第1章-制药分离工程-绪论课件

1第一章第一章 绪论绪论1.1 制药工业制药工业1.2 制药别离技术制药别离技术1.3 制药别离工程的开展趋势制药别离工程的开展趋势1.4 本课程的任务本课程的任务 药品药品，是指用于预防、治疗、诊，是指用于预防、治疗、诊断断人人的疾病，有目的地调节的疾病，有目的地调节人人的生理机能的生理机能并规定有适应症或者功能主治、用法和用并规定有适应症或者功能主治、用法和用量的物质，包括中药材、中药饮片、中成量的物质，包括中药材、中药饮片、中成药、化学原料药及其制剂、抗生素、生化药、化学原料药及其制剂、抗生素、生化药品、放射性药品、血清、疫苗、血液制药品、放射性药品、血清、疫苗、血液制品和诊断药品等品和诊断药品等。3 制药工业制药工业人类防病治病的人类防病治病的三大药源：三大药源：化学药物化学药物中药中药生物药物生物药物制药工业：制药工业：化学制药化学制药中药制药中药制药生物制药生物制药4 生物制药生物制药生物药物：生物药物：从动物、植物、微生物等从动物、植物、微生物等生物体生物体中制取的各种中制取的各种天然生物活性物质天然生物活性物质及其及其人工合成人工合成或或 半合成半合成的的天然物质天然物质类似物类似物。原料原料:生物体、生物组织或其成分。生物体、生物组织或其成分。方法方法:采用采用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学物理化学和药学等原理与方法等原理与方法,如酶工程技术、细胞工如酶工程技术、细胞工程技术、基因工程技术等。程技术、基因工程技术等。5分子生物学分子生物学医药生物技术医药生物技术微生物学微生物学生物技术疫苗生物技术疫苗生物化学生物化学现代生物技术生物技术诊断现代生物技术生物技术诊断遗传学遗传学农业生物技术农业生物技术细胞生物学细胞生物学家畜生物技术家畜生物技术化学工程化学工程海洋生物技术海洋生物技术1生物技术62 2新试剂新技术不断出现新试剂新技术不断出现细胞移植用于细胞移植用于:骨髓移植治疗白血病、免疫骨髓移植治疗白血病、免疫缺陷、再障性贫血等。缺陷、再障性贫血等。基因治疗有基因治疗有:致死性遗传疾病、癌症、爱滋致死性遗传疾病、癌症、爱滋病、病、心脏病等。心脏病等。生物试剂开发单克隆抗体用于：诊断和治生物试剂开发单克隆抗体用于：诊断和治疗，疗，荧光抗体法、荧光抗体法、DNADNA探针、探针、PCR(PCR(生物学的生物学的 聚聚合酶链式反响合酶链式反响)等检测技术的建立。等检测技术的建立。73 3不断出现的新型生物反响器有不断出现的新型生物反响器有:气升式生物反响器气升式生物反响器 流化床式生物反响器流化床式生物反响器 固定床式生物反响器固定床式生物反响器 袋式或膜式生物反响器袋式或膜式生物反响器 中空纤维生物反响器中空纤维生物反响器 8目的产物目的产物:预防、诊断、治疗预防、诊断、治疗制品，包括制品，包括抗生素、氨基酸抗生素、氨基酸和和植物植物次生代谢产物次生代谢产物。如纯化胰岛素、甲状腺素、肾上腺皮质如纯化胰岛素、甲状腺素、肾上腺皮质激素、激素、脑垂体激素、尿激酶、溶菌酶、天冬酰胺酶等。脑垂体激素、尿激酶、溶菌酶、天冬酰胺酶等。医药生物技术医药生物技术产业化、商品化产业化、商品化成成高新技术产高新技术产业业之一。之一。高投入、高风险、高利润，利润率达高投入、高风险、高利润，利润率达17.6%17.6%。9 化学制药化学制药原料原料:化学结构比较简单的化化学结构比较简单的化工原料。工原料。方法方法:由化工原料通过化学合由化工原料通过化学合成的方法制造药物的过程称全成的方法制造药物的过程称全合成；由对具有一定根本结构合成；由对具有一定根本结构的天然产物进行化学结构改造的的天然产物进行化学结构改造的过程称半合成。过程称半合成。目的产物目的产物:预防、诊断、治疗预防、诊断、治疗制品，如磺胺、制品，如磺胺、扑热息痛、诺氟沙星等。扑热息痛、诺氟沙星等。