09酶法提取和仿生提取技术00讲课教案
高中生物人教版酶的研究与现代生物技术应用教案
高中生物人教版酶的研究与现代生物技术应用教案一、引言酶是生物体内一种特殊的蛋白质，它具有催化生物化学反应的作用。
酶在生物体内起着至关重要的作用，不仅参与营养物质的消化与吸收，还调控各种代谢过程。
随着现代科学技术的发展，酶的研究也得到了更深入的挖掘，并在生物技术领域得到广泛应用。
本教案旨在介绍高中生物人教版中关于酶的研究以及现代生物技术应用的内容。
二、酶的结构与功能1. 酶的结构酶是由氨基酸组成的蛋白质，其特殊结构使其能够催化生物化学反应。
酶分为两部分：底物结合部位与催化部位。
底物结合部位与底物结合形成酶底物复合物，催化部位则促使底物发生化学反应。
2. 酶的功能酶具有高效、特异性和调控性的特点。
通过催化生物化学反应，酶能够提高反应速率，降低能量活化值，实现生物体内各种代谢过程的顺利进行。
酶还能够通过与底物的可逆结合来调节反应过程，使代谢能够适应不同的环境条件。
三、酶的研究方法1. 酶的提取与纯化酶的提取与纯化是研究酶的重要步骤。
常用的方法包括离心、沉淀、层析和电泳等。
离心通过离心力使悬浮液中的酶沉淀，从而得到较纯的酶。
沉淀则是通过加入沉淀剂使酶蛋白沉淀得到。
层析是利用化学性质不同的物质在固相和液相间的分配差异，对酶进行分离纯化。
电泳是利用酶在电场中的电荷性质进行分离。
2. 酶的测定方法可以利用酶的底物转化率、产物生成率和酶活力等指标对酶进行测定。
常用的方法包括光度法、电位差法和电化学法等。
光度法通过检测酶产物或底物的光吸收变化来测定酶活力。
电位差法通过检测酶催化反应所引起的电位变化来测定酶活力。
电化学法则是利用酶在电极表面催化反应所产生的电流来测定酶活力。
四、酶在现代生物技术中的应用1. 酶在食品加工中的应用酶可以用于面包、奶酪等食品的发酵过程，提高产品的品质。
比如利用酵母中的酶来转化面团中的淀粉为糖分，增加面包的香甜味。
2. 酶在医学诊断中的应用许多酶在人体中的活性与某些疾病的发生有关，通过检测酶的活性可以辅助临床诊断。
酶工程电子教案酶的提取与分离纯化酶的提取与分离纯化是指
酶工程电子教案第三章酶的提取与分离纯化◆酶的提取与分离纯化是指将酶从细胞或其它含酶原料中提取出来，再与杂质分开，而获得所要求的酶制品的过程。
◆主要内容包括细胞破碎，酶的提取，离心分离，过滤与膜分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃取分离，浓缩，干燥、结晶等。
1.细胞破碎◆细胞破碎方法可以分为机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法和酶促破碎法等,如表3-1所示。
表3-1 细胞破碎方法及其原理1.1 机械破碎法◆通过机械运动所产生的剪切力的作用，使细胞破碎的方法称为机械破碎法。
◆常用的破碎机械有组织捣碎机，细胞研磨器，匀浆器等。
◆机械破碎法分为3种:捣碎法，研磨法和匀浆法。
1.2物理破碎法◆通过温度、压力、声波等各种物理因素的作用，使组织细胞破碎的方法，称为物理破碎法。
物理破碎法多用于微生物细胞的破碎。
◆常用的物理破碎法方法有温度差破碎法、压力差破碎法、超声波破碎法等，现简介如下：(1)温度差破碎法：利用温度的突然变化，由于热胀冷缩的作用而使细胞破碎的方法称为温度差破碎法。
(2)压力差破碎法：通过压力的突然变化，使细胞破碎的方法称为压力差破碎法。
常用的有高压冲击法、突然降压法、及渗透压变化法等。
(3)超声波破碎法：利用超声波发生器所发出的声波或超声波的作用，使细胞膜产生空穴作用（ cavitation）而使细胞破碎的方法称为超声波破碎法。
1.3化学破碎法◆通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎的方法称为化学破碎法。
