1、第二章第二章 天然产物的提取天然产物的提取分离和结构鉴定分离和结构鉴定 一、基本概念一、基本概念 1、提取：利用适当的溶剂或方法，将所、提取：利用适当的溶剂或方法，将所要成分尽可能从原料中完全提出的过程。要成分尽可能从原料中完全提出的过程。 2、分离：将提取物中所含的各种成分一、分离：将提取物中所含的各种成分一一分开，并将得到的单体加以精制的过一分开，并将得到的单体加以精制的过程。程。 第一节第一节 天然产物的提取天然产物的提取 研究天然产物化学成分的基本步骤研究天然产物化学成分的基本步骤原材料原材料单体化合物单体化合物总提取物总提取物不同部位不同部位目的化合物目的化合物结构修饰结构修饰人工合
2、成人工合成提取提取初步分离初步分离精细分离纯化精细分离纯化 水水 亲水性有机溶剂亲水性有机溶剂 亲脂性有机溶剂亲脂性有机溶剂二、提取方法二、提取方法l超临界流体萃取法（超临界流体萃取法（SFE）l水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法l溶剂提取法溶剂提取法l升华法升华法l压榨法压榨法溶剂溶剂（一）（一）溶剂提取法溶剂提取法 溶剂提取法原理溶剂提取法原理“相似相溶相似相溶” 溶剂溶剂的选择的选择取决于被提取成分化学结构、取决于被提取成分化学结构、 溶解性及溶剂的性质。溶解性及溶剂的性质。 注意：注意： 乙醇、甲醇虽然属于亲水性溶剂，可与水混溶，乙醇、甲醇虽然属于亲水性溶剂，可与水混溶，但很多亲脂性成分可溶于乙
3、醇、甲醇，所以乙醇或甲但很多亲脂性成分可溶于乙醇、甲醇，所以乙醇或甲醇提取液中既有水溶性成分，也有很多脂溶性成分醇提取液中既有水溶性成分，也有很多脂溶性成分。 溶剂提取法溶剂提取法 根据天然成分的溶解性不同，选用根据天然成分的溶解性不同，选用对所需成分溶解度大而对其他成分溶解度对所需成分溶解度大而对其他成分溶解度小的溶剂，将所需成分从生物材料中溶解小的溶剂，将所需成分从生物材料中溶解出来的一种提取方法。出来的一种提取方法。 溶剂提取是指溶剂进入生物体细胞，溶剂提取是指溶剂进入生物体细胞，溶解或分散其有用物质而变成浸出物的全溶解或分散其有用物质而变成浸出物的全过程。过程。 包括浸润、解吸和扩散三
4、个阶段。包括浸润、解吸和扩散三个阶段。1、溶剂提取法的原理、溶剂提取法的原理选择溶剂依据相似相溶原理。选择溶剂依据相似相溶原理。 浸润：渗透阶段浸润：渗透阶段 溶剂通过细胞壁渗透到细胞中。溶剂通过细胞壁渗透到细胞中。解吸：溶解阶段解吸：溶解阶段 细胞内容物与细胞组织之间有亲和细胞内容物与细胞组织之间有亲和 力，溶剂破除这种亲和力。力，溶剂破除这种亲和力。扩散：置换阶段扩散：置换阶段 利用细胞内的渗透力产生的压差而抽利用细胞内的渗透力产生的压差而抽提出来，用溶剂占领内容物的位置而提出来，用溶剂占领内容物的位置而 将内容物置换出来。将内容物置换出来。 2、选择溶剂的要点、选择溶剂的要点 * 对所要
5、成分溶解度大对所要成分溶解度大 * 沸点适中容易回收沸点适中容易回收 * 低毒安全低毒安全 * 廉价廉价 天然产物成分中，萜、甾等大环、稠环化天然产物成分中，萜、甾等大环、稠环化合物极性小，易溶于氯仿、乙醚等；糖、苷等合物极性小，易溶于氯仿、乙醚等；糖、苷等易溶于水、乙醇等极性溶剂中；酸碱性成分因易溶于水、乙醇等极性溶剂中；酸碱性成分因存在状态不同溶解性不同。存在状态不同溶解性不同。 最常用的溶剂为乙醇。最常用的溶剂为乙醇。3、常用溶剂的分类、常用溶剂的分类 水及酸水或碱水等水及酸水或碱水等，适合提取无机盐、可适合提取无机盐、可溶性糖、多酚类、氨基酸、水溶性蛋白质、有溶性糖、多酚类、氨基酸、水
6、溶性蛋白质、有机酸盐、生物碱盐、苷类等。机酸盐、生物碱盐、苷类等。1.强极性溶剂强极性溶剂2. 弱极性溶剂弱极性溶剂3. 非极性溶剂非极性溶剂 亲脂性有机溶剂亲脂性有机溶剂，如乙醚、氯仿、乙酸乙酯、苯、如乙醚、氯仿、乙酸乙酯、苯、石油醚、环己烷等石油醚、环己烷等。适合提取：除蛋白质、粘液质、适合提取：除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉与部分多糖外，大多可溶；部分脂溶成果胶、淀粉与部分多糖外，大多可溶；部分脂溶成分亦可溶。通过调节乙醇浓度、加酸、加碱可改变分亦可溶。通过调节乙醇浓度、加酸、加碱可改变分离效果。分离效果。 亲水性有机溶剂亲水性有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮如甲醇、乙醇、丙酮。适合提取极性小
