制藥工程是以藥學、化學、生物技術、工程學等相關學科綜合所形成的一門新興交叉學科,其作為一個相對獨立的新興學科,具有自己廣闊的研究領域。本次制藥工程專業(yè)規(guī)劃教材的編寫修訂工作將在總結上一輪教材編寫經(jīng)驗的基礎上,積極吸取近年來制藥工程專業(yè)發(fā)展所取得的成果,進一步完善制藥工程專業(yè)教材體系和教材內(nèi)容。以期能夠面向行業(yè)發(fā)展、社會發(fā)展,以及用人單位的需要,以提高所培養(yǎng)的制藥工程師的勝任力為核心。在保證基本知識、基本理論足夠、適用的前提下,重視現(xiàn)代科學技術、方法論的融入,秉承精化基礎理論、優(yōu)化專業(yè)知識、強化實踐能力、深化素質教育、突出專業(yè)特色的原則來構建合理的教材體系,服務新工科建設,融合體現(xiàn)新醫(yī)科。
隨著社會的發(fā)展, 人們的生活水平不斷提高,對健康的重視程度也越來越高,而人民的健康離不開高科技的制藥工業(yè)。近年來,制藥工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)持續(xù)蓬勃發(fā)展。制藥分離工程是制藥工業(yè)的重要部分,其主要任務是研究藥物的提取、分離與純化理論和技術,是制藥工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關鍵環(huán)節(jié),是各種新醫(yī)藥產(chǎn)品實現(xiàn)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。鑒于藥物的純度和雜質含量與其藥效、毒副作用、價格等息息相關,制藥分離工程在制藥工業(yè)中具有重要的作用與地位。本書根據(jù)全國高等學校制藥工程專業(yè)國家衛(wèi)生健康委員會十四五規(guī)劃教材編寫原則與要求,系統(tǒng)介紹了目前制藥工程領域常見的或具有產(chǎn)業(yè)化前景的制藥工程中的制藥分離理論和技術。旨在引導學生通過本課程的學習,熟悉各種制藥分離技術的基本原理、基本方法,了解其主要特點、應用范圍,掌握制藥過程中的分離技術設計思路及工藝開發(fā)能力,為培養(yǎng)高級制藥工程專業(yè)人才奠定基礎。本書主要供全國高等學校四年制制藥工程及相關專業(yè)作為教材使用,也可供醫(yī)藥科研單位與藥品、生產(chǎn)開發(fā)單位的技術人員作為科研參考書使用。
本書在汲取生物分離、化工分離、中藥分離等相關教材的優(yōu)點和與制藥工業(yè)分離純化密切相關的其他內(nèi)容基礎上,博采多校專業(yè)教師的教學經(jīng)驗和科研成果,以案例形式編寫而成,本書具有如下基本特點。
1.本書分為預處理、一般分離純化、高度純化以及進一步的成品加工、清潔生產(chǎn)等五大部分,內(nèi)容上更為完整和系統(tǒng)化。
2.在各章開頭均簡要給出課程目標和教學重點,有利于指導學習者有的放矢地學習;各章后面附有相關的學習思考題和練習題,有利于學習者檢驗學習效果。此外,為拓展學生視野,各章還特別提供了一系列內(nèi)容豐富、形式多樣的拓展閱讀材料,可為有興趣、有潛力的學生開展大學生科技創(chuàng)新活動提供參考。
3.在原有教材基礎上,憑借行業(yè)專家的豐富實踐經(jīng)驗,以及編者多年從事制藥分離工程教學和科研工作的經(jīng)驗,引入了一些具有化學制藥、生物制藥及中藥制藥典型特點的應用案例,以案例為導引展開原理、工藝技術、設備、安全、環(huán)保與經(jīng)濟等方面的討論式、啟發(fā)式教學內(nèi)容,更有利于學生理解與掌握有關的分離純化原理和方法。希望通過案例形式,不僅能夠滿足傳授基本原理的需要,而且能讓學生真切地接觸到實際工業(yè)流程,使教材具有更強的實踐性,更能接近工業(yè)實際,加強制藥工程專業(yè)學生所必須具備的全局觀念與整體意識。
4.在編寫教材時注重將一些難理解的知識點制作成動畫,使理論知識更形象化,便于學生理解和掌握;錄制了一些關于藥品分離純化過程和技術的微視頻,將企業(yè)搬進課堂,學生6 前言可通過視覺和實踐學習,對接崗位實際,同時有針對性地進行提問,有利于提高學生學習的興趣。