◆常用的化学试剂有甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂，和特里顿（Triton）、吐温（Tween）等表面活性剂。
◆有机溶剂可以使细胞膜的磷脂结构破坏，从而改变细胞膜的透过性，使胞内酶等细胞内物质释放到细胞外。
◆表面活性剂可以和细胞膜中的磷脂以及脂蛋白相互作用，使细胞膜结构破坏，从而增加细胞膜的透过性。
1.4酶促破碎法◆通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎的方法称为酶促破碎法，或称为酶学破碎法。
酶的提取与分离纯化(1)ppt课件
Size-exclusion chromatography
★
② 凝胶的种类和性质
▼交联葡聚糖凝胶（dextran gel)
商品名:Sephadex 型号 Sephadex G－10至G-200 G 后的数字为凝胶吸水值的10倍。数字越大， 交联度越小，孔径越大，分离范围越广。
葡聚糖凝胶层析介质的有关参数
微滤 超滤
反渗透
<20A
0.7-13MPa
★
微滤(Microfiltration，MF) 一种静态过滤， 随过滤时间延长，膜 面上截流沉积不溶物， 引起水流阻力增大， 透水速率下降，直至 微孔全被堵塞；
●
原料液
渗透液 无流动操作
●
超滤
(ultrafiltration，UF )
★
一种动态过程，由泵提供推动力，在膜 表面产生两个分力：一个是垂直于膜面的法 向分力，使水分子透过膜面，另一个是于膜 面平行的切向力，把膜面截流物冲掉。
③ 层析柱的制备与层析操作
●
★
柱层析的设备:
层析柱、蠕动泵（恒流泵）、紫外检测仪、 部分收集器、梯度洗脱器。
层析装置： 梯度混和器 蠕动泵 层析柱 监测仪 记录仪 收集器
低温层析柜
记录仪
2
吸附层析（adsorption chromatography）
★
①原理:利用固定相的固体吸附剂表面
对不同组分吸附力的大小及洗脱液对它的溶 解作用（解吸作用）的差异进行分离。
★
③色谱仪组成
1）进样系统 2）输液系统 3）分离系统 4）检测系统 5）数据处理系统
作业:1膜分离的原理﹑有哪些类型 2层析法的原理﹑有哪些类型
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酶法提取的工艺流程
酶法提取的工艺流程酶法提取可是个很有趣的事儿呢！就好像一场奇妙的冒险。
你看啊，酶就像是一群小精灵，它们有着神奇的力量，能帮我们把需要的东西从各种复杂的混合物中“揪”出来。
想象一下，我们面对的是一堆乱七八糟的原料，就像一个大迷宫。
而酶呢，就是我们在这个迷宫中的指引者。
首先，我们得选对酶，这可太重要啦！不同的酶擅长对付不同的物质，就像每个小精灵都有自己独特的技能一样。
要是选错了酶，那可就像在迷宫里瞎转悠，啥也找不到。
然后呢，就是给这些小精灵创造一个舒适的环境啦。
温度呀、酸碱度呀，都得恰到好处，不然它们可不乐意好好干活呢。
这就好像你让一个人在又冷又饿的环境下工作，他能有啥积极性呀。
接着，把原料和酶放一块儿，让它们开始“合作”。
这时候你就等着瞧吧，酶会发挥它们的魔力，一点一点地把我们想要的东西分离出来。
在这个过程中，可不能太心急哦。
得耐心地等待，就像等待一朵花慢慢开放一样。
有时候可能需要一些时间，但最后看到提取出来的纯净的东西，你就会觉得一切都值得啦。
你说这是不是很神奇？酶法提取就像是一场和酶小精灵们一起的奇妙旅程。
我们要了解它们，照顾它们，然后和它们一起创造出美好的结果。
比如说提取某种植物中的有效成分吧，没有酶的帮忙，那可真是难上加难。
但有了酶，就好像打开了一扇通往宝藏的大门。
而且哦，酶法提取还很环保呢！它不像一些其他的方法那样会产生很多污染物。
