天然藥物提取與分離技術(shù)

1、1基本概念 天然藥物天然藥物中藥中藥 天然藥物是指動(dòng)物、植物、 和礦物等自然界中存在的有 藥理活性的天然產(chǎn)物。 天然 藥物不等同于中藥或中草藥 。 包括植物、動(dòng)物、礦物、海 洋生物以及微生物等多種物 質(zhì) 天然藥物化學(xué)（medicinal chemistry of natural products） 是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論與方法 研究天然藥物中化學(xué)成分的 一門(mén)學(xué)科。 中藥是在中醫(yī)藥學(xué)理論體系 指導(dǎo)下的用藥。中藥是中醫(yī) 千百年來(lái)醫(yī)療實(shí)踐的產(chǎn)物。 中藥化學(xué)是一門(mén)結(jié)合中醫(yī)藥 基本理論和臨床用藥經(jīng)驗(yàn)， 主要運(yùn)用化學(xué)的理論和方法 及其它現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù) 等研究中藥化學(xué)成分的學(xué)科。 2相關(guān)概念 1）單體： 即

2、化合物。指具有一定分子量、分子式、理化常數(shù)和確 定的化學(xué)結(jié)構(gòu)式的化學(xué)物質(zhì) 。 2）有效成分：具有生物活性、能起防病治病作用的化學(xué)成分。 3）無(wú)效成分：沒(méi)有生物活性和防病治病作用的化學(xué)成分。 4）有效部位：在中藥化學(xué)中，常將含有一種主要有效成分或一組 結(jié)構(gòu)相近的有效成分的提取分離部分，稱為有效部位。如人參 總皂苷、苦參總生物堿、銀杏葉總黃酮等。 5）有效部位群：含有兩類或兩類以上有效部位的中藥提取或分離 部分。 6）一次代謝產(chǎn)物：也叫營(yíng)養(yǎng)成分。指存在于生物體中的主要起營(yíng) 養(yǎng)作用的成分類型；如糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等。 7）二次代謝產(chǎn)物：也叫次生成分。指由一次代謝產(chǎn)物代謝所生成 的物質(zhì)，次生代謝是植物

3、特有的代謝方式，次生成分是植物來(lái) 源中藥的主要有效成分。 3天然藥物及中藥化學(xué)成分簡(jiǎn)介 (1) 生物堿：為一類存在于生物體內(nèi)分子中含有氮原子 的有機(jī)化合物的總稱；一般具有堿性，可與酸成鹽。 游離生物堿具親脂性；生物堿鹽具親水性。 (2) 苷類：為一類經(jīng)水解后可產(chǎn)生糖和非糖兩部分的化 合物。非糖部分叫苷元。苷具親水性，苷元具親脂性。 (3) 揮發(fā)油：為一類可隨水蒸氣蒸餾出來(lái)的與水不相混 溶的油狀液體的總稱。具有香味或特殊氣味的中藥往 往都含有揮發(fā)油。揮發(fā)油具親脂性。 以上三類為主要的有效成分類型。 (4) 糖類：為中藥中普遍存在的成分類型，包括單糖、低聚 糖、多糖。單糖是糖的基本單位；低聚糖是由

4、29個(gè)單糖 脫水縮合而成的化合物。多糖是由10個(gè)以上至上千個(gè)單糖 脫水縮合而成的高聚物。 (5) 有機(jī)酸：廣義的有機(jī)酸泛指分子中有羧基的化合物。在 植物中多以金屬離子或生物堿鹽的形式存在。按分子大小 又分為小分子有機(jī)酸和大分子有機(jī)酸。前者極性大，具親 水性；后者極性小，具親脂性。 (6)樹(shù)脂：為植物組織中樹(shù)脂道的分泌物。性脆，受熱時(shí)先 軟化而后變?yōu)橐后w，燃燒時(shí)發(fā)生濃煙并有明火。樹(shù)脂具親 脂性。按結(jié)構(gòu)又分為樹(shù)脂酸（主要為二萜酸、三萜酸及其 衍生物）、樹(shù)脂醇（分子中具羥基）、樹(shù)脂烴（為一類結(jié) 構(gòu)復(fù)雜的含氧中性化合物）類。 (7) 氨基酸、蛋白質(zhì)和酶： 氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。構(gòu)成蛋白質(zhì)的多