7、的成分，但渗透性差，易燃、易适合提取极性小的成分，但渗透性差，易燃、易挥发，常有毒性；样品中水分多则提取效果差挥发，常有毒性；样品中水分多则提取效果差水水 甲醇甲醇乙醇乙醇丙酮丙酮乙酸乙酯乙酸乙酯乙醚乙醚氯仿氯仿苯苯石油醚石油醚 常见溶剂极性的强弱顺序常见溶剂极性的强弱顺序 ： 4、溶剂的选择、溶剂的选择 (1) (1) 水：为价廉、易得、使用安全的强极性溶水：为价廉、易得、使用安全的强极性溶剂。适于提取无机盐、糖、氨基酸、蛋白质、剂。适于提取无机盐、糖、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐、苷类等。有机酸盐、生物碱盐、苷类等。 (2) (2) 亲水性有机溶剂：以乙醇最常用。高浓度亲水性有机溶剂
8、：以乙醇最常用。高浓度提取亲脂性成分，低浓度提取亲水性成分。提取亲脂性成分，低浓度提取亲水性成分。 (3)(3) 亲脂性有机溶剂：亲脂性有机溶剂： 具有较强的选择性，对挥发油、油脂、叶具有较强的选择性，对挥发油、油脂、叶绿素、树脂、内酯、某些生物碱及一些苷元均绿素、树脂、内酯、某些生物碱及一些苷元均可提取出来。可提取出来。 优缺点：沸点低，浓缩回收方便，但易燃、优缺点：沸点低，浓缩回收方便，但易燃、有毒、价贵，穿透力差。有毒、价贵，穿透力差。5、溶剂提取的方法、溶剂提取的方法 溶剂提取的方法溶剂提取的方法连续回流提取法连续回流提取法回流提取法回流提取法煎煮法（煎中药）煎煮法（煎中药）渗漉法渗漉
9、法浸渍法（泡药酒）浸渍法（泡药酒）（1）浸渍）浸渍特点特点 适用于较易提取的适用于较易提取的有效成分遇热易破坏以有效成分遇热易破坏以及含多量淀粉、树胶及含多量淀粉、树胶、果胶、粘液质的天然物果胶、粘液质的天然物的提取。的提取。适用范围适用范围特点：浸出率较差，特特点：浸出率较差，特别是用水为溶剂，其提别是用水为溶剂，其提取液易于发霉变质，须取液易于发霉变质，须注意加入适当的防腐剂注意加入适当的防腐剂。粉碎好的药材放入提取用的容中，加粉碎好的药材放入提取用的容中，加入溶剂使没过药面，浸泡入溶剂使没过药面，浸泡1212小时。小时。滤出溶剂，加入新的溶剂继续提取滤出溶剂，加入新的溶剂继续提取加入溶剂
10、浸泡加入溶剂浸泡12小时后小时后浸渍法浸渍法（2 2）渗漉法渗漉法向原料粗粉中不断添向原料粗粉中不断添加溶剂，使其渗过原加溶剂，使其渗过原料，从渗漉筒下端出料，从渗漉筒下端出口流出浸出液的一种口流出浸出液的一种浸出方法。浸出方法。（2）渗漉）渗漉特点特点 当溶剂渗进原料当溶剂渗进原料溶出成分比重加大而溶出成分比重加大而向下移动时，上层的向下移动时，上层的溶液或稀浸出液便置溶液或稀浸出液便置换其位置，造成良好换其位置，造成良好的浓度差，使扩散能的浓度差，使扩散能较好地进行较好地进行。原理原理特点：浸出效率较高，特点：浸出效率较高，浸出液较澄清。浸出液较澄清。 溶剂消耗量大、费溶剂消耗量大、费时长
11、。时长。 （3）煎煮法）煎煮法 以水为溶剂，对遇热易破坏和挥发性以水为溶剂，对遇热易破坏和挥发性成分有影响，对含多量淀粉、黏液质的原成分有影响，对含多量淀粉、黏液质的原料也不适用。料也不适用。 传统的中药煎制。传统的中药煎制。 （4）回流提取法）回流提取法使用有机溶剂。对遇热易破坏的成分有影响。使用有机溶剂。对遇热易破坏的成分有影响。 （5）连续回流提取法）连续回流提取法 循环使用挥发性的有机溶剂，在脂肪提取器中连循环使用挥发性的有机溶剂，在脂肪提取器中连续提取的方法。续提取的方法。 提取效率高，节省溶剂。但不适于热不稳定成分提取效率高，节省溶剂。但不适于热不稳定成分的提取。的提取。 也可采用
12、混合溶剂，常用的有水和乙醇。不同也可采用混合溶剂，常用的有水和乙醇。不同比例的溶剂可提出不同成分，如比例的溶剂可提出不同成分，如CHClCHCl3 3-C-C2 2H H5 5OH(95:5)OH(95:5)可提取出强心甙、有机酸、叶绿素等。可提取出强心甙、有机酸、叶绿素等。 连续回流连续回流 (索氏提取索氏提取) .把滤纸做成与提取器大小相应的滤纸筒，然后把需要提取的样品放入滤纸筒内，装入提取器。注意注意: :a.a.滤纸筒既要紧贴器壁，又要方便取放。（滤纸筒上可以滤纸筒既要紧贴器壁，又要方便取放。（滤纸筒上可以套一圈棉线，方便提取完成后取出滤纸筒。）套一圈棉线，方便提取完成后取出滤纸筒。）
13、b.b.被提取物高度不能超过虹吸管，否则被提取物不能被溶被提取物高度不能超过虹吸管，否则被提取物不能被溶剂充分浸泡，影响提取效果。被提取物亦不能漏出滤纸筒，剂充分浸泡，影响提取效果。被提取物亦不能漏出滤纸筒，以免堵塞虹吸管。如果试样较轻，可以用脱脂棉压住试样。以免堵塞虹吸管。如果试样较轻，可以用脱脂棉压住试样。 操作步骤： .在提取用的烧瓶中加入提取溶剂和沸石（没有沸石可以用玻璃珠或碎瓷片，目的就是防止暴沸）。 .连接好烧瓶、提取器、回流冷凝管，接通冷凝水,加热。沸腾后，溶剂的蒸气从烧瓶进到冷凝管中，冷凝后的溶剂回流到滤纸筒中，浸取样品。溶剂在提取器内到达一定的高度时，就携带所提取的物质一同从
