天然药物提取设备

,上一内容,下一内容,回主目录,返回,第十五章 天然药物提取生产设备,目 录,第一节 植物提取基本知识,第二节 植物提取生产设备,第三节 植物提取浓缩工艺流程,全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五”规划教材生物制药设备,学习目标,【学习目的】,学习天然药物提取技术，为进入中药浸膏车间打下知识和技术基础。,【知识要求】,1.了解天然化合物物理化学性质，了解常见溶剂的性能；,2.熟悉各类提取罐的结构和工作原理；,3.掌握回流提取工艺流程。,【能力要求】,1.学会回流提取操作技术；,2.熟练应用提取操作进行天然药物的提取。,天然药物：,由自然界中动物、植物和矿物构成的有药理活性的天然产物。,芍药,雄黄,冬虫夏草,穿山甲,第一节 植物提取基本知识,一、植物中的药用成分,（一）植物中的化学成分,生物大分子 如蛋白质、多糖、树脂、果胶等。,天然有机化合物 如生物碱、黄酮、萜类等。,无机盐和有机盐 如盐酸盐、草酸盐、柠檬酸盐等。,植物中的化学成分,（二）药用化学成分的理化性质,1.生物碱,含氮的天然有机化合物，不溶或难溶于水，可溶于乙醇、乙醚、丙酮可溶解于酸水中。,马钱子碱,无色结晶，味极苦,几乎,不溶于水和乙醚,能溶,于氯仿,微溶于乙醇和,苯,剧毒通常人致死量,范围5120毫克。,2.苷,是糖或糖的衍生物与另一类非糖物质通过糖苷键结合而成的化合物，其中非糖部分称为,苷元,。,能溶于水中和不同浓度的乙醇水溶液。,3.醌,，-不饱和酮结构一类化合物,苯醌,蒽醌,萘醌,菲醌,游离醌类多溶于乙醇、乙酸、苯、氯仿等有机溶剂，微溶或不溶于水，形成苷后极性增大，易溶于甲醇、乙醇、热水，几乎不溶于苯、石油醚等非极性有机溶剂。蒽醌类多具有酚羟基而呈酸性，易溶于碱性溶液中。,4.黄酮,两个苯环通过中间三碳链联结而成的一系列化合物,黄酮苷元具有脂溶性，难溶或不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂。黄酮苷类具有亲水性，一般易溶于热水、甲醇、乙醇等极性较强的溶剂中，而难溶或不溶于苯、氯仿、石油醚等非极性溶剂。,5.萜,异戊二烯的聚合物及其含氧衍生物，,通式 。,溶解性,萜类化合物大多不溶于水而易溶于苯、氯仿、乙醚、石油醚等有机溶剂中。萜类化合物成苷后水溶性提高而易溶于热水，另外含有内酯结构的萜类化合物易溶于碱性水溶液中。,青蒿素,无色针状晶体，味苦，在丙酮、醋酸乙酯、氯仿、苯及冰醋酸中易溶，在乙醇和甲醇、乙醚及石油醚中可溶解，在水中几乎不溶。熔点：156-157。,6.香豆素,香豆素是邻羟基桂皮酸的内酯，分子结构母核为苯并 吡喃酮。,呋喃香豆素,简单香豆素,吡喃香豆素,其他香豆素,香豆素,游离的香豆素易溶于甲醇、乙醇、氯仿、乙醚、苯等系列溶剂，不溶或难溶于冷水，少数的可溶于热水。香豆素苷类能溶于水、甲醇和乙醇，而难溶于乙醇等极性小的有机溶剂中。,豆素类及其苷在强碱溶液中内酯环可以开环生成顺邻羟基,桂皮酸盐，加酸后重新闭环成为原来的内酯。与碱长时间,加热，则可转变为稳定的反邻羟基桂皮酸盐。,7.木脂素,木脂素是一类由两分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物，多数呈游离状态，少数与糖结合成苷而存在于植物的木部和树脂中。,木脂素多数为无色结晶，无挥发性，不能进行水蒸气蒸馏；少数木脂素在常压下能升华。游离的木脂素具有亲脂性，一般难溶于水，易溶于乙醇和脂溶性有机溶剂中；具有酚羟基的木脂素可溶于碱性水溶液中。木脂素与糖结合成苷后分子极性增加，在水中的溶解度也增大。,8.甾体,甾体类化合物基本结构母核是环戊烷并多氢菲。,其中强心苷多为无定型粉末或者无色结晶，具有旋光性，一般可溶于水、乙醇、丙酮等极性溶剂，微溶于乙酸乙酯、含醇氯仿，几乎不溶于乙醚、苯、石油醚等极性小的溶剂。,9.挥发油,挥发油是一类具有挥发性的油状液体，其组成比较复杂。,挥发油大部分具有香气，难溶于水，能溶解于乙醚、氯仿、石油醚等非极性有机溶剂中。