第一篇：植物提取物抗氧化成分及研究進(jìn)展

植物提取物抗氧化原理及成分研究

抗氧化是抗氧化自由基的簡(jiǎn)稱(chēng)。因?yàn)槿梭w常與外界接觸，平時(shí)的呼吸、外界污染、放射線照射等因素會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)產(chǎn)生自由基，過(guò)量的自由基會(huì)導(dǎo)致人體癌癥、衰老和其它疾病，而抗氧化自由基（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“抗氧化”）可以有效克服這些危害。因此，抗氧化已成為保健品和化妝品市場(chǎng)的主要研究課題之一。

本文從多種類(lèi)植物提取物抗氧化成分及其原理出發(fā)，闡述了各界近年來(lái)利用植物對(duì)抗自由基的研究進(jìn)展。

一、植物提取物抗氧化原理

不同的植物提取的有效成分不盡相同，同樣，抗氧化作用的植物提取物也有很多不同成分，其作用機(jī)理也有所區(qū)別，西安源森生物從以下幾方面進(jìn)行了總結(jié)闡述：

（一）作用于與自由基有關(guān)的酶

與自由基有關(guān)的酶類(lèi)分為氧化酶與抗氧化酶兩類(lèi)，植物提取物的抗氧化作用體現(xiàn)在抑制相關(guān)氧化酶的活性和增強(qiáng)抗氧化酶活性?xún)煞矫妗?.抑制氧化酶的活性

生物體內(nèi)許多氧化酶，如P-450 酶、黃嘌呤氧化酶(XOD)、脂氧化酶、髓過(guò)氧化酶(MPO)和環(huán)氧酶等，與自由基的生成有關(guān)，能誘發(fā)大量的自由基。

另外，誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(iNOS)在缺血再灌注時(shí)活性增加，產(chǎn)生大量NO而導(dǎo)致氧化損傷。

研究表明，許多植物提取物對(duì)上述各種氧化酶有抑制作用，從源頭抑制自由基生成。黃酮類(lèi)化合物中的槲皮素、姜黃素在缺血再灌注損傷時(shí)可抑制 iNOS 的活性，從而起到抗氧化作用；絞股藍(lán)皂苷可以降低異常增高的XOD 和MPO 的活性，改善糖尿病大鼠腎臟的氧化應(yīng)激，延緩腎臟損害的進(jìn)展。2.增強(qiáng)抗氧化酶活性

機(jī)體存在具有防護(hù)、清除和修復(fù)過(guò)量自由基傷害的抗氧化酶類(lèi)，如過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶等。SOD 是體內(nèi)超氧陰離子的主要清除者，將其催化分解為H2O2，但H2O2也具有氧化損傷作用，CAT 將其轉(zhuǎn)化為O2和 H2O。同時(shí) H2O2也可通過(guò) GSH-Px 的催化和還原型谷胱甘肽(GSH)反應(yīng)生成H2O，同時(shí)生成氧化型谷胱甘肽。

許多研究表明，植物提取抗氧化成分不僅能防護(hù)體內(nèi)抗氧化酶，還能增強(qiáng)機(jī)體內(nèi)抗氧化酶活性，如黃酮類(lèi)中的槲皮素能減少胰島β細(xì)胞的氧化損傷，同時(shí)還能恢復(fù)Fe2+致腎細(xì)胞損傷動(dòng)物的SOD、GSH-Px 和CAT 的活力；皂苷類(lèi)物質(zhì)對(duì)氧自由基本身影響較少，但大多能提高體內(nèi) SOD、CAT 等抗氧化酶的活性，從而增強(qiáng)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)功能。

此外，一些天然物質(zhì)可在基因與轉(zhuǎn)錄水平上誘導(dǎo)體內(nèi)抗氧化酶如 SOD 的表達(dá)，發(fā)揮其抗氧化作用。

（二）抗氧化成分之間互補(bǔ)和協(xié)同作用

植物提取物抗氧化成分之間存在相互補(bǔ)充、相互協(xié)調(diào)的關(guān)系，在體內(nèi)通過(guò)電子和 / 或質(zhì)子轉(zhuǎn)移、作用于氧化酶和抗氧化酶、螯合鈍化過(guò)渡金屬離子、影響基因表達(dá)等途徑聯(lián)合發(fā)揮抗氧化作用。

研究發(fā)現(xiàn)不同濃度的茶多酚和西洋參之間均存在明顯的協(xié)同增效作用，并且隨著濃度上升，協(xié)同增效作用也相應(yīng)增強(qiáng)。VE 和VC對(duì)鷹嘴豆抗氧化多肽的還原能力有顯著的增效作用，且VC與鷹嘴豆抗氧化多肽的協(xié)同作用較VE更強(qiáng)，所有的協(xié)同作用隨添加量和作用時(shí)間的增加而增強(qiáng)。

（三）直接清除或抑制自由基

植物提取物能夠作為氫質(zhì)子或電子的供給體，直接猝滅或抑制自由基，終止自由基的連鎖反應(yīng)，發(fā)揮抗氧化功能。1.提供質(zhì)子

大部分抗氧化成分都是氧自由基清除劑，如多酚類(lèi)物質(zhì)、甾醇、VE等，原因之一是其本身可以釋放出體積小、親合性很強(qiáng)的氫質(zhì)子，捕捉高勢(shì)能的極活潑的自由基使之轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚曰蜉^為穩(wěn)定的化合物，同時(shí)自身轉(zhuǎn)變成較氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)生成的自由基更穩(wěn)定的物質(zhì)，從而中斷或延滯鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。2.提供電子

植物提取物發(fā)揮抗氧化作用的另一個(gè)原因是通過(guò)電子轉(zhuǎn)移直接給出電子而清除自由基，如多酚類(lèi)、植物多糖、維生素等。β-胡蘿卜素有很好的抗氧化性能，能通過(guò)提供電子抑制活性氧的生成達(dá)到清除自由基的目的；而VC是通過(guò)逐級(jí)供給電子而轉(zhuǎn)變成半脫氫抗壞血酸和脫氫抗壞血酸以實(shí)現(xiàn)清除活性氧自由基的目的。

（四）螯合鈍化過(guò)渡金屬離子

過(guò)渡金屬離子(如 Fe2+、Cu2+等)在氧自由基產(chǎn)生過(guò)程中是必需的，如 F e2 +既能介導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化，也是?OH 等自由基產(chǎn)生的催化劑。

植物提取物中的黃酮類(lèi)化合物具有4-酮基，5-羥基的分子結(jié)構(gòu)，且B 環(huán)3′和4 ′位的連位羥基含有孤對(duì)電子，因而能螯合金屬離子。能通過(guò)配位電子螯合鈍化促氧化金屬離子的抗氧化成分還有單寧、多糖、活性肽、植酸、檸檬酸等。

二、植物提取物抗氧化成分研究

植物提取物的抗氧化活性成分主要有生物堿類(lèi)、皂苷類(lèi)、維生素類(lèi)、多酚類(lèi)、多肽類(lèi)和多糖類(lèi)等，這些成分大多從谷物、中草藥、蔬菜、水果、植物飲品和香辛料提取而來(lái)。西安源森生物就以上幾類(lèi)物質(zhì)的抗氧化性進(jìn)行說(shuō)明：

