天然产物的提取技术..ppt

天然产物的提取天然产物的提取 天然产物的提取技术天然产物的提取技术天然产物的提取技术天然产物的提取技术经典提取技术经典提取技术现代提取技术现代提取技术2 经典提取技术经典提取技术溶剂提取法溶剂提取法水蒸气蒸馏技术水蒸气蒸馏技术分子蒸馏技术分子蒸馏技术1.溶剂提取法原理及常用溶剂溶剂提取法原理及常用溶剂选用什么样的溶剂提取中药成分取决于选用什么样的溶剂提取中药成分取决于:溶剂的性质和被提取成分的化学结构溶剂的性质和被提取成分的化学结构及溶解性。及溶解性。亲水性有机溶剂亲水性有机溶剂:甲醇甲醇 MeOHMeOH、乙醇、乙醇 EtOHEtOH 、丙酮、丙酮 MeMe2 2COCO亲脂性有机溶剂亲脂性有机溶剂:乙醚乙醚 EtEt2 2O O 、氯仿、氯仿 CHClCHCl3 3 、醋酸乙酯、醋酸乙酯 EtOACEtOAC、苯、石油醚、环己烷、苯、石油醚、环己烷表2-1 常用溶剂的介电常数溶剂提取法溶剂提取法溶剂进行扩散渗透作用逐渐通过细胞壁溶剂进行扩散渗透作用逐渐通过细胞壁进入细胞内溶解可溶性物质造成内外的进入细胞内溶解可溶性物质造成内外的浓度差到细胞内弄溶液不断向外扩散浓度差到细胞内弄溶液不断向外扩散形成动态平衡形成动态平衡。2.相似相溶原理相似相溶原理 根据根据“相似相溶原理相似相溶原理”欲提取亲脂性成分应选用亲脂性欲提取亲脂性成分应选用亲脂性溶剂溶剂 欲提取亲水性成分则选用水及亲水性溶剂。应注意的欲提取亲水性成分则选用水及亲水性溶剂。应注意的是乙醇、甲醇虽然属于亲水性溶剂是乙醇、甲醇虽然属于亲水性溶剂 它们可与水随便混溶它们可与水随便混溶 但很多亲脂性成分可溶于乙醇、甲醇。所以乙醇或甲醇溶液但很多亲脂性成分可溶于乙醇、甲醇。所以乙醇或甲醇溶液中既有水溶性成分中既有水溶性成分 也有很多脂溶性成分。乙醇或甲醇中可也有很多脂溶性成分。乙醇或甲醇中可加入水配成不同浓度的乙醇或甲醇根据提取成分的情况可选加入水配成不同浓度的乙醇或甲醇根据提取成分的情况可选用适当浓度的醇进行提取。中药中的亲脂性成分可溶于亲脂用适当浓度的醇进行提取。中药中的亲脂性成分可溶于亲脂性有机溶剂亲水性成分可溶于水和亲水性溶剂。性有机溶剂亲水性成分可溶于水和亲水性溶剂。3.极性大小的判断原则极性大小的判断原则 分子中官能团的极性越大分子的极性越大分子中极性官能分子中官能团的极性越大分子的极性越大分子中极性官能团的数目越多极性越大同系物中分子量越大极性越小分子的对团的数目越多极性越大同系物中分子量越大极性越小分子的对称性越强子的极性越小。称性越强子的极性越小。常见官能团的极性顺序：常见官能团的极性顺序：羧基羧基 酚羟基酚羟基 羟基羟基 胺基胺基 硫基硫基 醛基醛基 酮基酮基 醚基醚基 酯基酯基 炔基炔基 烷基烷基6 影响溶剂提取法的因素影响溶剂提取法的因素（1 1）溶剂的选择）溶剂的选择（2）药材的粉碎度药材的粉碎度花、叶花、叶1616目筛，根茎目筛，根茎2020目筛。根据具体情况，含淀粉较多目筛。根据具体情况，含淀粉较多的药材粉碎要粗些。选择亲脂性有机溶剂提取时要粉碎细的药材粉碎要粗些。选择亲脂性有机溶剂提取时要粉碎细些。些。（3）提取时间提取时间水水30min/30min/次；醇次；醇1t/1t/次；氯仿等次；氯仿等3t/3t/次次 通常提取前要先用溶剂浸泡以解除药材组织对成分的吸附通常提取前要先用溶剂浸泡以解除药材组织对成分的吸附力。力。（4）提取温度提取温度加热可提高提取效率，但提取热敏性成分时提取温度不超加热可提高提取效率，但提取热敏性成分时提取温度不超过过8080。