挤压法混合竹汁提取及有效成分分离技术研究项目可行性研究报告.docx

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挤压法混合竹汁提取及有效成分分离技术研究项目可行性研究报告

挤压法混合竹汁提取及有效成分分离技术研究

项目可行性研究报告

1、总论

挤压技术是指经预处理的原料在一个由螺杆和套筒构成的相对密闭的空间里受到机械力的作用后通过一个专门设计的孔口而挤出的技术方法，最早应用于塑料制品的加工，随着食品工业的发展，挤压技术所特有的优越性愈来愈被人们所认识，并应用于食品加工。

现在所使用的挤压机械是集混合、混炼、熟化、挤出成型于一体的加工设备，30年代在谷物加工行业中得到成功应用，二战及至60年代，该技术得到长足进步，扩展到生产家畜饲料、鱼类饲料、植物组织蛋白等，基础理论研究也得到了发展，应用领域目前又扩展到了水产品、仿生制品、调味品、乳品、糖果制品、巧克力制品、方便面等食品的加工。

由于挤压加工过程是一个高温高压的过程，通过调节工况参数，可以比较方便地调节挤压过程中的压力、剪切力、温度和作用时间。

利用着一特点，可以将挤压技术应用于某些需要高温高压的生化反应过程，已经引起某些科技工作者的关注。

本研究即基于挤压技术的热、压效应，合理设计机械，强化出料口汽、汁、废料的排料分流，控制好腔体内的温度和压力参数，对含粗纤维的物料挤压调质，在短时间内综合、高效、全面地提取物料中不同理化性质的天然产物，以构建一个新的天然产物提取技术平台；并以毛竹全株为研究对象，采用挤压技术，设计合理的装置，提取其中丰富的竹多糖、竹黄酮、五环三萜类化合物以及竹叶绿素等天然产物，进而对提取过程中的技术参数进行分析，指导挤压装置的完善，以期实现挤压技术在天然产物提取中的工业化应用。

（一）项目的主要内容及技术原理简述

1.项目的主要研究内容：

项目的主要研究内容为挤压装置设计制作的优化和挤压装置在天然产物提取中的应用，并具体分析该新的技术方法相对于传统方法在提取效果、提取效率、环境保护、成本等优势。

天然产物提取的传统方法是利用某种介质将有效成份从原料中取出的过程，提取的目的是富集和纯化有效成份。

从化学的角度来看，含天然产物的植物原料都是由多种化学成份组成的复杂体系，其中具有生理活性功效的天然产物是含量较少的次生代谢产物，其余的大部分是无效的初生代谢产物。

目前，在植物中提取天然产物主要包括了溶剂萃取、超临界流体萃取、膜提取分离、超声提取、微波萃取、高速逆流色谱提取、酶法、半仿生提取法、破碎提取法、空气爆破法、液沫法、大孔树脂吸附分离技术、双水相萃取技术等13种提取工艺，溶剂萃取方法仍然是天然产物最主要的提取方法。

天然产物的提取分离是一个选择性传质过程，提取溶剂、物料颗粒粒度、提取温度、固液接触状况以及提取时间均对天然产物的提取和分离有着很大的影响，因此，有选择性强化传质过程对天然产物的提取和分离有着重要的意义，也是本研究工作重要的出发点。

2.技术原理简述：

原料的螺杆挤压过程是一种高温、高压、高剪切的流动过程，物料在密闭腔体空间内与螺杆和料筒摩擦，因速差而被强制输送、混合及压延，可获得3~15MPa的高压和130～200oC的高温，植物组织的液泡和细胞质体破裂，具生理活性的天然产物在温度的助溶效应下由水携带与原料中的纤维素、淀粉、木质素等初生代谢产物分离而呈游离态，在出料口处以汽、液、固三相分离，携带天然产物的液相被收集，进入后续工序进一步分离。

针对物料以及天然产物的不同特点，通过调节剪切强度、压力和温度达到调控天然产物提取效率的目的。

呈颗粒状的食品原料从加料斗均匀地进入机筒后，沿转动螺杆上螺槽轴向运动的方向向前输送，此后由于受到机头阻力和螺杆压缩比结构的作用，物料被逐渐压实并因吸收了来自机筒加热器的热量或螺杆与机筒间强烈的摩擦、搅拌和剪切等机械能所转化的热量而升温甚至熔融，随着轴向运动的螺槽逐渐变浅，高温物料被继续加压加热进入蒸煮过程，期间发生了脂肪和蛋白质变性、淀粉被完全糊化、微生物被悉数杀灭、酶及胰酶抑制剂完全失活等一系列复杂的生化反应，植物中的初级代谢物的持水能力下降，对功能成分的束缚能力降低，水的溶解能力增大，最终从机筒末端的模头被定量、定压地挤出，是一个物料加料输送、压缩熔融和计量均化的三段过程。