（一）生物堿類(lèi)

生物堿(alkaloids)是一類(lèi)大多具有復(fù)雜含氮環(huán)狀結(jié)構(gòu)、顯著生理活性的有機(jī)化合物，絕大多數(shù)分布在高等植物中，尤其是雙子葉植物，如毛茛科、罌粟科、茄科、蕓香科、豆科等。影響生物堿抗氧化活性的結(jié)構(gòu)因素主要是立體結(jié)構(gòu)和電性，雜環(huán)中氮原子越“裸露”在外，越有利于充分地接近活性氧并與之反應(yīng)，抗氧化效果就越好；供電子基團(tuán)或者能使氮原子富有電子的結(jié)構(gòu)因素也可增加其抗氧化活性。

具有抗氧化作用的生物堿類(lèi)有馬錢(qián)子堿、苦豆堿、四氫小檗堿、去甲烏藥堿、木蘭堿、川芎嗪、小檗堿、海罌粟堿、藥根堿、番荔枝堿等。

（二）皂苷類(lèi)

皂苷(saponins)是中草藥中一類(lèi)重要的活性物質(zhì)，根據(jù)苷元的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同分為甾體皂苷和三萜皂苷兩類(lèi)，前者多存在于百合科和薯蕷科植物中；后者多存在于五加科和傘形科等植物中。

近年研究表明，大多數(shù)皂苷具有明顯的抗氧化作用，包括：五加科皂苷(包括人參、西洋參、刺五加)、豆科(包括黃芪、大豆、甘草)等。絞股藍(lán)、紅景天、燈盞花、七葉、柴胡、苦瓜、虎杖、羅漢果、油茶等所含的總皂苷成分也具較強(qiáng)的抗氧化活性。西安源森生物公司給i以五加科皂苷、豆科皂苷和紅景天、虎杖、苦瓜提取的總皂苷成為作為抗氧化類(lèi)主打產(chǎn)品。

（三）維生素類(lèi)

維生素(vitamins)既是不可少的食品營(yíng)養(yǎng)素，也是人體最重要的抗氧化物質(zhì)。植物中的抗氧化維生素主要有VE、VC 和胡蘿卜素，但它們?cè)谔囟ㄇ闆r下也可成為促氧化劑。1.V E VE 是各種生育酚的統(tǒng)稱(chēng)，其中α-生育酚生物活性最大，若以它為基準(zhǔn)，β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚的生理活性分別為 40%、8% 和 20%，其余活性極其微弱。在大多數(shù)情況下，VE 的抗氧化作用是與脂氧自由基或脂過(guò)氧自由基反應(yīng)，向它們提供氫離子，使脂質(zhì)過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷，是最重要的脂溶性斷鏈型抗氧化劑。2.VC VC 又稱(chēng)抗壞血酸，是含有 6 個(gè)碳原子的α-酮基內(nèi)酯的酸性多羥化合物。具有可解離出氫離子的烯醇式羥基，是最重要的水溶性捕捉型抗氧化物，能通過(guò)逐級(jí)供給電子而實(shí)現(xiàn)清除活性氧自由基；還能保護(hù) VE 和促進(jìn) VE 的再生。3.類(lèi)胡蘿卜素

類(lèi)胡蘿卜素共有600余種，均為具有11 個(gè)雙鍵的類(lèi)異戊二烯結(jié)構(gòu)，β-胡蘿卜素是典型代表。研究發(fā)現(xiàn)有顯著抗氧化性的還有葉黃素、玉米黃質(zhì)、番茄紅素和蝦青素等。

β-胡蘿卜素是VA 的前體，由4 個(gè)異戊二烯雙鍵首尾相連而成，分子兩端各有一個(gè)β-紫蘿酮環(huán)，主要有全反式、9-順式、l3-順式及 l5-順式 4 種形式。有很好的抗氧化性能，能通過(guò)提供電子抑制活性氧的生成達(dá)到清除自由基的目的。

葉黃素共有 8 種異構(gòu)體，主要存在于甘藍(lán)、菠菜等深綠色蔬菜及金盞花、萬(wàn)壽菊等花卉中。玉米黃質(zhì)主要存在于枸杞子、玉米、菠菜和亞洲柿子等食物中。葉黃素和玉米黃質(zhì)總是伴生存在，作用也十分近似，主要表現(xiàn)在抗氧化方面，能減少氧化脅迫對(duì)眼睛的傷害，即對(duì)視網(wǎng)膜黃斑部由光線所誘發(fā)的氧化作用有抵抗能力，能夠預(yù)防因視覺(jué)斑降解引起的衰老。另外還能預(yù)防晶狀體中蛋白和脂質(zhì)的氧化，從而降低老年性白內(nèi)障的發(fā)生。

番茄紅素是一種無(wú)環(huán)類(lèi)胡蘿卜素，化學(xué)結(jié)構(gòu)是一個(gè)非環(huán)的、含有11 個(gè)共軛雙鍵和 2 個(gè)非共軛雙鍵組成的線性全反式結(jié)構(gòu)。能接受不同電子的激發(fā)，生成基態(tài)氧或三重態(tài)氧番茄紅素，一個(gè)三重態(tài)氧番茄紅素可猝滅成千上萬(wàn)個(gè)單線態(tài)氧自由基，抗氧化能力是 VE 的100 倍、VC 的 1000 倍，是自然界最強(qiáng)的延緩衰老的抗氧化劑。

蝦青素是一種特殊的氧化型類(lèi)胡蘿卜素，不僅同其他類(lèi)胡蘿卜素一樣在分子中有很長(zhǎng)的共軛雙鍵，而且在其兩個(gè)紫羅蘭環(huán)的 3、4 位上各有一個(gè)羥基和不飽和酮基，這種相鄰的羥基和酮基可構(gòu)成α-羥基酮。這些結(jié)構(gòu)都具有比較活潑的電子效應(yīng)，能向自由基提供電子或吸引自由基的未配對(duì)電子，極易捕獲自由基，因此蝦青素具有較一般類(lèi)胡蘿卜素更強(qiáng)的抗氧化性。

（四）多酚類(lèi)

植物多酚類(lèi)抗氧化物質(zhì)就其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，可分為鞣質(zhì)、類(lèi)黃酮、酚酸3 大類(lèi)。1.鞣質(zhì)類(lèi)物質(zhì)

鞣質(zhì)類(lèi)又稱(chēng)單寧(tannins)，在植物中廣泛分布，通常是指相對(duì)分子質(zhì)量在 500～3000 的植物多酚。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)不同和水解難易可分為 3 類(lèi)：水解鞣質(zhì)(如沒(méi)食子單寧、鞣花單寧)、縮合鞣質(zhì)(如原花色素、低聚原花色素)、縮合鞣質(zhì)與水解鞣質(zhì)中的葡萄糖以碳鍵連接而成的復(fù)合鞣質(zhì)(如山茶素 B、番石榴素 A)。