14、侧面的虹吸管流入烧瓶中。溶剂就这样在仪器内循环流动，把所要提取的物质集中到下面的烧瓶内。 具体的回流时间是不一样的，有的具体的回流时间是不一样的，有的是按文献要求提取一定时间，有的是提是按文献要求提取一定时间，有的是提取至提取液无色，又比如用乙醚提取样取至提取液无色，又比如用乙醚提取样品中的脂肪时是以抽提管中流出的乙醚品中的脂肪时是以抽提管中流出的乙醚挥发后不留下油迹为抽提终点。总之就挥发后不留下油迹为抽提终点。总之就是要提取完全为止。是要提取完全为止。 旋转蒸发旋转蒸发旋转蒸发旋转蒸发薄膜蒸发薄膜蒸发 6、影响溶剂提取法的因素、影响溶剂提取法的因素（1 1）生物材料的粉碎度生物材料的粉碎度
15、材料细，面积大，扩散快，效果好。材料细，面积大，扩散快，效果好。但是太细，吸附作用大，易糊化，扩散慢，但是太细，吸附作用大，易糊化，扩散慢，同时植物细胞也会遭受破坏，大量蛋白质、同时植物细胞也会遭受破坏，大量蛋白质、淀粉被提出，产生沉淀或胶束状，影响提淀粉被提出，产生沉淀或胶束状，影响提取。取。 花、叶可适当粗些，皮、茎、根宜细花、叶可适当粗些，皮、茎、根宜细些。些。 （2）提取温度）提取温度 一般使用常温，在不破坏有效成分的条一般使用常温，在不破坏有效成分的条件下加热不要超过件下加热不要超过80C。 温度低提取时的杂质少，温度高时提取温度低提取时的杂质少，温度高时提取效率高；但含淀粉、粘液质
16、较多的材料，水效率高；但含淀粉、粘液质较多的材料，水提时避免热提。提时避免热提。 （3）提取时间）提取时间 以提完为准，是否完全可以提取也做定性以提完为准，是否完全可以提取也做定性实验，或薄层层析检测，或以液体颜色判断。实验，或薄层层析检测，或以液体颜色判断。 根据检测结果确定是否需要延长提取时间。根据检测结果确定是否需要延长提取时间。 （4）浓度差）浓度差 根据扩散原理，造成提取液的浓度差可根据扩散原理，造成提取液的浓度差可以提高提取的效率。以提高提取的效率。dxdc 可采取的措施有：搅拌、更换溶剂。可采取的措施有：搅拌、更换溶剂。 （5）新技术的使用）新技术的使用 超声波、微波促提技术的应
17、用，可以加快提超声波、微波促提技术的应用，可以加快提取速度，提高提取效率。取速度，提高提取效率。 目前实验室广泛使用的超声波萃取仪是将超目前实验室广泛使用的超声波萃取仪是将超声波换能器产生的超声波通过介质（通常是水）声波换能器产生的超声波通过介质（通常是水）传递并作用于样品，这是一种间接的作用方式，传递并作用于样品，这是一种间接的作用方式，声振强度较低，必须通过增加超声波发生器功率声振强度较低，必须通过增加超声波发生器功率（3300W）来提高萃取效率。但较大的超声波功）来提高萃取效率。但较大的超声波功率，又会发出令人感觉不适的噪音。率，又会发出令人感觉不适的噪音。超声波促提原理：超声波促提原理
18、： 为物理过程，无化学反应，不改变生物活为物理过程，无化学反应，不改变生物活性，高能量的超声波产生的强大压力，可造成性，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、植物细胞壁及生物体破裂，导致胞内物质释放、扩散、溶解。扩散、溶解。 实验室用小型超声仪实验室用小型超声仪 工业生产用超声仪工业生产用超声仪 微波辅助技术是利用样品中目标物分子在微波辅助技术是利用样品中目标物分子在微波电磁场的作用下，从原来的热运动状态转微波电磁场的作用下，从原来的热运动状态转为跟随微波交变电磁场而快速排列取向，将微为跟随微波交变电磁场而快速排列取向，将微波能量转化为样品内的能量，从而
19、加速目标物波能量转化为样品内的能量，从而加速目标物从固相进入溶剂相的过程。从固相进入溶剂相的过程。 微波促提原理：微波促提原理： 微波加热机制： 极性分子作用机制: 极性分子存在一定的偶极矩，当它处于一定的静电场中时，偶极分子就有呈方向性的趋势，即带正电的一端朝向负极，带负电的一端朝向正极。当电磁场方向变化时，偶极子的取向也随之改变，分子发生摆动。 当微波的频率较高时，如 ，即1秒钟内电场变化 2.45109 次，极性分子也随之发生 2.45109次的摆动。由于分子的热运动和相邻分子间的相互作用，阻碍和干扰分子随电场的摆动，产生类似摩擦的作用，使分子获得能量并以热的形式表现出来。加热机制 微波
20、具有穿透力强，加热效率高，操作简微波具有穿透力强，加热效率高，操作简便、快速、节能、高效等特点。便、快速、节能、高效等特点。 缺点：化学成分的结构易发生变化，继缺点：化学成分的结构易发生变化，继而导致生物活性的改变。而导致生物活性的改变。 微波提取尤其要注意能量的控制，被提取微波提取尤其要注意能量的控制，被提取物质的稳定性。物质的稳定性。 工业生产用微波提取罐工业生产用微波提取罐 （二）水蒸气蒸馏法（二）水蒸气蒸馏法 适于具有挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被适于具有挥发性，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