这多好呀，既得到了我们想要的，又保护了环境。
总之呢，酶法提取是个既有趣又实用的技术。
它就像一把神奇的钥匙，能打开很多宝藏的大门。
让我们一起好好利用它，去探索更多的未知，创造更多的美好吧！这就是我对酶法提取工艺流程的理解啦，是不是很有意思呀！。
酶的提取与分离纯化ppt课件
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4.干燥法
气流干燥 真空干燥 喷雾干燥 冷冻干燥
使细胞结合水分丧失，从而改变细胞的渗透性。当采用丙酮、 丁醇或缓冲液等对干燥细胞进行处理时，胞内物质就容易被 抽提出来。
气流干燥主要适用于酵母菌，一般在25-30℃的气流中吹干； 真空干燥多用于细菌。
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三、破碎率的测定与破碎技术的研究方向
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5.其他方法
1. X-press法
将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃形成冰晶体，利用500MPa 以上的高压冲击，使冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。细胞破 碎是由于冰晶体的磨损，使包埋在冰中的微生物变形而引起 的。
此法主要用于实验室，适应范围广、破碎率高、细胞碎片粉碎程度低及 活性保留率高等优点，但不适应于对冷冻敏感的生化物质。
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3. 反复冻结-融化法
将细胞放在低温下突然冷冻而在室温下缓慢融化，反复多 次而达到破壁作用。由于冷冻，一方面使细胞膜的疏水键 结构破裂，另一方面胞内水结晶，使细胞内外溶液浓度变 化，引起细胞膨胀而破裂。
适用于细胞壁较脆弱的菌体，破碎率较低，需反复多次，此外，在冻融 过程中可能引起某些蛋白质变性。
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化学渗透法优点：
对产物释放有一定的选择性，可使一些较小分子量的溶质 如多肽和小分子的酶蛋白透过，而核酸等大分子量的物质仍 滞留在胞内； 细胞外形完整，碎片少，浆液粘度低，易于固液分离和进 一步提取。
缺点： 通用性差；
时间长，效率低，一般胞内物质释放率不超过50%； 有些化学试剂有毒 。
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（2）EDTA螯合剂
处理G-细菌，对细胞外层膜有破坏作用。G-细菌的外层膜结 构通常靠二价阳离子Ca2+或Mg2+结合脂多糖和蛋白质来维持， 一旦EDTA将Ca2+或Mg2+螯合，大量的脂多糖分子将脱落， 使细胞壁外层膜出现洞穴。这些区域由内层膜的磷脂来填补， 从而导致内层膜通透性的增强。
《课程讲解》-09酶法提取和仿生提取技术00
寒痛定泡腾颗 芍药苷、甘草次酸 SBE>WE>SBA
粒剂
、乌头总生物碱 E>WAE
四神茶剂
补骨脂素、五味子 SBE>SBAE>W
乙素吴茱萸碱
E>WAE
几种提取方法比较
麻杏石甘汤 麻黄碱、氢氰酸、甘 SBE>WE 草次酸、钙含量、浸 膏量
参附汤
人参二醇、人参三醇、SBE>WE 附子总生物碱、酯型 生物碱、总糖、干浸 膏
另一方面也影响提取制剂的澄清度。
❖ 传统的提取方法（如煎煮、有机溶剂浸出和醇处 理方法）提取温度高，提取率低，浪费乙醇，成 本高，不安全；
❖ 选用适当的酶，可通过酶反应较温和地将植物组 织分解，加速有效成分的释放提取；选用相应的 酶可将影响液体制剂的杂质如淀粉、蛋白质、果 胶等分解去除，也可促进某些极性极低的脂溶性 成分转化为糖苷类易溶于水的成分而有利于提取。