影響鞣質(zhì)類(lèi)抗氧化活性的因素有3個(gè)：?jiǎn)卧慕Y(jié)合方式；羥基是否游離；六羥基二苯甲?；?HHDP)、沒(méi)食子?；?gall)、脫氫六羥基二苯甲?；?DHHDP)基團(tuán)的種類(lèi)及數(shù)量。當(dāng)單寧結(jié)合單元(如兒茶素)以可水解的酯鍵、苷鍵結(jié)合時(shí)，分子的抗氧化能力增強(qiáng)，而以碳碳鍵結(jié)合成縮合型時(shí)，分子抗氧化能力大大下降；酚羥基游離時(shí)有利于活性上升；HHDP、gall、DHHDP 基團(tuán)的活性順序?yàn)镠HDP ＞ gall ＞ DHHDP，在結(jié)合單元中，這 3 個(gè)基團(tuán)數(shù)目越多，活性越大。

2.類(lèi)黃酮物質(zhì)

類(lèi)黃酮(flavonoids)也稱(chēng)為黃酮類(lèi)化合物，在多酚類(lèi)物質(zhì)中種類(lèi)最多，幾乎所有植物的所有組織均含有這類(lèi)天然產(chǎn)物。泛指兩個(gè)苯環(huán)(A －與 B －環(huán))通過(guò)中央三碳鍵相互連接而成的一系列化合物，可進(jìn)一步分為黃酮類(lèi)、黃酮醇類(lèi)、黃烷酮類(lèi)、二氫黃酮醇類(lèi)、黃烷-3-醇類(lèi)(也即兒茶素類(lèi))、異黃酮類(lèi)、查爾酮類(lèi)及花色素類(lèi)等亞族。黃酮類(lèi)化合物具有不同的抗氧活性，其抗氧活性的大小與化合物的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。酚羥基及其取代基位羰基、羥基成苷、羥基甲基化和Δ2(3)雙鍵)的位置和數(shù)量是確定其抗氧化活性的重要因素。

一般認(rèn)為，B環(huán)上的鄰二酚羥基對(duì)黃酮類(lèi)抗氧化活性起主要作用；一個(gè)環(huán)上的鄰二羥基與另一個(gè)環(huán)上的對(duì)二羥基產(chǎn)生很有潛力的抗氧化性，A 環(huán)上的 5、7、8 位增加羥基可以不同程度地增加抗氧化能力。許多黃酮類(lèi)化合物顯示出明顯的抗氧化特性，代表性的有刺槐素、槲皮素(櫟精)、柚皮素、黃杉素、茶多酚、大豆異黃酮、三羥基查爾酮、矢車(chē)菊色素等。3.酚酸類(lèi)物質(zhì)

酚酸是指同一苯環(huán)上有若干個(gè)酚性羥基的一類(lèi)化合物。自然界植物中發(fā)現(xiàn)的具有抗氧化性的酚酸類(lèi)物質(zhì)可分為 3 類(lèi)：第1 類(lèi)是羥基苯甲酸及其衍生物，如原兒茶酸、沒(méi)食子酸、丁香酸等；第 2 類(lèi)是鞣花酸及其衍生物，如3-羥基苯乙酸；第3 類(lèi)是羥基肉桂酸(羥基苯丙烯酸)及其衍生物，如綠原酸、阿魏酸、咖啡酸、迷迭香酸、香豆酸、芥子酸等。

酚酸類(lèi)物質(zhì)的抗氧化能力，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的規(guī)律與黃酮類(lèi)一樣，即凡在苯環(huán)上具有相鄰酚性羥基者，比沒(méi)有的要強(qiáng)得多，如具有聯(lián)苯三酚結(jié)構(gòu)的的沒(méi)食子酸及其各種衍生物，比只有兩個(gè)羥基的強(qiáng)。而具有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的如綠原酸、咖啡酸、迷迭香酸，其抗氧化能力遠(yuǎn)比只有一個(gè)羥基的阿魏酸、芥子酸強(qiáng)。

（五）活性肽

具有抗氧化性質(zhì)的多肽類(lèi)物質(zhì)被稱(chēng)為抗氧化活性肽(bioactive peptides)。國(guó)內(nèi)外研究人員已從不同植物來(lái)源的蛋白質(zhì)中提取到各種具有抗氧化活性的肽類(lèi)物質(zhì)，然而能了解細(xì)致分子結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行相關(guān)機(jī)理研究的天然抗氧化肽僅限于谷胱甘肽，更多的是各種天然蛋白酶解物中具有一定抗氧化活性低分子混合肽，如大豆肽、玉米肽、小麥肽、米糠肽、花生肽。此外，在黑米、菜籽、靈芝、桂花、枸杞等植物蛋白質(zhì)原料中均獲得了具有抗氧化作用的活性肽。西安源森生物實(shí)驗(yàn)室研究表明：構(gòu)成肽的氨基酸種類(lèi)、數(shù)量及氨基酸排列順序決定著肽的抗氧化能力。具有抗氧化能力的氨基酸及其衍生物有半胱氨酸、組氨酸、色氨酸、賴(lài)氨酸、精氨酸、亮氨酸和纈氨酸、5-羥色氨酸等。

（六）多糖類(lèi)

多糖(polysaccharides)是由10個(gè)以上多種單糖聚合而成的天然高分子物質(zhì)。近年來(lái)，人們對(duì)多糖及復(fù)合物的抗氧化活性作用有了越來(lái)越深入的認(rèn)識(shí)。

已有大量研究指出，從植物中提取分離得到的多糖類(lèi)化合物具有抑制脂質(zhì)過(guò)氧化作用、清除自由基、抑制亞油酸氧化等抗氧化作用。枸杞多糖、金櫻子多糖、黃芪多糖、油柑多糖、牛膝多糖、大蒜多糖、三七多糖等 100 多種植物多糖具有抗氧化作用，具有抗氧化活性的植物多糖不斷被發(fā)現(xiàn)。

（七）其他類(lèi)

還有許多成分如萜類(lèi)(蒼術(shù)酮、生姜單萜)、醌類(lèi)(丹參醌、大黃蒽醌)、褪黑素等均為有效的植物源抗氧化成分。

三、結(jié)語(yǔ)

研究資料顯示目前大多數(shù)抗氧化研究均采用體外實(shí)驗(yàn)，整體或在體實(shí)驗(yàn)資料較少，難以系統(tǒng)、準(zhǔn)確地反應(yīng)天然成分抗氧化作用的全貌。以整體實(shí)驗(yàn)為主，體外實(shí)驗(yàn)為輔，綜合酶學(xué)、免疫學(xué)、藥理學(xué)等多學(xué)科知識(shí)建立一套全面客觀、高效快速的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)綜合評(píng)價(jià)物質(zhì)的抗氧化性是以后研究需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