21、。子生物碱、酚类、游离醌类等。 水蒸气蒸馏法是将水蒸气通入不溶或难溶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，使该有机于水但有一定挥发性的有机物质中，使该有机物在低于物在低于100100的温度下，随着水蒸气一起蒸的温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来。馏出来。原理：道尔顿分压定律原理：道尔顿分压定律 水蒸气蒸馏装置水蒸气蒸馏装置 常用的水蒸气蒸馏装置，包括水蒸气发生器、常用的水蒸气蒸馏装置，包括水蒸气发生器、蒸馏、冷凝和接受器四个部分。蒸馏、冷凝和接受器四个部分。 （三）升华法（三）升华法装置图装置图适用范围适用范围某些固体物质（如水杨酸、某些固体物质（如水杨酸、苯甲酸、樟
22、脑等）受热后，苯甲酸、樟脑等）受热后，在低于其熔点的温度下，在低于其熔点的温度下，不经过熔化就可以直接转不经过熔化就可以直接转化为蒸汽，蒸汽遇冷又凝化为蒸汽，蒸汽遇冷又凝结为固体称为升华结为固体称为升华 1、将茶叶与、将茶叶与95%乙醇回流乙醇回流2h；2、滤出茶叶，浓缩提取液至适当体积；、滤出茶叶，浓缩提取液至适当体积；3、浓缩液与生石灰粉混合，搅成浆状，用蒸发皿、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；在蒸汽浴上蒸干，除去水份；4、在蒸发皿上盖一张刺孔向上的滤纸，再在滤纸、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；上罩一个大小适
23、合且颈部塞有棉花的漏斗；5、用酒精灯隔石棉网加热，适当控制温度，白色、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。咖啡因在滤纸上结晶。实验室提取咖啡因步骤：实验室提取咖啡因步骤：升升 华华（四）（四）超临界流体萃取超临界流体萃取 在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起流体密度的大幅度变化，从而影响其溶解能力。流体密度的大幅度变化，从而影响其溶解能力。 物质在不同温度和压力的条件下，可以物质在不同温度和压力的条件下，可以以以不同不同的形态存在，如固体，液体，气体，超临界流体等。的形态存在，如固体，液体，气体，超临界流体等。在超临界流体
24、中，不同的物质有不同的溶解度，溶在超临界流体中，不同的物质有不同的溶解度，溶解度大的物质溶解在超临界流体中，与不溶解或者解度大的物质溶解在超临界流体中，与不溶解或者溶解度小的物质分开。然后，通过升高温度，降低溶解度小的物质分开。然后，通过升高温度，降低压力或者吸附的方法，使萃取物与超临界流体分离，压力或者吸附的方法，使萃取物与超临界流体分离，而得到所需的物质。而得到所需的物质。原理原理超临界状态超临界状态P-T相图相图气态气态 = 液态液态临界点临界点:气、液界气、液界面刚刚消失的状面刚刚消失的状态点态点(Pc、Tc)为什么超临界流体是良好的萃取剂为什么超临界流体是良好的萃取剂液体液体超临界流
25、体超临界流体气体气体超临界流体的物理性质和传质特性介于液体和气体之间超临界流体的物理性质和传质特性介于液体和气体之间超临界流体的溶解能力与液体的溶解能力接近；扩散系数接超临界流体的溶解能力与液体的溶解能力接近；扩散系数接近于气体近于气体 液体液体气体气体超临界流体超临界流体溶解能溶解能力力扩扩散散系系数数优良性能的萃取剂优良性能的萃取剂溶剂萃取溶剂萃取超临界萃取超临界萃取溶剂残留不可避免溶剂残留不可避免完全无溶剂残留，纯净完全无溶剂残留，纯净存在重金属存在重金属无重金属无重金属溶剂的溶解能力为定值溶剂的溶解能力为定值溶解能力随温度和压力变化溶解能力随温度和压力变化可能使用高温，热敏物质分解可能
26、使用高温，热敏物质分解通常在较低温度下，不分解通常在较低温度下，不分解存在无机盐被萃取的问题存在无机盐被萃取的问题无无机盐残留无无机盐残留溶剂选择性差溶剂选择性差选择性好选择性好需额外的操作单元来脱除溶解需额外的操作单元来脱除溶解在线分离，有效物质收率高在线分离，有效物质收率高溶剂萃取和超临界萃取的对比溶剂萃取和超临界萃取的对比 最常用的是二氧化碳超临界萃取法，环保、成最常用的是二氧化碳超临界萃取法，环保、成本低、提取分离一步完成。分子的极性、沸点和分本低、提取分离一步完成。分子的极性、沸点和分子量的大小与其在二氧化碳超临界流体中的溶解性子量的大小与其在二氧化碳超临界流体中的溶解性密切相关。密
