天然新塔花挥发油提取工艺中间试验项目
发布日期：2012-06-15
一、项目概要
本项目是新疆科宇科技有限公司在购买新疆药物研究所专利技术的基础上进行二次开发，采用超临界CO2萃取技术提取新塔花挥发油进行工艺的中间试验，在超临界CO2萃取技术时使用乙醇作为夹带剂，使新塔花油的提取率为9.90%，相比传统不加夹带剂CO2超临界萃取新塔花油方法（1.8%）提取效率提高5.5倍。
本项目技术工艺流程简单，用时短、省去分离精制的步骤，大大缩短了生产周期。且使用夹带剂后能够使萃取段和解析段仅小幅度地改变温度、压力即获得更大的溶解度差，从而降低操作难度和成本，易于实现工业化生产。本项目技术已申请国家发明专利，取得专利申请受理通知书，申请号：201010611539.2，专利名称：一种以乙醇为夹带剂的新塔花油二氧化碳超临界萃取方法。
新塔花（Ziziphora bungeana Juz.）系唇形科新塔花属植物，具有浓郁的薄荷香味，为民间中草药，也是民族常用药物，主要有安神、强壮的功效，主治失眠、心慌、软骨病等症状，对高血压及冠心病也有一定的疗效。新塔花油为新塔花中重要的药理活性部位之一，具有扩张动脉、保护心肌细胞氧化损伤，以及提高机体抗氧化功能等广泛的药理活性。可广泛的用于食品工业，造酒工业、香水工业、制药工业等领域。
新疆的野生小叶薄荷(新塔花),沿天山和阿尔泰山的低山带中广泛的分布着。面积之大也在全国占着重要地位,是一种很好的芳香油原料。根据查阅有关资抖,全国其它省未见小叶薄荷利用的报导,这种优势资源到目前还没有很好的开发利用。本项目对新塔花的研究开发可以充分利用地缘和自然条件的优势，大力发展芳香油植物，逐步发展，使它成为新疆的支柱产业或重要芳香油基地。
二、单位概况
企业名称：新疆科宇科技有限公司
通讯地址：乌市天津南路682号创业大厦509室
注册时间：2006年5月16日
注册资金：50万元（人民币）
企业注册登记类型：有限责任公司
主管单位：乌鲁木齐高新区产业发展局
新疆科宇科技有限公司于2006年5月正式成立，注册资金50万元；是一家坐落于乌鲁木齐高新技术开发区创业孵化园的科技研发型企业。公司由上海同济大学博士陈玲俐、新疆农业大学食品系主任冯作山教授、李晓红及一批有志从事天然植物提取物研究、开发、生产的有志之士共同组成。由李晓红担任公司总经理、冯作山担任公司技术总监并负责公司系列产品的研究开发；公司高管人员有着扎实的专业理论知识、丰富的企业管理和市场开拓经验；为推动大西北地区生物医药技术的产业化过程，使公司成为我国具有较强竞争力、创新力的企业不断努力奋起。
公司已在乌鲁木齐高新技术开发区创业园租用200平方米生产厂房，将按照QS的标准建设100平方米的生产车间、40平方米原料库房、40平方米产成品储备间及20平方米的工艺实验室以满足公司项目所需。配备提取、浓缩、分离、干燥、精制、分装一条龙的天然植物生产线，包括多功能转盘提取罐、高效旋转薄膜蒸发器、浓缩物罐、动态脱溶罐、风冷式冷水机组、料液储罐等设备。为满足该项目的实施，公司将购置超临界萃取设备、粉碎机及相关的试验检测仪器等，建立完整的产业化生产条件。
根据实际生产情况，聘用具有丰富实践经验的技术人员进行专业培训后进行生产操作；另公司计划根据积累的生产经验，将部分生产设备购置后进行关键部位改造，通过不断调试，改进生产技术及工艺，以提高、完善项目产品生产线生产的稳定性、功能性与安全性，逐步将产品扩大生产达到产业化生产水平。