（二）项目的目的和意义

1.项目的目的：

利用螺杆挤压技术的温压效应及短时特点，设计并制造可行的挤压装置，以江西丰富的经济作物毛竹为资源，通过挤压技术方法提取其中的天然产物，如毛竹多糖、竹叶黄酮、叶绿素、五环三萜等，以作为功能性天然产品、食品添加剂以及抗癌药物前体，并总结出该新的技术方法在天然产物提取中的科学理论本质及应用技术前景和规律。

2.项目的意义：

（1）构建一个新的技术平台天然产物传统的提取方法是采用水或醇等溶剂分批提取出物料中性质相近的对象物，继而采用其它技术手段对混合物进行分离提纯；普通液体萃取过程中，由于溶剂粘度大而扩散系数小，萃取速度慢，且溶剂的彻底分离较困难。

目前天然产物提取常用的高技术手段是使用超临界流体萃取技术，利用超临界流体的高流动性和扩散能力，也是通过CO2流体萃取出性质相似的对象物进行后续工作。

本研究提出的挤压方法提取天然产物，综合了普通液体萃取方法和超临界流体萃取方法的优点，利用了热、压效应，具有处理时间短、设备造价低、适用范围广的特点，对其深入研究，具有科学上和技术上的现实意义。

（2）高效快速综合提取竹天然产物竹子是禾本科（Poaceae）竹亚科（Bambusoideae）多年生常绿植物，是当今世界最具有使用价值的植物之一。

全世界已记载的约有70属1200多种，广泛分布于东南亚、印度、中国南部、南美和日本等热带及亚热带地区，少数竹类分布在温带和寒带。

我国是竹子中心产区之一，约有20个属300余种，主要分布在包括江西在内的南方数省，某北部及周边地区为毛竹丰产区，宜丰是全国十大毛竹之乡，靖安、奉新等活立竹蓄积量也非常大。

竹材由不均匀分布的多种化学成分组成，是由各种各样高分子聚合物复杂地组合而成的物质，这种特点为竹业的深加工提供了丰富的物种资源，但由于物种性质的不同以及纤维素伴生的特点也为竹产业深加工带来了一些困难。

由于毛竹中含有多种的有效活性物质，如叶绿素、竹叶黄酮、竹叶多糖、特种氨基酸以及挥发性成份等理化性质差异较大，且竹细胞坚硬，纤维韧性大而坚实，采用常规的溶剂提取法和水蒸气蒸馏法等均无法全效获取毛竹枝叶中的汁液，对竹天然产物的提取存在着较大的影响。

采用挤压技术方法，可以高效快速地提取竹等作物的天然产物功能物质。

（3）产品具有巨大的潜在的经济和现实的社会效益

就毛竹的整体利用而言,对竹汁中天然产物的开发明显滞后，利用挤压技术，一次性提取毛竹中的多糖、黄酮、叶绿素、五环三萜等天然功能物质的用途为人们所关注。

在课题申请人的前期研究中，发现了竹汁中含有大量的五环三萜类物质，可以作为抗癌药物以及肝脏疾病治疗药物的前体进行利用；目前，竹叶提取物作为一种新的黄酮类保健营养素正引起食品营养专家们的注意，也被应用在含油脂食物的抗氧化中。

本研究利用挤压技术的温、压效应，以挤压法一步提取混合竹汁，并结合其它方法对混合竹汁中的各活性有效组分进行提纯分离，以达到高效多能，提高提取得率的目的。

前期研究表明，挤压方法提取的混合竹汁中，各项天然产物，如毛竹叶绿素、五环三萜等均接近或大于千分之五，竹多糖的得率大于百分之二。

上述数据表明，该技术方法符合经济合理性要求。

采用挤压法提取天然产物，尤其是提取毛竹中的天然产物，在世界范围内仍属于空白，本研究项目具有较好的创新性。

（三）相关技术领域国内外发展现状、趋势

挤压技术是指经预处理的原料在一个相对密闭的空间里采用机械力的方法通过一个专门设计的孔口而挤出的技术方法，目前主要使用在粮食类作物的挤压熟化成型以及植物蛋白的组织化等，采用螺杆挤压技术获取植物混合汁液的技术方法还没有见到公开报道。