27、切相关。（三）超临界流体萃取法（三）超临界流体萃取法 超临界二氧化碳超临界二氧化碳流体流体(SFE-CO2)临界点临界点(31.1)相当接近室温相当接近室温超临界二氧化碳萃取超临界二氧化碳萃取 二氧化碳在温度高于临界温度二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26Tc=31.26，压力，压力高于临界压力高于临界压力Pc=7.4MPaPc=7.4MPa的状态下，性质会发生变化，的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100100倍，因而具有惊人的溶解能力。用它可溶解多种倍，因而具有惊人的溶解能力。用它可溶解多种物质，然后
28、提取其中的有效成分，具有广泛的应用前物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛的应用前景。超临界二氧化碳是目前研究最广泛的流体之一，景。超临界二氧化碳是目前研究最广泛的流体之一，因为它具有以下几个特点：因为它具有以下几个特点： (1)CO(1)CO2 2临界温度为临界温度为31.2631.26，临界压力为，临界压力为7.4MPa7.4MPa，临，临 界条件容易达到界条件容易达到. . (2)CO(2)CO2 2化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好. .(3)(3)价格便宜，纯度高，容易获得价格便宜，纯度高，容易获得. . 利用超临界条件下流体的特殊性能对样品
29、利用超临界条件下流体的特殊性能对样品进行提取，是进行提取，是20世纪世纪80年代迅速发展起来的一年代迅速发展起来的一种提取方法。种提取方法。 超临界流体不但具有与液体接近的密度，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；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，提取效率而且具有与气体相近的扩散的性能，提取效率越高。越高。 常用的超临界流体有常用的超临界流体有CO2、乙烷、丙烷等。、乙烷、丙烷等。 与普通有机溶剂提取法相比，超临界与普通有机溶剂提取法相比，超临界CO2萃取技术具有无毒、常温、不易燃、萃取技术具有无毒、常温、不易燃
30、、无污染等特点，可确保原有的色、香、味无污染等特点，可确保原有的色、香、味不因受热破坏；更为可贵的是在萃取过程不因受热破坏；更为可贵的是在萃取过程中可同时对萃取物进行分离纯化。该技术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性油脂）、精油、内酯等极性较低的天然产物有效成分。产物有效成分。 超临界超临界CO2提取的特点。提取的特点。 CO2 钢瓶钢瓶 冷温槽冷温槽 高压泵高压泵恒恒温温箱箱 控温面板控温面板 接受瓶接受瓶 流量计流量计 CO2 原料原料 玻璃珠玻璃珠 脱脂棉脱脂棉 萃取柱萃取柱
31、超临界超临界CO2 萃取实验装置示意图萃取实验装置示意图 液体液体CO2由高压泵加压到萃取工艺要求的由高压泵加压到萃取工艺要求的压力并传送到换热器，将压力并传送到换热器，将CO2流体加温到萃取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。负载溶质的程。负载溶质的CO2流体在分离器中改变温度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。分离萃压力，溶解度降低使萃取物得以分离。分离萃取物后的取物后的CO2流体再经换热器液化后回到储罐流体再经换热器液化后回到储罐中循环使用。中循环使用。超临界超临界CO2提取操作流程提取操作流程 20世纪世
32、纪50年代初进入试验阶段，如从石油中年代初进入试验阶段，如从石油中脱沥青。脱沥青。 70、80年代年代SFE用于食品香料的提取。用于食品香料的提取。 90年代从植物药中提取目标成分，如从蛇床子、年代从植物药中提取目标成分，如从蛇床子、桑白皮、茵陈蒿中提取活性成分。桑白皮、茵陈蒿中提取活性成分。 大型超临界流体萃取装置大型超临界流体萃取装置第二节第二节 天然产物的分离天然产物的分离一、经典分离方法一、经典分离方法1.溶剂法溶剂法6.分馏法分馏法5.升华法升华法4.膜分离法膜分离法3.沉淀法沉淀法2.结晶法结晶法1.溶剂法包括溶剂法包括（1）系统溶剂分离法系统溶剂分离法（2）两项溶剂萃取法两项溶剂
