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第三章 天然产物的提取分离方法

第三章 天然产物的提取分离方法. 天然产物有效成分的提取. 1. 天然产物有效成分的分离和精制. 2. 天然产物有效成分的鉴定. 3. 本章内容. 一般做法. 提取前的准备 系统的文献调研 原材料的处理 保留凭证标本 提取分离一般原则 已知物或已知结构类型 —— 文献方法，工业方法 未知物 —— 活性跟踪（定向分离）. 第一节 天然产物有效成分的提取. 水蒸汽蒸馏法：挥发性 超临界流体萃取法 : 升华法：升华性 压榨法 : 溶剂提取法：最常用. 水蒸汽蒸馏法.

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第三章 天然产物的提取分离方法

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Presentation Transcript

  1. 第三章 天然产物的提取分离方法

  2. 天然产物有效成分的提取 1 天然产物有效成分的分离和精制 2 天然产物有效成分的鉴定 3 本章内容

  3. 一般做法 • 提取前的准备 • 系统的文献调研 • 原材料的处理 • 保留凭证标本 • 提取分离一般原则 • 已知物或已知结构类型——文献方法，工业方法 • 未知物——活性跟踪（定向分离）

  4. 第一节 天然产物有效成分的提取 • 水蒸汽蒸馏法：挥发性 • 超临界流体萃取法: • 升华法：升华性 • 压榨法: • 溶剂提取法：最常用

  5. 水蒸汽蒸馏法 水蒸气蒸馏法是将水蒸气通入不溶或难溶于水但有一定挥发性的有机物质中，使该有机物在低于100℃ 的温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来。 原理：道尔顿分压定律 适于具有挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被破坏的有效成分结构的提取。如挥发油、小分子生物碱、酚类、游离醌类等。

  6. 水蒸汽蒸馏法(实验室) 沉香 沉香挥发油

  7. 水蒸汽蒸馏法(工业化)

  8. 超临界流体萃取法 • 任何一种物质都存在三种相态-气相、液相、固相。当温度和压力达到一定值时，物质就会出现超临界状态,即气态与液态共存的一种边缘状态。在此状态中，液体的密度与其饱和蒸汽的密度相同，因此界面消失。 • 液、气两相成平衡状态的点叫临界点。临界温度Tc临界压力Pc。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。 •  超临界流体是指超过临界温度与临界压力状态的流体。如果某种流体处于临界温度之上（即T＞Tc），无论压力多高（即P＞Pc），也不能液化，这个状态的物质常常不称为气体或液体，而被称为超临界流体萃取技术（Supercritical fluid extraction, SFE）。

  9. 超临界流体萃取法 利用超临界条件下流体的特殊性能对样品进行提取，是20世纪80年代迅速发展起来的一种提取方法。 超临界流体不但具有与液体接近的密度，有很强的穿透性，接近或超过溶剂的提取效率；而且具有与气体相近的扩散的性能，提取效率越高。 常用的超临界流体有CO2、乙烷、丙烷等。

  10. 超临界流体萃取法 。 二氧化碳超临界流体的P－T性质

  11. 超临界流体萃取法 CO2技术特点 • 无毒、常温、不易燃、无污染等特点， • 可确保原有的色、香、味不因受热破坏； • 萃取过程中可同时对萃取物进行分离纯化。 • 该技术适宜于萃取高价值的油脂（包括天然功能性油脂）、精油、内酯等极性较低的天然产物有效成分。

  12. 超临界流体萃取法 实验室超临界萃取 中试超临界萃取

  13. 超临界流体萃取法 工业化超临界萃取

  14. 萃取器 压力调节阀 计量阀 热交换器 膜泵 分离器 钢瓶 防爆片 流量计 过滤器 减压阀 • 超临界流体萃取法 超临界CO2萃取实验装置示意图 脱脂棉

  15. 超临界流体萃取法 操作流程 液体CO2由高压泵加压到萃取工艺要求的压力并传送到换热器，将CO2流体加温到萃取工艺所需温度后进入萃取器，在此完成萃取过程。负载溶质的CO2流体在分离器中改变温度压力，溶解度降低使萃取物得以分离。分离萃取物后的CO2流体再经换热器液化后回到储罐中循环使用。

  16. 超临界流体萃取法 应用 20世纪50年代初进入试验阶段，如从石油中脱沥青。 70、80年代SFE用于食品香料的提取。 90年代从天然活性产物中提取目标成分，如从蛇床子、桑白皮、茵陈蒿中提取活性成分。 国内外采用CO2超临界萃取技术可利用的资源有：紫杉、黄芪、人参叶、大麻、香獐、青蒿草、银杏叶、川贝草、桉叶、玫瑰花、樟树叶、茉莉花、花椒、八角、桂花、生姜、大蒜、辣椒、桔柚皮、啤酒花、芒草、香茅草、鼠尾草、迷迭香、丁子香、豆蔻、沙棘、小麦、玉米、米糠、鱼、烟草、茶叶、煤、废油等。