5.各章后面增加了目標測試內(nèi)容,既便于教師隨堂測試,又能夠輔助學生作課前預習、課后復習。
本書共分為15 章,具體分工是:第一章由李華、傅收編寫,第二章由孟繁欽、傅收編寫,第三章由劉永海、傅收編寫,第四章由李華、張景亞、傅收編寫,第五章由李華、石曉華、傅收編寫,第六章由朵芳芳、谷志勇編寫,第七章由于巍、谷志勇編寫,第八章由曲桂武、谷志勇編寫,第九章由張景亞、谷志勇編寫,第十章由于巍、谷志勇編寫,第十一章由余河水、陳萬仁編寫,第十二章由劉建文、李華、陳萬仁編寫,第十三章由李華、石曉華、陳萬仁編寫,第十四章由向皞月、陳萬仁編寫,第十五章由向皞月、陳萬仁編寫。李華對全書內(nèi)容進行了構思和設計,并進行了統(tǒng)稿和審核,李華、石曉華對全書進行了校對。傅收、谷志勇、陳萬仁作為行業(yè)專家,對本書的案例編寫提出了積極的建議和寶貴意見。
本教材在編寫過程中,得到了人民衛(wèi)生出版社、編者所在學校各級領導的大力支持和校內(nèi)外許多專家的幫助,在此深表謝意。同時對本書撰寫中所引用資料的作者一并致以深切的敬意和謝意。
由于水平有限、經(jīng)驗不足,收集的資料有限,同時由于制藥分離技術發(fā)展迅猛,書中難免有錯漏之處,謹請專家和讀者給予批評指正,以便今后修改、完善。
李 華
2023 年5 月于鄭州大學
李華,女, 1967年生,鄭州大學工學博士,教授,碩士生導師,河南省教育廳學術技術帶頭人。從1991年任教以來,主要從事制藥工程專業(yè)本科生和研究生的教學和科研工作,主講課程為《制藥分離工程》、《生物化學》、《藥品生產(chǎn)質量管理工程》、《制藥工程導論》。講課過程中,堅持與時俱進,培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識,主要研究方向為精細化工、醫(yī)藥中間體的合成、天然產(chǎn)物的分離純化。
第一章 緒論 1
一、 制藥分離工程的作用 /1
二、 制藥分離純化過程的特點 /2
三、 制藥分離原理與分類 /3
四、 發(fā)展趨勢 /5
第二章 原料的預處理與固液分離 9
第一節(jié) 原料的預處理 /9
一、 中藥與天然藥物原料的預處理 /9
二、 化學原料藥的預處理 / 14
三、 原料藥的干燥 / 14
四、 原料藥的保存及滅菌 / 16
第二節(jié) 細胞破碎 / 17
一、 細胞破碎方法 / 17
二、 細胞破碎評價及其方法選擇 / 20
第三節(jié) 固液分離 / 21
一、 物料的性質 / 21
二、 過濾 / 23
三、 重力沉降分離 / 31
四、 離心分離 / 33
五、 固液分離進展 / 37
第四節(jié) 案例分析 / 38
案例2-1 藻藍蛋白的提取分離 / 38
第三章 沉淀分離 41
第一節(jié) 鹽析法 / 41
一、 兩性電解質表面特性 / 41
二、 鹽析原理 / 42
三、 影響鹽析的因素 / 43
四、 鹽析操作 / 46
五、 案例分析 / 47
案例3-1 藻藍蛋白的分離純化 / 47
第二節(jié) 有機溶劑沉淀法 / 49
一、 原理 / 49
二、 影響因素 / 50
三、 溶劑的選擇 / 51
四、 案例分析 / 51
案例3-2 中藥和絡舒肝片的醇沉法脫雜和提取 / 51
第三節(jié) 等電點沉淀法 / 53
一、 原理 / 53
二、 影響因素 / 53
三、 案例分析 / 54
案例3-3 木棉花超氧化物歧化酶的分離純化 / 54
第四節(jié) 高聚物沉淀法 / 55
一、 原理 / 55
二、 高聚物種類 / 56
三、 聚合物沉淀影響因素 / 57
四、 案例分析 / 57
案例3-4 蒲公英水提液的純化 / 57
第五節(jié) 其他沉淀方法 / 58
一、 成鹽沉淀 / 58
二、 選擇變性沉淀 / 59
三、 案例分析 / 60
案例3-5 蜂蜜蛋白的提取 / 60
第四章 萃取技術 63
第一節(jié) 固液萃取 / 63
一、 固液萃取的基本概念 / 63
二、 固液提取的原理與影響因素 / 64
三、 固液萃取的提取方法 / 70
四、 固液強化提取技術 / 74
