本书针对位列张伯礼院士所主持遴选“2020年度中医药工程技术难题”首位的“中药制造缺乏制药过程工程原理研究”难题，以中药提取分离关键工序为主线，采用材料化学工程、计算机化学、数据科学等多学科交叉研究理念，深入系统探索中药制药分离过程的工程原理，系国内外首部同类专著，具有较高应用、出版价值。本书特点：选材新颖、内容丰富，突出中医药特色；兼顾学术性与应用性，所收载科技成果处于国内领先、国际先进水平，可为先进分离技术在中药制药领域的推广提供示范。
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前言
第一章 中药制药分离过程工程概述 1
第一节 中药制药分离过程及其分类概述/1
一、分离过程与中药制药分离过程的基本概念/1
二、基于分离体系分子行为原理的分离过程分类学说/2
三、场分离原理与速度差分离过程/4
四、相平衡分离原理及其分离过程/6
五、反应分离原理及其分离过程/8
第二节 中药制药分离过程工程原理的构成要素/10
一、工程原理概述与中药制药分离过程工程原理的科学内涵/10
二、中药制药分离过程的目标/12
三、可供制药分离过程利用的中药物性/17
四、中药制药分离过程工程原理的构成要素/22
五、中药制药分离过程工程原理研究面临的关键问题/23
第三节 基于过程科学的中药制药关键工序解读/24
一、中药制药分离过程的广义与狭义概念/24
二、提取过程的本质特征/24
三、精制过程的本质特征/24
四、浓缩过程的本质特征/25
五、干燥过程的本质特征/26
六、灭菌过程的本质特征/26
第四节 中药制药分离过程的化工原理解析/26
一、与中药制药分离过程相关的传统化工“三传一反”原理概述/26
二、混合与分离的熵变过程/31
三、分离所需的理论耗能量及其热力学原理/36
四、传统“三传一反”化学工程理论对中药制药分离过程的剖析/39
第五节 中药制药工程学科及其工程原理研究发展态势/46
一、中药制药过程中的时空多尺度结构及效应/46
二、大数据技术对中药制药过程及其工程原理研究模式的颠覆性改变/54
三、现代化工新视野对中药制药过程工程原理研究的启示/56
第二章 面向中药制药过程的先进分离材料：作用、机理及其应用 62
第一节 材料学概述及其新进展/63
一、材料学的基本概念/63
二、材料分类/63
三、材料表征/69
四、材料科学的新进展/71
第二节 膜分离材料的分类、作用机理及其应用/71
一、膜材料分类与常见中药制药用膜/72
二、面向不同作用机理的膜材料性能与微结构/73
三、膜的化学损伤与物理损伤/79
四、膜材料的吸附作用与膜污染/79
五、与膜材料理化性质相关的膜污染防治与膜清洗方法/81
六、面向中药绿色制造的特种膜设计与制备探索/82
第三节 树脂分离材料的分类、作用机理及其应用/85
一、大孔吸附树脂分类/85
二、大孔吸附树脂的形态结构、表征参数及国内外产品标准状况/86
三、基于树脂材料学特征的常见中药成分精制机理/87
四、大孔吸附树脂的毒化与再生/91
五、高选择性吸附树脂的分离原理与应用/93
第四节 面向重金属去除需求的分离材料的分类、作用机理及其应用/97
一、以13X 分子筛为主体的重金属吸附剂/97
二、键合硅胶类复合材料/98
三、凝胶类材料/99
四、以壳聚糖为基质的重金属吸附材料/101
五、新型固体吸附剂 PEP 0/103
六、石墨烯基复合材料/103
七、纳米纤维素/104
八、生物碳/105
九、农林可再生资源材料/107
第五节 分子印迹聚合物的作用机理及其应用/107
一、分子印迹技术及其识别原理概述/107
二、基于中药成分母核化学结构的分子印迹聚合物设计策略/108
三、常用聚合物功能单体/110
四、分子印迹聚合物的制备/113
第三章 中药制药分离过程优化原理的考察指标、数学评估方法 121
第一节 关于中药制药分离过程优化原理的思考/121
