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天然新塔花揮發油提取工藝中間試驗項目

一、項目概要
　  本項目是新疆科宇科技有限公司在購買新疆藥物研究所專利技術的基礎上進行二次開發，采用超臨界CO2萃取技術提取新塔花揮發油進行工藝的中間試驗，在超臨界CO2萃取技術時使用乙醇作為夾帶劑，使新塔花油的提取率為9.90%，相比傳統不加夾帶劑CO2超臨界萃取新塔花油方法（1.8%）提取效率提高5.5倍。
　  本項目技術工藝流程簡單，用時短、省去分離精制的步驟，大大縮短了生產周期。且使用夾帶劑后能夠使萃取段和解析段僅小幅度地改變溫度、壓力即獲得更大的溶解度差，從而降低操作難度和成本，易于實現工業化生產。本項目技術已申請國家發明專利，取得專利申請受理通知書，申請號：201010611539.2，專利名稱：一種以乙醇為夾帶劑的新塔花油二氧化碳超臨界萃取方法。
　  新塔花（Ziziphora bungeana Juz.）系唇形科新塔花屬植物，具有濃郁的薄荷香味，為民間中草藥，也是民族常用藥物，主要有安神、強壯的功效，主治失眠、心慌、軟骨病等癥狀，對高血壓及冠心病也有一定的療效。新塔花油為新塔花中重要的藥理活性部位之一，具有擴張動脈、保護心肌細胞氧化損傷，以及提高機體抗氧化功能等廣泛的藥理活性。可廣泛的用于食品工業，造酒工業、香水工業、制藥工業等領域。
　  新疆的野生小葉薄荷(新塔花),沿天山和阿爾泰山的低山帶中廣泛的分布著。面積之大也在全國占著重要地位,是一種很好的芳香油原料。根據查閱有關資抖,全國其它省未見小葉薄荷利用的報導,這種優勢資源到目前還沒有很好的開發利用。本項目對新塔花的研究開發可以充分利用地緣和自然條件的優勢，大力發展芳香油植物，逐步發展，使它成為新疆的支柱產業或重要芳香油基地。
　  
　  二、單位概況
　  企業名稱：新疆科宇科技有限公司
　  通訊地址：烏市天津南路682號創業大廈509室
　  注冊時間：2006年5月16日
　  注冊資金：50萬元（人民幣）
　  企業注冊登記類型：有限責任公司
　  主管單位：烏魯木齊高新區產業發展局
　  新疆科宇科技有限公司于2006年5月正式成立，注冊資金50萬元；是一家坐落于烏魯木齊高新技術開發區創業孵化園的科技研發型企業。公司由上海同濟大學博士陳玲俐、新疆農業大學食品系主任馮作山教授、李曉紅及一批有志從事天然植物提取物研究、開發、生產的有志之士共同組成。由李曉紅擔任公司總經理、馮作山擔任公司技術總監并負責公司系列產品的研究開發；公司高管人員有著扎實的專業理論知識、豐富的企業管理和市場開拓經驗；為推動大西北地區生物醫藥技術的產業化過程，使公司成為我國具有較強競爭力、創新力的企業不斷努力奮起。
　  公司已在烏魯木齊高新技術開發區創業園租用200平方米生產廠房，將按照QS的標準建設100平方米的生產車間、40平方米原料庫房、40平方米產成品儲備間及20平方米的工藝實驗室以滿足公司項目所需。配備提取、濃縮、分離、干燥、精制、分裝一條龍的天然植物生產線，包括多功能轉盤提取罐、高效旋轉薄膜蒸發器、濃縮物罐、動態脫溶罐、風冷式冷水機組、料液儲罐等設備。為滿足該項目的實施，公司將購置超臨界萃取設備、粉碎機及相關的試驗檢測儀器等，建立完整的產業化生產條件。
　  根據實際生產情況，聘用具有豐富實踐經驗的技術人員進行專業培訓后進行生產操作；另公司計劃根據積累的生產經驗，將部分生產設備購置后進行關鍵部位改造，通過不斷調試，改進生產技術及工藝，以提高、完善項目產品生產線生產的穩定性、功能性與安全性，逐步將產品擴大生產達到產業化生產水平。
