制药分离工程第一章绪论.ppt

1、1,第一章 绪论,1.1 制药工业 1.2 制药分离技术 1.3 制药分离技术的进展,2,课程的性质与任务,性质：制药分离工程是四年制制药工程 本科专业的专业选修课程， 讲授制药工程领域常用分离技术及 近年发展的新型分离技术的 原理、方法、工艺及其应用。,3,任务:,运用：化工单元操作的基本知识、溶液相平衡理论、 动量、热量和质量传递的原理(三传) 研究：制药生产实际中复杂物系的分离和提纯技术 分析和解决：在制药生产、设计和科研中 常用的分离过程的理论和实际问题； 讨论：分离设备的处理能力和效率， 分离过程的节能技术和分离流量的选择。 重点介绍：各种萃取分离技术，简要介绍膜分离、 吸附、结晶等

2、其它分离技术及分离过程的选择。,4,培养目标,掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点， 简捷和严格的计算方法和强化、改进操作的途径， 对一些新分离技术有一定的了解； 通过对典型实例的分析和讨论，培养选择适宜的分离方法，进行分离过程特性分析，解决操作和设计方面的实际问题的能力； 培养和建立工程与工艺相结合的观点和经济学的观点，以及考虑和处理工程实际问题的能力；培养学生科学的思想方法，注重实际的求实态度。,5,课程内容,1）分离操作在制药生产中重要性及分离过程的分类； 2）固液萃取（浸取） 3）超声波、微波协助萃取 4）超临界流体萃取 5）反胶团萃取与双水相萃取 6）水蒸气蒸馏与分子蒸馏 7）吸

3、附 8）色谱分离过程 ； 9）膜分离； 10）结晶。,6,一般制药工程有3个专业方向: 化学制药、生物制药和天然药物提取,本院制药工程专业主要以化学制药为主， 了解生物制药和天然药物提取方向 制药分离工程课程:选修、考查课，周学时2， 共计32学时，完成小论文。 小论文占60-70% ，平时成绩占30-40% 缺一次课扣1分，少交一次作业扣1分 本周作业下周上课前交 信箱:手机7,1.1 制药工业,生物制药 制药工业 化学合成制药 中药制药 生物药物 人类防病治病的三大药源 化学药物 中药,8,1.1.1 生物制药 生物药物：从动物、植物、微生物等生物体中制取的各种天

4、然生物活性物质及其人工合成或 半合成的天然物质类似物。 原料: 生物体、生物组织或其成分。 方法: 采用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、 物理化学和药学等原理与方法, 如酶工程技术、细胞工程技术、基因工程技术等。,9,目的产物: 预防、诊断、治疗制品， 包括抗素、氨基酸和植物次生代谢产物。 如纯化胰岛素、甲状腺素、肾上腺皮质激素、 脑垂体激素、尿激酶、溶菌酶、天冬酰胺酶等,10,工业应用的生物分离技术： 回收技术: 絮凝，离心，过滤，微过滤。 细胞破碎技术: 球磨，高压匀浆， 化学破碎技术 初步纯化技术: 盐析法，有机溶剂沉淀，化学沉淀， 大孔吸附树脂，膜分离技术 高度纯化技术: 各类层析

5、，亲和，疏水， 聚焦，离子交换 成品加工：喷雾干燥，气流干燥， 沸腾干燥，冷冻干燥，结晶,11, 现代生物技术的基础学科和分支,分子生物学 医药生物技术 微生物学 生物技术疫苗 生物化学 现代生物技术生物技术诊断 遗传学 农业生物技术 细胞生物学 家畜生物技术 化学工程 海洋生物技术,12,医药生物技术新进展,医药生物技术产业化、商品化成高新技术产业之一。 高投入、高风险、高利润，利润率达17.6% 2000年全世界销售额1490亿美元。 基础研究不断深入 新基因的克隆和基因表达调控的研究全面展开。 以DNA(脱氧核糖核酸 )、RNA(核糖核酸 )和蛋白质为轴心的分子生物学理论和技术 两大体系

6、已基本完成。 人类基因组计划已完成。,13,1986年美国科学家达尔贝科提出的人类基因组计划，1990年启动该计划。23对染色体30亿对碱基，3.5万个基因进行测序。 美国承担54%，英33%，日7%，法2.8%,德2.2%,中国1%。 1999年中国加入人类基因组计划，投资3亿元，负责测定3号染色体3000万对碱基，2000年4月完成。,14,新产品不断出现 20世纪80年代以来仅美、日开发的 生物新药200多种。 如： 干扰素、白细胞介素、 粒细胞集落刺激因子、红细胞生成素、 纤溶酶原激活剂、胰岛素、生长激素、 乙肝疫苗等。,15,新试剂新技术不断出现 细胞移植用于:骨髓移植治疗白血病、

