天然产物提取工艺学期末复习重点

天然产物提取工艺学期末复习重点天然产物提取工艺:运用化学工程原理和方法对组成生物的化学物质进行提取、分离纯化的过程。第二章天然产物提取工艺学的要求1.提取：（浸出、固液萃取）根据各种有效成分在溶剂中的溶解作用。对有效成分溶解度大，对不需要成分溶解度小的溶剂。浸提是通过溶剂与原料接触，互相渗透、溶解、分配以及扩散等一系列复杂过程而完成。浸出溶剂的选择: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：石油醚苯氯仿乙酸乙酯丙酮乙醇甲醇水提取设备:操作方式：间歇式、半连续式、连续式溶剂和固体原料接触的方式：多级接触和微分接触。选择设备:固体原料的形状、颗粒的大小、物理性质、处理难易等。2萃取法（液-液萃取）: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的不同进行分离的方法。可用于从溶液中提取、分离、浓缩有效成分或除去杂质。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。萃取法的操作温度低，适于对热不稳定成分的分离；3.微波提取法:利用微波能进行物质萃取的一种新技术；微波提取的原理和特点:介于300MHz-30GHz（波长在1cm-1m,介于红外和无线电波之间）之间的电磁波提取过程中，微波加热导致植物细胞内的极性物质吸收微波能，产生热量，破坏细胞膜和细胞壁。特点：投资少、设备简单、应用范围广、无污染等微波提取的装置和条件:装置包括：微波炉装置和提取容器:提取效益：微波提取频率、和时间4.超声波提取：利用超声波（频率高于20KHz）具有的机械效应、空化效应及热效应，通过增大介质分子的运动速度、增大介质的穿透力以提取生物有效分成的方法。提取原理（1）机械效应：a.辐射压强对物料有很强的破坏作用，使细胞组织变形、植物蛋白质变性；b.产生摩擦力，使生物分子解聚，使细胞壁上的有效成分更快地溶解于溶剂中(2)空化效应:介质内部溶解了一些微气泡，这些气泡在超声波的作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散而增大，形成共振腔，然后突然闭合。产生的高压，形成微激波，可造成植物细胞壁及整个生物体破裂，且在瞬间完成，利于有效成分的溶出。(3)热效应:声能不断被介质的质点吸收，介质将所吸收能量的全部或大部分转变成热能，从而导致介质本身和药材组织温度的升高，增大药物有效成分的溶解度，加快有效成分的溶解速度。由于内部温度的升高是在瞬间完成，可以使被提取成分的结构和生物活性保持不变。5.过滤利用多空性介质阻留固体而让液体通过，是固体与液体分离的方法。天然产物传统分离纯化方法.过滤设备：加压叶滤机真空过滤机6.蒸发浓缩:蒸发：溶液表面的水或溶剂分子获得的动能超过溶液内分子间的吸引力之后，脱离表面进入空间的过程。影响因素：温度、蒸发面积、蒸汽压7沉淀①盐析利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度不同来达到分离、提纯的目的。应用：蛋白质、多肽、多糖、核酸优点：成本低，操作简便、安全，对许多生物活性物质具有稳定作用缺点：需脱盐.影响盐析的因素：离子强度、蛋白质的性质、pH、温度盐析方法加入固体盐加入饱和溶液法透析平衡法②有机溶剂沉淀:能与水互溶的有机溶剂对许多能溶于水的小分子天然产物以及核酸、多糖、蛋白质等生物大分子都发生能沉淀作用。优点：不用脱盐，过滤比较容易；分辨能力比盐析法高；生化制品生产中应用比较广泛。缺点:对某些具有生物活性的分子(如酯)容易引起变性失活，操作常得在低温下进行。生化制品沉淀首先是能和水混溶，使用较多的是甲醇、乙醇、丙酮等。核酸、核苷酸、糖类和氨基酸等物质，最常用的是乙醇，核酸的沉淀，异丙醇等也常被采用。蛋白质和酶的沉淀，甲醇、乙醇和丙酮都可以。③铅盐沉淀法:(碱式)醋酸铅在水及醇溶剂中能与多种植物成分生成难溶的铅盐。中性醋酸铅有机酸、蛋白质、氨基酸、酸性皂苷或部分黄酮类化合物等碱式醋酸铅除了上述能被中性醋酸铅沉淀的成分外，还可以沉淀某些苷类、糖类及一些生物碱等碱性成分。④酸碱沉淀法:利用某些成分在酸(或碱)中溶解、在碱(或酸)中沉淀的性质达到分离的方法。