　  經過近年的發展，公司在技術水平，管理體系等多方面都取得了長足的進步，資金也得到了進一步的積累。公司依托新疆農業大學的技術優勢，不斷革新生產工藝和生產技術，確保產品質量。使公司逐步具備了一定的市場競爭能力，公司市場范圍逐步拓展，訂貨也大量增加。“值得信賴，忠誠顧客”已經成為公司每個員工的信條。
　  公司的干部管理隊伍思想解放、觀念超前、銳意進取；職工隊伍亦是一支年輕化、專業化、團結向上的團隊；公司高管人員更是有著扎實的專業理論知識、豐富的企業管理和市場開拓能力。公司以“綠色賦予健康”為宗旨，始終堅持依靠技術推動企業發展的道路。公司現有員工16人，擁有一支以博士、碩士為骨干的專業研發團隊，其中共有博士1名、碩士3名，本科3名，其他1名，占公司人員總數的50%，具有豐富的天然植物的提取經驗。同時公司還積極與多家科研院所保持緊密合作，聘請新疆農業大學食品系主任馮作山教授和中國科學院新疆理化技術研究所研究員趙文軍同志等多位專家為技術總監。如此強大的研發隊伍，是我公司純天然提取物高質量、多品種的有力保證。公司還積極培養和鍛煉自己的科研隊伍，多層次開展員工培訓，使企業發展戰略緊密結合起來。
　  自2004年起新疆科宇科技有限公司的幾位發起人就著手從事系列天然植物提取物的研究開發。已成功開發的產品有天然β-胡蘿卜素及其延伸產品天然β-胡蘿卜素VE軟膠囊。目前正進行新產品新塔花揮發油的產業化項目的開發。公司已經具備對以上產品的研究、開發、生產技術，現在公司以天然植物提取物的開發為市場切入點，利用新疆特色植物進行番茄紅素、紅花黃素、葡萄皮色素、枸杞色素、辣椒多糖等的提取，開發系列產品，提高新疆特色植物資源的開發利用率。
　  三、項目研究內容及成果
　  1、項目基本原理
　  本項目是一種新塔花（Ziziphora bungeana Juz.）全草揮發油高收率提取工藝產業化生產的研究，利用乙醇為夾帶劑的超臨界流體（CO2）萃取技術對新塔花中揮發油進行萃取。
　  SFE技術原理：超臨界流體萃取是指在不改變化學組成的條件下，利用超臨界流體與其密度的溶解能力的關系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行萃取分離的方法。超臨界流體(Supercritical Fluid)是指超過臨界溫度和臨界壓力的高密度流體，其性質介于氣體和液體之間，兼有兩者的優點，具有優異的溶劑性質，主要包括二氧化碳、乙烯、正戊烷、乙烷、丁醇、乙醇、水等。目前，超臨界流體中研究應用最多的體系是二氧化碳。超臨界CO2流體萃取通過控制超臨界流體(CO2 )在高于臨界溫度(31.05℃)和臨界壓力(7.38MPa)的條件下，從目標物中萃取有效成分，當恢復到常壓和常溫時，溶解在CO2流體中的成分立即以溶于吸收液的液體狀態與氣態CO2分開，從而達到萃取分離目的。
　  提取植物揮發油量少一直是制約植物揮發油發展的瓶頸，為了提高揮發油的產率，目前提取技術亦在不斷更新，該項目采用乙醇夾帶劑的超臨界CO2萃取技術萃取新塔花揮發油，使新塔花揮發油的收率大大提高。這也是今后研究中草藥分析的發展方向之一。為大量的生產新塔花CO2超臨界萃取物提供了必要的、科學的技術參數，實用性較強，易于推廣。
　  2、項目研究內容
