精细分离技术论文准备).doc

天然有机化合物提取与分离技术的研究和应用进展刘艳华邓业成邓志寞(广西师范大学生命科学学院 广西桂林541004摘 要!对天然有机化合物的提取和分离技术进行了综述 对天然有机化合物的提取方法如超临界流体苹取 超声波提取 半仿生提取 酶法提取 微波辅助提取 固相苹取 固相微苹取进行了论述 并对大孔树脂吸附分离 高速逆流色谱分离 膜分离 高速离心分离 分子蒸馏 双水相苹取在天然有机化合物分离上的应用进行了详细论述关键词!天然有机化合物 提取 分离 超临界流体苹取 微波 分子蒸馏中图分类号!R284.2 文献标识码!A 文章编号!1672-5425 2007 08-0005-04来自于自然界的植物 动物 微生物及其代谢产物中的许多有机化合物 是天然药物 天然食品添加剂和天然化妆品活性成分的主要来源 这些有机化合物结构复杂 种类繁多 用途广泛 含量较低 并与许多其它化学成分共存 要很好地研究和利用这些天然有机化合物 就必须经过提取和分离过程 经典的提取方法出现较早 技术较成熟 而且往往不需要特殊的仪器因此应用比较普遍 但是存在提取率低 杂质去除率低 能耗高 生产周期长 误差大 危害人体健康 污染环境等缺点 1 为此 准确度高 快速简单的提取分离方法已成为天然有机化合物研究的热点l 提取技术l.l 超临界流体革取技术$SupercriticalfluidextractionSFE%SFE是引进的一种新型提取分离技术 它利用超临界流体 SCF 如CO2 乙烯 丙烷 丙烯 水等在临界点附近某区域内 与待分离混合物中的溶质具有的异常相平衡行为和传递性 且对溶质的溶解能力随着压力和温度的改变在相当宽的范围内变动 这种流体可以是单一的 也可以是复合的 添加适当的夹带剂可以大大增加其溶解性和选择性 在医药行业中常用的革取剂为CO2 因其无毒 不易燃易爆 价廉 极性类似乙烷 超临界CO2革取技术更适合脂溶性 高沸点热敏性成分 现广泛用于具有挥发性成分的提取与分离超临界CO2革取方法与传统的水蒸气蒸馏法 溶剂革取法等相比 其最大优点是可以在近常温的条件下提取分离 几乎保留产品中全部有效成分 过程无有机溶剂残留 产品纯度高 收率高 操作简单 节能 近年来我国利用SFE技术对中草药的研究和开发也取得了很大进步 2 研究开发出成熟的CO2-SFE提取技术 软件 的中草药有 银杏叶 金银花 紫草 紫杉 沙棘油 怀牛漆 乳香 没药 月见草 黄花蒿 白芍 生姜当归 珊瑚姜 石宫蒲 飞龙掌血 常春藤 茵陈 光菇子 大蒜 木香等近30种 1超临界流体革取技术除了在中草药方面有着明显的优势外 在其它方面也有着广泛的应用 已经用FC-CO2从葵花籽 红花籽 花生 小麦胚芽 可可豆中提取油脂 回收率高 不存在溶剂法的溶剂分离问题在抗生素药品生产中 传统方法常使用丙酮 甲醇等有机溶剂 但要将溶剂完全除去又不能变质 非常困难若采用SFE法则可完全符合要求 用SFE法革取香料不仅可以有效地提取芳香组分 而且还可以提高产品纯度 保持其天然香味 如从桂花 茉莉花 菊花 梅花 米兰花 玫瑰花中提取花香精 从胡椒 肉桂 薄荷中提取香辛料 从芹菜籽 生姜 芜葵籽 茵香 砂仁 八角 孜然等原料中提取精油在美国用SFE技术制备液体燃料 以甲苯为革取剂 在溶剂分子的扩散作用下 促进煤有机质发生深度的热分解 能使三分之一的有机质转化为液体产物l.2 超声波提取技术$Ultrasonicwaveextraction%超声波提取技术是应用超声波强化提取植物的有效成分 是一种物理破碎过程 其最大的优点是提取刘艳华等!天然有机化合物提取与分离技术的研究和应用进展#2007%&8 &!