第二章天然产物提取方法和技术33

1、第二章第二章 天然产物的提取方法和技术天然产物的提取方法和技术第一节第一节 天然产物开发利用方案确天然产物开发利用方案确定定大致可分为：大致可分为：选定研究对象、生物材料采集选定研究对象、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。艺、临床实验、中试、正式生产等步骤。根据研究目的的不同：根据研究目的的不同：一、研究对象的确定一、研究对象的确定根据古代医学典籍、民族医

2、学实践提供的根据古代医学典籍、民族医学实践提供的 资料或民间经验和临床观察；资料或民间经验和临床观察；根据当地植物样品随机选取；根据当地植物样品随机选取；根据天然产物成分信息确定；根据天然产物成分信息确定；根据已有的天然产物、医药学及相关科学根据已有的天然产物、医药学及相关科学 研究成果的基础上，通过大量的文献检索研究成果的基础上，通过大量的文献检索根据市场商品要求确定研究对象。根据市场商品要求确定研究对象。n传统中医药有其丰富的医药学和文化内涵。传统中医药有其丰富的医药学和文化内涵。n根据古今记载的临床有效处方，收集整理临根据古今记载的临床有效处方，收集整理临床治病的单秘验方的单味药或复方药

3、进行研床治病的单秘验方的单味药或复方药进行研究，筛选活性天然产物。究，筛选活性天然产物。如：冬凌草如：冬凌草冬凌草冬凌草(Rabdosia rubescens (Hemls.) Hara)为唇形科香茶菜属药用植物广布于我国黄河为唇形科香茶菜属药用植物广布于我国黄河长江流域，河南济源长江流域，河南济源民间用于治疗食管癌，民间用于治疗食管癌，贲门癌贲门癌的民间药物；研究发现它的有效化学的民间药物；研究发现它的有效化学成分是一个二萜类化合物，成分是一个二萜类化合物，冬凌草素。冬凌草素。活性跟踪纯化活性跟踪纯化当归芦荟丸：当归芦荟丸：临床具有泻肝作用；临床具有泻肝作用；中国医学科学院用其治疗白血病，也

4、有好效果。中国医学科学院用其治疗白血病，也有好效果。处方中：除去麝香后，疗效仍有；处方中：除去麝香后，疗效仍有；但除去青黛和芦荟后，则无一例有效；但除去青黛和芦荟后，则无一例有效；再进行小鼠筛选：再进行小鼠筛选：发现青黛是抗白血病的活性植物。发现青黛是抗白血病的活性植物。继续研究：继续研究：发现青黛的有效成分为靛玉红，发现青黛的有效成分为靛玉红，研制出研制出抗慢性粒细胞白血病的有效新药。抗慢性粒细胞白血病的有效新药。生物亲缘关系确定研究对象生物亲缘关系确定研究对象 如：苦木苦味素类成分的研究如：苦木苦味素类成分的研究从苦木科鸦胆子属抗痢鸦胆子从苦木科鸦胆子属抗痢鸦胆子（B. antidysen

5、terica Mill)植物中得到有显著抗肿瘤活性的化合物鸦胆丁；植物中得到有显著抗肿瘤活性的化合物鸦胆丁；后从苦木科后从苦木科16属属35种植物中也得到了约种植物中也得到了约140个苦木苦个苦木苦味素类成分，其中味素类成分，其中30个有不同程度的抗肿瘤活性。个有不同程度的抗肿瘤活性。鸦胆子鸦胆子与天然产物提取分离有关的期刊杂志主要有：与天然产物提取分离有关的期刊杂志主要有：Natural Product Report，1984年开始出版年开始出版（英国皇家化学会），刊登天然产物研究方（英国皇家化学会），刊登天然产物研究方面的热点研究领域综述性文章。面的热点研究领域综述性文章。Journal

6、of Natural Product，美国化学会与美国化学会与美国生药学会合办，刊登药用活性天然产物美国生药学会合办，刊登药用活性天然产物研究的原始研究论文。研究的原始研究论文。二、查阅文献资料和收集信息二、查阅文献资料和收集信息期刊杂志主要有：期刊杂志主要有：Phytochemistry，国际植物生物化学与天然国际植物生物化学与天然有机化学的专业期刊，刊登天然产物、植物有机化学的专业期刊，刊登天然产物、植物分子生物学等研究的原始论文。分子生物学等研究的原始论文。Journal of Asian Natural Product Research，中国与日本合办，发表亚洲国家天然产物分中国与日本

7、合办，发表亚洲国家天然产物分离、结构鉴定、合成、生物转化、生药学和离、结构鉴定、合成、生物转化、生药学和药理评价方面的原始研究论文。药理评价方面的原始研究论文。化学文摘（化学文摘（C. A.) 收录收录1967年以后的内容，年以后的内容， 可通过中国科技信息研究所可通过中国科技信息研究所（http:/www.C)实现检索实现检索 美国化学会网站美国化学会网站， （) 收录几十种主办的化学类刊物，收录几十种主办的化学类刊物，英国皇家化学会网站，英国皇家化学会网站， ()收录英国皇家化学会的刊物收录英国皇家化学会的刊物

