生物技术方法制备天然活性成分的概况和发展趋势

生物技术方法制备天然活性成分的概况和发展趋势

11级生物制药一班

第一组成员：徐玉秋，李诗赞，黄飞华，祁博，黄星星，蔡东东，杨孝刚摘要：综述近年来天然产物中活性成分提取的生物技术方法研究的进展情况，重点讨论超临界流体萃取等技术的原理、特点以及在该领域的应用的情况，并对天然产物中活性成分提取的生物技术的发展方向做出展望。

关键词：活性成分，生物技术，天然产物

近年来，随着人们对天然药物的药用的营养价值认识的逐步深入，世界范围内掀起了天然产物中活性成分研究的热潮，国家自然科学基金资助项目中就有多项是关于此课题的研究。然而天然产物的成分十分复杂且有些物质含量甚微，提取时又要求活性成分不能被破坏，溶剂萃取等传统提取方法已经远远不能满足对天然药物进行深入研究的需要。如何快速、有效地将活性成分提取出来以及对提取物的进一步分离纯化已成为天然产物研究的“瓶颈”，特别是近年来人们环保意识的迅速提高和国家可持续发展战略的实施，更使得开发的天然产物提取技术成为大势所趋。

1.传统方法

对天然产物中活性成分进行提取，最常用的是溶剂萃取法。所用溶剂包括水和有机溶剂，水能够溶出的成分较多，导致后处理困难；有机溶剂分亲水性和亲脂性两种，选择性好，但挥发性大且一般有毒。提取方法主要有浸渍、渗漉、煎煮、回流和连续提取：浸渍和渗漉简单易行，一般在常温或温热条件下操作，适用于热不稳定成分的提取，但溶剂消耗量大，费时长，提取效果差；水煎煮法是我国最早使用的传统方法，大部分成分可被不同程度的煎出，但具有挥发性以及遇热易破坏的成分不宜用此法；用易挥发的有机溶剂加热提取，则需采用回流法；为了弥补回流提取中溶剂消耗量大，操作麻烦的不足，可采用连续提取(又称索氏提取)法，这是溶剂萃取中最常使用的方法，提取效率较高，但提取液受热时间长，热不稳定成分易分解。近来发展的自动索氏提取，将高温渗漉与常规索氏提取相结合，溶剂用量比常规索氏提取少一半，且所需时间大幅度缩短。

水蒸气蒸馏也是一种常用的提取方法。被提取的成分应具备以下条件：具有挥发性，沸腾期间与水长时间共存而不发生化学变化，难溶或不溶于水。

显而易见，上述传统方法具有许多缺点：(1)大量使用有机溶剂，产生的废液废渣严重污染环境，且不可避免的溶剂残留会影响产物的质量和稳定性。(2)提取效率低、步骤多、选择性差，较难实现自动化或联用。(3)提取温度高，时间长，使得能耗大且易造成热敏性成分分解和挥发性成分损失。因此，发展快速、高效、尽量不用或少用有害试剂、将环境污染减到最低限度的绿色样品处理技术已成为该领域科学工作者追求的目标。

2.新兴提取技术

2.1 超临界流体萃取分离过程的原理是超临界流体对脂肪酸、植物碱、醚类、酮类、甘油酯等具有特殊溶解作用，利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使

超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的,所以超临界流体萃取过程是由萃取和分离组合而成的。

超临界流体CO2萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点：

(1)可以在接近室温(35-40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的全部成分，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来；

(2)使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然；

(3)萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的CO2-SCF流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本；

(4)CO2是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒，故安全性好；

(5)CO2价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中循环使用，从而降低成本；

(6)压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。

2.2 凝胶色谱技术

凝胶色谱法又叫凝胶色谱技术，是六十年代初发展起来的一种快速而又简单的分离分析技术，由于设备简单、操作方便，不需要有机溶剂，对高分子物质有很高的分离效果。凝胶色谱法又称分子排阻色谱法。凝胶色谱法主要用于高聚物的相对分子质量分级分析以及相对分子质量分布测试。根据分离的对象是水溶性的化合物还是有机溶剂可溶物，又可分为凝胶过滤色谱（GFC）和凝胶渗透色谱（GPC）。GFC一般用于分离水溶性的大分子，如多糖类化合物。凝胶的代表是葡萄糖系列，洗脱溶剂主要是水。凝胶渗透色谱法主要用于有机溶剂中可溶的高聚物(聚苯乙烯、聚氯已烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)相对分子质量分布分析及分离，常用的凝胶为交联聚苯乙烯凝胶，洗脱溶剂为四氢呋喃等有机溶剂。凝胶色谱不但可以用于分离测定高聚物的相对分子质量和相对分子质量分布，同时根据所用凝胶填料不同，可分离油溶性和水溶性物质，分离相对分子质量的范围从几百万到100以下。近年来，凝胶色谱也广泛用于分离小分子化合物。化学结构不同但相对分子质量相近的物质，不可能通过凝胶色谱法达到完全的分离纯化的目的。凝胶色谱主要用于高聚物的相对分子质量分级分析以及相对勿子质量分布测试。目前已经被生物化学、分子生物学、生物工程学、分子免疫学以及医学等有关领域广泛采用，不但应用于科学实验研究，而且已经大规模地用于工业生产。

2.3 高效液相色谱与联用技术

高效液相色谱适宜于分离、分析高沸点、热稳定性差、有生理活性及相对分子量比较大的物质，因而广泛应用于核酸、肽类、内酯、稠环芳烃、高聚物、药物、人体代谢产物、表面活性剂，抗氧化剂、杀虫剂、除莠剂的分析等物质的分析。

高效液相色谱法，只要求试样能制成溶液，而不需要气化，因此不受试样挥发性的限制。对于高沸点、热稳定性差、相对分子量大（大于400以上）的有机