（5）提取次数提取次数提取成分明确以沉淀或显色反应为判断标准提取成分不明提取成分明确以沉淀或显色反应为判断标准提取成分不明确提取液变浅接近溶剂颜色或提取确提取液变浅接近溶剂颜色或提取3-43-4次。次。水蒸气蒸馏技术水蒸气蒸馏技术是指将以润湿的药材放入密闭的蒸馏器是指将以润湿的药材放入密闭的蒸馏器（釜）中，通入水蒸气进行加热，使挥发性成分浸出的（釜）中，通入水蒸气进行加热，使挥发性成分浸出的操作技术。操作技术。适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸 馏而不被破坏、馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。豆素类、小分子的醌类成分。水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏的应用范围和条件水蒸气蒸馏的应用范围和条件 水蒸气蒸馏适用于以下情况：水蒸气蒸馏适用于以下情况：沸点较高，在沸点温度下易发生分解或其他化学变化，因而不沸点较高，在沸点温度下易发生分解或其他化学变化，因而不宜宜 作普通蒸馏的化合物的分离和纯化。作普通蒸馏的化合物的分离和纯化。反应混合物中存在大量非挥发性的树脂状杂质或固体杂质，反应混合物中存在大量非挥发性的树脂状杂质或固体杂质，需从中分离出产物时。需从中分离出产物时。从反应混合物中除去挥发性的副产物或未反应完的原料。从反应混合物中除去挥发性的副产物或未反应完的原料。用其他分离纯化方法有一定操作困难的化合物的分离和纯化。用其他分离纯化方法有一定操作困难的化合物的分离和纯化。用水蒸气蒸馏分离纯化的化合物必须兼备下列条件：用水蒸气蒸馏分离纯化的化合物必须兼备下列条件：不溶或难溶于水。不溶或难溶于水。与沸水及水蒸气长时间共存不发生任何化学变化。与沸水及水蒸气长时间共存不发生任何化学变化。在在100100左右有较高蒸气压，一般应不低于左右有较高蒸气压，一般应不低于1.331.33kPa(10mmHg)kPa(10mmHg)。若低若低于此值而高于于此值而高于0.670.67kPa(5mmHg),kPa(5mmHg),应采用过热水蒸气蒸馏应采用过热水蒸气蒸馏(即使水蒸气即使水蒸气在进入蒸馏瓶之前先通过一段正被加热的金属管子将其预热到在进入蒸馏瓶之前先通过一段正被加热的金属管子将其预热到100100以上以上)；若蒸气压太低，则不宜用水蒸气蒸馏法分离纯化。；若蒸气压太低，则不宜用水蒸气蒸馏法分离纯化。水蒸气蒸馏的装置水蒸气蒸馏的装置 水蒸气蒸馏有多种装置，但都是由水蒸气发生器和蒸馏装置两部分组成，水蒸气蒸馏有多种装置，但都是由水蒸气发生器和蒸馏装置两部分组成，这两部分这两部分通过通过T T形管相连接。下图为目前实验室中最常用的一种水蒸气蒸馏装置。形管相连接。下图为目前实验室中最常用的一种水蒸气蒸馏装置。水蒸气蒸馏装置图A水蒸气发生器；B液面计；C安全管；DT形管；E弹簧夹；F蒸馏瓶；G导气管；HY形管；I蒸馏头；J直形冷凝管；K尾接管；L接收瓶。回流式水蒸气蒸馏装置回流式水蒸气蒸馏装置 适用对象适用对象：饱和蒸汽压较低：饱和蒸汽压较低的有机物。的有机物。馏出物密度小于水，打开馏出物密度小于水，打开ABAB，使水经使水经T T回流到回流到D D。馏出物密度大于水，馏出物密度大于水，B B、C C关关闭，使水经闭，使水经P P管上端回流到管上端回流到D D。微量水蒸气蒸馏装置微量水蒸气蒸馏装置装置装置：水蒸气发生器、蒸馏试管、冷凝器：水蒸气发生器、蒸馏试管、冷凝器100100mLmL两颈园底烧瓶，水蒸两颈园底烧瓶，水蒸 气导管，蒸气导管，蒸馏试管止水夹。