8、数据库主要有：数据库主要有：天然产物生产工艺资料；天然产物生产工艺资料；生物资源、组织特性、地理分布；生物资源、组织特性、地理分布；化学成分和质量标准等资料；化学成分和质量标准等资料；有效成分体内代谢变化的资料；有效成分体内代谢变化的资料；有效成分的结构、性质和生物活性等方面有效成分的结构、性质和生物活性等方面的资料；的资料；结构相似化学成分的各种研究资料等等。结构相似化学成分的各种研究资料等等。文献内容可包括：文献内容可包括：实验设计：实验设计：1.1.观察项目的可比性观察项目的可比性: :实验条件控制的要非常严格，否则实验结果实验条件控制的要非常严格，否则实验结果将不可靠。将不可靠。同一个

9、实验要重复多次，以观察它的精确度、同一个实验要重复多次，以观察它的精确度、重现性和可靠性。重现性和可靠性。若差别较大时，还需对数据进行统计学处理，若差别较大时，还需对数据进行统计学处理，以计算它们的实验误差和可信性。以计算它们的实验误差和可信性。三、实验设计和工艺流程的选择三、实验设计和工艺流程的选择实验设计：实验设计：2.2.选择测试指标：选择测试指标： 在实验中所使用的分析方法测定速在实验中所使用的分析方法测定速度快，结果要精确可靠；度快，结果要精确可靠；三、实验设计和工艺流程的选择三、实验设计和工艺流程的选择3.3.不能直接搬用植物化学的提取方法作为不能直接搬用植物化学的提取方法作为工业

10、生成的方法？工业生成的方法？植物化学提取的目的：新化合物、鉴定结构、植物化学提取的目的：新化合物、鉴定结构、发现新成分、不计算成本、收率、经济效益；发现新成分、不计算成本、收率、经济效益；天然产物生产提取目的：要考虑收率、成本和天然产物生产提取目的：要考虑收率、成本和经济效益等；经济效益等；在生产天然产物提取物时使用植物化学或中草在生产天然产物提取物时使用植物化学或中草药化学中的有效成分提取分离方法是不经济的，药化学中的有效成分提取分离方法是不经济的，在技术上也是不行的。在技术上也是不行的。u因此，因此，不能直接搬用植物化学的提取方法作为不能直接搬用植物化学的提取方法作为工业生产的方法。工业生

11、产的方法。仍必须大量参考有关的植物化学提取流程和仍必须大量参考有关的植物化学提取流程和被提取有效成分的结构及其物理化学性质。被提取有效成分的结构及其物理化学性质。必要时以这些资料作为科学依据，根据这些必要时以这些资料作为科学依据，根据这些资料做实验设计。资料做实验设计。做天然产物提取生产工艺的实验研究时，一做天然产物提取生产工艺的实验研究时，一定要从工业生产的要求和实验情况出发，定要从工业生产的要求和实验情况出发， * *以经济的观点设计生产工艺：流程简单、经以经济的观点设计生产工艺：流程简单、经济可行，收率高、产品质量高和成本低。济可行，收率高、产品质量高和成本低。1.1.分离纯化的早期：分

12、离纯化的早期：由于提取液中的成分复杂、目的物浓度较稀、由于提取液中的成分复杂、目的物浓度较稀、与目的物理化性质相似的杂质多，所以与目的物理化性质相似的杂质多，所以不宜不宜选择分辨能力较高的纯化方法；选择分辨能力较高的纯化方法；宜采用萃取、沉淀、吸附等分辨能力低的方宜采用萃取、沉淀、吸附等分辨能力低的方法有利；法有利；这些方法负荷能力大，分离量多兼有分离提这些方法负荷能力大，分离量多兼有分离提纯和浓缩作用，为进一步分离纯化创造良好纯和浓缩作用，为进一步分离纯化创造良好的基础。的基础。工艺流程中注意事项：工艺流程中注意事项：1.1.分离纯化的早期：分离纯化的早期：总的来说，早期分离方法的选择原则是

13、从总的来说，早期分离方法的选择原则是从低分辨能力到高分辨能力，而且负荷量较低分辨能力到高分辨能力，而且负荷量较大者较为合适大者较为合适2.2.安排纯化顺序：安排纯化顺序：考虑到有利于减少工序、提高效率；考虑到有利于减少工序、提高效率；如：在盐析后采取吸附法，必然会因离如：在盐析后采取吸附法，必然会因离子过多而影响吸附效果，如增加透析除子过多而影响吸附效果，如增加透析除盐，则使操作大大复杂化。盐，则使操作大大复杂化。如果倒过来进行，先吸附，后盐析就比如果倒过来进行，先吸附，后盐析就比较合理。较合理。3.3.分离操作的后期：分离操作的后期：必须注意避免产品的损失，主要是器皿的吸必须注意避免产品的损

14、失，主要是器皿的吸附，样品液体残留，空气氧化及无法了解的附，样品液体残留，空气氧化及无法了解的原因。原因。为取得足够量的样品，常需要加大原材料的为取得足够量的样品，常需要加大原材料的用量，并在后期纯化工序中注意保持样品溶用量，并在后期纯化工序中注意保持样品溶液由较高的浓度，以防止制备物在稀溶液中液由较高的浓度，以防止制备物在稀溶液中的变性，的变性，n一个制备物是否纯，常以一个制备物是否纯，常以“均一性均一性”表表示示n均一性是指所获得的制备物只具有一种均一性是指所获得的制备物只具有一种完全相同的成分。完全相同的成分。n均一性的评价需经过数种方法的验证才均一性的评价需经过数种方法的验证才能肯定。

