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篇總論

第1章林源活性物質(zhì)提取技術(shù)

1.1林源活性物質(zhì)

森林生物資源中擁有種類繁多的林源活性物質(zhì)，但因林源活性物質(zhì)通常含量較低，體系復(fù)雜，且對熱敏感，因而分離純化十分困難？隨著我國以林源活性物質(zhì)為重要物質(zhì)基礎(chǔ)的林業(yè)生物制劑產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，林源活性物質(zhì)的需求量與日俱增，林源活性物質(zhì)分離已是林源活性物質(zhì)高效利用的技術(shù)瓶頸，急需研制高效分離的產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新技術(shù)，以促進(jìn)我國林源活性物質(zhì)提取業(yè)的快速發(fā)展？

1.1.1林源

森源是指來源于森林資源的物質(zhì)？我國的森林資源既包括林區(qū)的生物資源，也包括沙區(qū)的生物資源，統(tǒng)稱為森林資源？森林資源的重要特征之一就是以植物物種為主體？

1.1.2活性物質(zhì)

由于我國森林和沙區(qū)的生境類別繁多，生態(tài)條件多樣，因此形成的植物種類十分豐富，特別是一些特殊的生境環(huán)境，促使植物在初級代謝和次級代謝過程中產(chǎn)生大量的生物小分子，大分子和高分子，具體包括構(gòu)成植物體內(nèi)的物質(zhì)除水分？糖類？蛋白質(zhì)類？脂肪類等必要物質(zhì)外，其次生代謝產(chǎn)物(如萜類？黃酮？生物堿？甾體？木質(zhì)素？礦物質(zhì)等)？這些生物分子除了用作自身生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)以外，還在與其他生命有機(jī)體產(chǎn)生相互作用過程中在化學(xué)上形成位點(diǎn)，具有靶點(diǎn)效應(yīng)，對人類及各種生物具有生理促進(jìn)作用，我們稱這類物質(zhì)稱為活性物質(zhì)？

1.1.3林源活性物質(zhì)

林源活性物質(zhì)是森林生物資源中的植物？動物和微生物在生理代謝過程中形成的一類能與其他生命體的生物分子相互作用并具有保持機(jī)體健康或控制疾病功效的生物分子，將其以物理？化學(xué)和生物學(xué)等手段分離？純化而形成的以生物小分子和高分子為主體的植物產(chǎn)品，它和以動物為原料制成的生化制劑，以及應(yīng)用基因工程手段制成的生物工程產(chǎn)品一樣，是以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物產(chǎn)品的生物產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，目前被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥？食品添加劑？功能食品？日用化學(xué)品？植物農(nóng)藥和植物獸藥等生產(chǎn)領(lǐng)域？

1.1.4目的活性物質(zhì)

組成植物體的全部生物分子是以混合物的形式存在于植物有機(jī)體中，其中包括眾多的活性物質(zhì)，當(dāng)人類加以利用某一活性物質(zhì)時，我們將其稱為目的活性物質(zhì)？

1.2分離方法選擇

在現(xiàn)代社會生活中，為了強(qiáng)化目的活性物質(zhì)的功效，通常采用技術(shù)手段將某一目的活性物質(zhì)成分從相應(yīng)的混合物中移出，我們將這個過程稱之為分離過程？

1.2.1分離

分離是利用混合物中各組分在物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異，通過適當(dāng)?shù)难b置或方法，使各組分分配至不同的空間區(qū)域或在不同的時間依次分配至同一空間區(qū)域的過程，它包括提取和純化兩個方面？提取是指通過溶劑處理？蒸餾？脫水？經(jīng)受壓力或離心力作用，或通過其他化學(xué)或機(jī)械工藝等過程從原料中制取有用成分;純化是指即由多種物質(zhì)的聚集體，通過物理？化學(xué)或生物方面的方法作用，變成一類或一種物質(zhì)的過程？分離的形式主要有兩種:一種是組分離;另一種是單一物質(zhì)的分離？組分離有時也稱為族分離，它是將性質(zhì)相近的一類組分從復(fù)雜的混合物體系中分離出來？單一物質(zhì)的分離是將某種物質(zhì)以純物質(zhì)的形式從混合物中分離出來，以及從混合物中獲得特定的目標(biāo)物等都屬于這一類？

綜上所述，分離可分為提取和純化兩個主要過程？提取，是指將混合物中的雜質(zhì)(即非目的活性物質(zhì))通過物理或化學(xué)方法除掉而得到所需物質(zhì)(目的活性物質(zhì))的過程;純化，即由多種物質(zhì)的聚集體，通過物理？化學(xué)或生物方面的方法作用，變成一類或一種物質(zhì)的過程？

林源活性物質(zhì)分離過程就是通過物理？化學(xué)或生物等手段，或?qū)⑦@些方法結(jié)合，將目標(biāo)活性物質(zhì)從植物材料中提取，并進(jìn)一步從提取的混合物體系中純化獲得相對純的目標(biāo)活性物質(zhì)的過程？林源活性物質(zhì)分離過程貫穿在整個生產(chǎn)工藝過程中，是獲得終產(chǎn)品的重要手段，在提取工業(yè)中需要通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段與裝備，耗費(fèi)一定的能量來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)活性物質(zhì)的分離純化過程？生物體化學(xué)組成成分極其復(fù)雜，化合物種類很多，包括初生物質(zhì)和次生物質(zhì)，如糖類？核酸？油脂？蛋白質(zhì)？揮發(fā)油？色素？有機(jī)酸？鞣質(zhì)？植物膠？生物堿？甾體？黃酮？苷類等多種成分，且含量變化較大，而目標(biāo)活性物質(zhì)只是其中的一部分，因此研究？篩選并優(yōu)化目標(biāo)活性物質(zhì)分離工藝過程是林源活性物質(zhì)分離的必需途徑？