　  該項目以新塔花為原料，采用CO2超臨界萃取方法，以乙醇為夾帶劑萃取新塔花揮發油。將新塔花粉碎過篩，得到新塔花全草粉末，加入夾帶劑（95%乙醇）和新塔花全草粉末充分混合均勻，將混合夾帶劑的粉末裝入萃取釜中，進行萃取，新塔花油的提取率為9.90%。相比傳統不加夾帶劑CO2超臨界萃取新塔花油方法（1.8%）提取效率提高5.5倍。
　  該項目主要研究開發新塔花揮發油提取工藝，驗證工藝的可行性及合理性，對工藝進行完善和優化。優化確定產業化生產工藝的各項技術參數及技術指標，對萃取壓力、萃取溫度、萃取時間進行考察驗證，解決產業化生產中的實際技術問題。
　  目前，公司已完成對芳香新塔花揮發油的化學成份分析、新塔花油在心血管疾病，以及保護心肌細胞氧化損傷等方面的研究。
　  （1）芳香新塔花揮發油的化學成份分析。實驗采用水蒸氣蒸餾法提取芳香新塔花全草中的揮發油，并用GC-MS聯用技術，結合計算機質譜圖庫檢索，從中分離了31個色譜峰，對總離子流圖中的各峰經質譜掃描后得到質譜圖，經計算機質譜數據庫系統檢索（WILEY和NIST）確定了30個化合物，分別為正己烷，2-己烯醛，α-蒎烯，莰烯，檜烯，β-蒎烯，β-月桂烯，3-辛醇，對傘花烴，檸檬精油，桉葉素，(E)- 3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯，芳樟醇，(Z)-乙酸-2-己稀-1-醇酯，3-乙酸辛酯，乙酸順式水合檜烯酯，順-5-甲基-2-(1-甲基乙基)環己酮，薄荷酮，異胡薄荷酮，異薄荷醇，β-甲基苯丙醛，胡薄荷酮，胡椒酮，乙酸異龍腦酯，百里酚，辣薄荷烯酮，β-乙香草烯，4,8-二甲基-7-壬烯-2-酮，乙酸-2,2-二甲基環己酯，大根香葉烯D。
　  （2）新塔花提取物對培養乳鼠心肌細胞缺氧復氧損傷的保護作用研究。
　  （3）新塔花油對大鼠離體胸主動脈舒張作用的初步研究。
　  基于以上所有研究基礎，說明新塔花油在心血管疾病，以及保護心肌細胞氧化損傷等方面具有良好的應用前景。至今還沒有新塔花揮發油產品上市，因此本項目的研究為以后新塔花揮發油的產業化提供依據并奠定基礎。
　  3、項目成果
　  （1）使用乙醇作為夾帶劑使新塔花揮發油收率倍增： 
　  超臨界CO2萃取技術的溶劑大多是非極性或弱極性的，對親脂類物質的溶解度較大，對較大極性的物質溶解度較小。針對這一問題，在純的超臨界CO2流體中加入一定量的極性溶劑，可顯著地改善超臨界CO2流體的極性，拓寬其使用范圍。夾帶劑的加入對超臨界CO2流體的影響主要有：①增加溶解度，相應的可能降低萃取過程的操作壓力；②通過選擇適當的夾帶劑，有可能增加萃取過程的分離因素；③加入夾帶劑后，有可能單獨通過改變溫度達到分離解析的目的，而不必應用一般的降壓流程。本項目對夾帶劑進行選擇，確定乙醇作為夾帶劑能夠大幅度提高揮發油的收率。
　  （2）萃取時間： 
　  長時間的萃取在增加操作成本的同時，可能會使其他本來溶解度較小的雜質也隨之被萃取出來。因此，增加萃取強度，用盡量短的時間，更有利于整個萃取效率的提高。本項目研究確定合適的萃取時間為120min。
　  （3）藥材粉碎度
　  對中藥材來說，必須要有一定的粉碎度才能得到較好的萃取效率，原料的粒度越小，萃取速度越快，萃取越完全，但粒度過小，易堵塞氣路，甚至無法再進行操作而且還會造成原料結塊，出現所謂的溝流。本項目新塔花經過粉碎成不同粒度考察揮發油收率，最終確定新塔花全草粉碎過40目篩。
　  （4）萃取壓力 
　  壓力是SFE-CO2萃取過程中最重要的參數之一，萃取溫度一定時，壓力增加，流體的密度增大，在臨界壓力附近，壓力的微小變化會引起密度的急劇改變，流體的密度越大，對溶質的溶解能力越強，萃取所需的時間越短，萃取越完全，本項目通過單因素實驗對萃取壓力進行考察，最終確定為調解萃取缸壓力15MPa，分離缸Ⅰ的壓力為6MPa，分離缸Ⅱ的壓力為3Mpa。