15、能肯定。n纯度的鉴定方法很多，常用的有：溶解纯度的鉴定方法很多，常用的有：溶解度法、结晶法、熔点法、色谱法、质谱度法、结晶法、熔点法、色谱法、质谱法等多种法等多种进入新实验研究阶段：进入新实验研究阶段： 即小型或放大生产实验阶段即小型或放大生产实验阶段 这个阶段的主要任务这个阶段的主要任务：检查生产工艺流程：检查生产工艺流程的可行性和存在的问题，并为中间生产实的可行性和存在的问题，并为中间生产实验或正式工业生产提供科学依据。验或正式工业生产提供科学依据。二、实验设计和工艺流程的选择二、实验设计和工艺流程的选择小实验：小实验：原料用量少，使用设备以玻璃仪原料用量少，使用设备以玻璃仪器为主，参加实

16、验人少；器为主，参加实验人少；放大实验：放大实验：投料量大，设备多用小型工业投料量大，设备多用小型工业设备，参加实验人多；设备，参加实验人多； 小实验为放大实验小实验为放大实验提供数据和经验提供数据和经验，可可节约节约放大实验所需要的放大实验所需要的时间、人力、时间、人力、物力的投入物力的投入。二、实验设计和工艺流程的选择二、实验设计和工艺流程的选择进入中试前的考虑：进入中试前的考虑：1.1.产率达到一定的稳定程度，质量可靠；产率达到一定的稳定程度，质量可靠；2.2.工艺路线及操作步骤确定，建立和确定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；产品、中间体及原料的分析方法；

17、3.3.确定和鉴定产品的生物材料的资源；确定和鉴定产品的生物材料的资源；四、天然产物提取中试设计四、天然产物提取中试设计进入中试前的考虑：进入中试前的考虑：3.3.确定和鉴定产品的生物材料的资源；确定和鉴定产品的生物材料的资源；4.4.物料的衡算，物料的衡算，“三废三废”的处理方法；的处理方法；5.5.中试规模及原料的规格和数量；中试规模及原料的规格和数量；6.6.安全生产措施和方法。安全生产措施和方法。四、天然产物提取中试设计四、天然产物提取中试设计n天然产物提取中试放大工艺特点：中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试放大是由小试转入工业化生产的过渡性研究工作，

18、对小试工艺能否成功渡性研究工作，对小试工艺能否成功地进入规模生产至关重要地进入规模生产至关重要n研究工作主要围绕着如何提高收率、研究工作主要围绕着如何提高收率、改进操作、提高质量、形成生产等方改进操作、提高质量、形成生产等方面进行。面进行。n一个一个工艺研究项目的最终目的是能在工艺研究项目的最终目的是能在生产上采用。生产上采用。1.1.原辅材料规格的过渡试验；原辅材料规格的过渡试验；小试时：一般采用的原辅材料规格较高。小试时：一般采用的原辅材料规格较高。 目的：目的：是为了排除原料中所含杂质的不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。良影响，确保实验的准确性。大规模生产时：应改为

19、生产时容易获得的大规模生产时：应改为生产时容易获得的原辅材料进行过渡性实验。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：转入中试放大生产的过渡性试验：2.2.设备选型与材料质量试验；设备选型与材料质量试验；n小试阶段：大部分实验时在小型玻璃仪器小试阶段：大部分实验时在小型玻璃仪器中进行；中进行；n中试阶段：要对设备材料的质量和设备的中试阶段：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。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：转入中试放大生产的过渡性试验：3.3.反应条件限度实验；反应条件限度实验； 目的目的: :找到最适宜的工艺条件（如培养

20、基找到最适宜的工艺条件（如培养基种类、反应温度、压力、种类、反应温度、压力、pHpH等），一般等），一般均匀一个许可范围。均匀一个许可范围。转入中试放大生产的过渡性试验：转入中试放大生产的过渡性试验：4.4.原辅材料、中间体及产品质量分析方法研究原辅材料、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、准确可靠他们的鉴定方法，制定简便易行、准确可靠的检验方法。的检验方法。转入中试放大生产的过渡性试验：转入中试放大生产的过渡性试验：5.5.下游工艺研究下游工艺研究 上游工艺：以生物材料资源生产为核心的研究内容

21、；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。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，降艺、新技术和新设备，提高劳动生产率，降低成本。低成本。转入中试放大生产的过渡性试验：转入中试放大生产的过渡性试验： 中试放大的方法：中试放大的方法： 1.1.经验法：经验法：主要是凭借经验通过逐级放大主要是凭借经验通过逐级放大(小试装置中间装小试装置中间装置中型装置大型装置置中型装置大型装置)来摸索反应器的特征。它也是目来摸索反应器的特征。它也是目前

22、药物合成中采用的主要方法。前药物合成中采用的主要方法。 2.2.相似法：相似法：主要是应用相似原理进行放大。此法有一定局限主要是应用相似原理进行放大。此法有一定局限性，只适用于物理过程放大。而不适用于化学过程的放大。性，只适用于物理过程放大。而不适用于化学过程的放大。 3. 3.数学模型法数学模型法: :是应用计算机技术的放大，它是今后发展的方是应用计算机技术的放大，它是今后发展的方向。向。 中试放大的研究主要内容：中试放大的研究主要内容：1，工艺路线和单元反应操作方法的最终确定。特别当原来选定的路线和单元反应方法在中试放大阶段暴露出难以解决的重大问题时，应重新选择其他路线，再按新路线进行中试