33、萃取法（1）系统溶剂法）系统溶剂法原理原理 依据依据“相似相溶相似相溶”的原理，按极性由小到大的顺序的原理，按极性由小到大的顺序依次提取分离总提液中各种溶解度有差异的成分依次提取分离总提液中各种溶解度有差异的成分。 石油醚、己烷石油醚、己烷挥发油、脂溶性色素、蜡挥发油、脂溶性色素、蜡 乙醚、氯仿乙醚、氯仿生物碱、苷元生物碱、苷元 乙酸乙酯乙酸乙酯黄酮苷黄酮苷 正丁醇正丁醇皂苷、蒽醌苷皂苷、蒽醌苷 甲醇、乙醇甲醇、乙醇苷、糖类、生物碱盐苷、糖类、生物碱盐适用范围适用范围优缺点优缺点 此法是早此法是早 年研究天然药年研究天然药物有效成分的一种最重要的物有效成分的一种最重要的方法，主要用于分离提纯含
34、方法，主要用于分离提纯含有极性不同的各种化学成分有极性不同的各种化学成分的中药提取液。目前仍是最的中药提取液。目前仍是最常用的方法，常用的方法， 此法操作繁琐，对化学此法操作繁琐，对化学性质不稳定，容易引起分解、性质不稳定，容易引起分解、异构化的天然产物应特别注异构化的天然产物应特别注意。在微量成分、结构性质意。在微量成分、结构性质相似成分的分离纯化上受到相似成分的分离纯化上受到很大限制。很大限制。（2）两项溶剂萃取法）两项溶剂萃取法原理原理 利用混合物中各单体组分利用混合物中各单体组分在两相溶剂中的分配系数（在两相溶剂中的分配系数（K）不同而达到分离的方法。不同而达到分离的方法。 溶剂分配法
35、的两相往往是溶剂分配法的两相往往是互相饱和的水相与有机相。混互相饱和的水相与有机相。混合物中各成分在两相中分配系合物中各成分在两相中分配系数相差越大，则分离效果越高数相差越大，则分离效果越高。萃取的方法萃取的方法1）简单萃取法：实验室用）简单萃取法：实验室用分液漏斗分液漏斗，一般在水和亲脂一般在水和亲脂性有机溶剂中进行，根据情性有机溶剂中进行，根据情况，可用酸水或碱水况，可用酸水或碱水。中药中药中成分比较复杂中成分比较复杂，2）pH度萃取法：以度萃取法：以pH成梯度成梯度的酸的酸（碱）（碱）水溶液依次萃取以水溶液依次萃取以亲脂性有机溶剂溶解的碱亲脂性有机溶剂溶解的碱（酸）（酸）性成梯度的混合生
36、物碱性成梯度的混合生物碱(混合酚、混合酚、 酸类酸类)， 使后者分离的方法。使后者分离的方法。萃取分离不出来纯品。萃取分离不出来纯品。一次一次3）连续萃取法：采）连续萃取法：采用连续萃取器萃取。用连续萃取器萃取。利用两溶液比重不同自然分利用两溶液比重不同自然分 层和分散相液滴穿过连续相层和分散相液滴穿过连续相 溶剂时发生传质。此法可克溶剂时发生传质。此法可克 服分液漏斗多次萃取的麻烦。服分液漏斗多次萃取的麻烦。4）液滴逆流分配法）液滴逆流分配法（DCCC法）：法）：是利用流动相形成液滴，通是利用流动相形成液滴，通过作为固定相的液柱而达到过作为固定相的液柱而达到分离纯化的目的。分离纯化的目的。双
37、水相萃取法双水相萃取法 早在早在18961896年年, ,学者发现学者发现, ,当明胶与琼脂或明胶与可溶当明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液相混时性淀粉溶液相混时, ,得到一个混浊不透明的溶液，随之得到一个混浊不透明的溶液，随之分为两相分为两相, ,上相富含明胶上相富含明胶, ,下相富含琼脂下相富含琼脂( (或淀粉或淀粉), ), 这种这种现象被称为聚合物的不相溶性，从而产生了双水相体现象被称为聚合物的不相溶性，从而产生了双水相体系。系。 双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相溶性，即高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，溶性，即高聚物分子的空间阻
38、碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。即可分为二相。 利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质，瑞典的Albertsson于20世纪50年代后期开发了双水相萃取法（aqueous two-phase extraction），又称双水相分配法。 20世纪70年代,科学家又发展了双水相萃取在生物分离过程中的应用，为蛋白质特别是胞内蛋白质的分离和纯化开辟了新的途径。双水相萃取法（二）双水相系统及特点（二）双水相系统及特点1 1、什么是双水相系统？、什么是双水相系统？聚合物的不相容（溶）性： 把两种或两种
