制药分离技术资料

温馨提示：明天工程考生物制药 化学合成制药 中药 药剂 等的制药分离技术及所需设备

生物制药分离技术、设备

1、液-液萃取液液萃取是分离液体混合物的一种单元操作，其方法是选择一种溶剂使混合物中欲分离的组分溶解与其中，其余组分则不溶或少溶而获得分离。

单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取、微分接触式逆流萃取指：萃取相和萃余相逆流微分接触，使两相中的溶质浓度沿流动方向发生连续的变化。

多级错流萃取与多级逆流萃取的比较：

◆ 分离要求、溶剂一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取板数少。◆板数一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取溶剂用量少。

◆ 生产上多采用逆流萃取操作。

萃取设备

设备的设计

(1) 两相的分散与聚并

分散区：通常情况下选择被萃物浓度低的一相作为连续相先注入设备的分散区内，启动分散机制后再同时通入分散相和连续相。分散区的大小应满足两相实现要求传质量的接

触时间(停留时间)。分散相分散粒径越小，传质面积越大，聚并将越困难。

聚并区：在分散区内完成传质过程的两相需要在相对平稳的区域内进行聚并分相，以便于两相分离。聚并区的大小应满足分散相完全迁移聚并的时间，并设置分散相的连续排出机制。

(2) 多级萃取或反萃设备——混合澄清槽

(3) 微分萃取设备

转盘萃取塔、振动筛板塔

2、反胶团萃取

反胶束萃取技术的应用

1.分离蛋白质混合物

如用二烷基磷酸盐/异辛烷反胶束溶液萃取分离溶菌酶和肌红蛋白。

2.浓缩α-淀粉酶

如用TOMAC/异辛烷反胶束溶液萃取水相中的α-淀粉酶，以实现α-淀粉酶的浓缩。

3.直接提取细胞内酶

如用CTAB/己醇-辛烷反胶束溶液直接从棕色固氮菌细胞内提取胞内脱氢酶，既不破坏菌细胞，也可保持酶的活性。

4.从动植物资源中提取蛋白质

可利用反胶束溶液直接从大豆、菜籽、蚕蛹等残渣中提取分离有用的蛋白质。

表面活性剂(双亲物质)在非极性有机溶剂中,并使其浓度超过临界胶束浓度(CMC)，便会在有机溶剂内自发形成聚集体,又称为反胶团。

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

常用的表面活性剂：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂（加入一定量的助溶剂）。

3、双水相萃取

主要用于生物物质、药物的分离、提取、纯化等，如： (1)酶的提取与纯化

(2)核酸的分离及纯化

(3)药物和抗生素类的分离和提取

(4)病毒的分离及纯化

(5)从天然植物中提取有效药用成分

4、分子蒸馏技术：鱼油中提取DHA和EPA、以及天然及合成维生素E的提取

分子蒸馏是一种在高真空条件下进行的非平衡分离的连续蒸馏过程

分子蒸馏是依靠不同物质的分子在运动时的平均自由程的不同来实现组分分离的一种特殊液液分离技术。混合液中轻组分分子的平均自由程较大，而重组分分子的平均自由程较小。

分子蒸馏过程 分子由液相主体至冷凝面上冷凝的过程需经历四个步骤：

内扩散→自由蒸发→飞射→冷凝

分子蒸馏器有静止式、降膜式（降膜式分子蒸馏器适用于中、低粘度液体混合物的分离

）、刮膜式和离心式四种型式。

膜分离技术如下

过滤如下

离心分离 利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。亦称离心沉降。此法适用于较细的微粒悬浮体系。

吸附分离 吸附过程 :当流体与多孔固体接触时,流动相中的一种或多种溶质向多孔固体颗粒表面选择性被吸附和积累的过程。

三类吸附过程 ：1）变温吸附、2）变压吸附、3）变浓度吸附

工业用吸附剂 天然的吸附剂如硅藻土、白土、天然沸石等。

人工制作的吸附剂如活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛、有机树脂吸附剂等。

离子交换 （抗生素）能够解离的不溶性固体物质在与溶液中的离子发生离子交换反应。利用离子交换剂与不同离子结合力的强弱，将某些离子从水溶液中分离出来，或者使不同的离子得到分离。

离子交换树脂进行电解质分离有三类反应：

1)分解盐的反应、2)中和反应、3)离子交换反应

离子交换树脂分离过程有三种类型

1)离子转换或提取某种离子。2)脱盐 3)不同离子的分离

当溶液中各离子的选择性相差不大时，用简单的离子转换不能单独将某种离子吸附而分离出来，此时需用类似吸附分馏或离子交换色谱法分离。

离子交换分离过程有三步：

①料液与离子交换剂进行交换反应；②离子交换剂的再生；③再生后离子交换剂的清洗。

设备有搅拌槽、流化床、固定床等形式。

操作方法有间歇式、半连续和连续式三种。

色谱分离技术 (原理如下)