23、放大。2，设备材质和型号的选择。对于接触腐蚀性物料的设备材质的选择问题尤应注意。3，搅拌器型式和搅拌速度的考察。反应很多是非均相的，且反应热效应较大。在小试时由于物料体积小，搅拌效果好，传热传质问题不明显，但在中试放大时必须根据物料性质和反应特点，注意搅拌型式和搅拌速度对反应的影响规律，以便选择合乎要求的搅拌器和确定适用的搅拌速度。中试放大的研究主要内容：中试放大的研究主要内容：4. 反应条件的进一步研究。试验室阶段获得的最佳反应条件不一定完全符合中试放。5. 工艺流程和操作方法的确定。要考虑使反应和后处理操作方法适用工业生产的要求。特别注意缩短工序，简化操作，提高劳动生产率。从而最终确定生产

24、工艺流程和操作方法。 6. 进行物料衡算。当各步反应条件和操作方法确定后，就应该就一些收率低，副产物多和三废较多的反应进行物料衡算。反应产品和其他产物的重量总和等于反应前各个物料投量量的总和是物料衡算必须达到的精确程度。以便为解决薄弱环节。挖潜节能，提高效率，回收副产物并综合利用以及防治三废提供数据。对无分析方法的化学成分要进行分析方法的研究。中试放大的研究主要内容：中试放大的研究主要内容：7.原材料，中间体的物理性质和化工常数的测定。为了解决生产工艺和安全措施中的问题，必须测定某些物料的性质和化工常数，如比热，黏度，爆炸极限等。 8.原材料中间体质量标准的制订。小试中质量标准有欠完善的要根据

25、中试实验进行修订和完善。 9 .消耗定额，原材料成本，操作工时与生产周期等的确定。在中试研究总结报告的基础上，可以进行基建设计，制订型号设备的选购计划。进行非定型设备的设计制造，按照施工图进行生产车间的厂房建筑和设备安装。在全部生产设备和辅助设备安装完毕。如试产合格和短期试产 稳定即可制订工艺规程，交付生产。第二节第二节 原料细胞结构与提取工艺特性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一、原料与天然产物提取工艺特性1.1.植物材料：根、茎、干果、花、叶等植物材料：根、茎、干果、花、叶等 根：如人参、丹参等用有机溶剂乙醇浸出；根：如人参、丹参等用有机溶剂乙醇浸出； 茎茎: :可

26、用有机溶剂加热浸出可用有机溶剂加热浸出 干果：可用有机溶剂浸出干果：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；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；叶：多数不用处理，直接用溶剂提取；2.2.动物材料与天然产物提取工艺特性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；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；皮类：应用新鲜材料，加工前先破碎；3.3.海洋生物材料与天然产物提取工艺特性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；海藻：抗

27、肿瘤、防心血管疾病等； 腔肠动物：海葵毒素；腔肠动物：海葵毒素； 软体动物：抗病毒、抗肿瘤等；软体动物：抗病毒、抗肿瘤等； 棘皮动物：海胆毒素；棘皮动物：海胆毒素；4.4.微生物与天然产物提取工艺特性微生物与天然产物提取工艺特性 细菌细菌 放线菌放线菌 蓝细菌蓝细菌 真菌（霉菌和酵母菌）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活性成分或有效成分存在细胞质细胞质中。中。 细胞有：细胞壁和细胞膜细胞有：细胞壁和细胞膜细胞有细胞有细胞壁和细胞膜细胞壁和细胞膜；细胞膜类似于半透膜，具有超滤作用，即细胞膜类似于半透膜，具有超滤作用，

28、即对细胞外的物质的透过有分子筛作用，筛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；容易透过，较大的分子不易透过；活性成分活性成分/有效成分是存在细胞质中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，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；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对外界物质的进入或细胞内物质的外出有决定作用的是有决定作用的是细胞膜细胞膜。活性成分活性成分/有效

29、成分是存在细胞质中有效成分是存在细胞质中植物原料外表面如叶、果实皮、茎皮等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。细胞的纤维素壁中，形成蜡层。蜡层是由蜡醇和脂肪酸组成，使得蜡层是由蜡醇和脂肪酸组成，使得细胞细胞壁有很强的疏水性壁有很强的疏水性。有效成分的提取，要设法有效成分的提取，要设法破坏一般细胞破坏一般细胞的细胞膜的细胞膜，改变细胞膜的通透性，使浸，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溶剂进入细胞内，并把有效成分提取出来。出来。对有蜡浸细胞壁组织表面的原料需对有蜡浸细胞壁组织表

30、面的原料需破坏破坏其蜡浸细胞壁，改变细胞壁的通透性其蜡浸细胞壁，改变细胞壁的通透性。二、生物细胞的结构与天然成分的浸出二、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活性成分或有效成分存在细胞质细胞质中。中。 破坏破坏细胞膜和细胞壁，细胞膜和细胞壁， 使有效成分提取出来。使有效成分提取出来。三、破坏细胞壁和细胞膜的方法三、破坏细胞壁和细胞膜的方法1.1.风干法风干法2.2.加热干燥法加热干燥法3.3.机械法机械法 4.4.非机械法非机械法5.5.化学法化学法 在通风良好不见直射阳光的条件下开始时，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，细胞由于外界空

31、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。物质易于被溶剂浸出。 风干法，对有效成分损害小；风干法，对有效成分损害小；1.1.风干法风干法原料的细胞组织用风干法不易破坏的，且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有效成分在加热时没有重大影响的条件下