在為保健品市場(chǎng)提供有效應(yīng)對(duì)高血壓、糖尿病、腫瘤、帕金森癥、老年癡呆等病癥的優(yōu)質(zhì)抗氧化類(lèi)植物提取物之外，西安源森生物公司已將“安全抗氧化植物提取物的營(yíng)養(yǎng)保健食品應(yīng)用”列為主要研究課題之一，以緊抓《食品安全法》頒布實(shí)施所帶來(lái)的市場(chǎng)機(jī)遇。

第二篇：植物提取物工藝及檢測(cè)技術(shù)

植物提取物技術(shù)工藝

編著：魏少東

第一部分 主要的工業(yè)提取技術(shù)

一、常規(guī)提取物方法

1、煎煮法：

簡(jiǎn)介--水做溶劑，適用于有效成分能溶于水，但又對(duì)有效成分不清楚的，且對(duì)熱較穩(wěn)定的藥材；缺點(diǎn)—用水煎煮，浸提液中除有效成分外，往往雜質(zhì)較多，尚有少量脂溶性成分，給精制帶來(lái)不利。

2、浸漬法：

分類(lèi)--按照提取溫度和浸漬次數(shù)分為冷浸漬法、熱浸漬法和重浸漬法。缺點(diǎn)—靜止?fàn)顟B(tài)，不宜用水做溶劑，通常用不同濃度的乙醇密閉浸漬，此法不能制得高濃度的制劑。

3、滲瀝法

4、回流法：

簡(jiǎn)介—用乙醇等易揮發(fā)的有機(jī)溶劑提取藥材成分，將浸提液加熱蒸餾，其中揮發(fā)性溶劑餾出后又被冷凝，重新流回進(jìn)出器中浸提藥材，這樣周而復(fù)始，直至有效成分回流提取完全。

二、超聲波提取

三、微波提?。ǚ请婋x的電磁輻射）

四、酶解細(xì)胞壁提取

主要的工業(yè)分離技術(shù)

1、樹(shù)脂分離技術(shù)

2、工業(yè)萃取技術(shù)：①有機(jī)溶劑萃取技術(shù)；②二氧化碳超臨界流體萃取技術(shù)；③微波萃取；④新型氯氟碳溶劑萃取—例如英國(guó)最近發(fā)明的Klea惰性溶劑，可以在低壓室溫下萃取，節(jié)省能源，又避免熱破壞。

二、功效成分的含量檢測(cè)方法（2種）

1、分光光度法（例如紫外分光光度法—UV法）：此法在國(guó)內(nèi)普及較早，對(duì)于某類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)都有一些經(jīng)典的方法，如總黃酮的蘆丁比色法、總多酚的鹽酸-香草醛法、多糖的硫酸苯酚法等等；但是由于分光光度法自身的缺陷，如不能檢測(cè)出總含量中各具體成分的含量比例，也不能檢測(cè)出是否添加了化工合成產(chǎn)品，而且易受提取物中其他雜質(zhì)含量影響等，其應(yīng)用受到越來(lái)越多的限制。

2、高效液相色譜法—HPLC法：是一種正在普及的檢測(cè)技術(shù)，在植物提取物行業(yè)的應(yīng)用已逐漸成為主流手段，特別是近年來(lái)指紋圖譜概念的興起，使得更多的廠家把高效液相法作為含量測(cè)定手段，并制定HPLC指紋圖譜。

第三篇：植物反應(yīng)器研究進(jìn)展

植物反應(yīng)器研究進(jìn)展

摘要：以轉(zhuǎn)基因植物作生物反應(yīng)器生產(chǎn)外源蛋白，包括抗體、疫苗、藥用蛋白等具很強(qiáng)的優(yōu)越性，目前已成為國(guó)內(nèi)外基因工程研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。植物系統(tǒng)具有低成本、安全和易規(guī)?；瘍?yōu)勢(shì)，其表達(dá)生物活性藥用蛋白能力已被許多研究所證實(shí)；同時(shí)，植物藥用蛋白產(chǎn)品還表現(xiàn)出潛在的市場(chǎng)和廣闊應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：植物、生物反應(yīng)器、外源蛋白

1前言

隨著人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)代生物技術(shù)，尤其是農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)全球現(xiàn)有的農(nóng)作物種植和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生重要影響，增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品對(duì)人類(lèi)的服務(wù)功效及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，增加農(nóng)民的收入，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)轉(zhuǎn)基因用植物體表達(dá)外源蛋白(包括疫苗、抗體、藥用蛋白)已成為植物基因工程領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)研究的熱點(diǎn)，正在逐步形成產(chǎn)業(yè)化，具有極大的市場(chǎng)前景和商業(yè)價(jià)值。植物生物反應(yīng)器就是利用植物這個(gè)系統(tǒng)，包括植物細(xì)胞、組織器官以及整株植物為工廠，來(lái)生產(chǎn)具有商業(yè)價(jià)值的生物制品，包括疫苗、抗體、藥用蛋白等[1]。目前，已用于生物反應(yīng)器的植物有煙草、擬南芥、大豆、小麥、水稻、玉米、油菜、馬鈴薯、番茄等[2]。

生物技術(shù)特別是在基因工程研究領(lǐng)域內(nèi)的快速進(jìn)展使人類(lèi)進(jìn)一步拓寬了植物的應(yīng)用范圍。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家特別是美國(guó)采用植物生物反應(yīng)器這種“分子農(nóng)業(yè)” 的方法，已經(jīng)成功地生產(chǎn)出多種高新生物技術(shù)產(chǎn)品，包括特殊的飽和或不飽和脂肪酸、改性淀粉、環(huán)糊精或糖醇、次生代謝產(chǎn)物、工農(nóng)業(yè)用酶以及一些高經(jīng)濟(jì)附加值的藥用蛋白多肽，一些研究機(jī)構(gòu)和公司已經(jīng)開(kāi)始從這些產(chǎn)品生產(chǎn)中獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2植物生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介

生物反應(yīng)器是指利用生物系統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)有重要商業(yè)價(jià)值的外源蛋白，用于醫(yī)療保健和

[4]科學(xué)研究。1982年首次成功地利用細(xì)菌生產(chǎn)重組胰島素，這一突破消除了大規(guī)模應(yīng)用胰島素的限制因素，但依賴(lài)微生物發(fā)酵和哺乳動(dòng)物培養(yǎng)生產(chǎn)商業(yè)蛋白體系成本高、規(guī)?；a(chǎn)困

[5]難，安全性較差。隨著DNA重組技術(shù)和植物組織培養(yǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，世界第一例轉(zhuǎn)基因植物在1983年成功誕生于美國(guó)的華盛頓大學(xué)。1989年哺乳動(dòng)物抗體在轉(zhuǎn)基因植物中首次成功表達(dá)，證實(shí)了植物作為生物反應(yīng)器的可行性。此后，植物生物反應(yīng)器研究逐漸興起。