时间短 温度较低 收率高 利用超声波提取水芹中总黄酮类化合物时 用40借于样品质量的80%乙醇浸泡 超声波提取30min 连续提取2次 总黄酮的浸出率可达94.6% 而用乙醇提取总黄酮的浸出率仅为73% 3 应用超声波从大黄中提取意配类成分的研究结果表明 超声处理20min 提取率可达99.82% 而煎煮3h总提取率仅63.27% 4 利用超声提取法从黄连中提取小渠碱 处理30min后所得的小渠碱提取率比碱水浸泡24h的高50%以上 5 目前超声技术虽应用广泛 但用于大规模生产还较少 有待进一步探索 6l.3 微波辅助提取技术$Microwaveassistedextraction%微波辅助提取是利用微波能来提高革取率的一种新技术 微波提取过程中 微波辐射导致植物细胞内的极性物质吸收微波能 产生大量热量 使细胞内温度迅速上升 液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破 形成微小的孔洞 进一步加热 导致细胞内部和细胞壁水分减少 细胞收缩 表面出现裂纹 孔洞和裂纹的存在使胞外溶剂容易进入细胞内 溶解并释放出胞内产物 由于不同物质的结构不同 吸收微波能的能力各异 因此在微波的作用下 某些待测组分被选择地加热 使之与基体分离 进入微波吸收能力较差的革取剂中 由于微波加热的热效率较高 升温快速而均匀 故显著缩短了革取时间 提高了革取效率 韩伟等 7 用微波辅助提取法提取青蒿素 与传统提取法相比 提取率明显提高 郝守祝等 8 用此法提取大黄游离意配并与传统法比较 此法的提取效率明显优于蒸煮法 且操作简单微波革取法具有耗时短 溶剂用量少且回收率高提取率高 产品品质好 成本低 投资少等诸多优点 9l.4 半仿生提取法$Semi-bionicextraction%半仿生提取法是将整体药物研究法与分子药物研究法相结合 模拟口服给药及药物经胃肠逆转运的原理 将药料先用一定p 值的酸水提取 继而以一定p值的碱水提取 提取液分别过滤 浓缩 制成口服途径给药的制剂 10 这是从生物学的角度考虑而提出的一种新方法l.5 酶提取法$Enzymeextraction%酶提取法是根据植物细胞壁的构成 利用酶反应所具有高度专一性的特点 选择相应的酶 将细胞壁的组成成分 纤维素 半纤维素和果胶质 水解或降解 破坏细胞壁结构 使细胞内的成分溶解 混悬或胶溶于溶剂中 从而达到提取目的 且有利于提高成分的提取率 许多天然植物中含有蛋白质 采用煎煮法时蛋白质遇热凝固 影响提取成分的煎出 若加入蛋白酶 就可以将天然植物中的蛋白质分解析出 可提高成分的提取率酶提取技术是近几年来用于重要工业的一项生物工程技术 传统的提取方法如煎煮 有机溶剂浸提方法等 提取温度高 提取率低 浪费乙醇 成本高 不安全 而选用适当的酶 可以通过酶反应温和地将植物组织分解 加速有效成分的释放提取 选用相应的酶还可将影响液体制剂澄清度的杂质如淀粉 蛋白质 果胶等分解去除 也可促进某些极性低的脂溶成分转化成糖昔类易溶于水的成分而有利于提取 11 如葛根总黄酮的收率在加纤维酶后提高了13% 12 上海中药一厂首先应用酶法成功地制备了生脉饮口服液 在动物药材的提取中 酶法应用得更广泛 13l.6 固相革取法$SolidphaseextractionSPE%固相革取法是20世纪70年代初发展起来的样品富集技术 是根据液相色谱法原理 利用组分在溶剂与吸附剂间选择性吸附与选择性洗脱的过程 达到提取分离 净化和富集的目的 固相革取法具有对有机物吸附力强 前处理速度快 有机溶剂用量少 对人员危害小等优点 与传统的液-液提取法相比 避免了有机溶剂革取时乳化现象的发生 具有安全省时 对环境污染小 易于自动化的特点 此法在环境监测 法庭毒物分析等领域应用广泛l.7 固相微革取法$Solidphasemicro-extractionSPME%固相微革取法 14 是一种集革取 浓缩 解吸于一体的样品前处理新方法 1990年由加拿大的Arthur和PaWliszyn首创 1993年由美国SupelcO公司推出商品化固相微革取装置 1994年获美国匹兹堡分析仪器会议大奖 经过十几年的发展 SPME已成功地应用于气体 液体 固体样品中有机化合物的前处理及痕量分析 在环境监测 食品检验 医药卫生 生物化学法化学 天然产物等领域应用广泛 SPME是在SPE基础上发展起来的 保留了其所有的优点 摒弃了其需要柱填充物和使用溶剂进行解吸的弊病 它主要与气相色谱和高效液相色谱联用 能快速有效地分析样品中的痕量有机物 近年来 SPME在药物分析中的应用主要有 针叶树中单惦化合物的分析 巴比妥盐酸的分析 化妆品中硝基类庸香物质的分析 人体体液中抗抑郁剂的分析 液体中红霉素的分析 唾液中大麻酚的分析等刘艳华等!