迷迭香枝叶中抗氧化成分的提取分离技术研究与工业化a

迷迭香枝叶中抗氧化成分
的提取分离技术研究与工业化
张明礼
引言：迷迭香是唇形科迷迭香属植物,原产地中海地区,系常绿灌木,现在全世界许多地区均有种植。

目前,我国大部分地区正广为栽种,如云南、广西、河南、湖北、贵州和新疆等地已大面积培植成功。

公司以公司加农户的形式在新疆地区已种植了近万亩，为迷迭香产业化打下了一定的原料基础。

从迷迭香的枝叶中可分离出的具有生物活性的有效成分可分为三类物质：1) 有机酸类: 迷迭香酸、绿原酸、熊果酸、咖啡酸、阿魏酸;2) 单萜类和倍半萜类、双萜类:挥发油、鼠尾草酸、鼠尾草酚、迷迭香二醛、鼠尾酸甲酯、迷迭香酚、表迷迭香酚、表异迷迭香酚、表迷迭香酚甲醚和表异迷迭香酚乙醚;3) 黄酮类:橙皮素、芹菜素、芫花素、4′,7 - 二甲氧基白杨素、蓟黄素、4′,5 ,7 ,8 - 四羟基黄酮、高车前苷、6 - 羟基木犀草素- 7 - 葡萄糖苷等。

目前，公司已经为这些成分的提取分离在前人研究的基础上做了数十次的小试与中试，确定了其主要成分的检测条件，确定了以鲜迷迭香枝叶为原料生产脂溶性和水溶性抗氧化剂产品的工艺条件并进行了工业化设计和生产装置的初步建设。

这些工作为迷迭香的产业化打下了一定的技术基础。

迷迭香抗氧化剂产品的商品化途径主要有三个方面：1）作食品添加剂；2）作功能性食品；3）作药品原料。

目前，公司已经做了一些剂型研究和市场研究。

这些工作已经为迷迭香产业化打下了一定的
市场基础。

以下就我们的主要工作做一简要报告：
1.本项目的基础
1.1研究基础
经过检索，有重要参考价值的论文主要有以下几篇：
1）《天然迷迭香抗氧化剂的研究进展》刘先章，等
2）《迷迭香抗氧化剂和精油综合提取技术研究(I)---两步提取法》毕良武，赵振东，等
3）《迷迭香抗氧化剂和精油综合提取技术研究(Ⅱ)---一步提取法》毕良武，赵振东，等
4）《迷迭香抗氧化剂和精油综合提取技术研究(Ⅲ)---超临界CO2萃取法》毕良武，赵振东，等
5）《迷迭香抗氧化活性及其作用机理研究和天然抗氧化保健品的研制》黄纪念
6）《迷迭香脂溶性抗氧化剂鼠尾草酸的分离纯化研究》孙强
1.2工业化
1.2.1产品标准
国内现有标准：轻工行业标准QB/T 2817-2006 《食品添加剂迷迭香提取物》
1.2.2以前的工业化技术与装置简介：应用传统技术和简单设备，生产过程有非绿色溶剂。

1.3市场需求及商品化：绿色技术生产的天然产物的市场需求起初出
现于国外；随着社会经济的发展国内已经出现了很大的市场需求。

2.本项目的技术研发和工业化
2.1小试实验
2.1.1起因：数年前市场对迷迭香的粗提物（鼠尾草酚质量百分含量～5%）就有一定的需求，对方对其进行纯化加工后获得很大利润。

2.2.2所做工作：面对以上商机，公司进行了一系列小试实验。

2.2.3结论：市场急需的符合一定标准的产品的生产是有可行性的。

2.2中试工作
2.2.1开始的设想和发现的问题：开始是用常规的方法做迷迭香的提取分离实验，结果发现了两个问题：一是鼠尾草酚不是迷迭香提取物中还原性最强的组分，还原性最强的组分是鼠尾草酸，应该以鼠尾草酸为标志物；二是在提取分离过程中鼠尾草酸很快的大量的被转化成了鼠尾草酚而降低了提取物的活性。