馏试管止水夹。注意注意：蒸馏试管加入物料不得超过试管体：蒸馏试管加入物料不得超过试管体 积的积的1/21/2。水蒸气导管应插入底部。水蒸气导管应插入底部。水蒸气蒸馏工艺及其基础设备水蒸气蒸馏工艺及其基础设备 水蒸气蒸馏主要用于提取植物中的挥发性油。水蒸气蒸馏主要用于提取植物中的挥发性油。水蒸汽蒸馏原理：道尔顿气体分压定律。水蒸汽蒸馏原理：道尔顿气体分压定律。分为：分为：直接水蒸气蒸馏直接水蒸气蒸馏水中蒸馏水中蒸馏水上蒸馏水上蒸馏 对于高压下较稳定、常压下回收蒸汽较困难时，可采用加压水蒸气对于高压下较稳定、常压下回收蒸汽较困难时，可采用加压水蒸气蒸馏工艺。蒸馏工艺。水蒸气蒸馏的应用水蒸气蒸馏的应用 香料的制造香料的制造 香料的功能香料的功能：香气使人身心愉快、精神松弛，增进食欲，还有杀菌、防：香气使人身心愉快、精神松弛，增进食欲，还有杀菌、防腐等功效。腐等功效。香料的分类香料的分类：按来源可分为天然香料和人造香料两大类。天然香料又分：按来源可分为天然香料和人造香料两大类。天然香料又分为植物和动物香料。为植物和动物香料。不同香料尽管芳香各异，但其不同香料尽管芳香各异，但其共同点共同点是具有挥发性，难溶于水，易溶于是具有挥发性，难溶于水，易溶于酒精等有机溶剂。酒精等有机溶剂。凡具异香的植物都可以提取芳香油。国内植物性芳香油凡具异香的植物都可以提取芳香油。国内植物性芳香油200200余种。余种。用于化妆品，食品工业、医药、皮革工业等。用于化妆品，食品工业、医药、皮革工业等。分子蒸馏分子蒸馏1 1 基本原理基本原理2 2 分子蒸馏过程分子蒸馏过程3 3 分子蒸馏装置流程分子蒸馏装置流程4 4 分子蒸馏器类型分子蒸馏器类型5 5 技术特点技术特点6 6 分子蒸馏技术在工业上的应用分子蒸馏技术在工业上的应用分子蒸馏分子蒸馏分子蒸馏分子蒸馏_Molecular distillationMolecular distillation又称短程蒸馏又称短程蒸馏_ short path distillation short path distillation蒸馏在高真空下进行，根据分子运动平均自由程的差别，使液体在远低于蒸馏在高真空下进行，根据分子运动平均自由程的差别，使液体在远低于沸点的温度下蒸馏分离，受热时间短，特别适于处理高沸点及热敏性的物沸点的温度下蒸馏分离，受热时间短，特别适于处理高沸点及热敏性的物系。系。1 1 基本原理基本原理 分子蒸馏技术原理分子蒸馏技术原理 利用液体分子受热后平均自由程不同这一性质来实现分离提利用液体分子受热后平均自由程不同这一性质来实现分离提纯。纯。在液面上方设置一冷凝面在液面上方设置一冷凝面,其位置要求适宜；设置冷凝面的目其位置要求适宜；设置冷凝面的目的；破坏轻分子的动态平衡。的；破坏轻分子的动态平衡。分子蒸馏的原理示意图分子蒸馏的原理示意图2 2 分子蒸馏过程分子蒸馏过程蒸馏过程蒸馏过程由五步组成：由五步组成：（1 1）蒸馏器加热面上形成厚度均匀的液膜；）蒸馏器加热面上形成厚度均匀的液膜；（2 2）液膜表面上的分子在高真空，远低于沸点的温度下自由蒸发；）液膜表面上的分子在高真空，远低于沸点的温度下自由蒸发；（3 3）蒸发分子向冷凝面的运动；）蒸发分子向冷凝面的运动；（4 4）蒸发分子在冷凝面上的冷凝；）蒸发分子在冷凝面上的冷凝；（5 5）馏出物和没有蒸发的重组分的收集。）馏出物和没有蒸发的重组分的收集。