10化学制药技术简介化学制药技术简介 化学制药技术研究的对象化学制药技术研究的对象 化学药物生产工艺化学药物生产工艺 药物工艺路线的评价与选择技术药物工艺路线的评价与选择技术 单元反响的次序安排单元反响的次序安排 最正确反响条件选择技术最正确反响条件选择技术 催化技术催化技术11 中药制药中药制药 随着人们对化学药物随着人们对化学药物的毒副作用的认识和了解，的毒副作用的认识和了解，“回回归自然使人们更倾向于采用天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其特长提供了前所未有的机遇 然而，由于中药原料的然而，由于中药原料的地域性、组成的复杂性、复方配地域性、组成的复杂性、复方配伍的多样性等，再加之生产工艺伍的多样性等，再加之生产工艺落后，缺乏科学的、严格的工艺落后，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，产品仍使中药产品质量不稳定，产品仍多是传统的丸、散、膏、丹类剂多是传统的丸、散、膏、丹类剂型，很难满足国际市场的需求。型，很难满足国际市场的需求。目前中药在西方草药市目前中药在西方草药市场上仅能以食品名义进入，还不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。能以治疗药物为国际社会所接受。12 中药工业化生产流程中药工业化生产流程中药中药:指中国传统医药，指中国传统医药，中药工业化生产是指中药工业化生产是指以各种以各种天然植物、动物和矿物为主的天然植物、动物和矿物为主的中药材中药材为为原料原料生产出生产出各种剂型的中成药各种剂型的中成药。方法：方法：中药材的预处理及炮制中药材的预处理及炮制中药有效成分的提中药有效成分的提取与中药浸膏的生产取与中药浸膏的生产中药制剂的生产中药制剂的生产13 制药别离技术制药别离技术 制药过程制药过程 上游过程：合成上游过程：合成 原料药的生产原料药的生产 研研究对象究对象 (制药工业的中间产品制药工业的中间产品)下游加工过下游加工过程：别离纯化程：别离纯化制药制药 过程过程 制剂的生产制剂的生产 (制药工业的终端产品制药工业的终端产品)14 下游加工技术的重要性下游加工技术的重要性 下游加工过程也即目标产物的提取、浓缩、纯下游加工过程也即目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等过程。是制药技术转化为生产力不可化及成品化等过程。是制药技术转化为生产力不可缺少的重要环节。正因为其重要性，人们将制药技缺少的重要环节。正因为其重要性，人们将制药技术比喻为一条河流，把制药别离工程称为下游加工术比喻为一条河流，把制药别离工程称为下游加工过程。过程。制药别离过程与发酵过程或药物合成过程同样制药别离过程与发酵过程或药物合成过程同样重要，甚至从某些方面说，是有过之而无不及。一重要，甚至从某些方面说，是有过之而无不及。一般而言，中、上游过程，只是解决般而言，中、上游过程，只是解决“丰产的问题，丰产的问题，下游别离过程那么是解决下游别离过程那么是解决“丰收问题。如果仅有丰收问题。如果仅有丰产而无丰收，那么这丰产的成果，未必变成物质丰产而无丰收，那么这丰产的成果，未必变成物质财富。只有既丰产，又丰收，才能最大限度地创造财富。只有既丰产，又丰收，才能最大限度地创造出物质财富。出物质财富。15 1.2.3 下游加工的特点下游加工的特点1生物生物产品的品的稳定性差。在高温、定性差。在高温、pH、金属离子等金属离子等 环境下会境下会变性，性，为满足其生物足其生物活性的要求，就增加了活性的要求，就增加了别离的离的难度。度。2培养液是多培养液是多组份的混合物。原料液中常份的混合物。原料液中常存在与目存在与目标分子形成分子形成难别离的混合物，因离的混合物，因此要求利用特殊高效此要求利用特殊高效别离技离技术纯化化产品。品。3对最最终产品的品的质量要求很高。很多情况量要求很高。很多情况下，特下，特别是是药产品和作品和作为生物生物试剂用的用的产品，与人品，与人类生命息息相关，因此生命息息相关，因此对其其纯度度的要求很高。的要求很高。4原料液中目原料液中目标产物的物的浓度一般都很低，度一般都很低，提取提取时所消耗的能量越大，所消耗的能量越大，费用也就越高，用也就越高，产品的价格也越高。