❖将提取液的酸碱度加以生理模仿，分别用 近似胃和肠道的酸碱水溶液煮煎2~3次。先 将药粉以一定pH值的酸水提取，再用一定 pH值的碱水提取，提取液分别滤过、浓缩、 制剂。
❖对提取液的最佳pH值和其他工艺参数的选 择用一种或几种有效成分结合主要压力作 用为指标，用正交试验法、比例分割法进 行优选。
❖对单位中药或复方制剂的研究，半仿生提 取法已经显示出较大的优势和广泛的应用 前景。
❖ 适于工业化大生产，国内外均有实际利用。
❖用酶技术提取中药材成分需要选择合适的 酶。
❖目前植物提取方面研究较多的是纤维素酶， 大部分的中药材的细胞壁是由纤维素构成。 植物的有效成分往往包裹在细胞壁内；纤 维素是由β-D-葡萄糖以1，4-β葡萄糖苷键 连接，用纤维素酶可以破坏β-D-葡萄糖键， 使植物细胞壁破坏，有利于对有效成分的 提取。
酶的提取与分离纯化课件
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提取目标：
a. 将目的酶最大限度地溶解出来。 b. 保持生物活性。
注意：温度升高，溶解度加大。但为防止酶失活， 一般采用低温下（0~10℃）操作。
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提取原则
a. 相似相溶。 b. 远离等电点的pH值，溶解度增加。
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提取方法：
（一）盐溶液提取 常用稀盐（常用NaCl）溶液（盐溶），
酶的提取与分离纯化
知识回顾
酶蛋白制备
构分
发
分
建离
酵
离
表选
生
纯
达育
产
化
产酶菌株
发酵液
酶制品
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第四章 酶的提取与分离纯化
预处理（pretreatment）：包括固液分离和细胞 破碎（分离胞内产物）等。
初步纯化（rough fractionation） （提取）：除 去与目的产物性质差异很大的杂质。
高度纯化（fine fractionation） （精制）：除去 与产物性质相似的杂质。
脂蛋白 脂多糖 (11% ~ 22%)
磷脂 蛋白质
葡聚糖(30% ~ 40%) 多聚糖
甘露聚糖(30%) (80% ~ 90%)
几丁质(1% ~ 2%)
脂类
蛋白质(6% ~ 8%) 蛋白质
脂类(8.5% ~ 13.5%)
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细菌细胞壁的结构
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酵母菌细胞壁的结构 M—甘露聚糖；P—磷酸二酯键；G—葡聚糖
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(二）发酵液的固液分离
1 . 影响发酵液过滤的因素 1）菌种 2）培养基组成 2. 提高过滤性能的方法
1）絮凝和凝聚 2）稀释、加热 3）加助滤剂，常用硅藻土等。
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二、细胞破碎（胞内酶）
酶工程 第四章酶的分离纯化 第二节酶的提取
第二节 酶的提取
3.提取液的体积 提取液的用量增加，可提高提取率。但是过量的提取 液，使酶浓度降低，对进一步的分离纯化不利。故提取液 的用量一般为含酶原料体积的3～5倍。可一次提取，也可 分几次提取，若辅以缓侵搅拌，则可提高提取率。 4.添加保护剂 在酶提取过程中，为了提高酶的稳定性，防止酶变性 失活，可以加入适量的酶作用底物，或其辅酶，或加入某 些抗氧化剂等保护剂。