5、為-氨 基酸。為親水性。在等電點(diǎn)時(shí)，溶解度最小。 蛋白質(zhì)、多肽：蛋白質(zhì)為二十多種-氨基酸通過(guò)肽鍵首尾相 連而成的高分子化合物，多肽亦為。但二者分子量不同， 一般將分子量在5103以下稱為多肽，而介于 51031107之間稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)在冷水中溶解且成 膠體，在熱水、60%以上乙醇及其它有機(jī)溶劑中變性沉淀。 酶：是有機(jī)體內(nèi)具有催化作用的蛋白質(zhì)，其催化作用具有專 屬性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性質(zhì)和蛋白 質(zhì)相同。 (8) 鞣質(zhì)：又稱單寧或鞣酸，為一類分子較大、結(jié)構(gòu)復(fù) 雜的多元酚類化合物的總稱?？膳c蛋白質(zhì)結(jié)合成難溶 于水的鞣酸蛋白。為親水性物質(zhì)。 (9) 植物色素：為植物中具有顏色的成

6、分的總稱。依溶 解性又分為水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有 顏色的苷、花青素，后者主要包括葉綠素、胡羅卜素 等 (10) 油脂和蠟：油脂為一分子甘油和三分子脂肪酸脫水 結(jié)合形成的酯。主要在種子中。常溫下為液體。蠟為 高級(jí)不飽和脂肪酸和一元醇生成的酯。主要在植物莖、 葉的表面。常溫下為固體。均為親脂性成分 光合作用 糖 糖代謝 ATP NADPH 丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸 赤蘚糖-4-磷酸核糖 乙酰輔酶A 丙二酸單酰輔酶A MVA 小分子有機(jī)酸 核酸 三羧酸循環(huán) 脂族氨基酸 萜類萜類 甾體類甾體類 脂質(zhì) 莽草酸 芳族氨基酸 肽類 蛋白質(zhì) 脂肪酸 酚類 蒽醌 生物堿 桂皮酸 苯丙素類 木脂素 木質(zhì)

7、素 黃酮類 CO2 H2O 還原型輔酶，學(xué) 名煙酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸 成分類型成分類型 水水 醇類醇類 親脂性有機(jī)溶劑親脂性有機(jī)溶劑 游離生物堿游離生物堿 + + 生物堿鹽生物堿鹽 + + 苷類苷類 + + 苷元苷元 + + 揮發(fā)油揮發(fā)油 + + 糖類（單糖低聚糖）糖類（單糖低聚糖） + （多糖）（多糖） 有機(jī)酸（大分子）有機(jī)酸（大分子） + + （小分子）（小分子） + + 樹(shù)脂樹(shù)脂 + + 氨基酸氨基酸 + + 蛋白質(zhì)、酶蛋白質(zhì)、酶 鞣質(zhì)鞣質(zhì) + + 色素（親水性）色素（親水性） + + （親脂性）（親脂性） + + 油脂、蠟油脂、蠟 + + ：?jiǎn)翁牵簾o(wú)水醇難溶；多糖；對(duì)醇：?jiǎn)翁牵簾o(wú)水

8、醇難溶；多糖；對(duì)醇60%以上難溶。蛋白質(zhì)、酶：對(duì)水熱水以上難溶。蛋白質(zhì)、酶：對(duì)水熱水 沉淀；對(duì)醇沉淀；對(duì)醇60%以上沉淀。以上沉淀。 4 提取技術(shù) 4.1 提取原理 相似相容原理 4.2 提取過(guò)程 浸潤(rùn)與滲透 階段 解析與溶解 階段 溶出與擴(kuò)散 階段 dt為擴(kuò)散時(shí)間；ds為在dt時(shí)間內(nèi)物質(zhì)（溶質(zhì)）擴(kuò)散量； F為擴(kuò)散面積，代表藥材的粒度及表面狀態(tài)； dc/dx為濃度梯度；D為擴(kuò)散系數(shù)；負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散趨 向平衡時(shí)濃度降低。 R為克分子氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，N為阿 伏加德羅常數(shù)，r為擴(kuò)散物質(zhì)（溶質(zhì)）分子 半徑，為粘度 影響浸提的因素 藥材粒度 藥材成分 浸提溫度 浸提時(shí)間 濃度梯度 溶劑pH值 浸提