如橙皮苷、芦丁、甘草皂苷，均易溶于碱性溶液，当加入酸后，可使之沉淀析出。物碱不溶于水，但遇酸可生成盐类而溶于水中，再加碱碱化会重新生成游离的生物碱，从溶液中析出。其他方法：等电点沉淀、重金属盐沉淀等8.结晶:物质从液态或气态形成晶体的过程。生成结晶的过程叫结晶生长。从比较不纯的结晶，再通过结晶作用精制得到较纯的结晶，这一过程叫再结晶。结晶是在降低物质溶解（度）量的基础上。结晶方法在原理上常分为两大类：第一类：除去一部分溶剂；第二类：加入沉淀剂及降低温度等方法。大致可分为：a.盐析法：用于大分子蛋白质、酶等；b.有机溶剂结晶法：小分子氨基酸等；c.等电点结晶法：多用于两性物质；d.其他：温差法，加入金属离子法等。9.干燥:气流干燥:利用热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料间进行传热与传质，从而使湿物料达到干燥的目的。气流干燥特点：干燥时间极短，一般1-5s。干燥强度大，生产能力大。天然产物传统分离纯化方法沸腾干燥:利用流态化技术，即利用热空气使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使水分迅速汽化达到干燥目的。怎样才能使粒子处于流态化？干燥时，使气流速度与颗粒的沉降速度相等，当压力降与流动层单位面积的质量达到平衡时(此时压力损失变成恒定)，粒子就在气体中呈悬浮状态，并在流动层中自由地转动，流动层犹如正在沸腾。沸腾造粒干燥:利用流化介质(空气)与料液间很高的相对气流速度，使溶液带进流化床就迅速雾化。这时液滴与原来在沸腾床内的晶体结合，就进行沸腾干燥，故也可看作是喷雾干燥与沸腾干燥的结合。成粒：自我成粒、涂布成粒、粘结成粒喷雾干燥:利用不同的喷雾器，将悬浮液和黏滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。雾化系统:压力式喷雾、气流式喷雾、离心式喷雾第三节分子蒸馏技术分子蒸馏（短程蒸馏）技术:高真空(0.133-1Pa)条件下，蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料蒸汽分子的平均自由程，由蒸发面逸出的分子，既不与残余空气的分子碰撞，自身也不相互碰撞，而是毫无阻碍地到达并凝集在冷凝面上，从而实现液-液分离的技术。根据分子蒸馏装置形成蒸发液膜的不同降膜式刮膜式离心式显著特点：操作温度低，无需沸腾。蒸馏压强低。受热时间短。分离程度更高分子碰撞：当分子接近到一定程度时，由于斥力的作用，两分子发生斥离。这种由于接近而至斥离的过程就是分子的碰撞过程。有效直径：分子在碰撞过程中，两分子质心的最短距离(即发生斥离的质心距离)称为分子有效直径。分子运动自由程：一个分子相邻两次碰撞之间所走的路程。分子运动平均自由程：分子蒸馏基本原理:根据分子运动理论，液体分子受热从液面逸出，不同种类的分子，其λm不同；液体混合物为达到分离的目的:首先进行加热，能量足够的分子逸出液面。轻分子的λm大，重分子的λm小，若在离液面小于轻分子λm而大于重分子λm处设置一冷凝面，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，从而破坏了轻分子的动态平衡，使得轻分子继续不断逸出。而重分子因达不到冷凝面，很快趋于动态平衡。分子蒸馏的原理分子蒸馏应满足两个条件:自由程有差异:轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好。两面间距:蒸发面与冷凝面的间距必须小于轻分子的平均自由程。分子蒸馏过程四部曲（1）分子从液相主体向蒸发表面扩散：液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素，所以应尽量减小液层厚度及强化液层的流动。（2）分子在液层表面上的自由蒸发：蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有时却随着温度的升高而降低，所以，应以被加工物质的热稳定性为前提，选择经济合理的蒸馏温度。（3）分子从蒸发表面向冷凝面飞射：而残气分子在两面间呈杂乱无章的热运动状态，故残气分子数目的多少是影响飞射方向和蒸发速度的主要因素。