32、，的条件下，可用加热法破坏原料组织结构；可用加热法破坏原料组织结构；a.a.在浸出有效成分时，使细胞质和蛋白质在浸出有效成分时，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破坏，提高渗透性，细胞内物质迅速向外扩散；扩散；2.2.加热干燥法加热干燥法b.b.新鲜原料切片后加热干燥，水新鲜原料切片后加热干燥，水分急剧蒸发，细胞内原生质和蛋分急剧蒸发，细胞内原生质和蛋白质凝固、变性、细胞萎缩，破白质凝固、变性、细胞萎缩，破坏细胞壁和细胞膜，改变细胞组坏细胞壁和细胞膜，改变细胞组织的渗透性；织的渗透性；不适合热不稳定性物质

33、；不适合热不稳定性物质；2.2.加热干燥法加热干燥法处理量大，速度快，但需采取冷却措施。处理量大，速度快，但需采取冷却措施。a.a.球磨法球磨法: :将细胞组织悬浮液与玻璃小珠、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，石英砂或氧化铝一起快速搅拌或研磨，使细胞破碎；使细胞破碎；b.b.高压匀浆：高压匀浆：利用高压迫使细胞悬浮液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、温度和通过匀而造成细胞破裂；压力、温度和通过匀浆阀的次数；浆阀的次数；3.3.机械法：机械法：处理量大，速度快，但需采取冷却措施。处理量大，

34、速度快，但需采取冷却措施。c.X-pressc.X-press法：法：改进的高压方法；改进的高压方法；d.d.超声波法：超声波法：在在151525KHz25KHz频率下操作，频率下操作，利用超声波的空穴作用，利用超声波的空穴作用，不适用于大规不适用于大规模操作模操作；3.3.机械法：机械法：适于微生物的破碎，包括酶解、渗透压冲击、冻结和适于微生物的破碎，包括酶解、渗透压冲击、冻结和融化、热处理和化学法溶胞等；融化、热处理和化学法溶胞等；酶解：酶解：利用酶的反应分解破坏细胞壁上特殊的键，达利用酶的反应分解破坏细胞壁上特殊的键，达到破坏目的，到破坏目的，有专一性强，条件温和的优点有专一性强，条件温

35、和的优点；渗透压冲击：渗透压冲击：渗透压的突然变化，水迅速进入细胞内，渗透压的突然变化，水迅速进入细胞内，引起细胞壁破裂；引起细胞壁破裂；适用于细胞壁较脆弱的菌适用于细胞壁较脆弱的菌；冻结和融化：冻结和融化：在低温下突然冷冻和室温下融化，对此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；达到破坏细胞壁作用；适合细胞壁较弱的胞体适合细胞壁较弱的胞体；4.4.非机械法非机械法如：如：酸碱及表面活性剂处理；酸碱及表面活性剂处理； 可以使蛋白质水解、细胞溶解或使可以使蛋白质水解、细胞溶解或使 某些组分从细胞内提取出来；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，脂溶性溶剂也可用于化学

36、处理， 如丁醇、丙酮、氯仿等；如丁醇、丙酮、氯仿等； 但这些溶剂常易引起生化物质破坏，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。同时还带来分离和回收化学物质的问题。5.5.化学法化学法三、破坏细胞壁和细胞膜的方法三、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：选择合适的破碎方法，考虑下列因素：细胞的数量；细胞的数量；所需要的产物对破碎条件所需要的产物对破碎条件的敏感性的敏感性 如：温度、化学试剂、酶等的敏感性；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；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。尽可能采用温和的方法

37、。1.1.形态与性状相结合的鉴别方法：形态与性状相结合的鉴别方法：按按生物分类学形态生物分类学形态鉴定的方法，依照鉴定的方法，依照各部分的形态，确定其所属分类学的各部分的形态，确定其所属分类学的科、属、种科、属、种；再再按其利用部位按其利用部位进行形态学与性状鉴进行形态学与性状鉴定相结合的方法，做出鉴定结论。定相结合的方法，做出鉴定结论。四、原料的质量控制四、原料的质量控制2.2.显微粉末鉴定：显微粉末鉴定：在显微镜下观察其组织或细在显微镜下观察其组织或细 微的形态，做出鉴定结论；微的形态，做出鉴定结论；3.3.化学鉴别法：化学鉴别法：根据被鉴定原料的化学成分，根据被鉴定原料的化学成分， 利用

38、利用TLC法或传统化学方法进法或传统化学方法进 行成分鉴定行成分鉴定 四、原料的质量控制四、原料的质量控制4.4.紫外光谱法：紫外光谱法：原料可用乙醇或甲醇浸出液在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；紫外光谱仪上测定紫外光谱； 可靠、简单；可靠、简单；四、原料的质量控制四、原料的质量控制5.5.有效成分的含量测定：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、香豆和定量的结果，适用于芳香油、香豆素、脂肪酸等；素、脂肪酸等；四、原料的质量控制四、原料的质量控制5.5.有效成分的含量测定：有效成分的含量测定

39、：HPLC：分离效果更好的分析方法，比分离效果更好的分析方法，比GC还还 要广泛，比要广泛，比TLC分离效果更好；分离效果更好； 需要仪器设备需要仪器设备高压液相色谱仪高压液相色谱仪； 紫外吸收光谱扫描；紫外吸收光谱扫描； 既可以定性分析，又可以定量分析既可以定性分析，又可以定量分析 且结果较为理想。且结果较为理想。四、原料的质量控制四、原料的质量控制五、原料的前处理五、原料的前处理原料前处理的依据，原料前处理的依据，要根据要根据: :原料组织的化学成分、原料组织的化学成分、有效成分的性质和生物化学的性质、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。原料的组织和细胞结构进行处