天然有机化合物提取与分离技术的研究和应用进展#2007%&8 !2 分离技术2.l 犬孔树脂吸附法$Macroadsorptionresin%大孔树脂吸附分离技术是固液柱层析分离技术中的一种 它采用特殊的吸附剂 从混合物中有选择性地吸附其中的有效组分或成分 去除无效部分 20世纪70年代末逐步应用于中草药有效成分提取分离中该方法具有设备简单 操作方便 生产周期短 能源省成本低 产品纯度高 不吸潮及不加辅料等优点 在研究和生产中的应用日益广泛 大孔树脂吸附法应用于中药有效成分的分离取得了相当显著的成果 目前日本已有生产 药用标准 的 性能良好的大孔树脂 常用型号有 D-101 D-202 MD-05271 CAD-40 AB-8等 特点是吸附容量大 再生简单 效果可靠 尤其适用于昔类 黄酮类 皂昔类 生物碱类等成分的分离及大规模生产152.2 高速逆流色谱技术$High-speedcountercurrentchromatographyHSCCC%高速逆流色谱技术是一种不用任何固态载体或支撑体的液液分离色谱技术 其分离效率高 产品纯度高 不存在载体对样品的吸附和粘染 具有制备量大和溶剂消耗少等优点 20世纪70年代末期 美国食品及药物管理局和世界卫生组织开始利用此项技术分离抗生素 并进行成分鉴定16 20世纪80年代后期 各国学者迅速认识到该项技术的开发和应用价值 并广泛用于天然药物有效成分的分离制备和分析中 目前 已成功地开发出分析型 生产型两大类高速逆流色谱仪 可分别用于中药有效成分的分离制备和定量分析 进样量可从毫克级到克级 进样体积可从几毫升到几百毫升 不仅适用于非极性化合物的分离 也适用于极性化合物的分离;既可用于中药粗提取物中各组分的分离 也可用于进一步精制6 此外 高速逆流色谱技术还可与其它新型分离技术相耦合分离中药有效成分 巢志茂等17将高速逆流色谱与双水相革取技术相结合 以双水相系统作为高速逆流色谱的固定相和流动相 对牛漆多糖成分进行分离纯化 成功地分离出多糖部分和蛋白多糖部分2.3 膜分离技术$Membraneseparation%膜科学与技术已发展成为一门学科 是现代分离技术领域最先进的技术之一 膜分离技术是用天然或人工合成的高分子膜 以外界能量或化学位差为推动力 对混合物进行分离 分级 提纯和浓缩的技术 使用膜分离技术可以在原生物体系环境下实现物质分离 可以高效浓缩富积产物 有效脱出杂质18 19 该技术的优点是操作方便 结构紧凑 能耗低 过程简单 无二次污染 与常规的离心分离 沉降 过滤 革取等方法相比 膜分离技术具有明显的潜在优势20 222.4 高速离心分离技术$Ultracentrifugation%高速离心分离技术已广泛应用于中药水提液澄清分离 其离心速度超过重力速度上千借 因此离心沉降效果远远胜过重力沉降 研究表明 该法制备的中药口服液无论外观质量或内在质量都优于水醇法 结合运用多级过滤法 注射剂生产中预滤可以大大提高滤速和效果 省时省力 提高注射剂的澄清度162.5 分子蒸馏法$Moleculardistillation%分子蒸馏是在高真空度下进行液液分离操作的连续蒸馏过程 分子蒸馏法是利用不同物质的分子运动自由程的差别而实现分离的 可以在远离沸点下操作具备蒸馏压强低 受热时间短 分离程度高等特点 能大大降低高沸点物料的分离成本 极好地保护热敏性物质 故分子蒸馏技术特别适合于高沸点 低热敏性的物料 尤其是挥发油类 有效成分对温度极为敏感的天然产物的分离 如玫瑰油 霍香油等 该技术在我国处于起步阶段 但随着分子蒸馏技术的国产化 必将加快其推广和应用242.6 双水相革取技术$AueoustwophaseextractionATPE%双水相革取技术是利用亲水高聚物之间或亲水高聚物与无机盐之间的不相溶性 绝大多数天然或合成的亲水高聚物的水溶液在与第二种亲水性高聚物或一些无机盐混合时 超过一定的浓度范围就能产生两相形成所谓双水相体系 在ATPE技术中 体系中的含水量高达70% 90% 不会造成生理活性物质的变性或失活 有时组成双水相体系的高聚物和无机盐还可能起到稳定和保护生物活性的作用双水相革取技术已应用于酶 核酶 生长激素等各种活性成分的分离与提纯 具有活性损失小 分离步骤少 操作条件温和 不存在有机溶剂残留等优点 因而在天然有机化合物有效成分的分离方面颇有发展优势 AlreG等25用ATPE技术从菠菜中提取蜕皮激素 李伟等26研究了黄苹昔在伴有温度诱导效应双水相系统中的分配行为 陆强等27用PEG-6000-K2PO4-水的双水相系统对黄苹昔进行分配实验 得到了黄苹昔和黄苹素刘艳华等!