一、中药制药分离过程优化原理的科学本质/121
二、中药制药分离过程优化原理要素之一：配伍协同性/121
三、中药制药分离过程优化原理要素之二：系统共存性/123
四、中药制药分离过程优化原理要素之三：复杂相关性/124
五、中药制药分离过程优化原理要素之四：多元有序性/127
六、中药制药分离过程优化原理要素之五：动态平衡性/130
第二节 中药制药分离过程工艺优化考察指标的选择/131
一、基于化学范畴的工艺优化考察指标的选择/131
二、基于“生物学及生物学+化学”范畴的工艺优化考察指标的选择/133
三、基于现代生物医药信息理念的工艺优化考察指标的选择/138
第三节 中药制药分离过程工艺优化设计方法的数学原理与应用/139
一、正交试验设计/139
二、均匀设计/140
三、多元统计分析/142
四、人工神经网络/143
五、响应曲面法/144
六、基于指纹图谱的相关评价分析法/150
第四节 提取工艺优化设计多指标评价体系的权重系数研究/151
一、基于层次分析法的研究/152
二、基于化学计量学结合多指标综合指数法的研究/152
三、基于熵权法的研究：基于信息熵理论的中药提取工艺参数权重系数评价方法/153
第四章 中药制药分离工程的过程控制 161
第一节 过程系统工程及其在中药制药分离过程中的应用/161
一、过程系统工程概述/161
二、中药制药分离工艺流程的过程特征/162
三、中药制药分离过程升级换代对过程系统工程的需求/162
四、过程系统工程在中药制药分离过程中的应用/165
第二节 质量源于设计的基本原理与实施方略/166
一、质量源于设计的原理与应用/166
二、基于整体观的中药制剂质量过程控制体系探讨/169
三、基于质量源于设计原理的制药分离过程优化/171
第三节 过程分析技术概述与过程分析工具/182
一、过程分析技术概述/182
二、过程分析技术工具/183
三、过程分析技术框架下的风险等问题/185
第四节 过程分析技术中的主要质量属性研究模式/185
一、过程性能指数模式/185
二、近红外光谱模式/188
三、知识图谱模式/192
四、指纹图谱及其制备过程药效相关性模式/195
五、多维结构过程动态模式/196
六、代谢组学方法模式/198
第五节 过程分析技术中的关键工艺参数辨识/200
一、灰色关联分析法及其与层次分析法的比较/200
二、统计过程控制技术/202
三、3种辨识方法评估关键工艺参数比较/203
第五章 基于现代信息科学的中药制药分离过程原理研究 208
第一节 现代信息技术与中药制药分离工程的相关性/208
一、现代信息技术是中药制药分离科学的重要标志/208
二、数据科学概述/210
三、计算机化学在中药制药分离工程领域应用的基本模式与算法/211
四、计算机化学用于中药提取、浓缩等工艺过程控制的研究/212
五、传感器技术及其对中药制药分离工程实施智能控制的原理简述/213
第二节 基于计算机化学的中药制药分离过程工程原理研究/214
一、中药制药分离过程动力学模型的构建/214
二、中药制药分离工程原理的分子机制探索/215
第三节 中药膜过程的数据科学研究/219
一、中药膜过程的复杂系统特征及其对于数据科学的重大需求/219
二、数据科学引入中药膜科技领域的技术瓶颈/221
三、基于数据科学手段探索中药膜过程及其机理的研究实践/223
第四节 超临界二氧化碳流体萃取过程的人工神经网络模拟研究/225
一、鸦胆子油在超临界二氧化碳流体中的溶解度及其人工神经网络模拟研究/225
二、超临界二氧化碳流体萃取鸦胆子油的过程模拟研究/229
第六章 基于相平衡原理的中药浸提过程工程原理与技术应用 237
第一节 基于固液(气)平衡的浸提技术原理与应用/237
一、煎煮法/237
二、浸渍法/241
三、渗漉法/241
四、回流提取法/243
五、减压沸腾提取法/243
六、超高压提取法/244
七、湿法超微粉碎提取/244