  17. 超临界流体萃取法 应用 SFE对非极性和中等极性成分的萃取，可克服传统的萃取方法中因回收溶剂而致样品损失和对环境的污染，尤其适用于对温热不稳定的挥发性化合物提取；对于极性偏大的化合物，可采用加入极性的夹带剂如乙醇、甲醇等，改变其萃取范围提高抽提率。 沉香挥发油 泌指的沉香树 沉香饮片

  18. 超临界流体萃取法 康藏荆芥 康藏荆芥鲜花

  19. 升华法 将固体物质受热气化，遇冷又凝结为固体的方法。 樟木中的樟脑，茶叶中的咖啡因的提取。 2-莰酮 咖啡因

  20. 实验室提取咖啡因步骤： • 将茶叶与95%乙醇回流2h； • 滤出茶叶，浓缩提取液至适当体积； • 浓缩液与生石灰粉混合，搅成浆状，用蒸发皿在蒸汽浴上蒸干，除去水份； • 在蒸发皿上盖一张刺孔向上的滤纸，再在滤纸上罩一个大小适合且颈部塞有棉花的漏斗； • 用酒精灯隔石棉网加热，适当控制温度，白色咖啡因在滤纸上结晶。

  21. 升 华

  22. 压榨法 借助机械外力的作用，将油脂从榨料中挤压出来的过程。在压榨过程中，主要发生的是物理变化，如物料变形、油脂分离、摩擦发热、水分蒸发等。但由于温度、水分、微生物等的影响，同时也会产生某些生物化学方面的变化，如蛋白质变性、酶的钝化和破坏、某些物质的结合等。压榨时，榨料粒子在压力作用下内外表面相互挤紧，致使其液体部分和凝胶部分分别产生两个不同过程，即油脂从榨料空隙中被挤压出来及榨料粒子变形形成坚硬的油饼。

  23. 溶剂提取法 1.选择溶剂考虑因素 2.常见溶剂的种类及其特点 3.常用溶剂提取方法 4.影响溶剂提取效率的因素

  24. 溶剂提取法 1.选择溶剂考虑因素： • 溶剂尽可能多地溶出有效成分,杂质少溶或不溶 • 有效成分、杂质、溶剂的极性：相似相溶原理 • 溶剂的安全性、价廉易得、回收方便等

  25. 溶剂提取法 2. 常见溶剂的种类及其特点 • 环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇，水 • 水和油，是两个极端，其它溶剂介于两者之间。 • 亲脂性：如石油醚、苯、乙醚、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯等，可提取生物碱、油脂、蜡、脂溶性色素、挥发油等。 • 亲水性：如甲醇、乙醇、丙酮等，可提取苷类分子中糖部分，羟基数目多；生物碱盐离子化后为亲水性；鞣质为多羟基衍生物，为亲水性化合物；氨基酸；蛋白质等。 • 与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：甲醇、乙醇。 • 与水分层的有机溶剂：苯、石油醚、氯仿。 • 一般极性顺序（低到高） 环已烷→石油醚→CS2→CCl4→HCCl2CH2Cl→苯→CH2Cl2→CHCl3→乙醚→乙酸乙酯→丙酮→乙醇→甲醇→乙腈→水→吡啶→乙酸

  26. 溶剂提取法 3.常用溶剂提取方法 • 浸渍法：水/稀醇，冷提 • 渗漉法：乙醇，冷提 提取效率高，但溶剂用量大 渗漉法 浸渍法

  27. 溶剂提取法 3.常用溶剂提取方法 • 超声提取：为物理过程，不改变生物活性，高能量的超声波产生的强大压力，可造成植物细胞壁及生物体破裂，导致胞内物质释放、扩散、溶解。 • 微波提取：某些组分受热后细胞破裂或热运动进入到溶剂中。 工业生产用微波提取罐 工业生产用超声仪

  28. 溶剂提取法 3.常用溶剂提取方法 • 煎煮法：水

  29. 溶剂提取法 3.常用溶剂提取方法 • 回流提取：有机溶剂 溶剂用量少

  30. 溶剂提取法 3.常用溶剂提取方法 • 连续回流提取：有机溶剂，索氏提取器 溶剂反复利用

  31. 溶剂提取法 4.影响溶剂提取效率的因素 • 粉碎度：扩散、渗透、溶解 • 温度：冷提、热提 • 次数：2～3次 • 时间：细胞内外浓度的平衡 灵峰药业

  32. 第二节 天然产物有效成分的分离与精制 分离依据：共存成分的性质差异 1. 溶解度差异 2. 分配比不同 3. 吸附性差异 4．分子大小差异 5．离解程度不同 带果的银杏枝条