9、壓力 新技術(shù)應(yīng)用 4.3 化學(xué)成分的極性 被提取成分的極性是選擇提取溶劑最重要的依據(jù)。 1 影響化合物極性的因素： (1) 化合物分子母核大?。ㄌ紨?shù)多少）：分子大、碳數(shù) 多，極性?。环肿有?、碳數(shù)少，極性大。 (2) 取代基極性大小：在化合物母核相同或相近情況下， 化合物極性大小主要取決于取代基極性大小。 常見(jiàn)基團(tuán)極性大小順序如下；酸酚醇胺醛酮 酯醚烯烷。 OHOCOCH3O CHCH3 NHCH3 CH OH N OH OMe OMe O CH3 H N MeO MeO CH3 H 判斷下組化合物極性大小判斷下組化合物極性大小 數(shù)量繁多，結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，所以極性問(wèn)題很數(shù)量繁多，結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，所以

10、極性問(wèn)題很 復(fù)雜復(fù)雜 4.4提取溶劑的選擇原則 （1）要對(duì)所提取成分溶解度大；對(duì)雜質(zhì)溶解度小。 （2）要與所提取成分不起意外的化學(xué)變化 （3）要廉價(jià)、易得、安全。 其中（1）是最主要的。 5.提取溶劑的選擇 （1）水： 為極性最大的溶劑，也最常用。可溶解苷類、生物堿鹽、 糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、鞣質(zhì)、小分子有機(jī)酸、有機(jī)酸鹽、親 水性色素、無(wú)機(jī)鹽。其中蛋白質(zhì)不溶于熱水。 缺點(diǎn)：用水提取易酶解苷類成分，且易霉壞變質(zhì)。某些含 果膠、粘液質(zhì)類成分的中草藥，其水提取液常常很難過(guò)濾。沸 水提取時(shí)，中草藥中的淀粉可被糊化，而增加過(guò)濾的困難。故 含淀粉量多的中草藥，不宜磨成細(xì)粉后加水煎煮。 （2）親水性的有機(jī)溶

11、劑： 以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比較好。親水性的成分除 蛋白質(zhì)、粘液質(zhì)、果膠、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇 中溶解。 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣，易過(guò)濾，不霉變，易濃縮回收。 缺點(diǎn)：價(jià)高、不安全，需回流設(shè)備 4.5 提取溶劑的選擇 （3）親脂性的有機(jī)溶劑：這些溶劑的選擇性能強(qiáng)，用 于親脂性成分的提取，如游離生物堿、苷元、揮發(fā)油 等。 優(yōu)點(diǎn)：提取專屬性強(qiáng)，易回收濃縮。 缺點(diǎn)：價(jià)高、易燃、有毒，穿透性差；對(duì)設(shè)備要求高。 4.6 提取方法 （1）浸漬法： 也叫冷浸法。將藥材粗粉以適當(dāng)溶劑在常溫下浸 泡。多以水類或稀醇為溶劑。適于成分遇熱易破壞或 含多糖較多的中藥的提取。缺點(diǎn)為浸出效果較差，水 提取液易發(fā)

12、霉，提取液體積大，浸出時(shí)間長(zhǎng)。 （2）滲瀘法： 將藥材粗粉裝于滲 瀘筒中，不斷添加 溶劑滲過(guò)藥粉，從 滲瀘筒下端不斷流 出滲瀘液。各類溶 劑均可。 此法由于溶液濃度 差大，浸出效果好， 且不破壞成分。但 缺點(diǎn)為溶液體積大， 時(shí)間長(zhǎng)。 （3）煎煮法： 為中藥水提取最常用的方法。將中藥粗粉用水加熱煮沸， 保持一定時(shí)間，成分即可浸出。煎煮法必須以水為溶 劑。此法提取效率高，但遇熱破壞成分要注意。且含 多糖多的成分過(guò)濾困難。 （4） 回流法：回流法： 用于以有機(jī)用于以有機(jī) 溶劑加熱提取成溶劑加熱提取成 分。優(yōu)點(diǎn)為提取分。優(yōu)點(diǎn)為提取 效率高，但受熱效率高，但受熱 易破壞成分不宜易破壞成分不宜 用此法。缺