2.1植物反應(yīng)器概念

廣義上講，植物生物反應(yīng)器是指以植物懸浮細(xì)胞培養(yǎng)、天然的或經(jīng)基因工程改良的植物細(xì)胞和組織，或整株植物為“工廠”大量生產(chǎn)具有藥用價(jià)值(如人類(lèi)或動(dòng)物的疫苗、抗體)，或可作為工業(yè)原料的植物次生代謝產(chǎn)物、食品添加劑等重要應(yīng)用價(jià)值的蛋白或氨基酸。從狹義上講，植物生物反應(yīng)器是指以轉(zhuǎn)基因的整株植物為“工廠”來(lái)大量生產(chǎn)各種價(jià)值及附加值

[6]高的生物制品。

2.2植物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)

植物作為生物反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)有：(1)植物生產(chǎn)外源蛋白成本低，只需陽(yáng)光、土壤、水分和肥料，而微生物發(fā)酵和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)則需要昂貴的培養(yǎng)基，并且工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)需要嚴(yán)格控制培養(yǎng)條件，增加生產(chǎn)成本。(2)植物細(xì)胞能夠再生成植物，易于成活、生長(zhǎng)周期短、易于快速篩選轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性植物、比構(gòu)建動(dòng)物生物反應(yīng)器省時(shí)、成功率更高。(3)轉(zhuǎn)基因植物

[7]通過(guò)自交得到的后代遺傳性狀穩(wěn)定，從而可以在植物體內(nèi)積累多基因。(4)植物可大規(guī)模

種植，產(chǎn)物貯藏在種子、果實(shí)、塊莖中，易于保存、運(yùn)輸，其中那些能直接食用的植物疫苗

不需特殊貯存條件。(5)植物生物反應(yīng)器能正確地表達(dá)、組裝復(fù)雜的蛋白質(zhì)，生產(chǎn)的蛋白活性高，很多復(fù)雜的蛋白質(zhì)在微生物系統(tǒng)中不能正確地翻譯、折疊、聚合，最終被降解或形成沒(méi)有活性的包涵體，而植物具有生產(chǎn)任何復(fù)雜蛋白的潛能性。(6)植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)外

[9]源蛋白更安全，植物體只表達(dá)部分免疫蛋白，不含致病微生物，沒(méi)有其他病原菌污染。

2.3植物反應(yīng)器的創(chuàng)建步驟

創(chuàng)建步驟可分為4個(gè)部分：① 外源目的基因在植物表達(dá)載體中的克隆及對(duì)植物細(xì)胞的轉(zhuǎn)化表達(dá)；② 轉(zhuǎn)化體系的再生和選擇；③重組蛋白的回收和純化；④終產(chǎn)物的鑒定。到目

[10]前為止，大多數(shù)的工作都集中在外源目的基因的克隆和表達(dá)方面。

3植物生物反應(yīng)器研究現(xiàn)狀

3.1植物反應(yīng)器平臺(tái)

利用DNA重組技術(shù)在植物系統(tǒng)中表達(dá)目標(biāo)生物活性分子—— 植物生物反應(yīng)器研究?jī)H有近20年歷史；植物系統(tǒng)安全、低成本和易規(guī)?；瘍?yōu)勢(shì)使之成為目前重組蛋白生產(chǎn)主要系統(tǒng)之一。植物主流表達(dá)系統(tǒng)有3種：穩(wěn)定核基因組轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定葉綠體基因組轉(zhuǎn)化和病毒瞬時(shí)轉(zhuǎn)化，三者各有優(yōu)勢(shì)，均有不足。核基因組轉(zhuǎn)化可以穩(wěn)定遺傳和具有較高級(jí)蛋白加工和修飾系統(tǒng)，不過(guò)外源蛋白表達(dá)水平低；葉綠體基因組轉(zhuǎn)化可以實(shí)現(xiàn)外源蛋白高效表達(dá)、穩(wěn)定遺傳(胞質(zhì))和轉(zhuǎn)基因花粉無(wú)逃逸風(fēng)險(xiǎn)，但無(wú)法完成復(fù)雜蛋白加工修飾，與原核生物類(lèi)似；病毒

[11]瞬時(shí)轉(zhuǎn)化，操作程序簡(jiǎn)單，也可以實(shí)現(xiàn)外源蛋白高效表達(dá)，但不能穩(wěn)定遺傳。

目前使用的植物平臺(tái)有雙子葉植物(擬南芥、胡蘿卜、羽扇豆、煙草、番茄、紫花苜蓿、葉用萵苣、大豆和馬鈴薯)、單子葉植物(玉米、大麥、小麥和水稻)、某些水生植物、藻類(lèi)和苔蘚。

3.2疫苗生產(chǎn)現(xiàn)狀

將人體免疫機(jī)理與植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)相融合所生產(chǎn)出的能使機(jī)體獲得免疫功能的疫苗就是轉(zhuǎn)基因植物疫苗。轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗有兩種方式：一種是使用整株植物生產(chǎn)免疫蛋白，即注射疫苗，需要分離提純；一種是直接在植物的可食性器官中合成，即口服疫苗，無(wú)需分

[12]離提純，可直接食用。近幾年來(lái)已成功表達(dá)的有病毒疫苗、細(xì)菌疫苗、寄生蟲(chóng)疫苗等。

3.3抗體生產(chǎn)現(xiàn)狀

將編碼全抗體或抗體片段的基因?qū)胫参铮谥参镏斜磉_(dá)出具有功能性識(shí)別抗原及結(jié)合特性的全抗體或部分抗體片段就是植物抗體。1989年，Hiatt克隆了小鼠的IgG基因?qū)藷煵?，再通過(guò)有性雜交獲得F1抗體，從此，植物抗體開(kāi)始了迅猛的發(fā)展。目前成功表達(dá)的全抗體包括IgG1、IgA 和IgG1／IgA嵌合抗體以及Fab抗體；抗體片段包括抗精子微型抗

[13]體scFvl9和乙型腦炎抗體重鏈可變區(qū)等。

4植物生物反應(yīng)器存在問(wèn)題及解決策略

4.1基因沉默或不穩(wěn)定表達(dá)

基因沉默指利用遺傳轉(zhuǎn)化方法導(dǎo)人并穩(wěn)定整合進(jìn)受體細(xì)胞中的完整的外源基因。在當(dāng)代轉(zhuǎn)化體或在其后代中表達(dá)受到抑制的現(xiàn)象。這就使轉(zhuǎn)入的基因在受體植物中往往不能穩(wěn)定表達(dá)，有時(shí)甚至完全不表達(dá)，其可以通過(guò)以下途徑解決：(1)探明影響植物基因表達(dá)的基因調(diào)控元件，加以修飾和開(kāi)啟控制；(2)了解轉(zhuǎn)錄過(guò)程，以便在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行基因操作，提高轉(zhuǎn)錄效率；(3)研究翻譯過(guò)程，提高翻譯效率；(4)構(gòu)建一些新的植物高效表達(dá)系統(tǒng)，即各種