经过近年的发展，公司在技术水平，管理体系等多方面都取得了长足的进步，资金也得到了进一步的积累。公司依托新疆农业大学的技术优势，不断革新生产工艺和生产技术，确保产品质量。使公司逐步具备了一定的市场竞争能力，公司市场范围逐步拓展，订货也大量增加。“值得信赖，忠诚顾客”已经成为公司每个员工的信条。
公司的干部管理队伍思想解放、观念超前、锐意进取；职工队伍亦是一支年轻化、专业化、团结向上的团队；公司高管人员更是有着扎实的专业理论知识、丰富的企业管理和市场开拓能力。公司以“绿色赋予健康”为宗旨，始终坚持依靠技术推动企业发展的道路。公司现有员工16人，拥有一支以博士、硕士为骨干的专业研发团队，其中共有博士1名、硕士3名，本科3名，其他1名，占公司人员总数的50%，具有丰富的天然植物的提取经验。同时公司还积极与多家科研院所保持紧密合作，聘请新疆农业大学食品系主任冯作山教授和中国科学院新疆理化技术研究所研究员赵文军同志等多位专家为技术总监。如此强大的研发队伍，是我公司纯天然提取物高质量、多品种的有力保证。公司还积极培养和锻炼自己的科研队伍，多层次开展员工培训，使企业发展战略紧密结合起来。
自2004年起新疆科宇科技有限公司的几位发起人就着手从事系列天然植物提取物的研究开发。已成功开发的产品有天然β-胡萝卜素及其延伸产品天然β-胡萝卜素VE软胶囊。目前正进行新产品新塔花挥发油的产业化项目的开发。公司已经具备对以上产品的研究、开发、生产技术，现在公司以天然植物提取物的开发为市场切入点，利用新疆特色植物进行番茄红素、红花黄素、葡萄皮色素、枸杞色素、辣椒多糖等的提取，开发系列产品，提高新疆特色植物资源的开发利用率。
三、项目研究内容及成果
1、项目基本原理
本项目是一种新塔花（Ziziphora bungeana Juz.）全草挥发油高收率提取工艺产业化生产的研究，利用乙醇为夹带剂的超临界流体（CO2）萃取技术对新塔花中挥发油进行萃取。
SFE技术原理：超临界流体萃取是指在不改变化学组成的条件下，利用超临界流体与其密度的溶解能力的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行萃取分离的方法。超临界流体(Supercritical Fluid)是指超过临界温度和临界压力的高密度流体，其性质介于气体和液体之间，兼有两者的优点，具有优异的溶剂性质，主要包括二氧化碳、乙烯、正戊烷、乙烷、丁醇、乙醇、水等。目前，超临界流体中研究应用最多的体系是二氧化碳。超临界CO2流体萃取通过控制超临界流体(CO2 )在高于临界温度(31.05℃)和临界压力(7.38MPa)的条件下，从目标物中萃取有效成分，当恢复到常压和常温时，溶解在CO2流体中的成分立即以溶于吸收液的液体状态与气态CO2分开，从而达到萃取分离目的。
提取植物挥发油量少一直是制约植物挥发油发展的瓶颈，为了提高挥发油的产率，目前提取技术亦在不断更新，该项目采用乙醇夹带剂的超临界CO2萃取技术萃取新塔花挥发油，使新塔花挥发油的收率大大提高。这也是今后研究中草药分析的发展方向之一。为大量的生产新塔花CO2超临界萃取物提供了必要的、科学的技术参数，实用性较强，易于推广。
2、项目研究内容
该项目以新塔花为原料，采用CO2超临界萃取方法，以乙醇为夹带剂萃取新塔花挥发油。将新塔花粉碎过筛，得到新塔花全草粉末，加入夹带剂（95%乙醇）和新塔花全草粉末充分混合均匀，将混合夹带剂的粉末装入萃取釜中，进行萃取，新塔花油的提取率为9.90%。相比传统不加夹带剂CO2超临界萃取新塔花油方法（1.8%）提取效率提高5.5倍。