40、理。1.1.除杂、洗涤、切割除杂、洗涤、切割: :需要在新鲜状态进行除杂和洗涤，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，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；选择采收原料的时间，制定除杂方法；五、原料的前处理五、原料的前处理2.2.原料的干燥：原料的干燥：目的是为了便于贮藏和运输，有破坏细胞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；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；需采用不同的干燥方法进行干燥； 2.2.原料的干燥：原料的干燥：例如：对例如：对热不稳定性的药材热不稳定性的药材，多用，多用风干

41、法风干法。 中药材多用中药材多用晒干法晒干法，在日光的直接照，在日光的直接照射下，干燥速度较快、细胞膜破坏较好，射下，干燥速度较快、细胞膜破坏较好，但但不适合光不稳定性的有效成分的干燥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，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。晒干法，适合风干法干燥。目的：目的：增加原料的表面积，提高浸出速度。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：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；草类原料，粉碎

42、粗一些； 木质类原料，粉碎细一些；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，较粗的根、茎和果实以及种子类原料， 需粉碎的更细。需粉碎的更细。3. 粉碎：粉碎：4.4.发酵和水解处理法：发酵和水解处理法：5.5.脱脂处理：脱脂处理：原料中含较多的油、脂或蜡原料中含较多的油、脂或蜡6.6.含挥发油类原料的处理：含挥发油类原料的处理： 宜在新鲜状态处理，防止成分改变；宜在新鲜状态处理，防止成分改变；7.7.以酶和蛋白质为主要成分的原料处理：以酶和蛋白质为主要成分的原料处理：同同6 6，需在新鲜状态处理，以免变性或失活。，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六

43、、生理活性物质的保护措施对一些对一些生物大分子生物大分子如蛋白质、酶和核酸，如蛋白质、酶和核酸，主要的保护措施：主要的保护措施：1.1.缓冲系统：缓冲系统：如磷酸盐溶液、柠檬酸溶液等；如磷酸盐溶液、柠檬酸溶液等； 目的是目的是防止提取过程中某些酸碱基团的解离，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；造成活性物质的变性；2.2.加入保护剂：加入保护剂：防止某些生理活性物质基团和酶防止某些生理活性物质基团和酶的活性中心收到破坏。的活性中心收到破坏。3.3.抑制水解酶的破坏抑制水解酶的破坏4.4.其他一些特殊要求的保护其他一些特殊要求的保护第三节第三节 天然产物传统分离纯化方法天然产物

44、传统分离纯化方法n提取法提取法n萃取法萃取法n微波提取微波提取n超声波提取超声波提取n过滤过滤n蒸发浓缩蒸发浓缩n沉淀法沉淀法n结晶结晶n干燥干燥一、提取法一、提取法1. 1. 提取：（又称浸出、固液萃取）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。溶剂：用于溶解溶质的液体，或称提取剂。n提取所得的含有溶质的溶液称为溢流液、提取

45、所得的含有溶质的溶液称为溢流液、浸出液或上清液；浸出液或上清液；n提取后的载体和残余的少量溶液称为残提取后的载体和残余的少量溶液称为残渣或提取渣。渣或提取渣。n溶剂提取法根据植物中各种有效成分在溶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，剂中的溶解作用，选用对有效成分溶解度选用对有效成分溶解度大，对不需要成分溶解度小的溶剂，大，对不需要成分溶解度小的溶剂，而将而将有效成分从植物组织内提取出来。有效成分从植物组织内提取出来。一、提取法一、提取法n浸提浸提是通过溶剂与原料接触，互相渗透、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。溶解以及扩散等一系列复杂过程而完成

46、。n由于植物原料的结构非常复杂，提取的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，因此统一的浸物质又是多组分混合物，因此统一的浸提理论难以确定。提理论难以确定。n一般包括：一般包括：渗透、溶解、分配和扩散等渗透、溶解、分配和扩散等 （1 1）渗透）渗透 浸提开始时，浸提开始时，渗透随被浸提植物原料渗透随被浸提植物原料的情况不同而异。的情况不同而异。 如：如：对干原料，首先要湿润，一般新对干原料，首先要湿润，一般新鲜的植物材料中水分占鲜的植物材料中水分占80%左右，原左右，原料料与疏水性的石油醚溶剂接触时更为与疏水性的石油醚溶剂接触时更为困难，为了加快渗透，需添加少量的困难，为了加快

47、渗透，需添加少量的极性溶剂如乙醇或丙酮等。极性溶剂如乙醇或丙酮等。（2 2）溶解）溶解 溶剂渗入细胞后，溶剂渗入细胞后，可溶解的成分按可溶解的成分按溶解度大小先后溶解到溶剂中去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。对于干原料，以溶解过程为主。 在细胞原生质中，溶剂和细胞液是分层在细胞原生质中，溶剂和细胞液是分层的，精油在两相中都能溶解。的，精油在两相中都能溶解。 若在若在两相中溶质浓度不平衡两相中溶质浓度不平衡，则在相互，则在相互接触时，将在相与相之间进行分配，即接触时，将在相与相之间进行分配，即为为有效成分从细胞液的液相转入溶剂相有效成分从细胞液的液相转入溶剂相中，直到