　  （5）萃取溫度 
　  萃取溫度是SFE-CO2萃取過程中另一個重要的參數，溫度對超臨界CO2流體溶解能力的影響比較復雜，主要有兩個方面。一方面，在一定的壓力下，升高溫度，物質的蒸氣壓增大，提取成分的揮發性增加，擴散速度也提高，從而有利于成分的萃取；另一方面，由于溫度升高，超臨界流體的密度減小，從而導致流體溶解能力的降低，對萃取不利。我們在實際操作中通過不同溫度下萃取效果的仔細考察，找到合適的溫度，定萃取缸溫度為45℃，分離缸Ⅰ溫度為30℃和分離缸Ⅱ溫度為20℃
　  （6）CO2流量 
　  SFE-CO2萃取過程事實上是被萃取成分在流體中溶解，擴散等一系列的平衡過程，CO2流量增加時，會產生有利和不利兩方面的影響，有利方面是：①增加了溶劑對原料的萃取次數，可縮短萃取時間；②流速提高，可以更好的“翻動”被萃取的原料，使萃取器中各點的原料都得到均勻的萃取；③隨著CO2流量增加，被萃取成分的推動力加大，傳遞系數增加，有利于萃取。因此，過大的流量意義并不大，且造成不必要的浪費。實際操作中將通過調節控制CO2合適的流量。
　  四、項目社會經濟效益
　  新塔花為極芳香植物，具有薄荷香味，是提煉芳香油很有應用前景的特色植物資源。全株地上部分均可入藥，別名小葉薄荷，維名“續則”或“蘇則”，具有安神、強壯的功效，主治失眠、心慌、軟骨病等癥狀，對高血壓及冠心病也有一定的療效。目前，對于薰衣草、牛至、百里香等唇形科其他屬植物揮發油化學成分的研究報道較多，而對新塔花屬的研究，國內僅限于作為傳統草藥對高血壓及心臟病的療效探討，國外近幾年報道了新塔花揮發油的主要化學成分。
　  目前，還沒有關于芳香新塔花的新藥應用于臨床，芳香新塔花這一良好的藥用資源尚未引起人們的關注。心血管疾病是包括心臟和血管疾病、肺循環疾病和腦血管疾病的一組循環系統疾病。而高血壓、腦卒中和冠心病對人類健康的危害日趨嚴重，是當今社會危害人類健康和生命最主要的疾病。世界范圍來看，其發病率和死亡率一直是上升趨勢。其中冠心病是由于心急嚴重缺血而引起心機的損傷和壞死，其實質是心機缺血。急性心肌梗死（AMI）是其臨床的主要表現。AMI在歐美國家已成為嚴重的健康問題，美國每年大約有150萬人發生AMI，其中大約有1/3的人死亡，在中國AMI同樣也是一個引起廣泛關注的健康問題，流行病學調查結果顯示，心肌梗死患病率在中國平均為10萬，死亡率為患病率的10%。因此，尋找開發有效的治療心血管疾病的藥物已日益受到國內外的廣泛重視，成為當前醫藥學界的主要研究課題之一。
　  隨著時代的發展，人們的生活水平在不斷提高，對精神生活和物質生活的需求也朝著更高級的目標前進。人們在生活和工作的雙重壓力下，很多人處于亞健康狀態，感覺身心疲憊。這些壓力如不能及時得到緩解和消除，會引發各種生理和心理方面的疾病。追求生活質量的人，開始更加重視自己的身心健康，同時對各類保健服務需求量越來越大。芳香產品由于是直接從植物的花朵、果實、樹葉、樹干、樹脂、和樹根提取，濃縮了自然植物之精華，具有迷人的芳香和神奇的功效，它還能與人體產生協同作用，使人體處于最佳的平衡自然狀態，達到改善人體亞健康，增強人體免疫力。即強身健體之功效。并能誘發女人體內的香源，使女人散發特有的體香，讓人從內到外健康美麗。這幾年市場逐漸興起的芳香產品則符合大眾的這種需求，已從無知到逐漸被大眾認識、了解，到認可接受，甚至狂熱追捧,都表明了時代對時尚自然的需求。