该项目主要研究开发新塔花挥发油提取工艺，验证工艺的可行性及合理性，对工艺进行完善和优化。优化确定产业化生产工艺的各项技术参数及技术指标，对萃取压力、萃取温度、萃取时间进行考察验证，解决产业化生产中的实际技术问题。
目前，公司已完成对芳香新塔花挥发油的化学成份分析、新塔花油在心血管疾病，以及保护心肌细胞氧化损伤等方面的研究。
（1）芳香新塔花挥发油的化学成份分析。实验采用水蒸气蒸馏法提取芳香新塔花全草中的挥发油，并用GC-MS联用技术，结合计算机质谱图库检索，从中分离了31个色谱峰，对总离子流图中的各峰经质谱扫描后得到质谱图，经计算机质谱数据库系统检索（WILEY和NIST）确定了30个化合物，分别为正己烷，2-己烯醛，α-蒎烯，莰烯，桧烯，β-蒎烯，β-月桂烯，3-辛醇，对伞花烃，柠檬精油，桉叶素，(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，乙酸顺式水合桧烯酯，顺-5-甲基-2-(1-甲基乙基)环己酮，薄荷酮，异胡薄荷酮，异薄荷醇，β-甲基苯丙醛，胡薄荷酮，胡椒酮，乙酸异龙脑酯，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-2,2-二甲基环己酯，大根香叶烯D。
（2）新塔花提取物对培养乳鼠心肌细胞缺氧复氧损伤的保护作用研究。
（3）新塔花油对大鼠离体胸主动脉舒张作用的初步研究。
基于以上所有研究基础，说明新塔花油在心血管疾病，以及保护心肌细胞氧化损伤等方面具有良好的应用前景。至今还没有新塔花挥发油产品上市，因此本项目的研究为以后新塔花挥发油的产业化提供依据并奠定基础。
3、项目成果
（1）使用乙醇作为夹带剂使新塔花挥发油收率倍增：
超临界CO2萃取技术的溶剂大多是非极性或弱极性的，对亲脂类物质的溶解度较大，对较大极性的物质溶解度较小。针对这一问题，在纯的超临界CO2流体中加入一定量的极性溶剂，可显著地改善超临界CO2流体的极性，拓宽其使用范围。夹带剂的加入对超临界CO2流体的影响主要有：①增加溶解度，相应的可能降低萃取过程的操作压力；②通过选择适当的夹带剂，有可能增加萃取过程的分离因素；③加入夹带剂后，有可能单独通过改变温度达到分离解析的目的，而不必应用一般的降压流程。本项目对夹带剂进行选择，确定乙醇作为夹带剂能够大幅度提高挥发油的收率。
（2）萃取时间：
长时间的萃取在增加操作成本的同时，可能会使其他本来溶解度较小的杂质也随之被萃取出来。因此，增加萃取强度，用尽量短的时间，更有利于整个萃取效率的提高。本项目研究确定合适的萃取时间为120min。
（3）药材粉碎度
对中药材来说，必须要有一定的粉碎度才能得到较好的萃取效率，原料的粒度越小，萃取速度越快，萃取越完全，但粒度过小，易堵塞气路，甚至无法再进行操作而且还会造成原料结块，出现所谓的沟流。本项目新塔花经过粉碎成不同粒度考察挥发油收率，最终确定新塔花全草粉碎过40目筛。
（4）萃取压力
压力是SFE-CO2萃取过程中最重要的参数之一，萃取温度一定时，压力增加，流体的密度增大，在临界压力附近，压力的微小变化会引起密度的急剧改变，流体的密度越大，对溶质的溶解能力越强，萃取所需的时间越短，萃取越完全，本项目通过单因素实验对萃取压力进行考察，最终确定为调解萃取缸压力15MPa，分离缸Ⅰ的压力为6MPa，分离缸Ⅱ的压力为3Mpa。
