植物天然产物提取工艺学（李辉）

植物天然产物是植物新陈代谢过程中产生的一类结构比较复杂且具有特殊性质和功能的次级代谢产物，包括黄酮类、萜类、皂苷类、生物碱类、色素类及香豆素类等类型的化合物。这些次级代谢产物对植物的直接存活是非必需的，但对植物的生存和繁殖起着极其重要的作用。植物天然产物常被称为植物生物活性化合物，大部分具有多样化结构及很高的生理活性，广泛应用于医药、食品、香料、化妆品和化工等多个领域，与人们的生产生活息息相关，受到了越来越多的关注。

植物天然产物提取工艺学是以各种植物天然产物为研究对象，以有机化学为基础，化学、生物和物理方法为手段，研究植物二次代谢产物的提取、分离、功能和用途的一门科学，是植物资源开发利用的基础。植物天然产物提取工艺学的研究对整个植物化学、林产化工和有机化学的发展起着重要的推动作用，同时也为生物化学、药物化学、植物化学及有机合成提供日益深化的研究内容。

随着科学的发展，新技术的研究和应用促进了许多现代分离方法的出现，各种色谱分离方法先后应用于植物天然产物的提取分离研究，从常规的柱色谱发展到应用低压的快速色谱、逆流液-液分配色谱、高效液相色谱、离子色谱、色谱-质谱联用分离等，应用的载体有氧化铝，正相反相色谱用的各种硅胶，分离大分子的各种凝胶，分离水溶性成分的各种离子交换树脂、大孔吸附树脂等，以及各种膜分离技术、超临界流体萃取技术、分子印迹固相萃取技术等，这些分离和提取技术可以分离含量极微的成分，也可提取高含量组分。现代植物天然产物产品很多，发展潜力巨大，是方兴未艾的高技术行业。

生物体中生理活性物质的研究和深加工利用具有重要的社会经济价值。植物天然产物提取工艺学就是运用化学工程原理和方法对植物中的化学物质进行提取和分离纯化以达到合理利用的目的。本书在查阅大量文献资料的基础上，结合生产实践系统阐述了植物天然产物提取分离方法的原理、特点及应用，以及各类天然产物的提取分离工艺特性。

全书由李辉、李佑稷和蒋剑波主编，其中李辉编写了第2～6、10 章，并参与全书的修改和校核；李佑稷编写了第1、11～15 章，并对全书进行校核；蒋剑波编写了第7～9 章。另外，本书编写过程中，徐东翔教授和张永康教授对各章节内容的筛选和编排作了大量的指导工作，并参与了第2、3 章内容的编写和校核；麻成金教授和陈丽华教授提供了大量应用实例，并参与了部分结构式及图表的绘制；陈功锡教授参与了植物天然产物的界定、分类与理化性质等内容的编写和校核。在此对他们的付出和贡献表示由衷的感谢和敬意。

编写过程中，尽管笔者做出了各种努力，但由于水平有限，疏漏之处在所难免，恳请广大读者和同行专家提出宝贵意见。

编 者

二零二二年四月

《植物天然产物提取工艺学》基于笔者团队多年来在植物成分研究领域的成果积累并参考国内外有关文献资料汇集而成，介绍了植物天然产物的分子结构、理化性质、应用价值、纯度检测、分离提取方法及工艺等相关应用基础知识，较系统地阐述了天然产物提取常用的传统方法，如溶剂提取、萃取、微波辅助提取、超声波辅助提取、过滤、蒸发浓缩、沉淀、结晶、干燥等方法原理及技术。对新型分离技术如超临界流体萃取、树脂吸附、膜分离、分子蒸馏、色谱分离、双水相萃取、反胶束萃取、分子印迹固相萃取、液膜分离等技术的原理、特点及在实际生产中的应用也给予了适当描述。较详细地论述了糖类、蛋白质、氨基酸、脂类、香精香料、生物碱、黄酮类、萜类、色素、皂苷、香豆素类等植物天然生物活性产物的结构、分类、理化性质、提取分离工艺特性及提取实例。本书可作为高等学校医药、食品、生物、化学、化工及相关专业教材或参考书，亦可供医药、食品、化工、农业等领域天然产物研发人员、生产技术人员、管理人员参考。