扩展床吸附色谱EBA EBA色谱的应用

（1）细胞匀浆液中提取酶

（2）大规模质粒DNA的提取

沉淀分离技术 （溶剂沉淀、盐析沉淀、加热沉淀）

电泳 电泳是电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作用下，带电荷之涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于工件表面。

它包括四个过程：

1 ）电解（分解）

在阴极反应最初为电解反应，生成氢气及氢氧根离子 OH ，此反应造成阴极面形成一高碱性边界层，当阳离子与氢氧根作用成为不溶于水的物质，涂膜沉积，方程式为： H2O→OH+H

2 ）电泳动（泳动、迁移）

阳离子树脂及 H+ 在电场作用下，向阴极移动，而阴离子向阳极移动过程。

3 ）电沉积（析出）

在被涂工件表面，阳离子树脂与阴极表面碱性作用，中和而析出不沉积物，沉

积于被涂工件上。

4 ）电渗（脱水）

涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的，具有多数毛细孔，水被从阴极涂

膜中排渗出来，在电场作用下，引起涂膜脱水，而涂膜则吸附于工件表面，而

完成整个电泳过程。

结晶 （抗生素、氨基酸） 结晶过程：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。结晶过程应尽量控制在介稳区内进行，以得到平均粒度较大的结晶产品。不稳区能自发产生晶核 。

介稳区不会自发地产生晶核由晶胚慢慢形成晶核再成为晶体。

成核方式可分为初级成核和二次成核两类。

溶液结晶类型:冷却结晶法、蒸发结晶法、真空冷却结晶法、盐析(溶析)结晶法（向溶液中加入某些物质，以降低溶质在原溶剂中的溶解度，产生过饱和度的方法）、反应结晶法。

内循环式间壁冷却结晶器、外循环式间壁冷却结晶器、

间壁换热冷却结晶过程的主要困难：在冷却表面上常会有晶体结出，称为晶疤或晶垢，使冷却效果下降。

典型的溶液结晶器 强迫外循环结晶器、流化床结晶器、DTB结晶器等。

中药分离技术及设备

固液萃取（浸取）液固萃取，又称浸取或浸出，为以液态溶剂为萃取剂，而被处理的原料为固体，如中药有效成分的提取。

植物药一般浸取过程：

（１）浸润、渗透阶段（２）解吸、溶解阶段（３）扩散、置换阶段

常用的浸取溶剂

水、乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、脂肪油

浸取辅助剂

目的：提高浸取溶剂的浸取效能，增加浸取成分在溶剂中的溶解度。

一、浸取方法

包括浸渍法、煎煮法和渗漉法

1.浸渍法

适用于黏性药物、无组织结构的药材、新鲜及易于膨胀的药材

2.煎煮法

将经过处理的药材，加适量的水加热煮沸2-3次，使其有效成分充分煎出，收集各次煎出液，分离异物或沉淀过滤。低温浓缩至规定浓度，再制成规定的制剂。

适用于有效成分能溶于水，且对湿热均较稳定的药材。对于有效成分尚未清除的中草药或方剂进行剂型改革。

3.渗漉法

往药材粗粉中不断添加浸取溶剂使其渗过药粉，从下端出口流出浸取液的一种浸出方法。

二、浸取工艺

1.单级浸出工艺

 单级浸出是指将药材和溶剂一次加入提取设备中，经一定时间的提取后，放出浸出药液，排出药渣的整个过程。

2.单级回流浸出工艺及温浸法浸出工艺

又称索氏提取，主要用于酒提或有机溶剂（如醋酸乙酯、氯仿浸出或石油醚脱脂）浸取药材及一些药材脱脂。

特点：最后提取液是浓缩液、生产周期一般约为10h、不适宜热敏性药材

3.单级循环浸渍浸出工艺

 单级循环浸渍浸出是将浸出液循环流动与药材接触浸出

 固液两相在浸出器中有相对运动，由于摩擦作用，使两相间边界层变薄或边界层表面更新快，从而加速了浸出过程，

 优点：提取液的澄明度好，所损耗乙醇量较少

 缺点：液固比大，浸取剂用量较多

4.多级浸出工艺

 浸取过程：将药材置于浸出罐中，将一定量的溶剂分次加入进行浸出；也可将药材装于一组浸出罐中，新的溶剂分别先进入第一个浸出罐与药材接触浸出，浸出液放入第二浸出罐与药材接触浸出，这样依次通过全部浸出罐成品或浓浸出液由最后一个浸出罐流入接收器中。

