定；決定選擇四個過程，即原料粉碎、初步純化、高度純化和產(chǎn)品加工。5。飼料成分，6。產(chǎn)品形式，7。產(chǎn)品穩(wěn)定性，8。物理屬性，9。危害性，10。三廢治理。間歇或連續(xù)過程，4.2天然產(chǎn)品加工設(shè)計原則，5。對天然產(chǎn)物提取和利用的建議。生物資源的生物多樣性和用途的多樣性，對于綜合利用來說，屬于同一科和屬的生物往往具有相同的化學(xué)組成，因此要注意尋找在同一科和屬中開發(fā)的天然藥物。建議重視天然產(chǎn)物提取過程的理論研究；利用生物技術(shù)進(jìn)行生物細(xì)胞培養(yǎng)，以有效成分為目標(biāo)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)；充分利用膜分離技術(shù)、親和分離技術(shù)等現(xiàn)代分離工程技術(shù)提取分離天然產(chǎn)物；使用先進(jìn)的工程設(shè)備提取天然產(chǎn)物。2.要充分利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)高科技的天然產(chǎn)品，必須減少污染環(huán)境的清潔生產(chǎn)工藝的改變，確保工廠排放的污水符合環(huán)保要求，確保原材料和能源的有效利用，并盡可能保證未反應(yīng)的原材料和水的循環(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)和環(huán)境保護(hù)的