尚择优选某重点大学关于废次烟草中提取茄尼醇的工艺研究可行性研究报告.docx
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尚择优选某重点大学关于废次烟草中提取茄尼醇的工艺研究可行性研究报告
NC市科技计划项目可行性研究报告
项目名称：
废次烟草中茄尼醇的提纯工艺研究
项目类别：
科学攻关项目
申请单位：
NC大学基础化学实验中心
项目（课题）负责人：
HY、GY
起止年限：
20XX.1–20YY.7
通讯地址、邮编：
NC大学基础实验中心
联系电话、传真：
0700-3900005
二○XX年X月
一、选题的必要性
茄尼醇是一种不饱和的聚异戊二烯醇，英文名称为Solanesol，分子式为C45H74O；分子量为631.079；mp：
31～32℃；结构式为：
茄尼醇在生物化学中有着非常重要的作用，具有抗菌、消炎、治疗心血管疾病及抗溃疡等作用，主要用于合成辅酶Q10、维生素K2、抗癌增效剂SDB，而且茄尼醇本身也有希望成为具有医疗效果的物质。
茄尼醇是长链的脂肪醇，弱极性，难溶于水，易溶于正己烷、乙醚、丙酮、汽油等多种有机溶剂。
茄尼醇纯品为白色固体粉末。
茄尼醇主要存在于烤姻的烟叶中，含量在0.5％～1之间。
市售茄尼醇产品，主要有茄尼醇浸膏（茄尼醇含量>15%），茄尼醇精品（茄尼醇含量>75%），茄尼醇纯品（茄尼醇含量>90%）。
茄尼醇浸膏通常情况下较稳定，但在光照、加热条件下会衰变，在极性溶剂中不稳定，在非极性溶剂中较稳定。
茄尼醇精品通常情况下更易衰变，一般保存半年左右（也有报道3个月左右），见光、加热下更易衰变，因此通常把它在低温下避光保存。
最早开始工业化生产茄尼醇的是烟草大国印度，后来日本从印度和中国进口纯度17%～20%含量的茄尼醇大规模地生产茄尼醇。
中国目前从烟叶中提取17%～20%茄尼醇，生产厂家主要集中在YN和SD等省。
茄尼醇可通过化学方法合成，但是工业生产上还是从烟草中提取茄尼醇。
茄尼醇提取的原料可以是烟叶、霉烟或碎烟末等废弃烟叶以及提取过烟碱的烟叶。
由于原料的不同提取工艺流程有所不同，但都是有机溶剂萃取。
在JX目前并没有进行这方面的研究与生产，因此进行茄尼醇的研究将能解决JX的烟草企业和烟农的负担，同时也达到变废为宝、资源再生的目的。
我国从20世纪90年代初才开始茄尼醇的工业化开发，YN、GZ、SD、HN等省曾先后建立了若干茄尼醇粗品厂（含量在17％以下）。
而由于茄尼醇粘度很大、熔点低，无法用传统的分离纯化方法纯化，国内目前高纯度茄尼醇的纯化手段也仅仅借助于柱层析和超临界CO2萃取几个难于工业化的手段，而日本在茄尼醇精制工艺方面严格保密，仅有的几篇专利也无法重现，没有任何借鉴意义，因此，我国长期以来无法有效生产90％含量的高纯度茄尼醇。
但只有高纯度的茄尼醇才能运用到生产辅酶Q10等药物。
因此生产或提取高纯度的茄尼醇将具有巨大的经济效益和社会效益。
二、技术方案论述
该项目的目标为从废次烟草中获得高纯度的茄尼醇（含量>95%），期望突破我国生产高纯度茄尼醇的瓶颈问题，获得有效的且具有独自知识产权的生产工艺。
本项目主要是研究改进茄尼醇提取纯化的技术和提高茄尼醇产品纯度的工艺。
技术关键在于茄尼醇特殊的理化性质。
茄尼醇浸膏（茄尼醇含量～15%）是种比较粘稠的膏状物品，通常情况下较稳定，但在光照、加热条件下会衰变，在极性溶剂中不稳定，在非极性溶剂中较稳定。
茄尼醇精品通常情况下更易衰变，一般保存半年左右，见光、加热下更易衰变，因此须把它在低温下避光保存。
而在提纯过程中，常常需要加热，这就容易导致茄尼醇的氧化，造成产品的损耗。
另一方面，柱层析是常用提纯手段，但是粗品中杂质过多将会导致提纯效果过低，而使工业化成本升高。
故在进行分离前茄尼醇粗品要彻底除杂，以减轻载体的负荷，寻找最优化柱层析条件，降低成本。
因为茄尼醇粗品生产工艺较为成熟，所以我们研究重点在于茄尼醇粗品的提纯。
依据茄尼醇的分子物质的特征，我们拟采用溶剂抽提和络合结晶结合的方法来进行茄尼醇的提取。
首先选择合适的溶剂体系对茄尼醇浸膏进行初处理，分去其中极性相差较大的杂质，在分离过程中可选择适当的抗氧化剂，减少茄尼醇的损耗。
其次对处理过的茄尼醇选用适当的络合物进行结晶沉淀再解离，从而达到提纯目的。
这步重点在于类似于手性化合物拆分的过程原理一样选择适当的络合物。
此外，柱层析一直是个较为有效的提纯手段，也利于重复。
因此我们也将考察和改进柱层析过程和条件以达到降低成本的目的。
该项目研究依托于NC大学的研究平台，同时加上NC市科技局和NC大学提供的资金的支持，将一定能够取得高质量的研究成果和良好的经济和社会效益。
