成果基本信息 | ||||||
关键词: | 马铃薯;茎叶废弃物;茄尼醇 | |||||
成果类别: | 应用技术 | 技术成熟度: | 成熟应用阶段 | |||
体现形式(基础理论类): | / | 体现形式(应用技术类): | 新工艺 | |||
成果登记号: | 2009Y0874 | 资源采集日期: | 10-10-15 |
研究情况 | |||||
单位名称: | 甘肃特色植物有效成分制品工程技术研究中心 | 技术水平: | 国际先进 | ||
评价证书号: | / | 评价单位: | 甘肃省科学技术厅 | ||
评价日期: | 2009.12.29 | 评价证书号: | / |
转化情况 | |||||
转让范围: | 允许出口 | 推广形式: | 4;5 | ||
已转让企业数(个): | 0 |
联系方式 | |||||
联系人(平台): | 孵化基地 | 联系人(平台)电话: | 0771-3394012 | ||
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成果简介 | |||||
一、项目来源 1.高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目(编号:706056),支持经费:30万元。 2.甘肃省科技支撑计划项目(编号:2GS064-A41-004),支持经费:10万元。 3.西北师范大学 “知识与科技创新工程” 三期创新团队项目(编号:nwnu-kjcxgc-03-19),支持经费:15.35万元。 4.甘肃省333、555创新人才工程科研配套资助项目,支持经费:2万元。 5.甘肃省教育厅研究生导师科研项目(编号:0701-22),支持经费:2万元。 二、应用领域和技术原理 应用领域:农业、医药及保健品领域 技术原理:茄尼醇是一种不饱和的九聚异戊二烯伯醇,是合成多种心血管疾病治疗药物、抗癌药物和抗溃疡药物的重要中间体,如合成辅酶Q10、维生素K2和抗癌增效剂SBD等,茄尼醇本身还具有抗菌、消炎和止血作用。 微波辅助提取利用微波辐射高频电磁波穿透萃取介质,到达物料的内部维管束和细胞系统。由于吸收微波能,细胞内部温度迅速上升,使其细胞内部压力超过细胞壁膨胀承受能力,细胞破裂,细胞内有效成分流出,是一种高效、环保、节能的新型提取技术。 本项目利用甘肃富产的马铃薯茎叶废弃物生产高纯度茄尼醇,系统进行了高含量茄尼醇马铃薯品种的筛选,以95﹪乙醇为溶媒,利用微波辅助萃取技术提取并结合反相超临界CO2萃取技术初步纯化茄尼醇,采用动态皂化、柱色谱分离纯化与结晶、重结晶等工艺获得了纯度大于95﹪的高纯度茄尼醇。形成了以马铃薯茎叶为原料生产高纯度茄尼醇的系统技术,进行了茄尼醇的抗氧化、抗衰老和免疫组化研究。申请了2件中国发明专利和1件美国发明专利,其中公开1件,发表学术论文4篇。 三、性能指标 (一)高含量茄尼醇马铃薯品种筛选 比较研究了定西及周边地区不同生境、不同品种和不同生长期的烘干的新鲜马铃薯茎、叶中茄尼醇的含量。结果显示:从生长环境看,茄尼醇含量干旱区>二阴区>川水区;从生长期分析,茄尼醇含量开花后期>成熟期>现蕾期;从植物器官分析,马铃薯叶片中茄尼醇的含量远高于茎和根中茄尼醇的含量;从品种分析,陇薯6号叶中茄尼醇含量最高,达0.412﹪~1.055﹪,其次为陇薯3号(0.324﹪~0.608﹪)、陇薯5号、新大坪、庄薯3号,大白花和大西洋叶片中茄尼醇含量最低。筛选出了以陇薯6号和3号的新鲜叶片为主要原料生产茄尼醇的高含量品种。 (二)茄尼醇提取工艺的研究 1.提取溶媒和提取次数的筛选 微波辅助提取在选择溶媒时,除考虑溶剂对萃取目标物质的溶解度外,还要考虑溶剂与基质的相互作用以及对微波的吸收特性。本项目筛选出的微波辅助提取马铃薯茎叶中茄尼醇的溶媒为95﹪乙醇,其提取3次的提取率达90﹪以上。 2.提取方法的比较 比较研究溶剂浸提法、加热回流法、索氏提取法、微波辅助提取法提取马铃薯叶中茄尼醇的提取效果。