5.半逆流多级浸出工艺

6.连续逆流浸出工艺

药材与溶剂在浸出器中沿反向运动，并连续接触提取。

特点：浸出率高，浸出液浓度亦较高，单位重量浸出液浓缩时消耗的热能少，浸出速度快。连续逆流具有稳定的浓度梯度，且固液两相处于运动状态，使两相界面的边界膜变薄，或边界层更新快，从而加快了浸出速度。

第三节 浸取设备

设备分类：

 按操作方式：间歇式、半连续式、连续式

 按固体原料处理方式：固定床、移动床、分散接触式

 按溶剂和固体原料接触方式：多级接触型、微分接触型

一、间歇式浸取器

 以多功能提取罐为典型

二、连续浸取器

有浸渍式、喷淋渗漉式和混合式

① 浸渍式连续逆流浸取器

a U形螺旋式浸取器适用于浸取轻质的、渗透性强的药材。

b U形托链式连续逆流浸取器

c 螺旋推进式浸取器

d 肯尼迪式逆流浸取器可通过改变浆的转速和叶片数量来适应不同品种药材的提取。

② 喷淋渗漉式浸取器

此类浸取器中液体溶剂均匀地喷淋到固体层表面，并过滤而下与固体物相接触浸取其可溶物

波尔曼式连续提取器 、平转式连续提取器

③混合式连续浸取器

在浸取器中有浸渍过程，也有喷淋过程。

浸取强化技术：超声波协助浸取 超声波提取技术的基本原理主要是利用超声波的空化作用来增大物质分子的运动频率和速度，从而增加溶剂的穿透力，提高被提取成分的溶出速度。此外，超声波的次级效应，如热效应、机械效应等也能加速被提取成分的扩散并充分与溶剂混合，因而也有利于提取。

微波萃取

微波是一种非电离的电磁辐射,被辐射物质的极性分子在微波电磁场中可快速转向并定向排列,由此产生的撕裂和相互摩擦将引起物质发热,即将电能转化为热能,从而产生强烈的热效应。因此，微波加热过程实质上是介质分子获得微波能并转化为热能的过程。

在微波萃取过程中，高频电磁波穿透萃取介质，到达被萃取物料的内部，微波能迅速转化为热能而使细胞内部的温度快速上升。当细胞内部的压力超过细胞的承受能力时,细胞就会破裂,有效成分即从胞内流出，并在较低的温度下溶解于萃取介质，再通过进一步过滤分离，即可获得被萃取组分。

微波萃取指在天然药物有效成分的提取过程中(或提取的前处理)加入微波场，利用微波场的特点来强化有效成分浸出的新型提取技术

超临界流体萃取

以非极性的CO2最为常用

为提高超临界CO2对溶质的溶解度和选择性，可适量加入另一种合适的极性或非极性溶剂，这种溶剂称为夹带剂。加入夹带剂的目的，一是为了提高被分离组分在超临界流体

中的溶解度，二是为了提高超临界流体对被分离组分的选择性。

按溶质与萃取剂的分离方法不同，超临界流体萃取有变压萃取、变温萃取和吸附萃取三种典型流程，其中以变压萃取流程的应用最为广泛。

1.萜类和挥发油的提取

2.黄酮类及醌类化合物的提取

3.生物碱的提取

4.苯丙素类化合物的提取

5.苷及糖类物质的提取

双水相萃取如上

水蒸气蒸馏：应用：中 药——提取和纯化挥发油。合成药——提取高沸点有机物。

原理：不互溶液体的蒸气压原理。若将水蒸气直接通入被分离物系，则当物系中各组分的蒸气分压与水蒸气的分压之和等于体系的总压时，体系便开始沸腾。此时，被分离组分的蒸气将与水蒸气一起蒸出。蒸出的气体混合物经冷凝后去掉水层即得产品。

水蒸气蒸馏的主要优点就是能够降低蒸馏温度。

水蒸气蒸馏有两种基本的形式

1.过热水蒸气 2.饱和水蒸气蒸馏

体系的沸腾温度低于各组分的沸点温度，这是水蒸气蒸馏的突出优点

分子蒸馏技术：提取天然辣椒红色素

膜分离技术 膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。

典型的膜分离技术有微孔过滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、渗析(D)、电渗析(ED)、液膜(LM)及渗透蒸发( PV)等。