第二节 酶的提取
4.有机溶剂提取 有些与脂质结合比较牢固或分子中含非极性基团较多 的酶，不溶或难溶于水、稀酸、稀碱和稀盐溶液中，需用 有机溶剂提取。常用的有机溶剂是与水能够混溶的乙醇、 丙酮、丁醇等。其中丁醇对脂蛋白的解离能力较强，提取 效果较好，已成功地用于琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、 胆碱酯酶等的提取。
第二节 酶的提取
一、酶提取的主要方法
根据酶提取时所采用的溶剂或溶液的不 同，酶的提取方法主要有盐溶液提取、酸 溶液提取、碱溶液提取和有机溶剂提取等。
第二节 酶的提取
1.盐溶液提取
大多数酶溶于水，而且在一定浓度的盐存在条件下， 酶的溶解度增加，这称之为盐溶现象，然而盐浓度不能太 高，否则溶解度反而降低，出现盐析现象。所以一般采用 稀盐溶液进行酶的提取，盐浓度一般控制在0.02～ 0.5mol/L的范围内。例如，用固体发酵生产的麸曲中的 α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等胞外酶，用0.15mo1/L的氯 化钠溶液或0.02～0.05mol/L的磷酸缓冲液提取；酵母醇 脱氢酶用0.5～0.6mol／L的磷酸氢二钠溶液提取；6-磷酸 葡萄糖脱氢酶用0.1mol/L的碳酸钠提取；枯草杆菌碱性磷 酸酶用0.1mol/L的氯化镁提取等。有少数酶，如霉菌产生 的脂肪酶，用清水提取比盐溶液提取的效果较好。
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武汉大学化学学院应用化学系 罗立新
七、酶法提取工艺
❖ 酶（enzyme）是具有特殊催化活性的蛋白质。 ❖ 酶提取技术是近几年用于中药工业的一项生物工
程技果胶、淀粉、植物纤维等非需要成分。 ❖ 这些成分一方面影响植物细胞中活性成分的浸出，
❖ 单一药材补骨脂、香菇、银杏叶、决明子、黄连、 穿心莲、葛根等有效成分提取和除去杂质。中药 复方“生脉饮”。黄柏提取小檗碱、穿山龙提取 薯蓣皂甙元、穿心莲提取穿心莲内酯之前用纤维 素酶预处理，可以有效提高目标成分的收率。
罗立新：溶剂提取
应用酶法提取技术注意事项
❖1，不同的药材选用不同的酶，根据药材性 质、提取的成分和要除去的杂质进行选择。
罗立新：溶剂提取
❖酶技术用于药材提取，反应温和，提取效 果较好，收率高，节约能耗，应用前景广 阔。
❖由于酶具有专一性和选择性的特点，故使 用时应考虑采用复合酶。
❖单一药材含有的成分相对较少，复合酶的 选择相对简单。但复方中药成分多而复杂， 选择较为困难。
罗立新：溶剂提取
八、仿生提取技术
❖仿生提取源于仿生学原理，是模拟口服药 经肠胃道环境运转原理而设计，目的是尽 可能地保留原药中的有效成分（包括在体 内有效的代谢物、水解物、螯合物或新的 化合物）。
❖ 3，有效成分损失少，成份低，生产周期短。
罗立新：溶剂提取
半仿生提取法的具体操作
❖将提取液的酸碱度加以生理模仿，分别用 近似胃和肠道的酸碱水溶液煮煎2~3次。先 将药粉以一定pH值的酸水提取，再用一定 pH值的碱水提取，提取液分别滤过、浓缩、 制剂。
❖对提取液的最佳pH值和其他工艺参数的选 择用一种或几种有效成分结合主要压力作 用为指标，用正交试验法、比例分割法进 行优选。
❖打破了以往只提取单一有效成分的西医西 药模式，符合中医药传统哲学的整体观、 系统观，体现了中医药多种成分复合作用 的特点。
罗立新：溶剂提取
（一）半仿生提取技术及其应用
❖半仿生提取法（semi-bionic extraction method,简称SBF）是将整体药物研究法与 分子药物研究法相结合，从生物药剂学的角 度，模拟口服给药及药物经胃肠道转运的原 理，为经消化道给药的中药制剂设计的一种 新的提取工艺。