[14]載體及高效元件。

4.2蛋白表達(dá)含量低

多數(shù)轉(zhuǎn)基因植物通過(guò)自交后可以選擇出目的基因純合的后代，可以穩(wěn)定遺傳，使表型得以延續(xù)．但是大部分外源基因的表達(dá)水平在植物體內(nèi)不高，目前沒(méi)有得到很好的解決．但可以嘗試以下方法加以解決：(1)選擇合適的植物表達(dá)宿主是表達(dá)量高低的關(guān)鍵，煙草以其高的生物學(xué)產(chǎn)量和成熟的轉(zhuǎn)化步驟被廣泛用來(lái)表達(dá)各種藥物蛋白質(zhì)；而植物種子的定位表達(dá)[8]

是近幾年發(fā)展起來(lái)的另一有效途徑重組藥物蛋白質(zhì)專(zhuān)一定位在種子中表達(dá)可提高其表達(dá)量并且利于貯存和運(yùn)輸。(2)合理選擇啟動(dòng)子，添加有效的增強(qiáng)子元件，去除無(wú)效的抑制序列

[15]是外源基因高效表達(dá)的內(nèi)在因素。

4.3下游成本過(guò)高

盡管植物生產(chǎn)體系具有許多優(yōu)點(diǎn)，但如果產(chǎn)物需提純，其費(fèi)用還是比較昂貴的，因此有待降低下游生產(chǎn)成本，盡可能地避免或部分避免表達(dá)產(chǎn)物的純化，如用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)直接口服疫苗。

4.4安全性問(wèn)題

對(duì)于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性目前存在著很大的爭(zhēng)議，尤其是在口服藥物和口服疫苗方面。公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的接受和認(rèn)可程度還不夠，從而使轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的市場(chǎng)化進(jìn)程受到影響。因此，一方面要加大宣傳普及力度，另一方面還要對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的潛在危險(xiǎn)性進(jìn)行充分評(píng)價(jià)，[16]開(kāi)發(fā)清潔載體，防止目標(biāo)產(chǎn)物受到污染，同時(shí)還要制定相應(yīng)的安全和管理法規(guī)。

5展望

作物作為植物生物反應(yīng)器大量生產(chǎn)外源目的蛋白具有廣闊的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。全球生物技術(shù)飛速發(fā)展、生物產(chǎn)業(yè)不斷壯大，尤其是朝氣蓬勃的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)已經(jīng)成為許多國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)，吸引著眾多投資，生物經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，逐步形成為與工業(yè)經(jīng)濟(jì)、信息經(jīng)濟(jì)相對(duì)應(yīng)的新經(jīng)濟(jì)形態(tài)。據(jù)測(cè)算，到2020年全球生物技術(shù)市場(chǎng)將達(dá)到3萬(wàn)億美元。這對(duì)于進(jìn)一步提高我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)水平，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)更快、更好地發(fā)展具有重要的意義。生物經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，其市場(chǎng)空間可能是信息產(chǎn)業(yè)的l0倍，全球生物技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速。美國(guó)《時(shí)代》周刊預(yù)言，2020年世界將進(jìn)入生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代，革命性的市場(chǎng)投放階段預(yù)計(jì)在2025年后到來(lái)，隨著對(duì)生物技術(shù)和生物產(chǎn)業(yè)的不斷深化認(rèn)識(shí)，大量的民營(yíng)資產(chǎn)和民營(yíng)企業(yè)意識(shí)到了的投資的巨大潛力。據(jù)中國(guó)保健協(xié)會(huì)《2006—2007中國(guó)生物產(chǎn)業(yè)投資分析報(bào)告》預(yù)測(cè)，到2015年我國(guó)生物制品銷(xiāo)售收入將會(huì)達(dá)到1100億元，植物生物反應(yīng)器低成本高產(chǎn)出的巨大前景吸引著越來(lái)越多的商業(yè)聚焦，一批以植物生物反應(yīng)器為技術(shù)支撐的新型制藥或生物技術(shù)公司紛紛建立起來(lái)，同時(shí)植物生物反應(yīng)器產(chǎn)品涉及百姓生活方方面面，囊括了醫(yī)藥、食品、保健等。推動(dòng)以作物為載體的植物生物反應(yīng)器技術(shù)的生物經(jīng)濟(jì)快速健康發(fā)展，將會(huì)更好地加快我國(guó)未來(lái)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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第四篇：植物提取物在化妝品行業(yè)的應(yīng)用

（1）蘆薈提取物：有很好潤(rùn)滑和保濕作用，還可消炎、抗炎和促進(jìn)損傷皮膚愈合。（2）積雪草提取物：具有殺菌、消炎作用，促進(jìn)血液循環(huán)，增加皮膚厚度，用于粗糙、干裂皮膚和唇的護(hù)理品?？拱櫥瘖y品。

（3）人參提取液：具有促進(jìn)肌膚功能、增加皮膚活力、保護(hù)皮膚等功能。中醫(yī)認(rèn)為，人參有養(yǎng)顏潤(rùn)膚、延年益壽的功能。用于皮膚，具有抗衰老、抗皺的效果。特別適合干性與過(guò)敏皮膚。

（4）葡萄柚提取物：具有清新、長(zhǎng)沙上禾生物鎮(zhèn)靜、舒緩等功能。

（5）山楂提取物：具有活血、活化肌膚、滋養(yǎng)收斂、促進(jìn)肌膚功能的作用，特別適合油性皮膚。

（6）啤酒花提取物：具有鎮(zhèn)靜、放松、滋養(yǎng)皮膚的功能，特別適合于中性與易過(guò)敏性皮膚。

（7）七葉樹(shù)提取物：具有活血、促進(jìn)吸收、增強(qiáng)皮膚 活力的功能，特別適合中性與油性皮膚。

（8）馬尾草提取物：具有收斂、長(zhǎng)沙上禾生物 促進(jìn)強(qiáng)化皮膚功能的作用，特別適合于油性與過(guò)敏的皮膚。

（9）霍霍巴提取物：具有修護(hù)皮膚、改善膚感、保濕等功能。

（10）獼猴桃提取物：富含天然果酸、無(wú)機(jī)鹽、礦物質(zhì)、糖、維生素C等，具有保濕、護(hù)理皮膚等功能。

（11）薰衣草提取物：具有保濕、舒緩、抑菌、放松、鎮(zhèn)靜、平衡等功能。

（12）檸檬提取物：粉狀，水溶性產(chǎn)品，富含維生素VC、VB族、天然果酸及礦物質(zhì)，具有收斂、抗菌、美白、清爽、保濕等功效。

（13）燕麥提取物：具有止癢、活血、鎮(zhèn)靜、營(yíng)養(yǎng)、促進(jìn)皮膚活力的功能。（14）木瓜提取物：天然木瓜中提取，具有促使皮膚再生、緊膚、護(hù)理皮膚、保濕美白等功能。

（15）桃子提取物：具有清新、抗炎癥、緊膚、保濕、促進(jìn)皮膚再生等功能。

（16）迷迭香提取物：無(wú)色產(chǎn)品，長(zhǎng)沙上禾生物 具有保護(hù)皮膚、活血、強(qiáng)化皮膚、促進(jìn)皮膚機(jī)能等作用，特別適合干性至油性皮膚。