品的价格也越高。16 下游加工技术的原理和单元操作下游加工技术的原理和单元操作1 1原理：原理：根据药物成分与杂质在物理和化学性质根据药物成分与杂质在物理和化学性质方面的差异，选择适宜的别离方法，制定合方面的差异，选择适宜的别离方法，制定合理的工艺流程和操作条件，设计或选择适当理的工艺流程和操作条件，设计或选择适当的设备，完成别离纯化，使其成为高纯度的、的设备，完成别离纯化，使其成为高纯度的、符合药品标准的原料药。符合药品标准的原料药。172 2制药别离过程分为：制药别离过程分为：机械别离：机械别离：处理对象是由两相以上所组成的混合物，别离处理对象是由两相以上所组成的混合物，别离过程只是简单地进行相别离。如过滤、沉降、离过程只是简单地进行相别离。如过滤、沉降、离心、旋风别离等。心、旋风别离等。传质别离：传质别离：处理对象是多组分均相混合物，其特点是发生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。质量传递现象。传质别离又分为平衡别离过程和速率别离过程。传质别离又分为平衡别离过程和速率别离过程。18平衡扩散别离过程：平衡扩散别离过程：是原料中的各组分在相平衡时在两个相中的分配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别离过程。不同而进行的别离过程。均相混合物均相混合物=两相两相 各组分在相间质量传递到达平衡各组分在相间质量传递到达平衡=改变原混合物浓改变原混合物浓度，度，使均相混合物分成两相。使均相混合物分成两相。一般需参加别离媒介别离剂，常用的别离媒介有一般需参加别离媒介别离剂，常用的别离媒介有两种：能量媒介两种：能量媒介ESAESA和物质媒介和物质媒介MSAMSA。ESA ESA：指的是传入或传出系统的热或功。如精馏塔：指的是传入或传出系统的热或功。如精馏塔釜参加热量，塔顶参加冷量釜参加热量，塔顶参加冷量 MSA MSA：参加另外一种物质使混合物变成两相。如吸：参加另外一种物质使混合物变成两相。如吸收剂、萃取剂等收剂、萃取剂等19速率输送别离过程：速率输送别离过程：靠原料中的不同组分在某种推动力压力差、靠原料中的不同组分在某种推动力压力差、温度差、浓度差、电位差等的作用下，经过某温度差、浓度差、电位差等的作用下，经过某种介质间隔物，如半透膜时的扩散速率的差种介质间隔物，如半透膜时的扩散速率的差异而实现的别离过程。异而实现的别离过程。所处理的原料和产品一般属于同一相态，只所处理的原料和产品一般属于同一相态，只有组成上的差异。有组成上的差异。如膜别离是利用流体中各组分对膜的渗透速率如膜别离是利用流体中各组分对膜的渗透速率的差异而实现组分别离的单元操作。的差异而实现组分别离的单元操作。201-1211工业应用的生物别离技术：工业应用的生物别离技术：回收技术回收技术:絮凝，离心，过滤，微过滤。絮凝，离心，过滤，微过滤。细胞破碎技术细胞破碎技术:球磨，高压匀浆，球磨，高压匀浆，化学破碎技术化学破碎技术初步纯化技术初步纯化技术:盐析法，有机溶剂沉淀，化学盐析法，有机溶剂沉淀，化学沉淀，沉淀，大孔吸附树脂，膜别离技术大孔吸附树脂，膜别离技术高度纯化技术高度纯化技术:各类层析，离子交换，结晶各类层析，离子交换，结晶成品加工：喷雾枯燥，气流枯燥，成品加工：喷雾枯燥，气流枯燥，沸腾枯燥，冷冻枯燥沸腾枯燥，冷冻枯燥222 2常用中药纯化技术常用中药纯化技术 超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术(SFE)(SFE)超声波提取超声波提取 微波辅助诱导萃取技术微波辅助诱导萃取技术(MAE)(MAE)超高压提取技术超高压提取技术 23 下游加工过程的一般步骤下游加工过程的一般步骤以生物技术下游加工过程为例：以生物技术下游加工过程为例：具有四个根本的别离阶段：具有四个根本的别离阶段：1 1发酵液的预处理与固液别离发酵液的预处理与固液别离 主要任务是去除发酵液中的固相物质，为后继过程主要任务是去除发酵液中的固相物质，为后继过程提供澄清或洁净的原料液体。