,二、植物提取常用溶剂,（一）溶剂极性,采用溶剂的依据是相似相溶原理。,常见溶剂的极性大小排列顺序为：,水 乙醇 丙酮 乙醚 乙酸乙酯 氯仿 甲苯 石油醚,1.水,极性大，溶解范围广，植物中多种成分都能被水溶解浸出。优点是无毒理作用，价格便宜。其缺点是选择性差，非目的产物被浸出量大，给纯化操作带来困难。,2.乙醇,中强极性，能与水以任意比例混溶，乙醇浓度越高则极性越低。,3.乙醚,乙醚是非极性溶剂，微溶于水，可与乙醇及其他有机溶剂混溶。乙醚可溶解生物碱、树脂、挥发油、某些甙类。大部分溶解于水的成分在乙醚中不溶解。,乙醚的缺点是有药理副反应，易燃易爆，价格高。在药物提取过程中主要用于粗品的精制。,4.氯仿,在水中微溶，与乙醇、乙醚能任意混溶。可溶解生物碱、甙类、挥发油、树脂等，不能溶解蛋白质、鞣质等极性物质。氯仿有强烈的药理作用，应在浸出液中尽量除去。,氯仿有强烈的药理作用，应在浸出液中尽量除去。,丙酮和石油醚也是常用溶剂，可以用于脱水脱脂和提取。但具有较强挥发性，且易燃易爆，并具有一定的毒性，主要应用于提取过程中粗品的精致。,（二）提取用辅助剂,为提高目的产物的溶解度，增加制剂的稳定性，除去或减少某些物质，常在提取溶剂中加入辅助剂。常用的辅助剂有酸、碱和表面活性剂。,酸类：如硫酸、盐酸、醋酸、酒石酸、枸橼酸等。,碱类：如氨水、碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠等。,表面活性剂：非离子、阴离子和阳离子型。,辅助剂,酸碱与目的产物性成盐或使其冲结合态转化成游离态，表面活性剂可降低植物材料与溶剂间的界面张力，使润湿角变小，促使溶剂和材料之间的润湿渗透。,三、植物提取基本过程,（一）植物细胞结构,细胞质是一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。细胞质基质的化学组成包括水、无机离子、脂类、多糖、氨基酸、核酸、蛋白质、酶、维生素、苷类、生物碱、鞣质、蜡、挥发油、树脂等多种细胞代谢产物。细胞质的含水量约80%。,2.细胞质,3.细胞器,4.细胞膜,孔洞是物质交换的通道，细胞壁破碎则能最大程度地获得有效成分。,细胞液含有机酸、色素、水溶性有机化合物、无机盐等，有一定浓度保持一定渗透压，与细胞渗透有关。,囊 泡,囊泡,（二）植物提取过程,内扩散,外扩散,浸润渗透,解吸溶解,1.浸润渗透,由于液体静压力和植物材料毛细孔作用，溶剂被吸附在植物材料表面，并慢慢渗透到植物细胞内部的过程。,溶剂渗透到植物细胞后使干皱的细胞膨胀，恢复细胞壁,的通透性，形成了可让目的产物从细胞中扩散出来通道。,2.解吸与溶解,植物细胞内各成分相互之间吸附，溶剂进入细胞后，破坏,了吸附力，解除吸附作用，目的产物顺利进入溶剂形成溶液。,3.扩散,目的产物从细胞中转移到提取溶剂中是通过扩散过程完成的。,溶质,扩散通道,溶剂在细胞内的溶解速度很大，但内扩散和外扩散速度较低。扩散速度是提取生产效率的制约因素。,搅拌产生湍流，是提高生产效率的有效途径。,第二节 植物提取生产设备,一、煎煮提取工艺及设备,将植物材料在水中加热煮沸提取目的产物的方法称为煎煮法。,煎煮法分为常压煎煮、加压煎煮、减压煎煮。常压煎煮法是最常用的方法，适合于在水中能够溶解、对热不敏感的目的产物的提取。,装料,浸润,加热,出料,二、浸渍提取工艺及设备,将植物材料装入密闭容器中，在常温或加热条件下萃取目的产物的操作过程。,浸渍法可分为冷浸法和热浸法。,1.冷浸法,在室温或更低温度下进行的浸渍操作。,2.热浸法,在高于室温下进行的浸渍操作叫热浸法。,温度控制,乙醇作溶剂，4060,水作溶剂，6080,热浸法可大幅度缩短浸渍时间，提高了浸取效率。但热浸法提取出的杂质较多，浸取液澄清度差，冷却后有沉淀析出，需要精制。,三、渗漉提取工艺及设备,植物材料装入容器中，一边向容器中放入溶剂浸取目的产物，同时又从容器中放出浸出液的过程称为渗漉。