《植物天然产物提取工艺学》基于笔者团队多年来在植物成分研究领域的成果积累并参考国内外有关文献资料汇集而成，介绍了植物天然产物的分子结构、理化性质、应用价值、纯度检测、分离提取方法及工艺等相关应用基础知识，较系统地阐述了天然产物提取常用的传统方法，如溶剂提取、萃取、微波辅助提取、超声波辅助提取、过滤、蒸发浓缩、沉淀、结晶、干燥等方法原理及技术。对新型分离技术如超临界流体萃取、树脂吸附、膜分离、分子蒸馏、色谱分离、双水相萃取、反胶束萃取、分子印迹固相萃取、液膜分离等技术的原理、特点及在实际生产中的应用也给予了适当描述。较详细地论述了糖类、蛋白质、氨基酸、脂类、香精香料、生物碱、黄酮类、萜类、色素、皂苷、香豆素类等植物天然生物活性产物的结构、分类、理化性质、提取分离工艺特性及提取实例。本书可作为高等学校医药、食品、生物、化学、化工及相关专业教材或参考书，亦可供医药、食品、化工、农业等领域天然产物研发人员、生产技术人员、管理人员参考。

第1章 绪论

1.1 植物天然产物的分类 001

1.2 植物天然产物提取工艺学的定义和特点 001

1.3 植物天然产物开发利用现状 002

1.4 植物天然产物开发利用的意义及建议 003

第2章 植物天然产物的预备试验与鉴定

2.1 预试目的和对样品的初步感官观察与判断 004

2.1.1 预试的目的 004

2.1.2 对样品的初步感官观察与判断 004

2.2 定性鉴别的一般原理 004

2.2.1 显色反应 005

2.2.2 荧光鉴别 006

2.3 预试前对样品的前处理 006

2.4 各类成分的定性鉴定 008

2.4.1 生物碱 008

2.4.2 糖类 009

2.4.3 黄酮 010

2.4.4 鞣质、酚类、有机酸类、醌类化合物 011

2.4.5 香豆素、内酯类化合物 012

2.4.6 强心苷和甾体 012

2.4.7 皂苷 012

第3章 植物天然产物的提取方法及原理

3.1 溶剂提取法 013

3.1.1 基本原理 013

3.1.2 溶剂的选择 014

3.1.3 提取方法 015

3.2 水蒸气蒸馏法 015

3.2.1 基本原理 015

3.2.2 蒸馏装置及适用范围 016

3.3 超临界萃取法 016

3.3.1 超临界萃取概述 016

3.3.2 超临界萃取技术的应用 017

3.4 其他提取方法 019

3.4.1 萃取法 019

3.4.2 超声波提取法 019

3.4.3 微波提取法 019

3.4.4 半仿生提取法 019

3.5 影响提取的因素 020

3.5.1 样品颗粒大小 020

3.5.2 提取时间 020

3.5.3 提取温度 020

3.6 几类杂质的去除 020

3.6.1 鞣质 020

3.6.2 叶绿素 020

3.6.3 油脂、蜡、树脂 021

3.6.4 蛋白质 021

3.6.5 糖及淀粉 021

3.6.6 无机盐 021

第4章 植物天然产物的分离与纯化

4.1 系统溶剂分离法 022

4.1.1 系统溶剂分离法概述 022

4.1.2 两相溶剂萃取法 023

4.1.3 综合处理 026

4.1.4 结晶与重结晶 027

4.2 色谱分离法 029

4.2.1 色谱分离法概述 029

4.2.2 吸附色谱 031

4.2.3 液-液分配色谱 035

4.2.4 离子交换色谱 036

4.2.5 液相凝胶色谱 038

4.2.6 常用色谱分离方式 040

4.3 膜分离技术 043

4.3.1 膜的基本概念 043

4.3.2 膜的分离过程 044

4.3.3 膜分离应用简介 046

4.4 分子印迹固相萃取技术 046

4.4.1 分子印迹固相萃取技术原理 046

4.4.2 分子印迹固相萃取的操作形式 047

4.4.3 制备固相萃取用分子印迹聚合物的一般考虑 049

4.4.4 分子印迹技术在固相萃取中的应用 051

第5章 糖类物质的提取与分离

5.1 糖类的定义及组成 053

5.1.1 单糖和低聚糖 053

5.1.2 多糖 055

5.2 糖类提取工艺特性 057

5.2.1 分级沉淀法 058

5.2.2 活性炭柱色谱法 058

