工艺开发放大

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

色谱分离技术

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。

表示。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t

R

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R f 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SiO 2 · xH 2O 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:一般指将硅胶在110℃加热30min ,增强吸附能力。但当温度升高至500℃时,硅胶表面的硅醇基脱水缩合转变为硅氧烷键,而丧失因氢键吸水的活性。

硅胶是一种酸性吸附剂,适用于中性或酸性成分的层析,如酚类、甾体和萜类等粒度越小,均匀性越好,分离效率越高;硅胶表面积越大,与样品间的相互作用越强,吸附力越强;同时硅胶又是一种弱酸性阳离子交换剂,其表面上的硅醇基能释放弱酸

性的氢离子,当遇到较强的碱性化合物,则可因离子交换反应而吸附碱性化合物。

聚酰胺:由有机酸和有机胺经聚而成的高分子材料。聚酰胺分子上有许多酰胺基团,形成活性中心。吸附属于氢键吸附,极性物质和非极性物质都适用。化学性质很稳定,不溶于水、醇、丙酮、氯仿、苯、正己烷等各种极性的与非极性的溶剂中。特别适合于对黄酮、酚类、醌类等物质的分离

常用的有机溶剂极性由小到大的顺序排列:

正己烷<石油醚<环己烷<四氯化碳<苯<甲苯<氯仿<乙醚<乙酸乙酯<丙酮<乙醇<甲醇<水<乙酸<甲酸

流动相:单一溶剂二元、三元甚至多元溶剂组分

装柱过程:关闭层析柱出水口,装入1/3柱高的溶剂作缓冲液,并将处理好的吸附

剂等缓慢倒入柱中,使其沉降约3cm高。打开出水口,控制适当流速,使吸附剂等均匀沉降,并不断加入吸附剂溶液。注意:不可干柱、分层,否则需要重新装柱。

柱层析基本操作收集、鉴定及保存洗脱峰不一定能代表一个纯净的组分。在合并一个峰的各管溶液之前,还要进行鉴定。

基质的再生各种基质的再生方法都有各自的方法根据不同的处理方法处理基质再生。

吸附薄层层析薄层层析用的吸附剂与其选择原则:和柱层析相同

主要区别在于:薄层层析要求吸附剂的粒度更细,一般应小于10um,粒度均匀,用于薄层层析的吸附剂或预制薄层一般活度要求不宜过高。

大孔吸附树脂:是一种不含交换基团的、具有大孔结构的高分子吸附剂。孔吸附树脂多为白色的球状颗粒,分为非极性、中性和极性三大类。常用的为苯乙烯型和丙烯腈型,在树脂合成时根据需要引入极性基团则成为极性树脂从而增强吸附能力。大孔吸附树脂的分离原理:由于吸附和筛选原理,有机化合物根据吸附力的不同及分子量的大小,在大孔吸附脂上经一定的溶剂洗脱而分开。

分配色谱:基于混合物各组分在固定相与流动相之间的分配性质不同而实施分离的

一种层析方法。分离各种化合物的本质是化合物在两相中因结构不同而产生分配系数的差异。

固定相:一般用一种液体或多孔物质牢固吸附和化学键结合的一种液膜作为固定相。色谱分离技术—分配层析法

纸层析固定相:滤纸纤维及其结合的水。流动相:有机溶剂

迁移率和分配系数的关系?

双向纸层析:适用于样品所含溶质较多或某些组分在单相纸层析中的Rf比较接近。

反相层析:固定相的极性小于流动相,化合物流出色谱柱的顺序是从大到小的色谱

过程称为反相色谱,该色谱通常为分配色谱。固定相:一般以硅胶为基质,键合C18等烷烃的非极性固定相。流动相:甲醇、乙腈、水等。

液滴逆流层析基本原理:多个首尾相连的分配萃取管中填充固定相液,而使流动相形成液滴通过此固定相液,在细的分配萃取管中与固定相液有效地接触,不断形成新的表面,从而促进待分离混合物各组分在两相溶剂之间的分配。

离子交换层析:以离子交换剂为固定相,依据流动相中的组分离子与交换剂上的平

衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。广泛应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、核苷酸等的分离纯化。

离子交换层析的原理:依据各种离子或离子化合物与离子交换剂的结合力不同而进

行分离纯化的。固定相:离子交换剂,它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。

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