,首先将植物材料粉碎成中粗粉，对于切片厚度低于；其次用0.71倍量的溶剂浸润原材料4小时左右，待原材料组织润胀后将其装入渗漉罐中，将原料层压平均匀，用滤纸或纱布盖料，再覆盖盖板，以免原材料浮起；随后打开底部阀门，从罐上方加入溶剂，将原材料颗粒之间的空气向下排出，待空气排完后关闭底部阀门，继续加溶剂至超过盖板板面58厘米，将渗漉筒顶盖盖好并放置2448小时，将溶剂从罐上方连续加入罐中，打开底部阀门，调整流速，进行渗漉浸取。,（一）操作过程,渗漉操作过程不需加热，溶剂用量少，过滤要求低，适用于热敏性、易挥发和剧毒物质的提取。渗漉提取法类似于多次浸出过程，浸出液可以达到较高的浓度，适用于原材料含量低但要求提取液浓度高的植物提取，不适用于黏度高、流动性差的物料的提取。,（二）应用,快速加压渗漉罐浓缩提取装置,四、回流提取工艺及设备,（一）回流提取过程,在加热浸提工艺中，为了减少溶剂蒸发后的损失，常将溶剂蒸汽引入到冷凝器中冷凝成液体，并再次返回到容器中浸取目的产物，这种操作过程称为回流提取法。,回流提取法本质上是浸渍法，其工艺特点是溶剂,循环使用，浸取更加完全彻底。缺点是由于加热时,间长，故不适用于热敏性物料和挥发性物料的提取。,（二）回流提取设备,1.提取罐的结构,提取罐由罐体、上封头、出渣门、夹套、气室等部件构成，,提取罐的上封头设计有投料口、清洗旋转球、蒸汽出口、回流口、观察窗等，部分提取罐的上封头设计有电动机的支架，支架上安装有减速箱，电动机的传动轴通过减速箱减速后带动罐体内搅拌器转动。提取罐的夹套可通入蒸汽、有机油、冷却盐水进行换热。,出渣门通过不锈钢软管与启闭汽缸连接，启闭汽缸是出渣门的开启和关闭装置，通过压缩空气进行控制。为了保证出渣门关闭后不至于松脱，在罐体底部还设计有锁紧汽缸。当出渣门关闭后，锁紧汽缸通过压缩空气将出渣门牢牢地锁住，保证提取操作的正常进行。,2.常见的几种提取罐,3.提取罐的操作规程,（1）加入药材,（2）加入溶剂,（3）通入蒸汽,（4）循环提取,（5）芳香油回收,（6）出液,（7）出渣,（8）冲洗,（9）记录,注意事项,在生产过程中需要注意罐内的压力变化情况，按规定允许使用压力。罐体及出渣门夹套使用蒸汽压力0.3 MPa；罐内压力为常压；气缸使用压缩空气压力0.7 MPa。严禁罐内超压使用。,第三节 植物提取浓缩工艺流程,提取,干燥,纯化,浓缩,植物提取浓缩生产流程,将有效成分浸出的过程,除去纤维素、淀粉、蛋白质、沾液质、果胶、酶、树脂等生物大分子的过程,将提取液中的溶剂移出的过程,将浸膏中的自由水分移出的过程,一、典型的纯化工艺,（一）水提醇沉法,将水提取液浓缩后，加入足量的乙醇，使杂质沉淀分离的方法称为水提醇沉分离法。,乙醇沉淀的是蛋白质、淀粉、粘液质、树脂、果胶等生物大分子,在实际操作中加入的乙醇量要准确，当溶液中乙醇浓度为50%60%时，可去除淀粉杂质，含醇量达75%时，可除去蛋白质等杂质，当含醇量为80%时，几乎可除去全部蛋白质、多糖和无机盐类。,（二）醇提水沉法,某些目的产物分子极性不高，在水中溶解度小甚至不溶，但在乙醇中有较大的溶解度，此时应采用乙醇作提取溶剂，将所得提取液浓缩后低温冷藏过夜，滤去沉淀除去杂质，这种纯化过程称为醇提水沉分离法。,优缺点及应用,用乙醇提取的优点是降低了提取液中蛋白质、淀粉、粘液质、树脂、果胶等生物大分子的含量，简化了后续纯化操作。本法操作工序少，提取液受热时间短，有效成分损失小。其缺点是不能将鞣质彻底除掉，由于脂溶性色素能溶于乙醇溶液中，故提取液颜色较水提醇沉法深，需要用硅藻土或碳脱色。,二、植物提取浓缩工艺流程,根据提取溶剂的流动状态，可将提取浓缩生产流程分为静态提取和动态提取两种。,（一）静态提取浓缩工艺流程,静态提取浓缩生产线由提取罐、冷凝器、冷却器、振动筛、离心泵、中间罐、蒸发器、储罐、沉淀罐、浓缩罐、真空干燥器、酒精回收塔、射流真空泵等设备组成。,特点：,静态提取浓缩生产工艺的特点是，提取罐中的原材料和溶剂处于相对静止的状态,（一）植物静态提取浓缩工艺流程,（二）动态提取浓缩工艺流程,植物动态提取浓缩工艺由浸提、振动筛过滤、三级离心过滤机过滤、层析柱分离纯化、解吸液蒸发浓缩、喷雾干燥等操作环节。植物动态提取浓缩生产线由多功能提取罐、板框