过滤和离心别离是这方提供澄清或洁净的原料液体。过滤和离心别离是这方面的主要单元操作。面的主要单元操作。2 2初步纯化或称产物的提取初步纯化或称产物的提取 主要任务是提高产品的浓度和质量，蒸发、沉淀、主要任务是提高产品的浓度和质量，蒸发、沉淀、萃取和吸附是该阶段的典型操作。萃取和吸附是该阶段的典型操作。243 3高度纯化或称产物的精制高度纯化或称产物的精制 去除与产品有类似化学性质和物理性质的杂去除与产品有类似化学性质和物理性质的杂质，大大提高产品的纯度。层析、超滤、电质，大大提高产品的纯度。层析、超滤、电泳与沉淀是该阶段的有效方法。泳与沉淀是该阶段的有效方法。4 4成品加工产品的精制成品加工产品的精制 常采用结晶和枯燥。常采用结晶和枯燥。25 制药别离工程的开展趋势制药别离工程的开展趋势存在的问题：研发费用高、本钱高、周存在的问题：研发费用高、本钱高、周期长期长 制药别离制药别离工程开展的瓶颈工程开展的瓶颈 如何解决？如何解决？加强根底理论研究加强根底理论研究 研究非理想溶液中溶质与添加物研究非理想溶液中溶质与添加物料之间的选择性机制、影响因素；料之间的选择性机制、影响因素；研究界面的结构、动力学和传研究界面的结构、动力学和传质机制，以及影响因素；质机制，以及影响因素；完善老技术：正确对待完善老技术：正确对待“新、新、“老老别离技术别离技术26创造新技术创造新技术研发新型高效经济的别离技术研发新型高效经济的别离技术推进各别离技术的杂交集成推进各别离技术的杂交集成别离技术与发酵技术结合别离技术与发酵技术结合强化化学对别离技术的影响强化化学对别离技术的影响高效别离技术的工程化高效别离技术的工程化别离技术的环保化别离技术的环保化271.4课程的性质与任务课程的性质与任务性质 制药别离工程是化学制药技术专业的专业必修课程，讲授制药工程领域常用别离技术及近年开展的新型别离技术的 原理、方法、工艺及其应用。28 任务任务运用：化工单元操作的根本知识、溶液相平衡理论、运用：化工单元操作的根本知识、溶液相平衡理论、动量、热量和质量传递的原理动量、热量和质量传递的原理(三传三传)。研究：制药生产实际中复杂物系的别离和提纯技术。研究：制药生产实际中复杂物系的别离和提纯技术。分析和解决：在制药生产、设计和科研中常用的别离过分析和解决：在制药生产、设计和科研中常用的别离过程的理论和实际问题；程的理论和实际问题；讨论：别离设备的处理能力和效率，讨论：别离设备的处理能力和效率，别离过程的节能技术和别离流量的选择。别离过程的节能技术和别离流量的选择。291.4.3培养目标培养目标掌握各种常用别离过程的根本理论，操作特点，简捷掌握各种常用别离过程的根本理论，操作特点，简捷和严格的计算方法和强化、改进操作的途径，对一些和严格的计算方法和强化、改进操作的途径，对一些新别离技术有一定的了解；新别离技术有一定的了解；通过对典型实例的分析和讨论，培养选择适宜的别离通过对典型实例的分析和讨论，培养选择适宜的别离方法，进行别离过程特性分析，解决操作和设计方面方法，进行别离过程特性分析，解决操作和设计方面的实际问题的能力；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，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；培养科学的思以及考虑和处理工程实际问题的能力；培养科学的思想方法，注重实际的求实态度。想方法，注重实际的求实态度。301.4.4课程内容课程内容1 1非均相别离；非均相别离；2 2固液萃取浸取；固液萃取浸取；3 3液液萃取；液液萃取；4 4超临界流体萃取超临界流体萃取 ；5 5反胶团萃取与双水相萃取；反胶团萃取与双水相萃取；6 6精馏；精馏；7 7吸附与离子交换；吸附与离子交换；8 8色谱别离色谱别离 ；9 9膜别离；膜别离；1010结晶；结晶；11)11)手性别离；手性别离；12)12)枯燥和造粒。枯燥和造粒。31作业作业1.1.制药工业三大药源包括哪些制药工业三大药源包括哪些?2.2.制药别离原理是什么制药别离原理是什么?3.3.制药别离技术的特点制药别离技术的特点?