本书系统介绍天然产物技术知识体系,简要概述了天然产物技术和产业的基本现状,以及天然产物制备的相关技术、工艺及工业设备;较为全面地介绍了植物、动物、海洋生物与微生物菌类来源的代表性活性成分的类型、活性特点、提取及分离纯化的主要技术和工艺过程;进一步介绍了活性成分的化学和生物技术途径的衍生化基本原理和方法;最后对于天然产物生产的工艺及工程设计做了概述。各章均设置了一定量的开放性讨论与思考题,配套数字课程网站同时提供小结、教学课件、知识拓展、应用案例和自测题等资源供读者进一步学习。本书可供高等学校生物工程、生物技术、制药工程、轻工食品、化学化工、药学及中药学等专业本科生和研究生使用,也适合从事相关领域基础与应用研究的院校、研究单位和企业作为参考。
大自然赐予的天然产物一直滋养着人类,它们不仅是人类生存的基础,也为人类改善生活、增强体质、防病治病、延年益寿等提供了源源不断的资源。人类在开发利用这些天然产物资源的过程中,积累了丰富的经验。天然产物之所以能够发挥其奇妙的作用,其物质基础在于所含的各种各样活性成分。在绿色、环保、可持续发展的开发思路指导下,利用科学、高效的手段和设备对这些活性成分进行规模化的制备和利用,无疑具有极大的经济效益和社会意义。当人类步入21世纪之后,世界高新科技发展突飞猛进,极大地推动了相关技术水平和产业的发展,天然产物已和人类生活密不可分。
天然产物技术是高等学校生物工程、生物技术、制药工程、轻工食品、化学化工、药学及中药学等专业高年级本科生和研究生应该学习的一门重要课程,尤其对于具有工科专业背景的学生。现已出版的有关天然产物或天然药物化学的教材较少从应用、开发及工业化的角度讨论相关问题。为此,作者结合自己多年教学及科研的经验与成果,在调研、分析各类文献的基础上编写了本教材,力求体现教材的系统性、全面性、实用性和先进性等特点;旨在让相关专业学生通过教材和相关课程的学习,了解天然产物工业化现状、法规政策、开发途径和思路以及相关技术设备,初步掌握不同类别天然活性成分的结构、性质和提取分离的工艺学特征,并初步能够依据天然活性物质的类型、来源、物性和工艺学特征,设计基本的工艺流程,把握其中关键工艺参数。
本教材共分为四大部分,即概论篇(第1、2章),活性成分性质、提取及分离技术篇(第3~6章),活性成分衍生化篇(第7、8章)与生产工艺设计篇(第9章)。第1章主要介绍天然产物的基本概况、产业起源与国内外现状、开发途径以及发展趋势与展望;第2章介绍天然产物提取、分离和纯化所需的主要技术和工艺设备之间的联系、比较与选择,介绍高新技术的应用以及天然产物制备过程的高效集成化;第3章和第4章是本书的重要章节,分别介绍了植物活性成分、动物活性成分的提取、分离及纯化的工艺过程;第5章和第6章是在前面动、植物活性成分提取分离基础上,进一步介绍对正获得重视的海洋及具有特色的真菌生物活性成分的结构、理化性质、生物活性以及工艺学特性;第7章和第8章介绍了动、植物等来源的活性成分经过化学和生物途径,到达活性改变或功能变化的内容,拓展天然产物制备的范畴;第9章进一步将天然药物产物技术及工艺延伸到天然产物制造的工程及产业范畴。
1 绪论
1.1 天然产物技术概述
1.1.1 天然产物的起源及发展
1.1.2 天然产物分类及特点
1.1.3 天然产物制备技术与工程
1.2 天然产物产业兴起与国内外现状
1.2.1 天然产物产业的发展历史
1.2.2 天然产物产业及市场的国内外现状