7、免疫缺陷、再障性贫血等。 基因治疗有:致死性遗传疾病、癌症、 爱滋病、心脏病等。 生物试剂开发单克隆抗体用于：诊断和治疗， 荧光抗体法、DNA探针、PCR(生物学的聚合酶链式反应 )等检测技术的建立。,16,新型生物反应器有: 气升式生物反应器 流化床式生物反应器 固定床式生物反应器 袋式或膜式生物反应器 中空纤维生物反应器等。,新型生物反应器和新型生物技术不断出现,17,我国的医药生物技术 已上市的基因工程药物和疫苗 1995年 白细胞介素-2 1996年 1b-干扰素 2a-干扰素 2b-干扰素 1997年 粒细胞集落因子 红细胞生成素 1992年 乙型肝炎疫苗,18, 医药生物技术发展展

8、望 21世纪是医药生物技术快速发展的时期, 生物制药、化学药物、中药形成三足鼎立,有效的为人类健康服务。 利用新发现的人类基因开发新型药物。 新型疫苗的研制 艾滋病疫苗和基因型癌疫苗等。 基因工程活性肽的生产 基因药物:淋巴因子、生长因子、 激素和酶 其它医药业将得到不断改造和发展, 早期诊断技术转基因药材,19,1.1.2 化学制药 化学合成药物 原料: 化学结构比较简单的化工原料 方法: 化学合成和物理处理过程（称全合成）由已知具有一定基本结构的天然产物经对化学结构进行改造和物理处理过程（称半合成）。 目的产物: 预防、诊断、治疗制品， 如磺胺、扑热息痛、诺氟沙星等。,20, 化学制药技术

9、简介 化学制药技术研究的对象 化学药物生产工艺 药物工艺路线的评价与选择技术 单元反应的次序安排 最佳反应条件选择技术 催化技术,21, 化学制药技术研究对象 化学制药技术是研究、设计和选择最安全、 经济和最合理的化学合成药物工业生产途径的一门科学，也是研究、选用适宜的中间体和确定最佳、高产的合成路线、工艺原理和工业生产过程，实现制药生产最优化的一门科学。,22,化学药物生产工艺研究分为实验室工艺研究、 中试放大研究两个阶段。 第一阶段是实验室工艺研究（习称小试工艺研究或小试）包括：考查工艺技术条件、设备与材质的要求、劳动保护、安全生产技术、“三废”防治、综合利用，以及对原辅材料消耗和成本等初

10、步估算。 在实验室工艺研究中，要求初步了解各步化学反应规律并不断对所获得的数据进行分析、优化、整理，最后写出实验室工艺研究总结，为中试放大研究做好技术准备。, 化学药物生产工艺,23, 药物工艺路线的评价与选择技术 从理论上讲，一个化学合成药物往往可有多种合成途径，它们各有特点。通常将具有工业生产价值的合成途径称为该药物的工艺路线。至于哪条路线更适合当地的情况，进而可以开发成为工业生产上的工艺路线，则必须通过深入细致地综合比较和论证，以选择出最为合理的合成路线，并制订出具体的实验室工艺研究方案。 在化学制药工业生产中，必须把药物工艺路线的工业化、最优化和降低生产成本放在首位，通过工艺路线的设计

11、和选择，以确定一条经济、有效的生产工艺路线。,24, 单元反应的次序安排 在同一条合成路线中，有时其中的某些单元反应的先后顺序可以颠倒，而最后都得到同样的产物。这时，就需要研究单元反应的次序如何安排最为有利。安排不同，所得中间体就不同，反应条件和要求以及收率也不同。从收率角度看，应把收率低的单元放在前头，把收率高的放在后头。在考虑合理安排工序次序的问题时，应尽可能把价格较贵的原料放在最后使用，这样可降低贵重原料的单耗，有利于降低生产成本。最佳的安排要通过实验和生产实践的验证。 注意，并不是所有单元反应的合成次序都可以交换。,25,最佳反应条件选择技术 设计选择合成路线后，进行生产工艺条件研究。

12、药物生产工艺是各种化学单元反应与化工单元操作的有机组合应用。工艺路线中各个化学单元反应的优劣直接影响工艺路线的先进性与可行性。制药工艺要求原料价廉易得，反映时间短，操作简便，收率高，产品纯度高，“三废”少，污染物易综合利用或无害化处理等。 工艺路线的研究一般要经过实验室小试阶段、中试放大阶段、大生产阶段的研究。要获得最佳反应条件，要弄清反应过程的内因，又要搞清楚影响它们的外因。,26, 催化技术 在药物合成中估计有80%-85%的化学反应虽然能进行,但反应速度慢,时间长,收率低,无法在工业生产中应用,一旦在这些反应中应用催化技术,可使反应加速,反应时间和周期缩短,反应收率提高。 催化剂：在化学