5 5 技术特点技术特点 （1 1）蒸馏压强低蒸馏压强低：常规真空蒸：常规真空蒸(精精)馏装置馏装置:存在填料存在填料或塔板的阻力或塔板的阻力,系统很难获得较高的真空度系统很难获得较高的真空度,而分子蒸馏而分子蒸馏装置内部结构比较简单装置内部结构比较简单,压降极小压降极小,可以获得相对较高的可以获得相对较高的真空度真空度,分子蒸馏的操作压强一般为分子蒸馏的操作压强一般为0.10.11Pa1Pa，有利于物，有利于物料在更低的温度下分离。料在更低的温度下分离。（2 2）蒸馏温度低蒸馏温度低：分子蒸馏是利用不同组分的分子：分子蒸馏是利用不同组分的分子逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现分离的逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现分离的,可在可在远低于沸点的温度下进行操作远低于沸点的温度下进行操作,物料并不需要沸腾，更有物料并不需要沸腾，更有利于节约能源。利于节约能源。（3 3）物料受热时间短物料受热时间短 分子蒸馏装置加热面与冷凝分子蒸馏装置加热面与冷凝面的距离小于轻分子的平均自由程，从液面逸出的轻分面的距离小于轻分子的平均自由程，从液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面，所以受热时间很短，在子几乎未经碰撞就达到冷凝面，所以受热时间很短，在蒸馏温度下停留时间可减少到蒸馏温度下停留时间可减少到0.110.11秒。秒。 （4 4）能量利用率高）能量利用率高 普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可以形成互相平衡状态。而分子蒸馏过程中从蒸发表面逸出的分子直接间可以形成互相平衡状态。而分子蒸馏过程中从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其他分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的飞射到冷凝面上，中间不与其他分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以分子蒸馏是不可逆的，能量利用率高。可能性，所以分子蒸馏是不可逆的，能量利用率高。（5 5）分离程度高）分离程度高 常规蒸馏的相对挥发度常规蒸馏的相对挥发度 =p=p1 1/p p2 2 而分子蒸馏的相对挥发度而分子蒸馏的相对挥发度 在在p p1 1/p/p2 2相同的情况下，由于相同的情况下，由于M M1 1/M/M2 211，则，则r r。即分子蒸馏较常规蒸馏更易分离，且。即分子蒸馏较常规蒸馏更易分离，且M M1 1和和M M2 2差值越大分离差值越大分离程度越高。同时分子蒸馏还可以分离蒸汽压相近而相对分子质量差程度越高。同时分子蒸馏还可以分离蒸汽压相近而相对分子质量差别较大的混合物。别较大的混合物。现代提取技术现代提取技术超临界流体提取技术超临界流体提取技术固相萃取和固相微萃取固相萃取和固相微萃取超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术纯物质都具有超临界状态，具有普遍性纯物质都具有超临界状态，具有普遍性超临界超临界流体流体 超临界流体超临界流体（Supercritical FluidSupercritical