（5）萃取温度
萃取温度是SFE-CO2萃取过程中另一个重要的参数，温度对超临界CO2流体溶解能力的影响比较复杂，主要有两个方面。一方面，在一定的压力下，升高温度，物质的蒸气压增大，提取成分的挥发性增加，扩散速度也提高，从而有利于成分的萃取；另一方面，由于温度升高，超临界流体的密度减小，从而导致流体溶解能力的降低，对萃取不利。我们在实际操作中通过不同温度下萃取效果的仔细考察，找到合适的温度，定萃取缸温度为45℃，分离缸Ⅰ温度为30℃和分离缸Ⅱ温度为20℃
（6）CO2流量
SFE-CO2萃取过程事实上是被萃取成分在流体中溶解，扩散等一系列的平衡过程，CO2流量增加时，会产生有利和不利两方面的影响，有利方面是：①增加了溶剂对原料的萃取次数，可缩短萃取时间；②流速提高，可以更好的“翻动”被萃取的原料，使萃取器中各点的原料都得到均匀的萃取；③随着CO2流量增加，被萃取成分的推动力加大，传递系数增加，有利于萃取。因此，过大的流量意义并不大，且造成不必要的浪费。实际操作中将通过调节控制CO2合适的流量。
四、项目社会经济效益
新塔花为极芳香植物，具有薄荷香味，是提炼芳香油很有应用前景的特色植物资源。全株地上部分均可入药，别名小叶薄荷，维名“续则”或“苏则”，具有安神、强壮的功效，主治失眠、心慌、软骨病等症状，对高血压及冠心病也有一定的疗效。目前，对于薰衣草、牛至、百里香等唇形科其他属植物挥发油化学成分的研究报道较多，而对新塔花属的研究，国内仅限于作为传统草药对高血压及心脏病的疗效探讨，国外近几年报道了新塔花挥发油的主要化学成分。
目前，还没有关于芳香新塔花的新药应用于临床，芳香新塔花这一良好的药用资源尚未引起人们的关注。心血管疾病是包括心脏和血管疾病、肺循环疾病和脑血管疾病的一组循环系统疾病。而高血压、脑卒中和冠心病对人类健康的危害日趋严重，是当今社会危害人类健康和生命最主要的疾病。世界范围来看，其发病率和死亡率一直是上升趋势。其中冠心病是由于心急严重缺血而引起心机的损伤和坏死，其实质是心机缺血。急性心肌梗死（AMI）是其临床的主要表现。AMI在欧美国家已成为严重的健康问题，美国每年大约有150万人发生AMI，其中大约有1/3的人死亡，在中国AMI同样也是一个引起广泛关注的健康问题，流行病学调查结果显示，心肌梗死患病率在中国平均为10万，死亡率为患病率的10%。因此，寻找开发有效的治疗心血管疾病的药物已日益受到国内外的广泛重视，成为当前医药学界的主要研究课题之一。
随着时代的发展，人们的生活水平在不断提高，对精神生活和物质生活的需求也朝着更高级的目标前进。人们在生活和工作的双重压力下，很多人处于亚健康状态，感觉身心疲惫。这些压力如不能及时得到缓解和消除，会引发各种生理和心理方面的疾病。追求生活质量的人，开始更加重视自己的身心健康，同时对各类保健服务需求量越来越大。芳香产品由于是直接从植物的花朵、果实、树叶、树干、树脂、和树根提取，浓缩了自然植物之精华，具有迷人的芳香和神奇的功效，它还能与人体产生协同作用，使人体处于最佳的平衡自然状态，达到改善人体亚健康，增强人体免疫力。即强身健体之功效。并能诱发女人体内的香源，使女人散发特有的体香，让人从内到外健康美丽。这几年市场逐渐兴起的芳香产品则符合大众的这种需求，已从无知到逐渐被大众认识、了解，到认可接受，甚至狂热追捧,都表明了时代对时尚自然的需求。