2.2.2继续的实验工作：为了得到防止高活性的鼠尾草酸的被氧化转化和提高鼠尾草酸的含量在实验中采取了以下措施并达到了预期的效果：一是采用添加特别的绿色助剂的食用酒精做溶媒防止了提取分离过程中鼠尾草酸的转化；二是采用超声提取以提高提取过程的传质速率和最终提取得率；三是超滤膜分离技术除去了提取液中的树脂和部分叶绿素杂质使提取液得到了一定程度的纯化；四是进一步用超滤膜对纯化后的提取液进行分级分离使得鼠尾草酸进一步富集；五是用纳滤膜对迷迭香酸的富集液进行浓缩减少了能耗和溶媒酒精的物耗；六是采用真空干燥防止了脂溶性产品中的鼠尾草酸在干燥过程中的
转化；七是对含水溶性产品的固液分离母液用大孔吸附树脂进行纯化处理提高了水溶性产品中迷迭香酸的含量。

2.2.3中试结论：1)迷迭香枝叶提过精油后再提取分离得到的抗氧化剂无明显的气味；2)迷迭香的提取分离过程中对鼠尾草酸的保护措施是有效的；3)以酒精为溶媒采用超声逆流连续提取工艺提取迷迭香枝叶中的活性有效成分的技术是可行的；4)采用UF和NF膜分离技术分离纯化浓缩迷迭香酒精提取液的技术是可行的；5)采用大孔吸附树脂纯化水溶性产品的技术也是可行的;6)《食品添加剂迷迭香提取物》轻工行业标准QB/T 2817-2006是可以更新的。

2.3工业化过程
2.3.1工业化设计的基础：公司对迷迭香提取分离项目的基本要求和中试实验结果，绿色化工的要求和GMP规范及HACCP规范，还有国家有关的标准均构成了这一项目工业化设计的基础。

2.3.2工业化设计的目标函数及约束条件
2.3.2.1目标函数：
处理量：迷迭香鲜枝叶：1.0t/h(24t/d)
通过提取、分离、纯化、干燥等单元操作，得到主要目标产物：
①脂溶性抗氧化剂（以鼠尾草酸为标志物）：
鼠尾草酸质量百分含量：≥10%
②水溶性抗氧化剂（以迷迭香酸为标志物）：
迷迭香酸质量百分含量：待定
实验还在继续，通过采用CO2超临界萃取、混合溶剂重结晶等分离方法探讨更经济的获得含量更高抗氧化剂产品的工艺技术。

2.3.2.2约束条件：
①生产过程完全符合绿色化工的要求（天然、可循环、可
再生、对环境友好、无毒无害）；
②生产过程完全符合GMP规范要求；
③生产过程完全符合HACCP(Hazard Analysis Critical
Control-Point )规范要求。

2.3.3工业化设计结果
2.3.3.1工艺流程（物料衡算）
2.3.3.2主要设备
迷迭香提取装置主要设备一览表
2.3.3.3总投资估算：
总投资估算表
2.3.4工业化设计结果评价：该设计应该是可行的。

3．本项目的技术先进性
3.1产品的先进性
本项目的产品以按GAP规范种植的迷迭香枝叶为原料完全使用绿色化工技术生产，产品对人适量服用完全无毒害，对人体有抗氧化和抗特定微生物的作用，对人体的某些疾病有治疗作用。

可从三个方面进行商品化：一是做食品添加剂，其抗氧化作用可以防止食用油脂和含油脂食品的氧化变质，其抗菌作用可用作肉禽类食品防腐剂，使人们食得更有滋味。

二是做功能性食品，就是国内的保健品。

做成功能性食品服用后可治未病﹑抗衰老保持年轻态。

三是做医药。

由于迷迭香抗氧化剂具有抗氧化，抗病毒，抗肿瘤，抗艾滋病毒，保肝降酶，抗炎和免疫调节，抗血小板聚集，兴奋中枢神经系统，抑制平滑肌收缩，抗真菌活性等作用单独或与其它提取物复配后制成的药品具有温和和明显的疗效。