1.3 天然产物的工业开发
1.3.1 天然产物生产工艺的开发
1.3.2 天然产物的中试研究及单元操作
1.4 天然产物工业中的绿色开发、综合利用与可持续发展
1.4.1 天然产物绿色开发的原则与途经
1.4.2 天然产物的综合利用与可持续发展
1.5 天然产物技术的发展趋势和展望
1.5.1 研究方法和手段向高新方向发展
1.5.2 偏重资源开发的实用化
1.5.3 基于生物技术的天然产物技术研究
2 常用天然产物制备技术、工艺与设备
2.1 概述
2.1.1 天然产物的制备技术、工艺以及工程的基本概念
2.1.2 天然产物提取的一般工艺过程
2.2 原料预处理技术、工艺与设备
2.2.1 原料的基本形态及特点
2.2.2 原料的净制及切制
2.2.3 原料的粉碎
2.2.4 原料的干燥及保存
2.3 常用天然产物提取技术、工艺与设备
2.3.1 浸渍
2.3.2 回流
2.3.3 渗漉
2.3.4 升华
2.3.5 超临界流体萃取
2.3.6 新型辅助提取技术
2.4 天然产物分离技术、工艺与设备
2.4.1 絮凝与沉淀法
2.4.2 液液萃取法
2.4.3 结晶法
2.4.4 膜分离
2.4.5 大孔吸附树脂分离纯化
2.4.6 色谱技术的类型及特点
2.4.7 制备色谱技术
2.4.8 分子蒸馏
2.5 生物技术、工艺与设备
2.5.1 微生物发酵
2.5.2 植物细胞培养
2.5.3 酶工程
2.6 天然产物制备的浓缩及干燥
2.6.1 蒸发浓缩
2.6.2 产品的干燥
3 植物活性成分及其制备
3.1 概述
3.1.1 植物活性成分常见结构类型
3.1.2 植物活性成分开发现状
3.2 植物活性成分的结构及理化性质
3.2.1 碱性成分与酸性成分
3.2.2 亲水性成分与亲脂性成分
3.3 活性简介
3.3.1 抗癌活性
3.3.2 抗血栓
3.3.3 抗氧化活性
3.3.4 抗炎活性
3.3.5 抗心律失常
3.3.6 神经系统活性
3.3.7 抗病毒活性
3.3.8 毒性
3.4 制备技术及工艺实例
3.4.1 酸性成分
3.4.2 碱性成分
3.4.3 亲水性成分
3.4.4 亲脂性成分
4 动物活性成分及其制备
4.1 概述
4.2 动物活性成分的分类
4.2.1 氨基酸、多肽、蛋白质与酶类
4.2.2 生物碱类
4.2.3 多糖类
4.2.4 脂质
4.2.5 萜类
4.2.6 甾体类
4.2.7 酚、酮、酸类
4.3 动物活性成分的提取分离原则
4.3.1 小分子活性成分的提取与分离
4.3.2 大分子活性成分的提取与分离
4.4 动物活性成分的制备工艺
4.4.1 超氧化物歧化酶的制备
4.4.2 溶茵酶的制备
4.4.3 蚓激酶的制备
4.4.4 胸腺肽的制备
4.4.5 肝素的制备
4.4.6 透明质酸的制备
4.4.7 胆红素的提取
4.4.8 斑蝥素的制备
4.4.9 胆汁酸的制备
4.4.10 牛磺酸的制备
4.4.11 蜂毒肽的制备
4.4.12 水蛭素的制备
5 菌物活性成分性质、提取及分离
5.1 概述
5.1.1 菌物及其分类
5.1.2 菌物的重要性
5.1.3 菌物生物资源的开发与利用
5.2 菌物活性成分
5.2.1 高等真菌的活性成分
5.2.2 虫生真菌的活性成分
5.2.3 植物内生真菌的活性成分
5.3 菌物活性成分的获取来源
5.3.1 野生或人工栽培子实体和菌核
5.3.2 固体发酵培养菌质
