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第二章 天然产物提取分离方法和技术 河南科技大学林业职业学院生物技术教研室 刘耀玺 第一节 天然产物开发利用方案的确定 一、天然产物开发利用的程序 根据研究的不同目的，确定不同的有效成分，也就有不同的研究步骤。现以医药为代表，大致要经过以下程序： 1、确定研究对象： 2、生物材料采集和品种鉴定： 3、文献资料调研： 4、化学成分预实验： 5、设计生物试验模型，跟踪有效成分部位： 6、确定分离提取方案： 7、结构鉴定： 8、研究活性成分的构效关系和结构改造方法: 9、进行药学研究： 10、中试： 11、产品检验与质量监控标准的制定： 12、总结与鉴定： 13、正式工厂化生产。 二、查阅文献和收集信息 1、信息来源 ①生物学文献， ②化学文献， ③工具书， ④市场调查， ⑤民间植物利用调查， ⑥民间中医中药有效的验方、秘方的调查， ⑦世界各国研究信息的调查和收集。 2、信息内容 ①收集生产工艺资料 ②收集生物资源,组织特性，地理分布、化学成分和质量标准等资料。 ③收集有效成分生化代谢变化的资料 ④收集有效成份的结构，性质以及与生物活性等方面的资料。 ⑤收集同科、属生物，同类化学成分的各种资料。 ⑥收集结构相似化学成分的各种研究资料。 三、天然产物提取实验设计和工艺流程的选择 1、天然产物化学成分的系统分离 系统分离是选择一系列的分离措施，将性质相近的组分集中在一起提取出来，以便分别与临床、动物试验、检测等相配合，确定该部分是否有效。对无效部分暂不追踪，对有效部分视具体情况再进行分离，找出关键成分。 系统分离包括粗分阶段和细分阶段。粗分阶段又称作部位分离、大类物质的分离，如皂苷、蛋白质等；细分阶段称作组分分离。 同预试验相似，系统分离也是利用溶剂极性的大小对植物成分进行分类提取，其流程大致如P12图2-2所示。 对于水提取液，可采用离子交换树脂将它分为碱、酸和中性三部分，如P13图2-3所示。 如水提取液中的有效成分可能是蛋白质、多糖、单糖或氨基酸等，可选用以下系统分离，如P13图2-4所示。 2、实验设计应注意的问题 （1）实验设计中的观察项目要有可比性。 （2）同样一个实验要重复多次，以观察它的精确度、重现性和可靠性。（如果每次实验差别较大时，还要对数据进行统计学处理，以计算它们的实验误差和可信性。） （3）从工业化生产的要求和实验情况出发。 （4）全面掌握资料，科学安排实验。 （5）严格控制实验条件，使实验结果精确可靠。 3、工艺流程的选择 天然活性产物分离制备技术大都根据混合物中的不同组分分配率的差别，把它们分配于可用机械方法分离的两个或几个物相中（如有机溶剂抽提、盐析、结晶等）。或者将混合物置于某一物相（大多数是液相）中，外加一定作用力，使多组份分配于不同区域，从而达到分离目的（如电泳，超离心，超滤等）。除了一些小分子如氨基酸、脂肪酸、某些维生素及固醇类外，几乎所有生物大分子都不能融化，也不能蒸发，只限于分配在固相或液相中，并在两相中相互交替进行分离纯化。 工艺流程选择的原则： （1）分离纯化的早期，不宜选择分辨能力较高的纯化方法。 早期分离纯化用萃取，沉淀，吸附等一些分辨力低的方法较为有利，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的基础。 （2）要有利于减少工序，提高效率。 （3）灵活运用各种分离方法。 分离纯化步骤的好坏，从分辨能力和重现性考虑外，还要注意方法本身的回收率，特别是制备某些含量很少的物质时，回收率的高低十分重要。 对每一步骤方法的优劣的记录，体现在所得产品重量及活性平衡关系上。这一关系，可通过每一步骤的分析鉴定求出。 （4）注意分离后期的保护性措施 4、提取生产工艺的小实验和放大实验 主要是检查生产工艺流程的可行性和存在的问题，并为中试和正式生产提供科学依据。如果放大实验的结果较好，可以不再做中间生产实验，如果结果不理想，可以为中间生产试验创造条件。 著名的化学工业学家L.H.裴克赖(L.H.Baekeland)的名言:“小试验多摸索，大生产多收获” 。 在小型实验中要对所有工序的物料进行化学分析，并在每个工序中计算被提取物质的收率和损失，并计算各种物料的变化和废水、废液和废渣的数量。每次实验都要总结经验、分析数据、找出问题、提出解决问题的办法。 作放大实验在设备和生产方面都要模拟工业生产的真实情况。 四、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。 中试放大的研究内容主要有 ①工艺路线与各步反应方法的最后确定； ②设备材质与型号的选择； ③反应器的规模选择及反应搅拌器型式与搅拌速度的考查； ④生产反应条件的研究； ⑤工艺流程与操作方法的