13、點(diǎn)為用此法。缺點(diǎn)為 溶劑消耗量大，溶劑消耗量大， 需回流設(shè)備，需需回流設(shè)備，需 幾次提取方可提幾次提取方可提 取完全取完全。 （5） 連續(xù)回連續(xù)回 流法：流法： 以索氏提以索氏提 取器（亦稱脂取器（亦稱脂 肪抽出器）回肪抽出器）回 流提取?？朔魈崛?。克服 了回流法溶劑了回流法溶劑 需要量大、需需要量大、需 幾次提取的缺幾次提取的缺 點(diǎn)。缺點(diǎn)為提點(diǎn)。缺點(diǎn)為提 取時(shí)間長(zhǎng)，受取時(shí)間長(zhǎng)，受 熱破壞成分不熱破壞成分不 能用此法。能用此法。 4.7 提取新技術(shù)-超臨界萃取法SFE （1） 特點(diǎn)：與經(jīng)典溶劑提取法比較，不用有機(jī)溶劑， 而是選用一種稱為超臨界流體（SF）的物質(zhì)替代有機(jī) 溶劑提取。 （2 ）優(yōu)

14、點(diǎn)： A. 可在低溫下提取，“熱敏性”成分尤其適用。 B. 無(wú)溶劑殘留，對(duì)作為制劑的中藥提取物的提取是一 大優(yōu)勢(shì)。 C. 提取與蒸餾合為一體，無(wú)需回收溶劑。 D. 具選擇性分離。 （3 ）超臨界流體（SF）：指處于臨界溫度（Tc）和臨 界壓力（Pc）以上，介于氣體和液體之間的、以流動(dòng) 形式存在的物質(zhì)。 超臨界狀態(tài)是指當(dāng)一種物質(zhì)處于臨界溫度和臨界 壓力以上的狀態(tài)下，形成既非液體又非氣體的單一狀 態(tài)，稱為“SF”。此時(shí)其流體密度近似液體、黏度近似 氣體，其擴(kuò)散力比液體大增，介電常數(shù)也隨壓力增加 而增加。其浸透性優(yōu)于液體，因而比液體有更佳的溶 解力，有利于溶質(zhì)的萃取，特別是性質(zhì)不穩(wěn)定、易熱 分解的物

15、質(zhì)的提取。 (4)(4)二氧化碳的特點(diǎn)：臨界溫度接近室溫（二氧化碳的特點(diǎn)：臨界溫度接近室溫（TcTc=31.3=31.3），臨），臨 界壓力也較低（界壓力也較低（Pc=7.37MpaPc=7.37Mpa），無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)味，不易），無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)味，不易 燃，化學(xué)惰性，廉價(jià)，易制成高純度氣體。故在燃，化學(xué)惰性，廉價(jià)，易制成高純度氣體。故在SFESFE中最中最 常用。常用。 (5)(5)二氧化碳二氧化碳- -超臨界流體的溶解能力規(guī)律：超臨界流體的溶解能力規(guī)律： 在超臨界狀在超臨界狀 態(tài)下，態(tài)下，COCO2 2對(duì)不同溶質(zhì)的溶解能力差別很大。其取決于溶質(zhì)對(duì)不同溶質(zhì)的溶解能力差別很大。其取決于溶質(zhì) 的

16、極性、沸點(diǎn)、分子量。的極性、沸點(diǎn)、分子量。 A.A.對(duì)親脂性、低沸點(diǎn)成分溶解能力強(qiáng)，如揮發(fā)油、烴類、對(duì)親脂性、低沸點(diǎn)成分溶解能力強(qiáng)，如揮發(fā)油、烴類、 醚類、酯類等。醚類、酯類等。 B.B.成分極性基團(tuán)（如成分極性基團(tuán)（如OHOH、COOHCOOH）越多，越難提取。如糖類、）越多，越難提取。如糖類、 氨基酸的萃取壓力要氨基酸的萃取壓力要4 410104 4PaPa以上。以上。 C.C.成分分子量越大，越難提取。成分分子量越大，越難提取。 微波萃取技術(shù)微波萃取技術(shù) 微波萃取的展望：微波萃取的展望： 一、進(jìn)一步探討微波萃取機(jī)理 鑒于基體物質(zhì)和萃取物質(zhì)的復(fù)雜性，在萃取機(jī) 理方面還有大量工作需要做，因?yàn)?/p>