5.3.3 液体发酵培养菌丝体及发酵液
5.4 菌物活性成分的提取与分离
5.4.1 多糖的提取与分离
5.4.2 氨基酸、多肽和蛋白质的提取与分离
5.4.3 萜类化合物的提取与分离
5.4.4 生物碱类成分的提取与分离
5.4.5 甾醇类化合物的提取与分离
5.4.6 色素类化合物的提取与分离
5.4.7 真菌中的其他类型化合物
5.4.8 高等真菌次生代谢产物的工业化分离提取工艺
6 海洋药物活性成分性质、提取及分离
6.1 概述
6.1.1 海洋药用生物资源
6.1.2 海洋药物活性成分的结构分类及特点
6.1.3 海洋药物活性成分的生物活性和利用价值
6.1.4 海洋药物活性成分开发的历史和现状
6.1.5 展望
6.2 海洋药物活性成分开发技术
6.2.1 海洋药用资源的采集和预处理
6.2.2 海洋生物活性物质的提取、分离、纯化技术
6.2.3 海洋药物及保健品的制剂技术
6.2.4 海洋生物样品的活性筛选技术
6.2.5 海洋生物资源综合利用
6.3 海洋动物活性成分性质、提取和分离
6.3.1 海参类
6.3.2 珊瑚类
6.3.3 贝类
6.3.4 鱼类
6.3.5 甲壳动物类
6.4 海洋植物活性成分性质、提取和分离
6.4.1 底栖藻类
6.4.2 浮游藻类
6.5 海洋微生物活性成分提取和分离
7 天然活性成分半合成与衍生化
7.1 概述
7.2 天然活性成分半合成及结构改造的目的
7.3 常见的衍生化反应
7.3.1 水解反应
7.3.2 氧化还原反应
7.3.3 糖基化(成苷)反应
7.3.4 酯化(酰化)反应
7.3.5 卤代反应
7.3.6 缩合反应
7.3.7 醚化反应
7.3.8 重排反应
7.4 常见类型天然活性成分的半合成与衍生化
7.4.1 含氮化合物
7.4.2 萜类化合物
7.4.3 木脂素类
7.4.4 香豆素
7.4.5 醌类化合物
7.4.6 黄酮及色原酮类化合物
7.4.7 甾体类化合物
8 天然活性成分生物转化及合成
8.1 概述
8.1.1 基本概念
8.1.2 生物合成基本要素
8.1.3 基本调控机制
8.1.4 天然活性成分的生物合成代谢途径
8.2 生物技术途径获得天然活性成分的来源
8.2.1 微生物发酵
8.2.2 植物细胞培养
8.2.3 异源生物转化
9 天然产物制备工程及其设计
9.1 天然产物制备工程
9.1.1 天然产物制备工程的内容及作用
9.1.2 天然产物生产的质量管理与控制
9.1.3 天然产物生产的自动化控制
9.2 天然产物制备工程设计概述
9.3 设计内容、阶段与规划
9.3.1 天然产物制备工程设计的主要内容
9.3.2 天然产物制备工程设计的过程点阶段
9.4 工艺与设备设计
9.4.1 工艺流程设计
9.4.2 工艺设备设计
9.4.3 车间布置设计
9.4.4 管道设计
9.4.5 安全与防护设计
9.5 洁净厂房设计
9.5.1 洁净厂房的环境控制
9.5.2 洁净厂房对设施的要求
9.5.3 洁净厂房的节能设计
9.6 非工艺设计
9.6.1 土建设计
9.6.2 给排水设计
9.6.3 采暖通风设计
9.7 CMP设计审核
9.7.1 GMP设计审核的作用及流程
9.7.2 GMP设计审核
9.8 天然产物生产工厂的设计示例
9.8.1 设计依据
9.8.2 生产工艺的设计
9.8.3 总平面设计与车间平面设计
9.8.4 技术经济分析