13、反应系统中，当加入某种物质后能改变化学反应的速度，而其本身在反应前后化学性质并无变化，加入的这种物质称之为催化剂。催化剂使用反应速度加快时，称为正催化作用；使反应速度减慢时，称为负催化作用。负催化作用的应用比较少。,27,1.1.3 中药制药 中药工业化生产: 中药工业化生产流程 中药材的预处理及炮制 中药提取浸膏的生产 中药: 指中国传统医药 原料: 天然植物、动物和矿物为主 方法: 炮制，如煎煮，烘陪等,28,随着人们对化学药物的毒副作用的认识和了解，“回归自然”使人们更倾向于采用天然植物药物，从而为中医药发挥其特长提供了前所未有的机遇 然而，由于中药原料的地域性、组成的复杂性、复方配伍的

14、多样性等，再加之生产工艺落后，缺乏科学的、严格的工艺操作参数及系统的量化指标，致使中药产品质量不稳定，产品仍多是传统的丸、散、膏、丹类剂型，很难满足国际市场的需求。目前中药在西方草药市场上仅能以食品名义进入，还不能以治疗药物为国际社会所接受。,29, 中药工业化生产流程 中药工业化生产是指以各种中药材为原料 生产出各种剂型的中成药。 中药工业化生产流程： 中药材的预处理及炮制 中药有效成分的提取与中药浸膏的生产 中药制剂的生产,30, 中药材的预处理及炮制,药材炮制：指将药材通过净制、切制、炮制处理，制成一定规格的饮片，以适应医疗要求及调配、制剂的需要，保证用药安全和有效。 净制：即净选加工。

15、经净制后的药材称为“净药材”。凡供切制、炮制或调配制剂的，均应使用净药材。 切制：药材切制时，除鲜切、干切外，须经浸润使其柔软者，应少泡多润，防止有效成分流失。切制品有片、段、块、丝等 炮制方法:炒、烫、煅、制炭、蒸、煮、炖、酒制、醋制等17种。,31,中药提取与浸膏的生产 浸膏：在现代中药工业化生产中“浸膏”的含义已经大大拓展，它是一类用以生产包括现代剂型在内的中成药的中间产品，从化学本质上讲是纯度较高的具有生物活性的化合物群。浸膏有多种形式，例如晶体、微粉、纯化的液体等。 浸出技术：浸出技术是指利用适当的溶剂(水、乙醇)和方法（蒸馏、压榨），把中药材中的可溶性有效成分提取出来的工艺技术。药

16、材的浸出过程是各种中药制剂制备过程中重要的基础操作。 浸出方法：浸出有煎煮法、浸渍法、渗漉法。,32, 中药提取、分离和纯化的意义 近几十年来，中成药的生产实现了一定程度的机械化和半机械化。传统工艺制备中药往往被认为有效成分含量低、杂质多、质量不稳定，因此临床用药大多建立在经验的基础上，不能与现代医学接轨。 中药的提取包括浸出或萃取、澄清、过滤和蒸发等许多的单元操作。浸出或萃取是其中很重要的单元操作，是大多数中药生产的起点。该工艺的先进性、可行性、重现性，直接关系到中药材的利用率和后续制剂技术开展的难易。因此可以视为中药生产现代化的重要环节。,33, 常用中药纯化技术 超临界流体萃取技术(SF

17、E) 超声波提取 微波辅助诱导萃取技术(MAE) 超高压提取技术,34,1.2 制药分离技术,1.2.1 分类 上游过程：合成 原料药的生产 (制药工业的中间产品) 下游加工过程：分离纯化 制药 过程 制剂的生产 (制药工业的终端产品),35,1.2.2 下游加工技术的原理和单元操作,原理：根据药物成分与杂质在物理和化学性质方面的差异，选择合适的分离方法，制定合理的工艺流程和操作条件，设计或选择适当的设备，完成分离纯化，使其成为高纯度的、符合药品标准的原料药。,制药分离过程分为： 机械分离：处理对象是由两相以上所组成的混合物， 分离过程只是简单地进行相分离。 如过滤、沉降、离心、旋风分离等。

18、传质分离：处理对象是多组分均相混合物， 其特点是发生质量传递现象。,36,传质分离又分为平衡分离过程和速率分离过程 ： 平衡（扩散）分离过程： 是原料中的各组分在相平衡时在两个相中的分配不同 而进行的分离过程。 均相混合物=两相 各组分在相间质量传递达到平衡=改变原混合物浓度。 使均相混合物分成两相一般需加入分离媒介（分离剂） 常用的分离媒介有两种： 能量媒介ESA和物质媒介MSA。 ESA：指的是传入或传出系统的热或功。 MSA：加入另外一种物质使混合物变成两相。,37,如 蒸发加入热量ESA；结晶加入冷量ESA； 精馏塔釜加入热量，塔顶加入冷量ESA； 吸收加入一种物质-吸收剂，成为两相： 气体和吸收液MSA； 萃取加入萃取剂，成为液液两相： 萃取相和萃余相MSA； 萃