17、搞清機(jī)理將進(jìn)一 步促進(jìn)微波在天然產(chǎn)物萃取中的應(yīng)用。 微波萃取技術(shù)的原理微波萃取技術(shù)的原理 Pare等提出假設(shè)：微波透過(guò)對(duì)微波透明的溶劑，到達(dá)植物物 料內(nèi)部維管束和腺細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)溫度突然升高，連續(xù)的高 溫使其內(nèi)部壓力超過(guò)細(xì)胞空間膨脹的能力，從而導(dǎo)致細(xì)胞破 裂；細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)自由流出，傳遞到周圍被溶解。微波可選 擇性加熱不同極性分子和不同分子的極性部分，從而使其從 中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對(duì)較差的溶 劑中，從而有效成分被提取。 微波萃取技術(shù)微波萃取技術(shù) 原理： 微波是一種頻率在300MHZ至300GHZ之間的電磁波。 傳統(tǒng)加熱法的熱傳遞公式為：熱源器皿樣品， 因而能量傳遞效率受到

18、了制約。微波加熱則是能直 接作用于被加熱物質(zhì)，其模式為：熱源樣品器皿。 空氣及容器對(duì)微波基本上不吸收和反射，從根本上 保證了能量的快速傳導(dǎo)和充分利用。 提取的最新技術(shù)提取的最新技術(shù) 微波萃取技術(shù)的原理微波萃取技術(shù)的原理 Pare等提出假設(shè)：微波透過(guò)對(duì)微波透明的溶劑，到達(dá)植物物 料內(nèi)部維管束和腺細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)溫度突然升高，連續(xù)的高 溫使其內(nèi)部壓力超過(guò)細(xì)胞空間膨脹的能力，從而導(dǎo)致細(xì)胞破 裂；細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)自由流出，傳遞到周圍被溶解。微波可選 擇性加熱不同極性分子和不同分子的極性部分，從而使其從 中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對(duì)較差的溶 劑中，從而有效成分被提取。 微波萃取技術(shù)微波萃取技術(shù)

19、 微波萃取的應(yīng)用：微波萃取的應(yīng)用：采用該技術(shù)提取的成分已涉及生 物堿類、蒽醌類、黃酮類、皂苷類、多糖、揮發(fā)油 色素等。 例如：王娟等以總黃酮和葛根素的含量為指標(biāo)，采 用連續(xù)微波輻射方式進(jìn)行微波萃取參數(shù)的單一因素 考察，也研究微波輔助萃取葛根的提取工藝。結(jié)果 表明增加溶劑用量、提高原料粉碎度、延長(zhǎng)原料浸 泡時(shí)間將有利于葛根中有效成分的提取。 微波萃取技術(shù)微波萃取技術(shù) 微波技術(shù)在應(yīng)用上需考慮的問(wèn)題： 微波輸出功率、物料粒徑、浸出時(shí)間三個(gè)因素對(duì)提取 率的影響；還需注意有效成分的極性大小問(wèn)題。 微波萃取技術(shù)微波萃取技術(shù) 微波萃取的展望：微波萃取的展望： 一、進(jìn)一步探討微波萃取機(jī)理 鑒于基體物質(zhì)和萃取物

20、質(zhì)的復(fù)雜性，在萃取機(jī) 理方面還有大量工作需要做，因?yàn)楦闱鍣C(jī)理將進(jìn)一 步促進(jìn)微波在天然產(chǎn)物萃取中的應(yīng)用。 微波萃取技術(shù)微波萃取技術(shù) 微波萃取的展望：微波萃取的展望： 二、將微波萃取的實(shí)驗(yàn)室研究擴(kuò)大為產(chǎn)業(yè)化研究 近幾年，有用于中試生產(chǎn)的微波提取設(shè)備問(wèn)世，主 要分兩類： 一為微波提取罐；另一類為連續(xù)微波萃取設(shè)備。我 們相信，一旦這些設(shè)備應(yīng)用于大生產(chǎn)，必將對(duì)傳統(tǒng) 中藥制藥業(yè)帶來(lái)巨大的革命。 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)其分離基本原理 以選擇性的透過(guò)膜為分離遞質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在 一定的電位差、濃度差或者壓力差時(shí)，原料一側(cè)的 組分就會(huì)選擇性的透過(guò)膜，從而達(dá)到分離、提純的 目的。 分離的新技術(shù)分離的新技術(shù) 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 藥液的預(yù)處理是不可少的工序，主要有以下幾個(gè)步驟： (1)絮凝沉淀。在料液中加入絮凝劑，使大部分懸浮 物沉積，從而使懸浮顆粒尺寸變大，更容易被微濾 膜、超濾膜分離； (2)用壓濾或者離心分離去除較大的固體物質(zhì)。 分離的新技術(shù)分離的新技術(shù) 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用主要集中在以下四個(gè) 方面： 精制純化中藥提取物，以得到有效成分