5.2.3 凝胶过滤法 058

5.2.4 离子交换树脂色谱法 059

5.2.5 纤维素和离子交换纤维素色谱法 059

5.2.6 季铵盐沉淀法 060

5.2.7 透析法 061

5.2.8 金属离子沉淀法 061

5.2.9 蛋白质去除法 062

5.3 糖类提取实例：柑橘果皮中果胶提取 062

第6章 含氮化合物的提取与分离

6.1 氨基酸的提取与分离 066

6.1.1 次级代谢中的氨基酸 066

6.1.2 氨基酸的提取分离工艺 068

6.1.3 氨基酸提取实例：棉籽饼粕中苯丙氨酸、酪氨酸、谷氨酸提取 069

6.2 蛋白质的提取与分离 070

6.2.1 蛋白质的结构及开发前景 070

6.2.2 蛋白质提取工艺特性 072

6.2.3 蛋白质提取分离工艺实例：大豆蛋白质的提取分离 075

第7章 脂类物质及其提取与分离

7.1 脂类物质的分类、性质及应用 080

7.1.1 脂类的分类 080

7.1.2 组成油脂的脂肪酸 081

7.1.3 油脂的提取和理化常数测定 082

7.1.4 油脂的利用 083

7.1.5 油脂在植物界的分布 083

7.2 植物油脂的提取与精制工艺 084

7.2.1 植物油脂的提取 084

7.2.2 植物油脂的精制 087

7.3 植物油脂提制实例：年处理10 万吨花生油工艺设计 093

7.3.1 生产方案 093

7.3.2 工艺设计 093

7.3.3 物料衡算及设备选型 095

第8章 香精香料的性质、提取与分离

8.1 香精香料概述 096

8.2 香精香料单体分类 096

8.2.1 属于萜类化合物的香精香料 096

8.2.2 属于酚类化合物的香精香料 098

8.3 挥发油的检测及质量鉴定 099

8.3.1 挥发油的检测 099

8.3.2 精油的质量鉴定 099

8.4 挥发油的提取分离工艺 100

8.4.1 挥发油的提取 100

8.4.2 挥发油的分离 105

8.5 挥发油和单体化合物提取实例：柏木油和柏木油醇提取 108

第9章 生物碱的分类、性质及提取与分离

9.1 生物碱类概述 111

9.2 生物碱的分类 111

9.2.1 根据生物碱的生源分类 111

9.2.2 根据N-杂环的结构来分类 115

9.3 生物碱的理化性质 117

9.3.1 形态 117

9.3.2 颜色 117

9.3.3 旋光性 118

9.3.4 酸碱性 118

9.3.5 溶解性 121

9.3.6 沉淀反应 122

9.3.7 显色反应 124

9.3.8 与碘甲烷反应 124

9.4 生物碱的提取工艺特性 124

9.4.1 总生物碱的提取 124

9.4.2 生物碱的分离 126

9.5 生物碱提取实例：以原小檗碱型为主要成分的总生物碱提取及分离 130

9.5.1 三颗针中生物碱的提取 130

9.5.2 黄连中小檗碱的提取 131

9.5.3 黄柏中盐酸小檗碱的提取 133

第10章 黄酮类化合物的性质、提取与分离

10.1 黄酮类概述 134

10.2 结构与分类 134

10.3 黄酮类物质的理化性质 137

10.3.1 性状 137

10.3.2 溶解性 138

10.3.3 酸碱性 139

10.3.4 显色反应 139

10.4 黄酮类化合物的生理活性及应用 141

10.4.1 医药方面的应用 141

10.4.2 食品工业方面的应用 142

10.5 黄酮类化合物的提取分离工艺特性 143

10.5.1 提取 143

10.5.2 分离 144

10.6 黄酮类物质提取实例：从葛根中提取总黄酮 145

第11章 萜类化合物的性质、提取与分离

11.1 萜类化合物概述 147

11.1.1 单萜 147

11.1.2 双环单萜 148

11.1.3 倍半萜类 149

11.1.4 双环二萜类 149

11.1.5 三环二萜类 150

11.1.6 四环二萜类 150

11.1.7 多萜类——橡胶和杜仲胶 151

11.2 萜类的重要理化性质 151

11.2.1 加成反应 151

11.2.2 氧化反应 152

11.2.3 脱氢反应 153