  33. 1. 根据物质的溶解度差异进行分离 • 调节温度 • 改变混合溶剂的极性 • 调节PH • 加入某种沉淀试剂

  34. 待纯化物A+杂质B、C 加MeOH热溶热滤 残渣（C） 滤液（A+B） 冷置析晶 母液（B） 结晶（A） 溶解度差异 （1）调节温度 温度不同——溶解度改变 结晶、重结晶

  35. 溶解度差异 （2）改变混合溶剂极性 加另一种极性相差较大的溶剂——混合溶剂极性改变——部分物质沉淀析出 A． 水/醇法：除去水提液中的水溶性杂质 B． 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质 C． 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷

  36. 药材水提取液 加数倍量浓醇静置过夜 母液 （目标成分） 沉淀 （水溶性杂质） （如蛋白质、多糖、果胶、粘液质） 溶解度差异 A． 水/醇法——除去水提液中的水溶性杂质

  37. 药材醇提取液 加数倍水静置过夜 母液 （目标成分） 沉淀 （脂溶性杂质） （如油脂、叶绿素等） 溶解度差异 B． 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质

  38. 皂苷的醇溶液 加数倍量乙醚，静置 母液 （脂溶液杂质） 沉淀 （皂苷） 溶解度差异 C． 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷

  39. 解离型/离子态 游离型/分子态 H+ B BH+ OH- OH- A- HA H+ 脂溶性 水溶性 溶解度差异 （3）.调节PH • 酸、碱、两性成分 • 调节PH——改变的分子存在状态——改变溶解度

  40. 溶解度差异 （3）.调节PH • A．酸/碱法（酸提取碱沉淀法）： 生物碱的提取、纯化 • B．碱/酸法（碱提取酸沉淀法）： 黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化 • C. 调节PH至等电点，沉淀蛋白

  41. 醇提物浸膏（B） 稀酸水提取 酸水提取液 药渣 （ BH+） （脂溶性杂质） 碱化 H+ B BH+ 碱水液 沉淀 OH- （B） （水溶性杂质） 溶解度差异 黄连 A．酸/碱法（酸提取碱沉淀法）——生物碱的提取、纯化

  42. 药材（HA） 碱水提取 碱水提取液 药渣 （ A-） （脂溶性杂质） 酸化 酸水液 沉淀 （HA） （水溶性杂质） OH- A- HA H+ 溶解度差异 银杏 B．碱/酸法（碱提取酸沉淀法）——黄酮、蒽醌等酚性成分的提纯

  43. 溶解度差异 （4）加沉淀剂(盐析法) 酸、碱成分——加入某种沉淀试剂——水不溶性盐 A．酸性成分 Pb2+、Ba2+、Ca2+ 水悬浮，通H2S 母液（） B. 碱性化合物 苦味酸/苦酮酸，磷钼酸/磷钨酸/镭氏盐  强H+，Et2O萃取 H2O层（）

  44. 2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 • 分配系数KK=CU / CL CU和CL为分离物质在上相和下相中的浓度 • 分离因子β β=KA / KB（KA KB） β951次萃取，基本分离 10β95 1012次，CCD法 β2 100次以上，DCCC法，HSCCC法 β1无法分离

  45. 分配比不同 2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （1）简单液液萃取法 （2）逆流分溶法（ CCD， countercurrent distribution） （3）纸色谱（PC，paper chromatography） （4）液液分配柱色谱 （5）液滴逆流色谱 （DCCC，droplet countercurrent chromarography） （6)高速逆流色谱 (HSCCC，high speed countercurrent chromarography）

  46. 分配比不同 （1）简单液液萃取法 • β50 • 有机溶剂/水 • 有机溶剂/酸、碱水 PH——物质存在状态——溶解性——K • PH梯度萃取 梯度调节PH，每次改变一种成分的存在状态，依次分离 • 缺点：手工操作繁琐、溶剂用量大、易乳化

  47. pH梯度萃取法 按酸碱性强弱的不同分离酸性、碱性、中性物质，改变pH值使酸碱成分呈不同状态。 如中药大黄中的大黄酸、大黄素和大黄酚的分离

  48. 大黄酸 大黄素 大黄酚 酸性最强 酸性其次 酸性最弱 溶于NaHCO3 溶于Na2CO3 溶于NaOH

  49. 分配比不同 例：HA1、HA2、B，且HA1HA2，如何分离? PH ≥12 B A- ≤3 BH+ HA

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