结果表明:微波辅助提取法所用时间短,提取率高,选择性较好,引入的杂质相对较少,采用微波萃取法可以节约时间、降低成本。 3.不同原料对微波辅助提取马铃薯叶中茄尼醇提取效果的影响 以烘干的新鲜马铃薯叶和田间自然晾干的马铃薯叶作为微波辅助提取的原料,用95 ﹪乙醇和乙酸乙酯作为溶媒提取时,烘干的新鲜马铃薯叶中茄尼醇的含量是田间自然晾干的马铃薯叶的3倍,是久置堆放马铃薯叶的10倍多。 4.3L、10L微波、10 KW逆流微波辅助提取马铃薯叶中茄尼醇的工艺 以95﹪乙醇为溶媒,以久置堆放的马铃薯叶废弃物为原料,3L微波辅助提取茄尼醇的最佳工艺条件为:料液比1∶8,萃取时间20min;微波功率450W;萃取温度65℃,提取液中的茄尼醇含量为0.032﹪,提取率达94.19﹪,浸膏中茄尼醇含量为0.59﹪。以干燥处理的新鲜马铃薯叶为原料时,提取液中的茄尼醇含量为0.207﹪,提取率达92.40﹪,浸膏中茄尼醇含量达7.02﹪。 以95﹪乙醇为溶媒,以久置堆放的马铃薯茎叶废弃物为原料,10L微波辅助萃取放大的最佳工艺条件为:料液比1∶8;每次萃取时间30min;微波功率2KW;萃取温度55℃,提取液中茄尼醇含量为0.0301﹪,提取率达88.32﹪。中试10KW大功率微波辅助逆流提取的最佳工艺条件为:料液比1∶12;萃取时间60min;温度55℃;功率7KW,提取液中茄尼醇的含量为0.0144﹪,提取率为74.98﹪。 (三)反相超临界CO2萃取技术纯化茄尼醇工艺的研究 茄尼醇浸膏用95﹪乙醇作为夹带剂溶解后,经反相超临界CO2萃取技术纯化,茄尼醇含量从6.23﹪提高到34.63﹪,含量是原来的5.56倍,杂质去除率达86.98﹪,茄尼醇收率为71.57﹪。 (四)茄尼醇动态皂化工艺的研究 采用NaOH的乙醇溶液和石油醚体系动态皂化结合态茄尼醇,久置堆放的马铃薯叶提取的茄尼醇浸膏中含量由0.59﹪提高到4.83﹪,经冷冻脱蜡后达到7.87﹪。干燥处理的新鲜马铃薯叶提取的茄尼醇浸膏含量从7.02﹪提高到14.51﹪,提高了1.1倍。动态皂化不但保护了游离态的茄尼醇不被强碱降解或异构化,而且使皂化和萃取同步完成,减少了工序,节省了溶媒,提高了效率。 (五)茄尼醇柱色谱纯化工艺的研究 1.硅胶柱色谱分离纯化茄尼醇工艺 以200~300目硅胶为填料,先以石油醚;再以石油醚∶乙酸乙酯 = 20∶1、15∶1、9∶1(V∶V)为洗脱剂在2.0 mL·min-1的流速下进行梯度洗脱纯化,茄尼醇的含量由7.87﹪提高到85.3﹪,含量是原来的10.84倍。 2.大孔吸附树脂分离纯化茄尼醇工艺 以吸附量和解吸率为指标,比较考察AB-8(D101)、HPD100、HPD300、HPD500等大孔吸附树脂对茄尼醇的静态吸附和解析。结果显示:AB-8(D101) 不但吸附量很大,而且解吸率较高,适合马铃薯叶中茄尼醇的纯化。 大孔树脂使用后可以再生,可重复使用,而传统的硅胶柱色谱虽获得了较好的分离效果,但操作时间长,工序繁琐,且需要大量的洗脱液。研究表明:静态吸附优于动态吸附。AB-8(D101)静态吸附茄尼醇的最佳条件为:m(树脂)∶m(茄尼醇浸膏)=1∶1,1.5mg·mL-1的茄尼醇甲醇溶液,在pH = 7,45℃下恒温震荡静态吸附2h,吸附量和吸附率分别为57.39mg·g-1和76.52﹪。动态解吸的最佳条件为:用7﹪的乙醇将极性偏大的杂质洗脱完全后以90﹪的乙醇快速洗脱茄尼醇,流速为3mL·min-1,茄尼醇的含量由7.87﹪提高到61.81﹪,含量是原来的7.85倍。 (六)茄尼醇结晶、重结晶工艺的研究 经柱色谱得到的茄尼醇精品溶于适量的无水乙醇中,在-20℃下结晶,4℃下重结晶,茄尼醇质量分数达到95﹪以上,可以满足制药、保健品等市场的需求。 (七) 茄尼醇的抗氧化、抗衰老及免疫组化研究 1.茄尼醇的体外抗氧化作用研究 茄尼醇清除超氧阴离子自由基和羟自由基的能力与Trolox接近,8mmol·L-1的茄尼醇超氧阴离子自由基清除率达82.4﹪。