39、以上具有一定浓度的亲水性聚合物溶液混合后把两种或两种以上具有一定浓度的亲水性聚合物溶液混合后静置，这些亲水性的高分子聚合物并不混为一相，而是分成两个静置，这些亲水性的高分子聚合物并不混为一相，而是分成两个液相，这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的液相，这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不相溶性。不相溶性。聚乙二醇聚乙二醇(PEG)溶液溶液葡聚糖葡聚糖(Dx)(Dx)溶液溶液利用双水相的成相现象及待分离组分在两相间分配系数差异，进行组分分离或多水相提纯技术。双水相体系：双水相体系：分相的聚合物都是以水作为溶剂，称双水相体系分相的聚合物都是以水作为溶剂，称双水相体系双
40、水相萃取技术：双水相萃取技术：聚合物不相容性的原因：聚合物不相容性的原因：聚合物分子的空间阻碍作用，相互之间无法渗透而分离成多相聚合物分子的空间阻碍作用，相互之间无法渗透而分离成多相 聚乙二醇聚乙二醇( (PEG)/PEG)/葡聚糖葡聚糖(Dx)(Dx)； 聚丙二醇聚丙二醇/ /聚乙二醇；聚乙二醇； 甲基纤维素甲基纤维素( (methylcellulose)/methylcellulose)/葡聚糖。葡聚糖。 双水相萃取中常采用的双聚合物系统为双水相萃取中常采用的双聚合物系统为PEG/DxPEG/Dx，该双水相的该双水相的上相富含上相富含PEGPEG，下相富含下相富含DxDx。除双聚合物系统外
41、，聚合物与无机除双聚合物系统外，聚合物与无机盐的混合溶液也可形成双水相，例如，盐的混合溶液也可形成双水相，例如，PEG/PEG/磷酸钾磷酸钾、PEG/PEG/磷酸铵、磷酸铵、PEG/PEG/硫酸钠等常用于生物产物的双水相萃取。硫酸钠等常用于生物产物的双水相萃取。PEG/PEG/无机盐系统的无机盐系统的上相富含上相富含PEGPEG，下相富含无机盐。下相富含无机盐。 常见双水相系统？常见双水相系统？2 2、双水相萃取法的特点、双水相萃取法的特点能够保留产物的活性能够保留产物的活性整个操作可以连续化整个操作可以连续化与传统的沉淀法相比，要优越得多。与传统的沉淀法相比，要优越得多。已被广泛地应用在蛋白
42、质、核酸和病毒等产品的分离纯化已被广泛地应用在蛋白质、核酸和病毒等产品的分离纯化- -半乳糖苷酶的提取也到了中试规模等。半乳糖苷酶的提取也到了中试规模等。 影响待分离物质在双水相体系中分配行为的主要参数有成相聚合物的种类、成相聚合物的分子质量和总浓度、无机盐的种类和浓度、pH 值、温度等。萃取原理萃取原理双水相萃取技术的应用双水相萃取技术的应用 双水相萃取技术已广泛应用于生物化学、细胞双水相萃取技术已广泛应用于生物化学、细胞生物学、生物化工和食品化工等领域，并取得了许生物学、生物化工和食品化工等领域，并取得了许多成功的范例，主要是分离蛋白质多成功的范例，主要是分离蛋白质 ，酶，病毒，脊，酶，病
43、毒，脊髓病毒和线病毒的纯化，核酸，髓病毒和线病毒的纯化，核酸，DNADNA的分离，干扰的分离，干扰素，细胞组织，抗生素，多糖，色素，抗体等。素，细胞组织，抗生素，多糖，色素，抗体等。 此外双水相还可用于稀有金属贵金属分离，此外双水相还可用于稀有金属贵金属分离，传统的稀有金属贵金属溶剂萃取方法存在着溶剂传统的稀有金属贵金属溶剂萃取方法存在着溶剂污染环境，对人体有害，运行成本高，工艺复杂等污染环境，对人体有害，运行成本高，工艺复杂等缺点。双水相技术萃取技术引入到该领域，无疑是缺点。双水相技术萃取技术引入到该领域，无疑是金属分离的一种新技术。金属分离的一种新技术。 双水相萃取技术的工艺流程主要由三部
44、分构成:目的产物的萃取; PEG的循环; 无机盐的循环。双水相萃取的工艺流程双水相萃取的工艺流程 分离和提纯各种蛋白质分离和提纯各种蛋白质( (酶）酶） 用聚乙二醇用聚乙二醇(PEG)/ -(NH(PEG)/ -(NH4 4) ) 2 2SOSO4 4 双水相体系双水相体系, ,经一次萃取经一次萃取从从 - - 淀粉酶发酵液中分离提取淀粉酶发酵液中分离提取 - - 淀粉酶和蛋白酶；萃取淀粉酶和蛋白酶；萃取最适宜条件为最适宜条件为PEG1000 ( 15 %) (NHPEG1000 ( 15 %) (NH4 4) ) 2 2SOSO4 4 (20 %) , pH = (20 %) , pH =
45、8 8 ，- - 淀粉酶收率为淀粉酶收率为90 % 90 % ，分配系数为，分配系数为19. 619. 6，蛋白酶的分，蛋白酶的分离系数高达离系数高达15. 115. 1。比活率为原发酵液的。比活率为原发酵液的1. 5 1. 5 倍，蛋白酶在倍，蛋白酶在水相中的收率高于水相中的收率高于60 %60 %。双水相的应用举例 提取抗生素和分离生物粒子提取抗生素和分离生物粒子 采用PEG/ Na2HPO4 体系提取丙酰螺旋霉素，最佳萃取条件是pH= 8. 08. 5 ， PEG2000 (14 %) / Na2HPO4 (18 %) ,小试收率达69. 2 % ,对照的乙酸丁酯萃取工艺的收率为53.