48、有效成分在细胞原生质液和溶中，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剂两个液相内达到完全平衡。 （3）分配）分配 K=C1/C2 （在一定条件下）（在一定条件下）K分配系数分配系数C1两相平衡时被浸提组分在浸提液中的浓度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。多，因此浸提比较完全。 但是，但是，这种分配现象对某些粉碎的植物原这种分配现象对某些粉碎的植物原料的浸提料的浸提可能就不是主要因素，而可能就不是

49、主要因素，而以溶解以溶解占主导作用。占主导作用。（4 4）扩散：）扩散：从植物原料中浸提精油时，溶剂经渗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，在细胞内透浸入含有精油的原料内，在细胞内生成一种溶液。生成一种溶液。 根据分配原则，精油溶解到与之根据分配原则，精油溶解到与之接触的溶剂中之后，引起溶剂中接触的溶剂中之后，引起溶剂中溶质浓度的上升；溶质浓度的上升；另一方面，溶剂本身将透入含高浓度溶质的另一方面，溶剂本身将透入含高浓度溶质的细胞原生质溶液，浓度差称为扩散的动力，细胞原生质溶液，浓度差称为扩散的动力，扩散作用一直进行到细胞内溶液成分的浓度扩散作用一直进行到细胞内溶液成分的浓

50、度和细胞外浸提液中成分的浓度达到相等时为和细胞外浸提液中成分的浓度达到相等时为止，即扩散浓度差等于零时为止。止，即扩散浓度差等于零时为止。浸提过程只能浸提过程只能更新溶剂，才能重新开始更新溶剂，才能重新开始，直，直到新的浓度平衡时停止。到新的浓度平衡时停止。（4 4）扩散：）扩散：扩散系数公式：扩散系数公式：D=(RT/N)(1/6r) R气体常数气体常数 (8.31107 erg/度）度） T热力学温度热力学温度 r扩散粒子的半径扩散粒子的半径 N阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数 扩散液内部的摩擦因数，即介质的黏度扩散液内部的摩擦因数，即介质的黏度2.2.影响提取的因素影响提取的因素n溶剂浸提成

51、功与否，溶剂浸提成功与否，关键在选择合适的关键在选择合适的溶剂和提取方法。溶剂和提取方法。n原料的粉碎度原料的粉碎度n提取时间、温度等也影响提取效率。提取时间、温度等也影响提取效率。样品粉碎越细，表面积越大，浸出过程快；样品粉碎越细，表面积越大，浸出过程快；但同样由于粉碎度过高，样品颗粒表面积过但同样由于粉碎度过高，样品颗粒表面积过大，吸附增强，反而影响过滤速度。大，吸附增强，反而影响过滤速度。一般来说：一般来说：水提取：可用粗粉（水提取：可用粗粉（2020目）或薄片目）或薄片有机溶剂提取：过有机溶剂提取：过6060目为宜，目为宜， 全草、花类等以全草、花类等以20-4020-40目为宜目为宜

52、。（1 1）粉碎度）粉碎度（2 2）提取温度：）提取温度：一般来说：冷提杂质少，效率低；一般来说：冷提杂质少，效率低； 热提杂质多，效率高；热提杂质多，效率高； 但温度不宜过高，但温度不宜过高， 加热在加热在6060左右为宜，左右为宜， 最高不超过最高不超过100100。2.2.影响提取的因素影响提取的因素（3 3）浓度差：）浓度差：溶剂进入细胞内，成分溶解后因细胞内外溶剂进入细胞内，成分溶解后因细胞内外浓度差，就向外扩散，内外达到一定浓度浓度差，就向外扩散，内外达到一定浓度时，扩散停止，即到了动态平衡，成分不时，扩散停止，即到了动态平衡，成分不再浸出；再浸出；如果更新溶剂，又开始新的扩散，如

53、果更新溶剂，又开始新的扩散，反复多次直至提取结束。反复多次直至提取结束。加热回流提取法最好，最次为浸渍法加热回流提取法最好，最次为浸渍法（4 4）提取时间：）提取时间：一般来说：提取时间长，浸出量大；一般来说：提取时间长，浸出量大； 但时间过长，无用杂质增多；但时间过长，无用杂质增多；如用热水加热提取：如用热水加热提取： 每次每次0.5h-1h0.5h-1h为宜，最多不超过为宜，最多不超过3h3h；乙醇回流：每次乙醇回流：每次1h-2h1h-2h为宜；为宜；其他试剂可适当增长其他试剂可适当增长3.3.浸出溶剂的选择浸出溶剂的选择植物成分在溶剂中的溶解度直接与溶剂性质有关。植物成分在溶剂中的溶解

54、度直接与溶剂性质有关。溶剂可分为水、亲水性有机溶剂和亲脂性有机溶剂。溶剂可分为水、亲水性有机溶剂和亲脂性有机溶剂。一些常见溶剂的亲脂性的强弱顺序如下：一些常见溶剂的亲脂性的强弱顺序如下：石油醚石油醚 苯苯 氯仿氯仿 乙酸乙酯乙酸乙酯 丙酮丙酮 乙醇乙醇 甲醇甲醇 水水一些常见溶剂的亲水性的强弱顺序如下：一些常见溶剂的亲水性的强弱顺序如下：石油醚石油醚 苯苯 氯仿氯仿 乙酸乙酯乙酸乙酯 丙酮丙酮 乙醇乙醇 甲醇甲醇 水水3.3.浸出溶剂的选择浸出溶剂的选择溶剂选择的三个原则：溶剂选择的三个原则：浸出速度快；浸出速度快；浸出物的纯度高、杂质少、质量好；浸出物的纯度高、杂质少、质量好；成本低成本低3