Fluid，SCFSCF）超临界超临界22.222.2374.4374.4超临界区域：超临界区域：在压温图中，高于临界温度和临界压力在压温图中，高于临界温度和临界压力的区域称为超临界区的区域称为超临界区超临界流体：超临界流体：处于超临界状态时，气液界面消失，体系处于超临界状态时，气液界面消失，体系性质均一，既不是气体也不是液体，呈流体状态，故称性质均一，既不是气体也不是液体，呈流体状态，故称为超临界流体（为超临界流体（SCFSCF）性质气相超临界流体液相1bar，1530Tc，PcTc，4Pc1530密度（g/ml）(0.62)10-30.20.50.40.90.61.6黏度g/(cm.s)(13)10-4(13)10-4(39)10-4(0.23)10-2扩散系数（cm2/s）0.10.40.710-30.210-3(0.23)10-5气相、液相和超临界流体的性质气相、液相和超临界流体的性质1 1 密度类似液体，因而溶剂化能力很强密度越大溶解性能越好密度类似液体，因而溶剂化能力很强密度越大溶解性能越好2 2 粘度接近于气体，具有很好的传递性能和运动速度粘度接近于气体，具有很好的传递性能和运动速度3 3 扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级，具有很强的渗透能力扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级，具有很强的渗透能力 SCFSCF特性特性 扩散系数大、粘度小、渗透性好扩散系数大、粘度小、渗透性好 超临界流体兼有液体和气体的双重特性超临界流体兼有液体和气体的双重特性;压力的微小变化可以导致密度的巨大变化，而密度又与粘度、压力的微小变化可以导致密度的巨大变化，而密度又与粘度、介电常数、扩散系数和溶解能力相关，即在不改变化学组成的介电常数、扩散系数和溶解能力相关，即在不改变化学组成的条件下，可以用压力调节流体的物理化学性质条件下，可以用压力调节流体的物理化学性质;与液体溶剂萃取相比与液体溶剂萃取相比,可以更快地完成传质可以更快地完成传质,达到平衡达到平衡,促进促进高效分离过程的实现。高效分离过程的实现。试剂临界温度（）临界压力（MPa）临界密度（g/ml）CO231.067.380.448丙烷97.04.260.220甲烷-83.04.60.16二氯二氟甲烷111.73.990.558甲醇240.57.990.272乙醚193.63.680.267超临界流体的选择超临界流体的选择超临界超临界COCO2 2流体的溶解性能流体的溶解性能 超临界超临界COCO2 2是非极性溶剂，在许多方面类似是非极性溶剂，在许多方面类似于己烷，对非极性的脂溶性成分有较好的溶解能力，于己烷，对非极性的脂溶性成分有较好的溶解能力，对有一定极性的物质（如对有一定极性的物质（如黄酮、生物碱黄酮、生物碱等）的溶解等）的溶解性就较差。其对成分的溶解能力差别很大，主要与性就较差。其对成分的溶解能力差别很大，主要与成分的成分的极性极性有关，其次与有关，其次与沸点、分子量沸点、分子量也有关。也有关。亲脂性、低沸点成分可在亲脂性、低沸点成分可在10MPa10MPa以下萃取。以下萃取。引入强极性基团（如引入强极性基团（如-OH-OH，-COOH-COOH），造成萃取困难。），造成萃取困难。如挥发油、烃、酯、内酯、醚、环氧化合物等，尤如挥发油、烃、酯、内酯、醚、环氧化合物等，尤其天然植物中的香气成分其天然植物中的香气成分 在苯的衍生物范围内，有一个羰基和三个以上羟基在苯的衍生物范围内，有一个羰基和三个以上羟基的化合物是不能被萃取的的化合物是不能被萃取的 更强的极性物质，如糖类、氨基酸类在更强的极性物质，如糖类、氨基酸类在40Mpa40Mpa以下是以下是不能被萃取的。不能被萃取的。化合物的相对分子量越高，越难萃取。化合物的相对分子量越高，越难萃取。