46、4 %双水相的应用举例 目前存在的问题： 虽然该技术在应用方面已经取得了很大的进展，但几乎都是建立在实验的基础上，到目前为止还没能完全清楚地从理论上解释双水相系统的形成机理以及生物分子在系统中的分配机理。存在的问题存在的问题1 1、定义、定义 反胶束或称逆胶束反胶束或称逆胶束(Reversed micelle) (Reversed micelle) 是指当有机溶剂中是指当有机溶剂中加入表面活性剂并令其浓度超过某临界值时，表面活性剂便会加入表面活性剂并令其浓度超过某临界值时，表面活性剂便会自发地在有机溶剂中形成一种稳定的大小为纳米级的聚集体。自发地在有机溶剂中形成一种稳定的大小为纳米级的聚集体。
47、 在反胶束中，表面活性剂的非极性基团在外与非极性的有在反胶束中，表面活性剂的非极性基团在外与非极性的有机溶剂接触，而极性基团则排列在内形成一个极性核。此极性机溶剂接触，而极性基团则排列在内形成一个极性核。此极性核具有溶解极性物质的能力，极性核溶解水后，就形成了核具有溶解极性物质的能力，极性核溶解水后，就形成了“水池水池” 。反胶团（胶束）萃取反胶团（胶束）萃取反胶团（胶束）萃取反胶团（胶束）萃取反胶团（胶束）萃取反胶团（胶束）萃取(静电引力：主要是蛋白质的表面电荷与反胶束内表静电引力：主要是蛋白质的表面电荷与反胶束内表面电荷（离子型表面活性剂）之间的静电引力作用。面电荷（离子型表面活性剂）之间
48、的静电引力作用。 (空间位阻作用：增大反胶束极性核的尺寸，以减小空间位阻作用：增大反胶束极性核的尺寸，以减小大分子蛋白进入胶核的传质阻力。大分子蛋白进入胶核的传质阻力。(凡是能够引起静电引力，能够促使反胶束尺寸增大凡是能够引起静电引力，能够促使反胶束尺寸增大的因素均有利于提高分配系数。的因素均有利于提高分配系数。(这些因素主要是这些因素主要是pHpH、离子强度、表面活性剂种类和、离子强度、表面活性剂种类和浓度等，通过因素优化，实现选择性地萃取和反萃浓度等，通过因素优化，实现选择性地萃取和反萃取。取。2. 反胶束萃取的原理：反胶束萃取的原理：3. 3.反胶束的溶解作用反胶束的溶解作用微水池溶解和
49、分离作用微水池溶解和分离作用： 反胶团的微水池的水可溶解氨基酸、肽和蛋白质等生物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。 因此，反胶团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白质等生物分子的分离纯化，特别是蛋白质类生物大分子。Z在反胶束内部包含了水溶液，蛋白质等生物分子萃在反胶束内部包含了水溶液，蛋白质等生物分子萃取后进入反胶团内部的取后进入反胶团内部的“水池水池” 中，避免了与有机中，避免了与有机溶剂直接接触，反胶束内的微环境与生物膜内相似，溶剂直接接触，反胶束内的微环境与生物膜内相似，故能很好保持其生物活性，解决了蛋白质在有机溶故能很好保持其生物活性，解决了蛋白质在有机溶剂中容易变性失活和难溶于有机溶剂
50、的问题，为蛋剂中容易变性失活和难溶于有机溶剂的问题，为蛋白质的提取和分离开辟了一条新的途径。白质的提取和分离开辟了一条新的途径。Z成本低，有机溶剂可反复使用；容易放大和实现连成本低，有机溶剂可反复使用；容易放大和实现连续操作续操作 Z反胶束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白质分离反胶束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白质分离技术。技术。 反胶束法的优点反胶束法的优点 （1）溶液的pH pH影响蛋白质的电荷数量和电荷性质 （2）溶液的离子强度 影响微胶团的静电状态. 凡是对蛋白质所含电荷有影响的因素，如pH，以及对反胶束的静电状态有影响的因素，均能改变蛋白质的增溶作用。 （3）表面活性剂的浓度和种类