（17）海藻提取物：具有鎮(zhèn)靜、滑爽潤(rùn)膚的功能，并有瘦身減肥功效，特別適合中性至干性皮膚。

（18）當(dāng)歸提取物：具有活血、補(bǔ)血、養(yǎng)血的功能，常用于女性滋補(bǔ)，可促進(jìn)皮膚血液循環(huán)，滋養(yǎng)、美白肌膚。

（19）金銀花提取物：具有祛痱止癢、長(zhǎng)沙上禾生物清熱解毒、抑菌、抗粉刺、抗炎等功效。

（20）葛根提取物：具有清熱、解酒、延緩衰老等功效。含豐富的黃酮類(lèi)物質(zhì)、護(hù)理皮膚。

（21）甘草提取物：具有抗炎、舒緩、解毒、抑菌、促進(jìn)免疫、美白、抗粉刺、抗衰老等功效。

（22）槐花提取物：含豐富蘆丁，具有止血、收斂、抗炎、抗輻射、防曬、防凍傷、治療牙齦出血等作用。

(23)佛手柑 : 提神醒腦，調(diào)節(jié)皮脂分泌，適合油性、暗瘡皮膚使用，止痛抗菌、除

臭、鎮(zhèn)靜（刺激敏感皮膚，不能照射陽(yáng)光）。

（24）花青素：高活性產(chǎn)物，迄今為止最高效的抗氧化物，除自由基劑，被眷為“生命青春素”，相對(duì)ＶＡ，ＶＥ，抗氧化自由基的功效強(qiáng)20-50倍。

（25）茶多酚：從綠茶中提取的多酚類(lèi)化合物，能很好地調(diào)節(jié)皮膚的酸堿度，抑制皮脂分泌的多余油脂，并能與皮膚表面的油脂發(fā)生脂解及氧化反應(yīng)，使多余油脂分解代謝，因此具有深層去油作用，同時(shí)，茶多酚有很強(qiáng)的供氧功能，能清除體內(nèi)自由基，殺滅暗瘡棒狀桿菌。

（26）山金車(chē)提取物：促進(jìn)血液循環(huán)、抗菌，調(diào)理,緩解眼部疲勞。（27）鼠尾草：殺菌消炎、鎮(zhèn)靜、止痛、調(diào)節(jié)月經(jīng)周期。

（28）檸檬：抗菌、美白、收斂。

（29）薄荷：止痛、消炎抗菌、收斂、退燒、收縮血管、清涼、清除黑頭粉刺。（30）乳木果油：軟化滋潤(rùn)皮膚，保濕調(diào)理。

（31）洋甘菊提取物：主要成分--芹菜素長(zhǎng)沙上禾生物，具有鎮(zhèn)靜、放松、滋養(yǎng)皮膚的功能，美白，保濕

第五篇：有機(jī)電化學(xué)合成及研究進(jìn)展

有機(jī)電化學(xué)合成及其發(fā)展方向

摘要

介紹有機(jī)電化學(xué)合成的原理，研究?jī)?nèi)容。有機(jī)電化學(xué)合成與傳統(tǒng)合成的優(yōu)勢(shì)，介紹中國(guó)有機(jī)電化學(xué)合成的發(fā)展以及有機(jī)電化學(xué)的新進(jìn)展。有機(jī)電化學(xué)的高效、經(jīng)濟(jì)、無(wú)污染性。還有有機(jī)電化學(xué)合成的若干發(fā)展方向。關(guān)鍵詞

有機(jī)電化學(xué) 發(fā)展方向 綠色化學(xué)

Review on organic electrosynthesis and its Development trend

Abstract

In this paper，the principle and the research method of organic electro-ynthesis---one of the most efficient green technology was discussed.The principle of organic electrosynthesis, applications, and the advantages co-mparing to the tradition organic synthesis were expounded.Introduction to Chinese organic electrosynthesis development and advancement of organic electrochemistry.Organic electrosynthesis of high efficiency, no pollution.There are several development directions of organic electrosynthesis.Key words：organic electrosynthesis；developments of research；Green Chemistry;引言部分

以電化學(xué)方法合成有機(jī)化合物稱(chēng)為有機(jī)電合成，它是把電子作為試劑，通過(guò)電子得失來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)化合物合成的一種新技術(shù)，這是一門(mén)涉及電化學(xué)、有機(jī)合成及化學(xué)工程等學(xué)科的交叉學(xué)科。由于電化學(xué)早已有之，合成技術(shù)、化學(xué)工程技術(shù)和化學(xué)材料不斷更新，因而，有人稱(chēng)之為“古老的方法，嶄新的技術(shù)”[1]。

有機(jī)電合成是有機(jī)合成的一個(gè)分支學(xué)科，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。有機(jī)電合成與一般有機(jī)合成相比，有機(jī)電合成反應(yīng)是通過(guò)反應(yīng)物在電極上得失電子實(shí)現(xiàn)的，一般無(wú)需加入氧化還原試劑，可在常溫常壓下進(jìn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)電位、電流密度等來(lái)控制反應(yīng)，便于自動(dòng)控制。這樣，簡(jiǎn)化了反應(yīng)步驟，減少物耗和副反應(yīng)的發(fā)生?？梢哉f(shuō)有機(jī)電合成完全符合“原子經(jīng)濟(jì)性”要求，而傳統(tǒng)的合成催化劑和合成“媒介”是很難達(dá)到這種要求的。從本質(zhì)來(lái)說(shuō)，有機(jī)電合成很有可能會(huì)消除傳統(tǒng)有機(jī)合成產(chǎn)生環(huán)境污染的根源。有機(jī)電化學(xué)合成也是一種綠色化學(xué)，中國(guó)走可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，在化學(xué)合成中有機(jī)電合成將會(huì)占很大比例。將是未來(lái)的合成化學(xué)的一種發(fā)展趨勢(shì)。主題部分

一、有機(jī)電合成原理及分類(lèi)

原理

有機(jī)電合成基于電化學(xué)方法來(lái)合成有機(jī)化合物。電解反應(yīng)須從電極上獲得電子來(lái)完成，因此有機(jī)電合成必須具備以下三個(gè)基本條件：(1)持續(xù)穩(wěn)定供電的(直流)電源；(2)滿(mǎn)足“電子轉(zhuǎn)移”的電極；

(3)可完成電子移動(dòng)的介質(zhì)。為了滿(mǎn)足各種工藝條件，往往還需要增加一些輔助設(shè)備,如隔膜、斷電器等。

有機(jī)電合成中最重要的是電極，它是實(shí)施電子轉(zhuǎn)移的場(chǎng)所。電合成反應(yīng)是由電化學(xué)過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程等組合起來(lái)的。典型的電合成過(guò)程如下:(1)電解液中的反應(yīng)物(R)通過(guò)擴(kuò)散達(dá)到電極表面(物理過(guò)程)；