八、匀浆提取法/251
第二节 基于气液、气固相平衡的中药超临界流体萃取原理与技术应用/255
一、超临界二氧化碳流体萃取中药药效物质的原理/255
二、超临界二氧化碳流体萃取天然产物的传质模型/261
三、超临界二氧化碳流体萃取技术的基本过程、设备、工艺流程与应用/262
四、超临界二氧化碳流体萃取工艺参数设计与优化/266
五、提高大分子、强极性中药成分超临界二氧化碳流体萃取效率的技术原理/268
第三节 挥发油提取：技术原理与药效的相关性探索/269
一、水蒸气蒸馏法提取挥发油的动力学过程探索/270
二、水蒸气蒸馏 膜过程耦合富集挥发油的原理/272
三、水蒸气蒸馏 膜过程耦合富集中药挥发油技术体系的构建/274
四、挥发油提取原理、方法与生物活性的相关性/280
第四节 新型绿色溶剂———低共熔溶剂提取中药原理与技术应用/283
一、低共熔溶剂概述/284
二、低共熔溶剂的制备/284
三、低共熔溶剂的性质/284
四、低共熔溶剂在中药制药分离领域的应用/285
五、低共熔溶剂的安全性问题/285
第七章 中药固液分离过程工程原理与技术应用 290
第一节 基于均一重力场的沉降分离过程工程原理与技术应用/290
一、均一重力场分离原理/290
二、颗粒沉淀速度与粒径的相关性/292
三、中药制药过程常用重力沉降设备/294
第二节 基于离心力场的沉降分离过程工程原理与技术应用/295
一、离心力场分离原理/295
二、离心沉降过程的影响因素/297
三、离心分离的先决条件与常用离心方法/299
四、离心沉降设备及应用/299
第三节 基于有障碍物的非均一场分离过程工程原理与技术应用/303
一、基于非均一重力场的分离原理与技术/303
二、过滤机理、影响因素及过滤介质阻力定量变化/304
三、过滤装置及其连续操作的设计、节能压榨过滤技术应用/307
四、带式压滤机工作机理及其对高含水率中药渣的压滤脱水技术应用/310
五、中药固液分离特征与难点：颗粒特性与柔性杂质/311
第四节 基于沉降过程强化的固液分离工程原理与技术应用/312
一、沉淀分离强化技术的安全、有效原理/313
二、絮凝原理及絮凝沉降技术/313
三、基于改变溶液体系稳定性原理的沉淀生成技术应用/316
第五节 沉降分离技术在中药制药分离工程中的应用/320
一、醇沉工艺的基本原理、强化手段与应用/320
二、中药提取收率调控机理与应用/322
三、口服液等液体制剂澄清技术应用/323
四、离心技术在中药制药其他方面的技术应用/323
第八章 中药制药精制过程工程原理与技术应用 325
第一节 中药制药精制过程概念及其作用/325
一、制药分离技术的中药精制过程概念/325
二、中药制药精制过程的共性原理与存在的问题/325
三、中药精制技术导致的中药制药过程变化及其药剂学应用/326
第二节 基于均一重力场沉降过程工程原理的醇沉精制原理与技术应用/328
一、醇沉物质的微观形态及其工艺学意义/328
二、关于中药复方制剂醇沉工艺含醇量的调研/330
三、基于中药醇沉技术原理的醇沉浓度概念辨析/331
四、ΔC的质量源于设计原理认识论及其纠正/332
五、基于水力旋流、微分散技术原理的中药醇沉装备及技术应用/334
第三节 基于膜科学技术的中药制药精制过程原理与技术应用/336
一、基于筛分效应的微滤和超滤过程的中药制药精制原理/336
二、微滤过程、超滤工艺流程及其动力学过程分析/341
三、中药膜工艺优化原则/343
四、工艺条件对膜过程影响的一般规律/344
五、膜技术与现有行业中药精制技术水平的比较/344
第四节 基于吸附/筛分效应的大孔吸附树脂精制过程原理与技术应用/348
一、吸附性耦合筛选性———大孔吸附树脂精制中药原理/349
二、大孔吸附树脂的吸附动力学特征/350
三、基于大孔树脂分离机理的吸附、洗脱工艺参数优选原则及其应用/353
四、中药复方体系的竞争吸附机制及其应对措施/355