由于迷迭香提取物所具有的特性和作用，将提出《迷迭香提取物的技术要求》﹑《迷迭香提取物的检测方法》的企业标准并将其升级为行业标准。

《迷迭香提取物的技术要求》的标准文本将指明迷迭香提取物的主要用途，将标明其标志物为鼠尾草酸，将标明鼠尾草酸和总酚酸的含量要求并对产品分级。

3.2技术的先进性
本项目所采用的一系列技术中属于新型分离技术的有：超声逆流连续提取技术，膜分离技术，大孔吸附分离技术，CO2超临界萃取技术。

超声波是机械波，属于纵波，可传递巨大的机械能，作用于生物组织和溶剂所组成的提取体系时能在溶剂与细胞壁之间的的界面
处产生强烈的空化作用，可使得细胞壁破裂或变形而使溶剂直接与细胞汁混合溶解或易于扩散进入细胞内部而使传质过程发生，这些常温进行的步骤既提高了提取速率又保护了生物活性成分的活性；采用物料与溶媒的逆流动态接触既保证固液表面更新，又可保证物料与溶媒在进出口有最大的传质推动力（浓度差），这种组合使得超声逆流连续提取技术在动力学（传质速率）和热力学（最大提取得率）两方面发挥了最好的效果。

迷迭香的酒精提取液首先用过滤精度为30nm的有机管式膜超滤（UF）既除去了提取液中的一些比较大的杂质，又为进一步的卷式超滤分离创造了进膜条件。

管式膜透过液再用截留分子量10000（MWCO10000仅为标称值）的卷式膜超滤除去部分叶绿素使得其透过液得到进一步纯化。

MWCO10000的透过液再用MWCO1000的超滤成两部分，未透过液回收酒精后经固液分离得到低含量的提取物湿固体，透过液经纳滤（NF）浓缩和热浓缩后经固液分离得到高含量的提取物湿固体。

这种液体膜分离过程的推动力为压力差，压力差由泵提供故只消耗电能且能量转换效率高；这种液体膜分离过程无相变能耗低且组分无损失，只分离无添加无化学反应保证纯度，低温度（＜45°C）保持活性，分离精度高可达分子级分离，还有一条就是膜分离技术是所有新型分离技术（色谱，树脂吸附和交换，超临界萃取，分子蒸馏，膜分离）中工业化程度最高的一种。

当然这种膜分离是在溶液中进行的分离要进行分子级的分离就首先要使被分离的分子在溶液中保持分离，这就要求溶剂的量要大，保持分离过程的量
大浓度稀。

大孔吸附树脂分离技术也是一种能在分子级别富集特定组分的高效的分离技术。

二氧化碳在超临界状态所具有的特性是：高压常温，低粘度和高密度，易扩散性和强溶解性；无毒无害无残留，低价易得无污染。

CO2超临界萃取技术是利用这一特性从天然原料中提取分离出某些特定组分的单元操作技术。

这一分离技术的优点是温度不高可保持分离组分的生物活性和比较高的分离效率，缺点是加压和保温都要消耗较大的能量且不易实现工业化。

但本项目以迷迭香的提取物为原料即可克服大型设备的弊端。

本项目的技术先进性还在这些技术高效均衡的组合，还在于主要单台设备的PLC控制和整个生产装置的联网控制。

4．市场前瞻
4.1产品的市场化途径
如前所述，本项目产品的市场化在于食品添加剂，功能性食品，药品三个方面。

4.2食品添加剂
主要用于食用油和油炸食品的抗氧化和防腐，防止食用油变质和延长油炸食品的存储期。

其主要客户为食用油脂厂和油炸食品厂。

4.3功能性食品
所谓功能性食品是指富含或强化某些有生物活性的营养素的食品，它具有增强机体防御功能，是预防疾病和促进康复等有关生
理调节功能的加工食品，而不是作为治疗疾病的药品。

由于迷迭香提取物所具有的良好的保健功能可做成功能性食品。

这一商品的消费对象应该是占总人口大约75%处于亚健康的群体。

4.4原料药
迷迭香提取物所具有的治疗作用和与其他一些提取物复配后的治疗作用可以将其做成一定剂型的药品。

公司已经有相关的专利申请。

5.后续工作
在已完成工作的基础上抓紧项目的实施和终端产品研制。

在资金上争取政府财政支持。

使迷迭香项目在种植，生产加工，市场营销三个方面均能转入正常运转。

2012.9.8.。