天然有机化合物提取与分离技术的研究和应用进展#2007%&8 (!3 小结综上所述 天然有机化合物提取和分离技术由于分离品种多 而存在技术多样化的趋势 同时不断融入新的技术如膜分离高速离心分离等 天然有机化合物提取分离新技术的应用 将给中药制药业食品加工业带来新的飞跃 但是 我国天然有机化合物的提取和分离技术和国外差距较大 特别是高纯度制备分离技术 导致我国目前依然是以粗产品加工为主 因此新型提取分离技术的研究特别是一些平台技术如制备色谱等对我国中药现代化和新药开发有重要意义参考文献!1 汪茂田 谢培山 王忠东 等.天然有机化合物提取分离与结构鉴定 M.北京I化学工业出版社 2004I1-43.2 许睿 韦松.20年来中药化学成分提取分离技术的进展 J.中成药 2006 28(11)I1646-1651.3 毕立君 李君.水芹中黄酮类化合物最佳提取工艺研究 J.食品科学 1999 20(12)I35-37.4 吴文君.从天然产物到新农药创制111原理.方法 M.北京I化学工业出版社 2006I30-31.5 赵兵 王玉春 欧阳蕾 等.超声波在植物提取中的应用 J.中草药 1999 30(9)I附1-3.6 季大洪 苏瑞强 王颖.高新工程技术在中药提取分离中的应用J.时珍国医国药 2000 11(4)I369-370.7 韩伟 郝金玉 薛伯勇 等.微波辅助提取青蒿素的研究 J.中成药 2002 24(2)I83-86.8 郝守祝 张虹 刘丽 等.微波技术在大黄游离意配浸提中的应用J.中草药 2002 33(1)I23-26.9 郝金玉 黄若华 邓修 等.微波革取西番莲籽的研究 J.华东理工大学学报(自然科学版) 2001 27(2)I117-120.10 张兆旺 孙秀梅.试论6半仿生提取法H制备中药口服制剂 J.中国中药杂志 1995 20(11)I670-673.11 李真 贾亮 贾绍义.中药有效成分提取技术及其应用 J.化学工业与工程 2005 22(6)I450-455.12 陈业高 吕瑜平 丁中涛 等.植物化学成分 M.北京I化学工业出版社 2004I49-50.13 杨庆隆 许顺荣.浅谈酶在中药制剂中的应用 J.中成药 199517(6)I4-6.14 张金艳 叶非.新型无溶剂样品制备方法111固相微革取法 J.理化检验 2001 37(5)I236-239.15 李伯庭 王湘 李大进.大孔吸附树脂在天然产物中的应用 J.中草药 1990 21(8)I42-44.16 袁黎明 傅若农 张天佑.高速逆流色谱在植物有效成分分离中的应用 J.药物分析杂志 1998 8(1)I60-64.17 巢志茂 泣沂庸一 神藤平三郎.水性二相系统与逆流色谱对牛漆多糖的纯化研究 J.中国药学杂志 1999 34(7)I444-446.18 吕钱江 方岩雄 吴雅红.膜分离技术及其在中药和生物制药中的应用进展 J.仲悄农业技术学院学报 2003 16(1)I68-72.19 丛竹风 高新贞 何伟.膜分离技术及其在中药现代化研究中的应用 J.齐鲁药事 2004 23(10)I31-33.20 徐纬一 王征.超滤膜分离技术在中药生产中的应用 J.基层中药杂志 2002 16(2)I46.21 林欧文.中草药制剂中应用膜分离技术的思考 J.海峡药学2003 18(2)I44-45.22 谢田 王萍 傅雪艳 等.中药提取分离方法的新进展 J.中医药信息 2004 21(6)I21-23.23 秦建芳.高速离心法等制备中药口服液比较研究 J.中成药1996 18(12)I7-9.24 刘华.分子蒸馏技术在天然产物分离和其它领域中的应用 J.中药材 1999 22(30)I152-156.25 AlreGPA TiernelGF MOGlinRF.PartitiOningOfecGysterOiGsusingtemperature-inGucesphaseseparatiOn J.ChrOmatOgraphy1993 628(2)I205-214.26 李伟 朱自强 梅乐和 等.