五、基于知识发现的树脂组合技术及其精制黄连解毒汤的探索性研究/356
第五节 基于液液相平衡的中药制药精制原理与技术/357
一、液液相平衡原理/357
二、液液萃取技术/358
三、双水相萃取技术/364
四、高速逆流色谱技术/370
第六节 基于气液相平衡的中药精制原理与技术应用/373
一、气液相平衡分离原理/374
二、分子蒸馏技术原理与技术应用/374
三、泡沫分离技术原理与技术应用/379
第七节 基于液固相平衡的中药精制原理与技术应用/383
一、结晶原理与技术/383
二、固液吸附原理与技术/388
第九章 中药浓缩过程工程原理与技术应用 401
第一节 基于蒸发效应的中药浓缩原理与技术应用/401
一、蒸发浓缩过程的理论/401
二、中药煎液蒸发浓缩工艺引起质变的讨论/404
三、浓缩过程对中药物料溶液环境的影响/406
四、基于蒸发效应的中药热效浓缩设备、过程设计与应用/413
五、中药物料浓缩的特殊问题/416
第二节 基于膜筛分与亲和扩散效应的中药浓缩原理与技术应用/417
一、纳滤：基于膜筛分、溶解 扩散与道南效应协同作用的中药膜浓缩原理与技术/418
二、反渗透：基于溶解 扩散效应的中药膜浓缩原理与技术/421
三、膜蒸馏：基于气体分离的中药膜浓缩原理与技术/422
四、渗透气化：基于溶解 扩散与气体分离的协同效应的中药膜浓缩原理与技术/425
五、膜集成浓缩原理与技术/428
六、中药膜浓缩与传统蒸发浓缩能耗对比与工艺设计的思考/431
第三节 基于结晶的中药冷冻浓缩原理与技术应用/438
一、冷冻浓缩的技术原理/438
二、基于结晶过程原理的冷冻浓缩技术分类与技术应用/439
三、关于中药及天然产物冷冻浓缩技术的讨论/441
第十章 中药干燥过程工程原理与技术应用 447
第一节 基于中药物料中水分子行为的干燥过程工程原理/447
一、中药物料中水分子的存在形态及其在干燥过程中的迁移行为/447
二、基于蒸发原理的干燥过程模拟动力学/448
三、干燥对浸膏、丸剂性质等影响及其作用机理/453
四、干燥过程的玻璃化转变及其对产品品质的影响与策略/459
五、干燥技术选择的适应性原则/463
第二节 基于快速蒸发效应的喷雾干燥过程工程原理与技术应用/464
一、喷雾干燥技术的工程原理/464
二、喷雾干燥过程的粒度分布变化规律/466
三、基于计算流体力学方法的喷雾干燥过程优化/467
四、黏壁现象发生机制及其解决方案/468
五、面向粉雾剂的复合粒子喷雾干燥制备原理与技术应用/470
六、纳米喷雾干燥技术及其在药物研究中的技术应用/472
第三节 基于蒸发热效应的其他干燥过程原理与技术/475
一、减压干燥过程工程原理与技术/475
二、真空带式过程干燥工程原理与技术/475
三、沸腾干燥过程工程原理与技术/476
四、微波干燥过程工程原理与技术/477
五、红外线干燥过程工程原理与技术/478
第四节 基于升华原理的冷冻干燥技术/480
一、冷冻干燥过程工程原理及其关键工艺/480
二、冷冻干燥设备与基本流程/482
三、冷冻干燥曲线的设计参数及其绘制/486
四、优选中药复方粉针剂冻干工艺的原理/487
五、冷冻干燥技术在中药领域中的应用/489
第十一章 中药制药反应分离过程工程原理与技术应用 495
第一节 反应分离的概念与反应分离过程工程原理/495
一、反应分离的概念与反应分离方法分类/495
二、反应过程得以进行的条件与反应平衡/496
三、利用反应体的可逆反应分离过程工程原理/497
四、生物反应分离过程工程原理与技术/508
第二节 酶解反应分离过程工程原理与技术应用/509
一、酶的化学本质与特性/509
二、酶反应机制与影响因素/511
三、基于酶反应机制的中药制药分离过程工程原理与技术应用/513
第三节 发酵反应分离过程工程原理与技术应用/516
一、中药发酵分离过程的微生物学原理/516