（4）分子在冷凝面上冷凝：只要保证冷热两面间有足够的温度差（一般为70-100℃），冷凝表面的形式合理且光滑则认为冷凝步骤可以在瞬间完成。分子蒸馏与常规蒸馏的区别在工业化应用上分子蒸馏较常规蒸馏的明显优势：产品品质高，产品能耗小，产品成本低，易于放大分子蒸馏流程的组成单元分子蒸馏实验装置及工艺流程:早期间歇瓶式:由蒸发系统、物料输入、输出系统，加热系统，真空获得系统，控制系统降膜式:流体靠重力在蒸发壁面流动时形成一层薄膜。液膜厚度不均匀,传质、传热阻力大。优点:液膜厚度小，蒸馏物料可沿蒸发表面流动停留时间短，热分解的危险性较小蒸馏过程可连续进行，生产能力大缺点：很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖，液体流动时常发生翻滚现象，产生的雾沫也常溅到冷凝面上，影响分离效果离心式:将物料送到高速旋转的转盘中央，并在旋转面扩展形成薄膜，同时加热蒸发，使之与对面的冷凝面凝缩，要求有高速旋转的转盘,又需要较高的真空密封技术。离心式的特点①液膜极薄且分布均匀,蒸发速率和分离效率很高。②受热时间更短,料液热裂解的几率低。④连续处理量更大,适合于工业化连续性生产。第五节色谱分离技术色谱分离技术--基本概念与理论固定相：是色谱分离过程的一个固定介质。流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或超临界流体等都称为流动相。柱层析中一般称为洗脱剂；薄层层析称为展层剂。它是层析分离中的重要影响因素之一。保留时间：待分离物质从进样开始到组分流出浓度最大时所经过的时间，用tR表示。保留体积：待分离物质从进样开始到组分流出浓度最大时所用洗脱液的体积，称为该组分的保留体积。死时间：非保留溶质从进样开始到流出色谱柱所经历的时间，称为死时间；死体积：非保留溶质从进样开始到流出色谱柱所用的洗脱液的体积，称为死体积；调整保留时间：某种物质扣除死时间后的在色谱柱上的保留时间。调整保留体积：某种物质扣除死体积后的在色谱柱上洗脱所用的洗脱剂的体积。容量因子：某一溶质在色谱柱中任意位置达到平衡后，该溶质在固定相中量和在流动相中的量之比。分配系数：在一定的条件下，某种组分在固定相和流动相中含量（浓度）的比值，常用K表示。迁移率（比移值）:在一定条件下，在相同的时间内某一组分在固定相移动的距离与流动相本身移动的距离之比值，常用Rf表示。迁移率和分配系数的关系？塔板理论色谱柱的理论塔板数越大，塔板高度越小，色谱柱的分离效率越高。分辨率（分离度）：相邻两个峰的分开程度。Rs=0.8:两峰的分离程度可达89%Rs=1：分离程度98%Rs=1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）操作容量（交换容量）:在一定条件下，某种组分与固定相反应达到平衡时，存在固定相上的饱和容量。根据流动相和固定相的极性程度，分为正相和反相色谱。正相色谱：流动相的极性小于固定相的极性，适用于极性化合物的分离。其流出顺序是极性小的先流出，极性大的后流出。反相色谱：流动相的极性大于固定相的极性。它适用于非极性化合物的分离，其流出顺序与正相色谱恰好相反。根据流动相的形式分类：液相层析：流动相为液体的层析；气相层析：流动相为气体的层析；色谱分离技术--吸附色谱法原理吸附色谱为固定相与流动相相对移动过程中，溶质和溶剂分子在吸附剂表面上的活性位点相互竞争的吸附过程。简单的说:依据吸附剂对混合物中各成分吸附性能的不同，使各成分得到分离。液-固吸附用得最多。氧化铝：由氢氧化铝直接在高温下脱水制得。氧化铝的吸附机理：表面有铝醇基（Al-OH）羟基的氢键作用而吸附化学物质。氧化铝的活性与含水量密切相关：活化：在高温下去除水分，含水量低，活性增强，称为活化；去活化：加入一定量的水，含水量高，活性降低。硅胶通常用SiO2·xH2O表示，是一种坚硬、无定型链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒。内部--硅氧交联结构--多孔结构表面--硅醇基-氢键作用--吸附活性中心与极性化合物或不饱和化合物形成氢键;吸附的强弱与硅醇基的多少有关色谱分离技术--吸附色谱法;硅醇基能通过氢键形成吸附水分，硅胶的吸附力随吸水量的增加而降低；吸水量超过17%，吸附力较低不能用作吸附剂。活化：一般指将硅胶