工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。

离子交换技术 生物碱、黄酮 原理如上

色谱分离技术

色谱分离过程的实质是溶质在不互溶的固定相和流动相之间进行的一种连续多次的交换过程，它借助溶质在亮相间分配行为的差别而使不同的溶质分离。

1. 按固定相及流动相的状态分类：液相色谱、气相色谱

2. 按固定相形状性质分类：柱色谱、纸色谱、薄层色谱

3.按色谱过程的机理分类：

吸附色谱：用固体吸附剂作固定相，利用组分在吸附剂上吸附力的不同，因而吸附平衡常数不同而将组分分离

分配色谱：用液体作固定相，利用组分在液相中的溶解度不同，因而分配系数不同进行分离

离子交换色谱：利用离子交换原理

排阻色谱：利用分子大小不同

电色谱：利用带电物质在电场作用下移动速度不同进行分离

典型制备色谱工艺及应用

模拟移动床色谱 SMB 有利于分离热敏性及难以分离的物系等优点,在制备色谱技术中最适用于进行连续性大规模工业化生产。

制备型超临界流体色谱（Pre-SFC)

Pre-SFC的应用

（1）分离纯化EPA-EE

（2）分离极性化合物

黄酮类化合物、生物碱混合体系

过滤 使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质上而获得分离。

一、过滤方式

（1）深层过滤——又称澄清过滤。

条件：悬浮液含颗粒小，而含量少（液体中颗粒的体积0.1%）时，可用床层较厚的过滤介质进行过滤。

（2）滤饼过滤适用于颗粒含量较多有“架桥现象”；阻力大，要加助滤剂。

过滤操作的方式1.恒压过滤、恒速过滤、先恒速后恒压

过滤设备：板框过滤机、袋滤器、转筒真空过滤机、加压叶滤机

化学合成制药

1、 膜分离技术

膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。

典型的膜分离技术有微孔过滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、渗析(D)、

电渗析(ED))等。其中微滤适用于悬浮粒子，包括细菌、病毒等；超滤适用于大分子，包括蛋白质、酶等；纳滤适用于糖、维生素、二价盐，游离酸等的分离；反渗透适用于非游离酸、单价盐的分离等；渗析用于小分子有机物；电渗析用于蛋白质和离子的分离。

膜分离装置：膜组件的结构及型式取决于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。

膜分离技术应用中需注意的几个问题：膜材料的选择、膜孔径或截留分子量的选择、膜结构选择、组件结构选择、溶液 pH 控制、 溶液温度影响、溶质浓度，料液流速与压力的控制。

2、 离子交换技术

一般采用的离子交换树脂，按照活性基团的不同，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

离子交换分离过程有三步：

①料液与离子交换剂进行交换反应；

②离子交换剂的再生；

③再生后离子交换剂的清洗。

设备有搅拌槽、流化床、固定床等形式。

操作方法有间歇式、半连续和连续式三种

离子交换树脂技术在化学制药中主要用于水处理，用以满足水的软化和去离子水的制备的需要。

3、 吸附技术

吸附操作：用多孔固体有选择地吸附流体中的一个或几个组分，从而使混合物分离的操作方法。它是分离、纯化气体和液体混合物的重要单元操作之一。

吸附的分类 ：1）物理吸附 ：吸附质和吸附剂以分子间作用力为主的吸附。 物理吸附分离在原理上有四种类型： 选择性吸附、分子筛效应、微孔的扩散和微孔中的凝聚 。

2）化学吸附：吸附质和吸附剂分子间的化学键作用力所引起的吸附，催化中起重要作用，分离过程中较少使用。

吸附应用 ：1）气体或液体的脱水及深度干燥。

2）气体或溶液的脱臭、脱色及有机溶剂蒸气的回收。

3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯氧的制取。

4）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、烯烃、芳香烃馏分的分离。

5）废气和废水的处理。

工业用吸附剂 ：1）天然的吸附剂，如硅藻土、白土、天然沸石等。

2）人工制作的吸附剂:活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛、有机树脂吸附剂等。

4、蒸馏技术

蒸馏技术是利用液体混合物各组分的沸点不同实现分离的技术。用于化学合成药的分离的有简单蒸馏、间歇蒸馏、萃取精馏、加盐精馏、

变压精馏、共沸精馏。

简单蒸馏：原理是利用混合物各组分沸点很大来实现的分离，其主要设备的是无填料层或塔板的蒸馏器，其可用于反应合成产物的初分离。

间歇蒸馏：也是靠混合物各组分的沸点差来实现分离的，如抗肿瘤药物的分离提纯，设备为有填料层或多层塔板的精馏塔。

萃取精馏、加盐精馏、变压精馏、共沸精馏主要用于乙醇和水的分离，设备也是精馏塔。

5、结晶技术

结晶过程：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。

分为溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶、升华结晶。化学合成用药主要用光学拆分结晶法、逐步冷凝法、悬浮床结晶法。

溶液结晶设备主要有强迫外循环结晶器、流化床结晶器、DTB结晶器

熔融结晶设备主要有塔式结晶器、通用结晶器。