11.2.4 分子重排 153

11.3 萜类化合物提取分离工艺及实例：甜菊糖苷的提取分离 154

第12章 植物色素的性质、提取与分离

12.1 植物色素概述 158

12.2 植物色素的分类 158

12.2.1 四吡咯衍生物类 158

12.2.2 苯并吡喃衍生物类 159

12.2.3 四萜类及其衍生物 159

12.2.4 甜菜色素类 160

12.2.5 其他类型色素 161

12.3 主要天然色素的性质与检测 162

12.3.1 理化性质 162

12.3.2 天然色素在应用中的特性 164

12.3.3 色素的检测及鉴定 164

12.4 色素的提取与分离工艺学 166

12.4.1 脂溶性色素的提取与分离 166

12.4.2 花青素化合物的提取与分离 167

12.5 色素提取实例 168

12.5.1 栀子黄色素的提取 168

12.5.2 辣椒红色素的提取 169

第13章 皂苷的性质、提取与分离

13.1 概述 171

13.2 皂苷的性质 175

13.3 皂苷提取工艺特性 177

13.3.1 皂苷的浸提工艺特性 177

13.3.2 总皂苷的分离和精制 178

13.4 皂苷提取实例：人参皂苷的提取工艺 180

第14章 香豆素类化合物的性质、提取与分离

14.1 香豆素类化合物的结构 181

14.1.1 简单香豆素类 181

14.1.2 呋喃香豆素类 182

14.1.3 吡喃香豆素类 183

14.1.4 异香豆素类 183

14.1.5 其他香豆素类 184

14.2 香豆素类化合物的性质及鉴定 184

14.2.1 物理性质 184

14.2.2 化学性质 184

14.2.3 香豆素类的鉴定方法 185

14.3 香豆素类化合物的提取工艺特性 186

14.3.1 总香豆素的浸出方法 186

14.3.2 总香豆素的分离方法 186

14.4 香豆素类化合物提取实例 187

14.4.1 中药补骨脂粗提取物的生产 187

14.4.2 秦皮素和七叶内酯苷的提取方法 188

第15章 其他植物天然产物的性质、提取与分离

15.1 木脂素类化合物的提取与分离 189

15.1.1 木脂素类概述 189

15.1.2 木脂素的分类 189

15.1.3 木脂素的理化性质 190

15.1.4 木脂素的生理活性及应用 190

15.1.5 含有木脂素的常用中药 191

15.1.6 木脂素的提取分离工艺 192

15.2 强心苷的提取与分离 192

15.2.1 强心苷的性质 192

15.2.2 强心苷的提取 195

15.2.3 强心苷的工业提取实例：黄花夹竹桃强心苷的提取与分离 196

15.3 有机酸和酚类化合物的提取与分离 197

15.3.1 果实有机酸提取 197

15.3.2 有机酸提取实例：乙酰丙酸提取 199

15.3.3 鞣质的提取 199

15.4 醌类化合物的提取与分离 201

15.4.1 醌类化合物的结构及性质 201

15.4.2 苯醌、菲醌和萘醌类化合物的提取方法 202

15.4.3 蒽醌类衍生物的提取方法 203

15.4.4 醌类提取物生产实例：大黄总蒽醌化合物的提取 203

参考文献

《植物天然产物提取工艺学》基于笔者团队多年来在植物成分研究领域的成果积累并参考国内外有关文献资料汇集而成，介绍了植物天然产物的分子结构、理化性质、应用价值、纯度检测、分离提取方法及工艺等相关应用基础知识，较系统地阐述了天然产物提取常用的传统方法，如溶剂提取、萃取、微波辅助提取、超声波辅助提取、过滤、蒸发浓缩、沉淀、结晶、干燥等方法原理及技术。对新型分离技术如超临界流体萃取、树脂吸附、膜分离、分子蒸馏、色谱分离、双水相萃取、反胶束萃取、分子印迹固相萃取、液膜分离等技术的原理、特点及在实际生产中的应用也给予了适当描述。较详细地论述了糖类、蛋白质、氨基酸、脂类、香精香料、生物碱、黄酮类、萜类、色素、皂苷、香豆素类等植物天然生物活性产物的结构、分类、理化性质、提取分离工艺特性及提取实例。本书可作为高等学校医药、食品、生物、化学、化工及相关专业教材或参考书，亦可供医药、食品、化工、农业等领域天然产物研发人员、生产技术人员、管理人员参考。