分子量在分子量在200200400400范围内的组分容易萃取，有些低相范围内的组分容易萃取，有些低相对分子质量、易挥发成分甚至可以直接用二氧化碳液体提对分子质量、易挥发成分甚至可以直接用二氧化碳液体提取；高分子量物质（如树胶、蜡等）则很难萃取。取；高分子量物质（如树胶、蜡等）则很难萃取。（1 1）对脂溶性成分溶解能力较强而对水溶性成分溶）对脂溶性成分溶解能力较强而对水溶性成分溶解能力较低；解能力较低；（2 2）设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费）设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费比例过大；比例过大；（3 3）更换产品时清洗设备较困难。）更换产品时清洗设备较困难。超临界超临界COCO2 2流体萃取的局限性流体萃取的局限性 SFESFE由萃取（由萃取（COCO2 2溶解组分）和分离（溶解组分）和分离（COCO2 2和组分的分离）两步组成。和组分的分离）两步组成。基本工艺流程基本工艺流程 系统基本设计包括四个部分：超临界流体提供系统、萃取池、系统基本设计包括四个部分：超临界流体提供系统、萃取池、控制器和样品收集系统。控制器和样品收集系统。超临界超临界CO2萃取的影响因素萃取的影响因素1.1.萃取压力萃取压力 在临界压力附近，压力的微小提高会引起密度的在临界压力附近，压力的微小提高会引起密度的急剧增大，而密度增加引起溶解度提高。急剧增大，而密度增加引起溶解度提高。2.2.萃取温度萃取温度 温度对超临界流体溶解度的影响：温度对超临界流体溶解度的影响：温度升高，温度升高，SCFSCF密度降低，溶解力下降；密度降低，溶解力下降；温度升高使被萃取溶质的挥发性增加，温度升高使被萃取溶质的挥发性增加，增大了在增大了在SCFSCF中的浓度。中的浓度。9.0M9.0MPaPa温度温度溶解溶解度度3.3.萃取时间萃取时间 COCO2 2流速提高，增加溶剂对原料的萃取次数，强流速提高，增加溶剂对原料的萃取次数，强化萃取过程的传质效果，可缩短萃取时间；化萃取过程的传质效果，可缩短萃取时间；COCO2 2流速加快，流速加快，COCO2 2与被萃取物接触时间减少，与被萃取物接触时间减少，溶质含量降低。溶质含量降低。4.CO4.CO2 2流量流量 原料颗粒愈小，溶质从原料向原料颗粒愈小，溶质从原料向SCFSCF传输的传输的路径愈短，与路径愈短，与SCFSCF的接触的表面积愈大，萃取的接触的表面积愈大，萃取愈快，愈完全，粒度也不宜太小，容易造成愈快，愈完全，粒度也不宜太小，容易造成过滤网堵塞而破坏设备。过滤网堵塞而破坏设备。5.5.粒度粒度 1.CO1.CO2 2的临界温度接近于室温，适合于热敏性物质，完整保留生的临界温度接近于室温，适合于热敏性物质，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质分离出来；物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质分离出来；4.CO4.CO2 2无毒、无味、不燃、不腐蚀、价廉，易于精制、易于回无毒、无味、不燃、不腐蚀、价廉，易于精制、易于回收，无污染；收，无污染；超临界超临界COCO2 2流体萃取的优点流体萃取的优点2.CO2.CO2 2的临界压力适中，目前工业水平易达到；的临界压力适中，目前工业水平易达到；3.CO3.CO2 2的临界密度是常用超临界溶剂中最高的（合成氟化物除外）的临界密度是常用超临界溶剂中最高的（合成氟化物除外），即溶解能力较好；，即溶解能力较好；