由于原料分布和认识差距，欧美发达国家对毛竹天然产物的开发利用也比较少，目前开展这方面的工作主要在中国和日本比较多。

目前，市场上的毛竹天然产物主要包括了具有抗氧化功能的以竹叶黄酮为主要成份的竹叶抗氧化物（AOB）和具有抗疲劳、增强机体免疫能力的竹多糖（BP）。

AOB具有优良的抗自由基、抗氧化和抗衰老等功效，对人类的营养、健康和老年退行性疾病的防治有重要意义；BP能显著提高小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力，可增加正常小鼠脾指数和胸腺指数，对荷瘤小鼠影响更明显，对移植性S180肿瘤的抑制率可达50％，最佳作用剂量为100mg/kg，表明具有良好的免疫增强作用和抗肿瘤活性。

竹的医疗保健作用早已为我国人民所认识。

竹叶在我国具有悠久的食用和药用历史,竹叶是中医一味传统的清热解毒药，医书记载有凉心缓脾、清爽止渴等作用，1998年，（淡）竹叶被卫生部批准列入了“药、食两用的天然植物名单”。

为其产业化开发和进入市场获得良好的经济效益打下了坚实的基础。

研究表明，竹叶中含有大量的黄酮类化合物和生物活性多糖及其他有效成分，如酚酸类化合物、蒽醌类化合物、萜类内酯、特种氨基酸和活性肽、锰、锌、硒等物质。

竹叶中所含的功能因子主要是黄酮糖苷和香豆素类内酯。

其有效成分的含量和生物活性均与银杏叶具有可比性。

竹叶提取物具有优良的抗自由基、抗氧化、抗衰老、降血脂和血胆固醇的作用。

竹叶提取物以其丰富的资源、优良的品质、显著的保健功效、清新的风味和极大的安全性，在功能性食品和医药保健品领域有着十分广阔的应用前景。

本实验方法采用挤压技术获取混合竹汁，处理后获得竹汁和竹绒，竹汁可通过后续方法分别获取竹黄酮、竹多糖、竹叶绿素、竹氨基酸以及五环三萜类物质等。

过程中减少了有机溶剂的使用量和循环提取次数，降低了生产过程中对环境的污染；竹绒含有大量的优质纤维，改性后可以用来制作纺织或高级纸张的原料。

通过技术完善及产品的综合利用，达到竹产业经济效益最大化。

（四）项目申请单位、主要合作申请单位及项目主要负责人的基本情况

1.项目申请单位基本情况：

某中德食品工程中心（FEC）是中德两国政府间的合作项目，旨在创建一个具有世界先进水平的科研开发、咨询及培训的食品中试基地。

它既是江西-OAI联合研究院的二期工程，也是某大学“211工程”的重点建设项目之一。

FEC依托某大学，占地面积9000多平方米，拥有多功能的食品中试车间、食品添加剂（含精细化工）中试车间及功能齐全的培训楼。

FEC具有全国一流的、达到中试规模的技术装备，如：

分子蒸馏装置、连续喷雾干燥造粒装置、冷冻干燥设备、具有反渗透离子交换及超滤的高纯水装置、制备型高压液相色谱仪、旋转薄膜蒸发及降膜蒸发装置、二氧化碳超临界萃取装置、全自动发酵罐、3Mpa氢化反应釜及15Mpa高压反应釜、不锈钢及搪瓷反应釜、不锈钢精馏塔。

另外，食品添加剂（含精细化工）中试车间中建成了冷却水、冷冻盐水、蒸汽、导热油、真空等系统等先进设备。

FEC技术力量雄厚，有教授11名，副教授15余名，其中有多名从美国、德国学成归国的专家学者。

FEC科研开发的主要方向为：

食品工程、生物工程和食品添加剂（含精细化工），其主要任务是向省内外食品企业转让经过中试的成熟技术成果，力争成为食品领域科研成果转化的孵化器，以加快科技成果的产业化；FEC也提供食品技术咨询、人员培训以及食品科技信息等多种服务。

2.主要合作申请单位的基本情况：

主要合作单位为某织机械有限责任公司，该公司隶属全国500强大型企业洪都航空工业集团，1996年被列为国家级高新技术企业，拥有47台（套）属九十年代国际先进的数控加工设备及223台国家新设备，具有强的机械设计加工能力，以确保完成项目的优化和实施。

3.项目主要负责人的基本情况：

黄赣辉，男，1967.12－，工学博士，副教授。

从事“天然产物提取分离与应用”、“食品工程高新技术”、“食品产品开发”、“食品工厂机械与设备”、“食品工艺学”、“现代水产品加工工艺”等研究生和本科生的课程教学以及农产品开发研究；2000年以来，负责完成及在研的省科技厅农业重点科技攻关课题各一项、地市科委课题两项；国内外刊物第一作者发表学术论文9篇。

（五）有关本项目的现有