第二節(jié) 液液萃取 / 80
一、 液液萃取的基本概念及原理 / 80
二、 液液萃取相平衡 / 81
三、 液液萃取過程及理論計算 / 81
四、 案例分析 / 86
案例4-1 青霉素的提取 / 86
第五章 反膠束萃取與雙水相萃取技術 91
第一節(jié) 反膠束萃取 / 91
一、 反膠束萃取概述 / 91
二、 反膠束的形成及其基本性質 / 92
三、 反膠束萃取蛋白質的基本原理 / 93
四、 反膠束萃取技術的應用 / 96
五、 案例分析 / 97
案例5-1 蛋白質混合物的分離 / 97
第二節(jié) 雙水相萃取 / 99
一、 雙水相萃取概述 / 99
二、 雙水相萃取的原理 /100
三、 影響雙水相萃取的因素 /102
四、 雙水相萃取技術的應用 /104
五、 案例分析 /105
案例5-2 胞內(nèi)酶提取 /105
六、 雙水相萃取技術的發(fā)展 /107
第六章 超臨界流體萃取技術 110
第一節(jié) 概述 /110
一、 超臨界流體的性質 /111
二、 超臨界流體萃取的特點 /112
三、 常用萃取劑 /113
四、 超臨界萃取工藝類型 /121
五、 萃取夾帶劑 /125
第二節(jié) 超臨界流體萃取技術的應用實例 /126
一、 超臨界流體萃取技術在醫(yī)藥工業(yè)方面的應用及實例 /126
二、 超臨界流體萃取技術在食品工業(yè)方面的應用 /129
三、 超臨界流體萃取技術在環(huán)境工程方面的應用 /132
四、 超臨界流體萃取技術的局限性與發(fā)展前景 /133
五、 案例分析 /134
案例6-1 超臨界CO2 流體萃取青蒿素的生產(chǎn)工藝 /134
第七章 水蒸氣蒸餾及分子蒸餾技術 139
第一節(jié) 水蒸氣蒸餾 /139
一、 水蒸氣蒸餾的原理 /139
二、 水蒸氣用量的計算 /141
三、 水蒸氣蒸餾的應用 /143
第二節(jié) 分子蒸餾 /144
一、 分子蒸餾的基本原理和特點 /144
二、 分子蒸餾的流程與設備 /147
三、 分子蒸餾的應用 /148
第三節(jié) 案例分析 /150
案例7-1 艾草精油水蒸氣蒸餾提取工藝 /150
案例7-2 香茅油提取工藝 /152
案例7-3 羅漢果苷Ⅴ的提取 /153
第八章 膜分離技術 157
第一節(jié) 概述 /157
一、 膜分離技術的發(fā)展史 /157
二、 常見分離膜的類型 /158
三、 膜分離過程及其特性 /159
四、 分離膜的材料 /159
五、 分離膜的性能表征 /163
六、 常見膜組件類型 /164
七、 膜的污染與清洗 /167
第二節(jié) 制藥工程常用膜分離技術 /170
一、 微濾技術 /170
案例8-1 鹽酸馬尼地平的精制 /172
二、 超濾技術 /174
案例8-2 離心超濾/ 離子色譜- 三重四極桿質譜法同時測定蔬菜中乙烯利與
2,4- 二氯苯氧乙酸 /175
三、 反滲透技術 /176
案例8-3 制藥工業(yè)中純化水的制備 /178
四、 納濾技術 /181
案例8-4 納濾膜分離在阿奇霉素分離純化中的應用 /183
五、 滲透蒸發(fā)技術 /184
案例8-5 富馬酸喹硫平生產(chǎn)中乙醇脫水 /188
六、 膜蒸餾技術 /190
案例8-6 膜蒸餾技術在高含鹽廢水處理中的應用 /193
七、 電滲析技術 /194
案例8-7 電滲析技術在樹脂脫附液資源化中的應用 /196
第九章 吸附與離子交換技術 200
第一節(jié) 吸附 /200
一、 吸附的基本概念及原理 /200
二、 吸附平衡 /203
三、 吸附分離的操作方式及設備 /206
四、 吸附分離技術的應用 /208
第二節(jié) 離子交換 /209
一、 離子交換的基本概念及原理 /209
二、 離子交換劑 /209
三、 離子交換平衡 /214
四、 離子交換過程傳質動力學 /217
五、 離子交換速度 /217
六、 離子交換的設備與操作方式 /219
七、 離子交換在制藥工業(yè)中的應用 /224
八、 案例分析 /226
案例9-1 大孔吸附樹脂在中藥純化中的應用研究 /226
案例9-2 離子交換法提取鏈霉素 /228