(2)R在雙電層或電荷轉(zhuǎn)移層通過(guò)脫溶劑、解離等化學(xué)反應(yīng)而變成中間體(I)(化

學(xué)過(guò)程)，無(wú)溶劑、無(wú)締合現(xiàn)象的不經(jīng)過(guò)此過(guò)程；

(3)I在電極上吸 附形成吸附中間體(Iad1)(吸附活化過(guò)程)；

(4)Iad1在電極上放電發(fā)生電子轉(zhuǎn)移而形成新的吸附中間體(Iad2)(電子得失的電化學(xué)過(guò)程)；

(5)Iad2在電極表面 發(fā)生反應(yīng)而變成生成物(Pad)吸附在電極表面；(6)Pad脫附后再通過(guò)物理擴(kuò)散成為生成物(P)。

分類(lèi)

它是一門(mén)涉及電化學(xué)、有機(jī)合成和化學(xué)工程的交叉學(xué)科, 通常有兩種分類(lèi)方法:(1)按電極表面發(fā)生的有機(jī)反應(yīng)的類(lèi)別, 分為兩類(lèi)有機(jī)電合成反應(yīng): 陽(yáng)極氧化過(guò)程和陰極還原過(guò)程。陽(yáng)極氧化過(guò)程包括: 電化學(xué)環(huán)氧化反應(yīng)、電化學(xué)鹵化反應(yīng)、苯環(huán)及苯環(huán)上側(cè)鏈基團(tuán)的陽(yáng)極氧化反應(yīng)、雜環(huán)化合物的陽(yáng)極氧化反應(yīng)、含氮硫化物的陽(yáng)極氧化反應(yīng)。陰極還原過(guò)程包括陰極二聚和交聯(lián)反應(yīng)、有機(jī)鹵化物的電還原、羰基化合物的電還原反應(yīng)、消基化合物的電還原反應(yīng)、腈基化合物的電還原反應(yīng)。(2)按電極反應(yīng)在整個(gè)有機(jī)合成過(guò)程中的地位和作用, 可將有機(jī)電合成分為兩大類(lèi): 直接有機(jī)電合成反應(yīng)、間接有機(jī)電合成反應(yīng)。直接有機(jī)電合成反應(yīng): 有機(jī)電合成反應(yīng)直接在電極表面完成;間接有機(jī)電合成反應(yīng): 有機(jī)物的氧化(還原)反應(yīng)采用傳統(tǒng)化學(xué)方法進(jìn)行, 但氧化劑(還原劑)反應(yīng)后電化學(xué)方法再生以后循環(huán)使用。間接電合成法可以?xún)煞N方式操作: 槽內(nèi)式和槽外式。

二、有機(jī)電合成是一種綠色化學(xué)

所謂綠色化學(xué)即是用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消滅那些對(duì)人類(lèi)健康或環(huán)境有害的原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑和試劑等的產(chǎn)生和應(yīng)用。必須指出, 綠色化學(xué)不同于一般的控制污染。加強(qiáng)管理對(duì)控制污染是有效的, 但這不是綠色化學(xué), 有些只是阻止污染的技術(shù), 而不是化學(xué)。綠色化學(xué)是指從根本上消滅污染, 它的著眼點(diǎn)應(yīng)在于使得廢物不再產(chǎn)生, 不再有廢物處理的問(wèn)題, 綠色化學(xué)是一門(mén)徹底阻止污染的化學(xué)。從電化學(xué)合成的原理來(lái)看，電合成不同于一般的催化反應(yīng)，它不需要另外引入催化劑、氧化劑或還原劑，因此后續(xù)處理簡(jiǎn)單，無(wú)或基本無(wú)“三廢”。

三、比較成功的案例

近幾十年來(lái), 有機(jī)電合成工業(yè)化的實(shí)例越來(lái)越多.目前世界上大約有100 多家工廠采用有機(jī)電合成生產(chǎn)約80 種產(chǎn)品, 還有很多已通過(guò)了工業(yè)化實(shí)驗(yàn)[ 14], 而我國(guó)有機(jī)電合成方面的研究起步較晚, 可是發(fā)展很快, 下面介紹一下我國(guó)有機(jī)電合成三個(gè)典型工業(yè)化實(shí)例.2.1 L-半胱氨酸的直接電合成[15]L-半胱氨酸是中國(guó)最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的有機(jī)電合成產(chǎn)品, 它的工業(yè)生產(chǎn)是從毛發(fā)等畜類(lèi)產(chǎn)品中提取的胱氨酸, 通過(guò)電解還原在陰極直接電合 成為L(zhǎng)-半胱氨酸.S)CH2)CH(NH2))COOHS)CH2)CH(NH2))COOH+ 2H+ 2e-2 L-HS)CH2)CH(NH2))COOH.近20 年來(lái), 這一有機(jī)電合成技術(shù)在中國(guó)的許多地方推廣, 年產(chǎn)能力已經(jīng)超過(guò)600 噸, 成為生產(chǎn)L-半胱氨酸的主要方法.L-半胱氨酸也成為一種出口創(chuàng)匯的龍頭產(chǎn)品。

四、有機(jī)電化學(xué)合成前景及發(fā)展方向

有機(jī)電合成具有很強(qiáng)的生命力和廣闊的發(fā)展前景，其優(yōu)點(diǎn)突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)在許多場(chǎng)合具有選擇性和特異性；

(2)不需要使用價(jià)格較貴的氧化劑和還原劑；

(3)潔凈，以電子的得失完成了氧化還原反應(yīng)，不需要外加氧化劑和還原 劑；(4)條件溫和，如在常溫、常壓下即可完成有機(jī)合成，尤其對(duì)不穩(wěn)定的復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)物的合成尤為有利；(5)副產(chǎn)物少；

(6)節(jié)能，一方面體現(xiàn)在綜合能 耗上，另一方面是由于極間電壓低(2～5V)，可接近熱力學(xué)的要求值；

(7)易控，反應(yīng)速度完全可以通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)操作；(8)規(guī)模效應(yīng)小，對(duì)精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)尤為有利。

有機(jī)電化學(xué)合成要想有好的發(fā)展，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面發(fā)展：

1、發(fā)展電解中特有的反應(yīng)

例如己二腈的電解還原合成等，反應(yīng)選擇性高，有競(jìng)爭(zhēng)能力并已工業(yè)化。

2、發(fā)展能縮短工藝過(guò)程的有機(jī)電合成

例如，對(duì)氨基苯甲醚采用化學(xué)合成，需三步工藝，而采用電合成法只需一步工藝

3、發(fā)展間接的電解合成法

1間接電還原：

○利用媒質(zhì)在電極上產(chǎn)生還原劑與反應(yīng)底物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，還原劑被氧化后回到陰極上再生，以此達(dá)到還原劑循環(huán)使用而反應(yīng)物不斷生成的目的。2間接電氧化： ○

4、發(fā)展三維電極的電解

因?yàn)殡娊夥磻?yīng)通常是在二維的平板電極上進(jìn)行的，電解槽生產(chǎn)能力低。實(shí)踐證明，有機(jī)電合成也可以采用三維的填料式或流化床電極來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，使得有機(jī)電合成工藝可以與有機(jī)催化合成相競(jìng)爭(zhēng)。

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