二、中药发酵分离过程的化学原理/519
三、中药发酵分离过程的药理学、临床药效学原理/520
四、发酵过程对中药毒副作用的影响/521
五、中药发酵分离过程的生物药剂学原理/521
六、新型中药发酵过程工程原理与技术应用/522
第四节 免疫亲和反应分离过程工程原理与技术应用/523
一、免疫亲和色谱技术原理与技术特征/523
二、免疫亲和色谱基本流程与技术要点/524
三、免疫亲和色谱的技术应用/527
第五节 分子生物色谱分离原理———药物靶体分子识别功能/528
一、基于药物靶体分子识别功能的分子生物色谱原理及其特点/529
二、分子生物色谱用于活性成分筛选、分离的基本模式与技术路线/529
三、硅胶载体细胞膜色谱法/532
第六节 中药功效成分生物合成过程工程原理与技术应用/535
一、中药合成生物学与工程原理概述/535
二、中药合成生物学策略/535
三、基于生物合成过程工程原理的中药合成生物学展望/538
第十二章 中药制药分离过程的耦合、强化工程原理与技术应用 544
第一节 过程耦合与过程强化技术概述/544
一、过程耦合及其优点/544
二、常见的中药分离耦合技术/545
三、过程强化及其优点/545
四、常见的中药制药分离强化技术/546
第二节 膜耦合过程工程原理与技术应用/546
一、膜过程与反应过程的技术耦合/546
二、膜过程与树脂吸附的耦合技术/548
三、膜过程与分子印迹的耦合技术/551
中药制药分离过程：工程原理与技术应用
四、膜过程与结晶、萃取、蒸馏等分离方法的技术耦合/556
第三节 超临界流体耦合过程工程原理与技术应用/557
一、超临界流体萃取技术与膜过程的耦合原理/558
二、超临界流体萃取与精馏技术联用的耦合原理/559
三、超临界流体萃取与溶剂萃取联用的耦合原理/560
四、超临界流体萃取与分子蒸馏的耦合原理与技术应用/561
第四节 微波强化过程工程原理与技术应用/562
一、微波技术强化中药制药分离过程的原理/562
二、微波过程强化技术的构成/567
三、微波强化技术在中药制药分离过程中的技术应用/569
第五节 超声波强化过程工程原理与技术应用/571
一、超声波技术强化中药制药分离过程的原理/572
二、超声波过程强化技术的构成/574
三、超声波强化技术在中药制药分离过程中的技术应用/576
第六节 膜分散技术及其强化反应过程研究/577
一、膜分散技术的原理与特点/577
二、膜分散技术的传质强化作用/578
第十三章 面向中药制药废弃物资源化的分离工程原理与技术应用 583
第一节 中药制药废弃物资源化概述/583
一、中药制药废弃物的分类/583
二、中药制药废弃物的主要物质基础/584
三、基于中药制药废弃物主要物质基础的资源化策略/584
第二节 面向中药制药废弃物资源化的酶解工程原理与技术应用/585
一、基于酶反应原理的中药制药废弃物资源化策略/586
二、酶解反应工程原理中的预处理作用与技术应用/586
三、酶解反应工艺的优化方向/587
第三节 面向中药制药废弃物资源化的发酵工程原理与技术应用/587
一、面向多糖类等高分子资源利用的中药制药废弃物发酵原理与技术应用/588
二、面向小分子活性成分转化的中药制药废弃物发酵原理与技术应用/589
三、面向小分子生物抗性屏障的中药制药废弃物发酵原理与技术应用/589
四、面向提高生态系统安全性的中药制药废弃物发酵原理与技术应用/590
五、“以废治废”生产微生物絮凝剂的中药制药废弃物发酵原理与技术应用/591
第四节 基于膜耦合过程的中药制药废弃物资源化工程原理与技术应用/592
一、膜家族的多样性兼容中药制药废弃物化学组成复杂特征/592
二、膜耦合技术对废弃物资源化产物的适应性/593
三、高级氧化技术耦合膜生物反应器治理中药制药液态废弃物的原理与技术应用/594
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