2.5mmol·L-1的茄尼醇即具有抑制脂质过氧化的作用,但其抑制效果弱于同浓度的Trolox。体外抗氧化实验显示,茄尼醇具有较显著的清除超氧阴离子与羟自由基的活性作用,且具有一定抑制脂质过氧化作用。 2.茄尼醇的体内抗氧化作用研究 利用D-半乳糖致小鼠衰老模型研究茄尼醇的体内抗氧化作用,通过诱饵迷宫试验,测定脑、肝组织和血清中SOD、MDA以及NO的含量,并用免疫组化研究结合光学显微镜观察对海马细胞凋亡蛋白表达的影响。结果表明:中、低剂量茄尼醇对D-半乳糖致衰老小鼠具有一定的减缓或改善作用,可减少组织脂质过氧化物的生成,提高抗氧化酶活性;茄尼醇可减少血清氮自由基的生成;对学习与记忆行为有一定改善作用。中剂量茄尼醇对D-半乳糖致衰老小鼠海马细胞凋亡蛋白的表达具有显著作用,茄尼醇可通过上调Bcl-2蛋白表达、下调Bax蛋白表达,抑制或减缓D-半乳糖引起的脑海马区的不良作用。 四、与国内外同类技术比较 目前国际市场上茄尼醇的工业品主要有两种,一种是褐色膏状物的产品,茄尼醇含量在10﹪~20﹪;另一种是白色或淡黄色粉末状产品,茄尼醇含量在90﹪以上。国际上茄尼醇精制技术基本上由日本和美国公司垄断,其高纯度茄尼醇制备工艺为世界领先水平,但相关报道极少。 国内高纯度茄尼醇生产技术落后,效率低下,云南、山东等省曾先后建立了若干茄尼醇粗品厂(含量在20﹪以下),但工艺落后,产品远远不能满市场需求,消耗烟叶和有机溶剂的量十分庞大,对环境造成很大污染,不利于经济的可持续发展。探索新的节能、环保、高效的工艺技术及生产原料生产茄尼醇具有良好的应用前景。 采用溶剂提取、皂化、结晶等步骤从烟草叶中提取茄尼醇的研究国内外多有文献报道。采用超临界CO2萃取、微波辐射萃取提取烟叶中茄尼醇国内外也有文献报道。但从马铃薯叶中提取茄尼醇偶有文献报道。 茄尼醇的抗氧化性和抑菌活性、辅酶Q10的抗衰老、抗氧化的药理实验研究,国内外也有文献报道。 采用微波辅助提取马铃薯茎叶中茄尼醇及采用溶剂与分子蒸馏技术组合提取马铃薯叶中茄尼醇,国外有文献报道。本题利用微波辅助提取技术结合反相超临界CO2萃取技术与纤维素酶和脂肪酶的酶解技术从马铃薯茎叶废弃物中提取、纯化茄尼醇,并对茄尼醇进行了抗衰老、抗氧化、免疫组化的药理实验研究,国内外未见相同文献报道。 五、成果的创新性、先进性 1.建立了以微波辅助提取技术提取马铃薯茎叶中茄尼醇的工艺。 2.将纤维素酶和脂肪酶的酶解技术运用于马铃薯茎叶废弃物中茄尼醇的提取分离。 3.建立了动态皂化、静态吸附、动态解吸纯化茄尼醇的工艺。 4.进行了茄尼醇的抗衰老、抗氧化和免疫组化药理实验研究。 六、作用意义(直接经济效益和社会意义) 我国是世界马铃薯生产第一大国,种植面积达530万hm2,甘肃马铃薯种植面积达65万hm2。发展马铃薯产业对于保障粮食安全、促进农民增收和推动农业、农村经济又好又快发展意义重大。 马铃薯收获后,茎、叶一般都被作为废弃物烧掉或自然腐烂掉,使一部分“资源”变为“污染源”,从马铃薯茎、叶废弃物中提取茄尼醇是其资源化的重要途径,符合循环经济理念,有利于马铃薯产业链的延伸。 七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 本项目建立了微波辅助萃取技术提取并结合反相超临界CO2萃取技术初步纯化茄尼醇,动态皂化、柱色谱分离纯化与结晶、重结晶等工艺相结合的生产高纯度茄尼醇的工艺路线,获得了大量翔实的实验室和中试放大参数,为产业化提供了技术依据。 甘肃省具有利用马铃薯茎叶生产茄尼醇的资源优势,开发应用前景广阔。天水华圆制药设备科技有限责任公司已与项目组多次进行接触、商谈,并提供了厂房、设备与技术人员进行微波辅助提取马铃薯茎叶中茄尼醇的工艺放大、稳定性试验与设备的改造。该企业有合作意向,希望早日实现茄尼醇的产业化生产。 以马铃薯茎叶为原料生产茄尼醇,其原料来源具有很强的季节性,而茄尼醇又很容易氧化降解。如何处理好样品采集时间与样品保存问题有待进一步研究。 植物提取物存在溶剂残留、重金属和农药残留,需要加强检测。 |