黄苹昔在伴有温度诱导效应双水相革取系统中分配行为 J.化工学报 1998 49(1)I92.27 陆强 邓修.提取分离天然产物中有效成分的新方法111双水相革取技术 J.中成药 2002 22(9)I653-655.ResearchandApplicationoftheTechniuesofExtractionandSeparationofNaturalOrganicCompoundsLIUYan-hua DENGYe-cheng DENGZhi-yong(CollegeofLifesciences GuangOiNormaluniuersit$ Guilin541004 China)AbstractIThetechniHuesOfextractiOnanGseparatiOnOfnaturalOrganiccOmpOunGsWererevieWeGinthearticle.ThemethOGsuseGfOrextractiOnOfnaturalOrganiccOmpOunGs suchassupercriticalfluiGextractiOn ultrasOnicWaveextractiOnsemi-biOnicextractiOn enzymeextractiOn micrOWaveassisteGextractiOn sOliGphaseextractiOn sOliGphasemicrO-extractiOnWereGiscusseG.TheseparatiOnmethOGssuchasmacrOaGsOrptiOnresinhigh-speeGcOuntercurrentchrOmatOgraphy membraneseparatiOn ultracentrifugatiOn mOlecularGistillatiOn a-HueOustWOphaseextractiOnWereGetailyintrOGuceGintheapplicatiOnOfseparatiOnOfnaturalOrganiccOmpOunGs.KeywordsInaturalOrganiccOmpOunG extractiOn separatiOn supercriticalfluiGextractiOn micrOWavemOlecularGistillatiOn天然有机化合物提取与分离技术的研究和应用进展作者： 刘艳华， 邓业成， 邓志勇， LIU Yan-hua， DENG Ye-cheng， DENG Zhi-yong作者单位： 广西师范大学生命科学学院,广西,桂林,541004刊名：化学与生物工程英文刊名： CHEMISTRY & BIOENGINEERING年，卷(期)： 2007,24(8)被引用次数： 1次参考文献(27条)1.汪茂田;谢培山;王忠东 天然有机化合物提取分离与结构鉴定 20042.许睿;韦松 20年来中药化学成分提取分离技术的进展期刊论文-中成药 2006(11)3.毕立君;李君 水芹中黄酮类化合物最佳提取工艺研究 1999(12)4.吴文君 从天然产物到新农药创制-原理方法 20065.赵兵;王玉春;欧阳蕾 超声波在植物提取中的应用期刊论文-中草药 1999(09)6.季大洪;苏瑞强;王颖 高新工程技术在中药提取分离中的应用期刊论文-时珍国医国药 2000(04)7.韩伟;郝金玉;薛伯勇 微波辅助提取青蒿素的研究期刊论文-中成药 2002(02)8.郝守祝;张虹;刘丽 微波技术在大黄游离蒽醌浸提中的应用期刊论文-中草药 2002(01)9.郝金玉;黄若华;邓修 微波萃取西番莲籽的研究期刊论文-华东理工大学学报(自然科学版) 2001(02)10.张兆旺;孙秀梅 试论半仿生提取法制备中药口服制剂 1995(11)11.李真;贾亮;贾绍义 中药有效成分提取技术及其应用期刊论文-化学工业与工程 2005(06)12.陈业高;吕瑜平;丁中涛 植物化学成分 200413.杨庆隆;许顺荣 浅谈酶在中药制剂中的应用 1995(06)14.张金艳;叶非 新型无溶剂样品制备方法-固相微萃取法期刊论文-理化检验 2001(0