55、.3.浸出溶剂的选择浸出溶剂的选择提取活性成分时，可选择单一溶剂或几种提取活性成分时，可选择单一溶剂或几种不同极性的溶剂进行分布提取，将各成分不同极性的溶剂进行分布提取，将各成分依此提取出来。依此提取出来。一般先采用极性低的亲脂性溶剂进行提取，一般先采用极性低的亲脂性溶剂进行提取，往往先将植物加适量水湿润，晾干后提取。往往先将植物加适量水湿润，晾干后提取。再用能与水相溶的有机溶剂如丙酮、乙醇再用能与水相溶的有机溶剂如丙酮、乙醇和甲醇等，最后用水提取。和甲醇等，最后用水提取。溶剂分类溶剂分类 亲水性溶剂亲水性溶剂 亲脂性溶剂亲脂性溶剂 H2O MeOH、EtOH、Me2CO Et2O、CHCl3

56、、PE、苯苯提取对象提取对象 苷类、苷类、Alk盐盐有机酸、酚类有机酸、酚类 除蛋白质、多糖外除蛋白质、多糖外几乎所有成分几乎所有成分亲脂性强亲脂性强浓浓EtOH亲水性强亲水性强稀稀EtOH 甾体、萜类、油脂、甾体、萜类、油脂、挥发油挥发油 优点优点 价廉、易得、价廉、易得、安全、提取时安全、提取时间短间短提取成分全面、回提取成分全面、回收容易、穿透力强收容易、穿透力强选择性强、提取成选择性强、提取成分较纯分较纯缺点缺点 易发霉、回收易发霉、回收困难困难易燃、有毒、成本易燃、有毒、成本较高较高成本高、有毒、易成本高、有毒、易燃、穿透力弱燃、穿透力弱4.4.提取设备提取设备固液萃取主要包括：固液

57、萃取主要包括：不溶性固体中所含的溶质在溶剂中溶解不溶性固体中所含的溶质在溶剂中溶解的过程；的过程；分离残渣与提取液的过程；分离残渣与提取液的过程； 在后一个过程中，不溶性固体与提取液在后一个过程中，不溶性固体与提取液往往不能分离完全。往往不能分离完全。4.4.提取设备提取设备操作方式：间歇式、半连接式、连接式操作方式：间歇式、半连接式、连接式固体原料处理方式：固定床、移动床和分固体原料处理方式：固定床、移动床和分散接触式散接触式溶剂和固体原料接触的方式：多级接触和溶剂和固体原料接触的方式：多级接触和微分接触。微分接触。选择设备选择设备: :固体原料的形状、颗粒的大小、固体原料的形状、颗粒的大小

58、、物理性质、处理难易及所需的费用等。物理性质、处理难易及所需的费用等。溶剂提取方法溶剂提取方法n浸渍法浸渍法n渗漉法渗漉法n煎煮法煎煮法n回流法回流法n连续回流提取法连续回流提取法提取方法提取方法溶剂溶剂操作操作提取效率提取效率使用范围使用范围备注备注浸渍法浸渍法水或有机水或有机溶剂溶剂不加热不加热效率低效率低各类成分，各类成分，尤遇热不尤遇热不稳定成分稳定成分出膏率低，出膏率低，易发霉，需易发霉，需加防腐剂加防腐剂渗漉法渗漉法有机溶剂有机溶剂不加热不加热脂溶性成脂溶性成分分消耗溶剂量消耗溶剂量大，费时长大，费时长煎煮法煎煮法水水直火加热直火加热水溶性成水溶性成分分易挥发，热易挥发，热不稳定不

59、宜不稳定不宜用用回流提取回流提取法法有机溶剂有机溶剂水浴加热水浴加热脂溶性成脂溶性成分分热不稳定不热不稳定不宜用，溶剂宜用，溶剂量大量大连续回流连续回流提取法提取法有机溶剂有机溶剂水浴加热水浴加热节省溶剂，节省溶剂，效率最高效率最高亲脂性较亲脂性较强成分强成分用索氏提取用索氏提取器，时间长器，时间长二、萃取法二、萃取法（液（液- -液萃取）液萃取）1.1.原理：原理： 两相溶剂提取称为萃取法，是两相溶剂提取称为萃取法，是利用混合物中利用混合物中 各成分在两种互不相溶的溶剂中的分配系数各成分在两种互不相溶的溶剂中的分配系数 的不同进行分离的方法。的不同进行分离的方法。 萃取时，各成分在两相溶剂中

60、分配系数相差越大萃取时，各成分在两相溶剂中分配系数相差越大则分离效率越高，可用于从溶液中提取、分离、则分离效率越高，可用于从溶液中提取、分离、浓缩有效成分或除去杂质。浓缩有效成分或除去杂质。n萃取法的萃取法的操作温度低操作温度低，适于，适于对热不稳定对热不稳定成分成分的分离；的分离；n如：水为浓缩液，可用水不相容的溶剂，如：水为浓缩液，可用水不相容的溶剂，石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯等石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯等KD =分配系数：分配系数：在定温定压下，如果一个溶在定温定压下，如果一个溶质溶解在两个同时存在的互不相溶的液质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里，达到平衡后，设溶质在两相中浓体里，达