另一方面也影响提取制剂的澄清度。
罗立新：溶剂提取
❖ 传统的提取方法（如煎煮、有机溶剂浸出和醇处 理方法）提取温度高，提取率低，浪费乙醇，成 本高，不安全；
❖ 选用适当的酶，可通过酶反应较温和地将植物组 织分解，加速有效成分的释放提取；选用相应的 酶可将影响液体制剂的杂质如淀粉、蛋白质、果 胶等分解去除，也可促进某些极性极低的脂溶性 成分转化为糖苷类易溶于水的成分而有利于提取。
罗立新：溶剂提取
❖对单位中药或复方制剂的研究，半仿生提 取法已经显示出较大的优势和广泛的应用 前景。
❖四种方法比较： ❖SBE：半仿生提取法 ❖SBAE：半仿生提取醇沉法 ❖WE：水提取法 ❖WAE：水提取法醇沉法
罗立新：溶剂提取
几种提取方法比较
复方制剂
指标成分
比较结果
芍甘止痛颗粒 芍药苷、甘草次酸 SBE>SBAE>W
❖ 适于工业化大生产，国内外均有实际利用。
罗立新：溶剂提取
❖用酶技术提取中药材成分需要选择合适的 酶。
❖目前植物提取方面研究较多的是纤维素酶， 大部分的中药材的细胞壁是由纤维素构成。 植物的有效成分往往包裹在细胞壁内；纤 维素是由β-D-葡萄糖以1，4-β葡萄糖苷键 连接，用纤维素酶可以破坏β-D-葡萄糖键， 使植物细胞壁破坏，有利于对有效成分的 提取。
几种提取方法比较
麻杏石甘汤 麻黄碱、氢氰酸、甘 SBE>WE 草次酸、钙含量、浸 膏量
参附汤
人参二醇、人参三醇、SBE>WE 附子总生物碱、酯型 生物碱、总糖、干浸 膏
乙肝颗粒剂 黄芪甲苷、柴胡皂甙 SBE>SBAE C、虎杖苷、五味子 >WE>WAE 乙素、干浸膏
罗立新：溶剂提取
❖半仿生提取法一般只适合水溶性大的极性 有效成分的提取。
❖因提取条件不可能与人完全相同，所以称为 “半仿生提取”。
罗立新：溶剂提取
半仿生提取法的特点
❖ 1，提取过程符合中医配伍和临床用药的特点和口 服药物在胃肠道运转吸收的特点。
❖ 2，在具体工艺选择上，既考虑活性混合成分又以 单体成分作指标，这样不仅能充分发挥混合物的 综合作用，还能利用单体成分控制中药制剂的质 量。
❖SBE法能体现中医临床用药的综合作用特 点，符合口服给药经肠胃道转运吸收的原 理。但目前仍采取高温煎煮法，长时间高 温会影响许多有效成分活性成分，降低药 效。
罗立新：溶剂提取
（二）仿生提取法及其应用
❖ 1，原理与方法 ❖ 仿生提取法综合运用医学仿生（人工胃、人工肠）
与化学仿生（酶的应用）的原理，同时又将整体 药物研究（仿生提取法所得提取物更接近药物在 体内达到平衡后的有效成分群）与分子药物研究 法（以单一单体为指标）相结合，是将生物技术 手段应用到中药研究中的一种尝试，集中体现了 中医药基本理论的整体观、系统观。
❖2，进行酶的专有活性研究以后是应提取过 程中的不同要求，要考虑应用的一组酶之间 的协同关系和使用酶的浓度、底物、抑制剂、 激动剂等。
罗立新：溶剂提取
❖3，药材的预处理如粉碎、球磨等。 ❖4，媒介的设备与工艺参数，粉碎设备、反
应设备、后处理设备等。 ❖在工艺条件方面如选择适宜水域药材之比、
pH值、温度、时间等。
罗立新：溶剂提取
❖纤维素酶用于以纤维素为主的中药材的提 取，能有效提高有效成分收率。
❖但要拓展其应用领域，还需要进一步深入 探讨酶的浓度、底物的浓度、温度、酸碱 度、抑制剂和激动剂等对提取物有何影响。
罗立新：溶剂提取
❖ 酶技术在食品工业、饲料工业、精细化工等行业 应用越来越多，在天然植物提取中的应用也在不 断发展。
剂
E>WAE
当归苦参丸 阿魏酸、苦参碱、 SBE>WE 苦参总碱、干浸膏
黄连解毒颗粒 小檗碱、黄芩苷、 SBE>SBAE>W
剂
栀子苷
E>WAE
寒痛定泡腾颗 芍药苷、甘草次酸 SBE>WE>SBA
粒剂
、乌头总生物碱 E>WAE
四神茶剂
补骨脂素、五味子 SBE>SBAE>W
乙素吴茱萸碱
E>WAE
罗立新：溶剂提取