1)提取

提取操作過程是利用物質(zhì)溶解于某種介質(zhì)(一般為液體)，將選定的某種介質(zhì)加入到提取原料中，因原料不同組分在同種溶劑中的溶解度不同，而選擇性地從承載的基質(zhì)上分離出來？

提取是林源活性物質(zhì)分離純化的重要過程，根據(jù)提取過程的擴(kuò)散傳質(zhì)理論，此過程一般可分為浸潤滲透？解吸溶解？擴(kuò)散和溶劑置換三個階段？階段:浸潤滲透:讓溶劑浸潤物料，滲入植物組織和細(xì)胞中;第二階段:解吸溶解:溶劑溶解植物組織中的有效成分，使其游離于組織或細(xì)胞中;第三階段:擴(kuò)散和溶劑置換:利用細(xì)胞內(nèi)外有效成分的濃度差，形成內(nèi)高外低的滲透壓，使有效成分脫離組織或細(xì)胞間隙，進(jìn)入溶媒？

2)純化

純化就是利用不同物質(zhì)的性質(zhì)差異進(jìn)行分離[1]？純化方案的設(shè)計(jì)是純化工作的前提，也是決定純化工作成敗的關(guān)鍵，其中包括根據(jù)純化對象選擇方法，即了解待處理對象的物質(zhì)組成，熟悉物質(zhì)的理化性質(zhì);盡可能了解目的活性物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)，確立目的活性物質(zhì)的檢測目標(biāo)物方法;純化對目的，包括科研？生產(chǎn);純化量，各種方法處理量不同;實(shí)驗(yàn)條件，包括了解和熟練掌握各種純化技術(shù)，明確各方法的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，滿足以上條件基礎(chǔ)上選擇廉價純化方法？

丁明玉將可用于物質(zhì)分離的性質(zhì)歸結(jié)如表1.1[2]？

表1.1可用于分離純化的物質(zhì)性質(zhì)

1.2.2分離過程

分離方法開始主要用于化工行業(yè)中化工產(chǎn)品的分離，但是隨著生物工程技術(shù)下游技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合傳統(tǒng)的化工分離方法，新的高效的分離方法被人們高度重視起來？常用分離方法有:鹽析？提取分離法(包括溶劑提取？膠團(tuán)提取？雙水相提取？超臨界流體提取？固相提取？固相微提取？溶劑微提取等)？膜分離方法(包括滲析？微濾？超濾？納濾？反滲透？電滲析？膜萃取？膜吸收？滲透汽化？膜蒸餾等)？層析方法(離子交換層析？尺寸排阻層析？疏水層析？固定離子交換層析IMAC？親和層析等)？

1.2.2.1前處理

樣品前處理的目的是消除基質(zhì)干擾，保護(hù)儀器，提高方法的度？精密度？選擇性和靈敏度？樣品前處理工序一般包括樣品原料的挑選？洗滌？干燥？粉碎等？樣品前處理所需時間較長，約占整個分析時間的三分之二？通常檢測一個樣品只需幾分鐘至幾十分鐘，而樣品處理卻要幾小時？因此樣品的前處理是實(shí)驗(yàn)過程中一個較為重要的步驟，樣品前處理過程的先進(jìn)與否，也關(guān)系到分析方法的優(yōu)劣？由于樣品前處理過程的重要性，樣品前處理方法和技術(shù)的研究已經(jīng)引起了分析化學(xué)家的廣泛關(guān)注？

1.2.2.2提取

目前常用的提取技術(shù)有液相提取？液相微提取？固相提取？固相微提取？超聲提取？超臨界提取？凝膠滲透色譜？加速溶劑提取？微波輔助提取等？

1.固相提取是20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來的提取技術(shù)，它利用固體吸附劑將目標(biāo)化合物吸附，使之與樣品的基體及干擾化合物分離，然后用洗脫液洗脫或加熱解脫，從而達(dá)到分離和富集目標(biāo)化合物的目的，該項(xiàng)技術(shù)具有回收率和富集倍數(shù)高？有機(jī)溶劑消耗量低？操作簡便快速？費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動化并可與其他分析儀器聯(lián)用？在很多情況下，固相提取作為制備液體樣品優(yōu)先考慮的方法取代了傳統(tǒng)的液-液提取法？

2.液相微提取的原理是利用待測物在兩種不混溶的溶劑中溶解度和分配比的不同而進(jìn)行提取的方法？該項(xiàng)技術(shù)集提取？凈化？濃縮？預(yù)分離于一體，具有提取效率高？消耗有機(jī)溶劑少，快速？靈敏等優(yōu)點(diǎn)，是一種較環(huán)保的提取方法？

3.固相提取是20世紀(jì)70年展起來的一種技術(shù)，80年代后開始結(jié)合GC用于藥殘分析？固相提取是液固提取和液相色譜柱技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展的產(chǎn)物？其基本原理是利用固體吸附劑對液體樣品中目標(biāo)物質(zhì)的吸附，選用合適強(qiáng)度的洗脫溶劑，使目標(biāo)化合物選擇性地洗脫或保留在柱上，與樣品基體和干擾物分離，從而達(dá)到分離和富集的目的？

4.固相微提取由Pawhszyn等人在1989年提出并發(fā)展的，是在固相提取技術(shù)上發(fā)展起來的一種新型前處理技術(shù)，其過程包括吸附和解吸？在吸附過程中，待測物在提取纖維涂層與樣品之間遵循相似相溶原則？