[01619335]植物活性成分提取分离过程的“低碳”工艺创新与产业化

本项目所属的学科为植物化学,具体研究方向植物活性成分提取与分离制备技术。植物提取物是以植物为原料经过物理化学提取分离过程,定向获取和浓集植物中的某一种或多种活性成分用于医药、食品、美容以及其它行业。按照提取植物的成份不同,分为甙、酸、多酚、多糖、萜类、黄酮、生物碱等;按照性状不同,可分为植物油、浸膏、粉、晶状体等,全球75%的人依靠植物药作为预防和治疗手段（2016,World health statistics report of WHO programmes）。在世界草药、植物提取物市场总销售额3500亿美元中,亚洲占40%份额,欧洲35%,北美洲17%。全球植物提取物市场需求增长速度明显高于世界药品市场的增长速度,平均为10%至20%左右。针对植物活性成分的高效提取、制备性分离技术的创新具有广阔市场前景和迫切的企业技术需求。 植物活性成分制备性分离过程的“低碳”工艺创新,针对常规层析分离过程中,低含量植物活性组分会因传质阻力和轴向弥散等非理想因素作用发生“分离与稀释”,导致分离效率降低。本发明采用模拟移动床（SMB）色谱技术,引入溶剂/温度梯度,使微量活性成分的谱带后沿迁移加快,而谱带前沿迁移减缓,产生对微量活性成分的浓度谱带独特的“聚焦（Focusing）效应”,使其同步“分离与富集”。系统阐明了“聚焦效应”对SMB分离能力、吸附平衡、色谱动力学与热力学影响的过程工程原理基础上,获得美国发明专利1项、国内发明专利5项。开发紫杉醇、辣椒碱、红豆杉素、银杏素、杨梅素-3-O-芸香糖等产品5个,优化SMB工艺降低溶剂回收成本消耗85%,实现节能减排。 植物活性成分高效提取过程的“低碳”工艺创新,影响超临界流体萃取（SFE）结果的主要因素有：萃取压力、温度、萃取时间、CO2流量、夹带剂、物料粉碎度等。本技术发明成果改进了中心组合设计的响应面分析方法,具体为：以萃取压力、温度、夹带剂、物料粉碎度为优化萃取参数（四因素五水平）体系,分别以植物活性成分含量、提取物生物活性水平、CO2消耗量为优化目标,创造了多目标复合指标优化体系,显著提高了提取物目标活性成分含量、方法的选择性和CO2消耗量。开发的红景天提取物产品中提高红景天苷、络塞维含量降低毒理成分百脉根苷量,开发的紫杉黄酮提取物产品提高了目标黄酮单体含量降低提取物中10-DAB（毒理成分）含量,开发的贝母花提取贝母总碱的工艺中降低CO2消耗量35%。本技术创新获得国家发明专利6项。 宁波泰康红豆杉生物工程有限公司利用本发明技术,开发了紫杉黄酮提取物和紫杉醇产品,2014年至2016年累积新增利润1432万元、新增税收1047万元、创收外汇1200万美元、节支总额518万元。宁波九胜创新医药科技有限公司利用本发明技术,开发了辣椒碱、红豆杉素、银杏素、杨梅素-3-O-芸香糖产品,2014年至2016年累积新增利润1422万元、新增税收781万元、创收外汇3906万美元、节支总额471万元。宁波天鼎生物科技有限公司利用本发明技术,开发了葡萄籽提取物、红景天提取物、贝母花提取物产品,2014年至2016年累积新增利润1386万元、新增税收944万元、创收外汇1266万美元、节支总额948万元。 研究成果分别发表在了Journal of CO2 Utlization、Journal of Chromatography A、Journal of Separation Science、Separation Science and Technology、Molecules（12篇次）等本领域国际权威期刊,得到了国内外同行的高度关注。此外,培养了博士研究生4名、硕士研究生8名。