该项目投资总额约为6.5万元，主要构成是申请科技三项经费3.5万元和NC大学博士科研启动经费3万元（该经费已经到位）。
申请科技三项经费的使用预算等见附表。
三、项目实施支撑条件
该项目将根据手性化合物拆分剂的原理对茄尼醇浸膏采取络合结晶的提纯工艺。
该技术为自主研究和开发。
我们将立足于NC大学基础化学实验中心和NC大学测试中心进行科学研究。
NC大学基础化学实验中心的实验设备和仪器齐全，且具有常规的分析测试仪器（如高效液相色谱HPLC等），再利用NC大学测试中心的多种进口设备进行必要的产品测试。
NC大学基础化学实验中心从20XX年以来，有30人承担或参与各类科研项目50余项，其中共发表各类科研论文500余篇，申请专利10项，获得各类科技奖励1项。
本项目研究组主要人员为4名，组成合理，专业结构相互渗透，由副高、中级、助理组成的职称结构。
同时该项目研究组人员都具备较强的研究水平，且两名负责人都具有博士学位。
其中HY博士一直从事手性物质拆分及有机合成的研究，特别在络合结晶拆分和化合物合成领域中具有丰富的研究经验；GY博士主要研究方向为有机分析，特别是天然产物的提纯和成分分析。
四、项目预期经济效益
市售茄尼醇产品，主要有茄尼醇浸膏（茄尼醇含量>15%），茄尼醇精品（茄尼醇含量>75%），茄尼醇纯品（茄尼醇含量>90%）。
茄尼醇在生物化学中有着非常重要的作用，具有抗菌、消炎、治疗心血管疾病及抗溃疡等作用，主要用于合成辅酶Q10、维生素K2、抗癌增效剂SDB，而且茄尼醇本身也有希望成为具有医疗效果的物质。
我国从烟叶中提取茄尼醇大多在20%或60%～70%纯度，由低含量提纯到90%以上高纯度，按一般溶剂法可以达到纯度，但产量很低，成本太高，必须采用某些特种技巧，才能达到纯度和收率均能适合的工业方法。
因此，组织工业化生产90%以上纯度的茄尼醇，不仅国外市场，而且国内市场可观。
国际市场现状
由于茄尼醇是合成辅酶Q10的重要原料，因此茄尼醇的市场直接决定于辅酶Q10的市场情况。
辅酶Q10在医药、保健和化妆品领域中应用十分广泛，如在医药领域中用于治疗心脑血管疾病、病毒性肝炎、十二指肠溃疡和癌症病人减轻化疗副作用等等；在保健品领域，辅酶Q10被用于预防多种疾病和减缓衰老等，是欧美日等国非常流行的一种保健品，大多数发达国家的保健品商店中均可看到辅酶Q10的胶囊或片剂；在化妆品领域，辅酶Q10被用于去斑除皱、防止肌肤老化等方面，是高档化妆品的原料，如欧莱雅（LOREAL）、妮维雅（NIVEA）等品牌的化妆品中有很多品种都含有辅酶Q10此外，辅酶Q10近来还被发现更多的适用症，如治疗老年痴呆、先天障碍性贫血等。
更重要的是，美国FDA于20XX年3月份将辅酶Q10的建议用量提高了4倍，使得本来就供不应求的辅酶Q10市场更加紧俏，目前国际市场价格已从2000美元／kg上涨到3000美元／kg。
辅酶Q10的主要生产方法有半合成法、全合成法、发酵法和提取法，全球有80％的辅酶Q10生产厂都采用的以茄尼醇为原料的半合成法。
一般来说，合成辅酶Q10的茄尼醇单耗为2倍，也就是说，每生产lkg辅酶Q10，至少需要2kg90%以上含量的茄尼醇。
20XX年国际辅酶Q10总产量约为900吨，其中半合成法生产的约为720吨，直接需要消耗高纯度茄尼醇近2000吨、90％含量的茄尼醇的国际市场价格从20XX年初的320美元／kg上涨到当前的480美元／kg。
日本、美国、德国、韩国分别为采购高纯度茄尼醇量最大的4个国家，我国仅有的几个高纯度茄尼醇生产企业也主要将产品出口到这些地区。
国内市场现状
我国从20世纪90年代初才开始茄尼醇的工业化开发，YN、GZ、SD、HN等省曾先后建立了若干茄尼醇粗品厂（含量在17％以下）。
这些粗品加工厂通常在建厂之初由于工艺落后，消耗烟叶和有机溶剂的量十分庞大，一般每50～60吨烟叶方可生产l吨茄尼醇粗品。
近年来随着工艺技术的改进和完善，个别茄尼醇粗品生产企业已经能够将烟叶耗量和有机溶剂使用量控制在较低水平。
如在YN建设的年产200吨茄尼醇粗品生产线，即可达到每25吨烟叶生产l吨茄尼醇粗品，生产全成本仅为每吨3.8万元。
由于粗品工艺较为简单，差别仅仅在于原辅料消耗量的不同，因此虽然生产成本相差很大，产品含量也有所差异（8％到17％不等），但是国内茄尼醇粗品生产企业尚没有发生工厂建设后由于技术原因无法生产的情况。
近十年来，国内茄尼醇粗品生产企业大多数将产品销售给日本（目前市场价格价格每吨7-9万元不等），由日本企业精制高纯度茄尼醇用于辅酶Q10的合成。
而由于茄尼醇粘度很大、熔点低，无法用传统的分离纯化方法纯化，而日本在茄尼醇精制工艺方面严格保密，仅有的几篇专利也无法重现，没有任何借鉴意义，因此，我国长期以来无法生产90％含量的高纯度茄尼醇。
中国是世界上茄尼醇生产能力较大的国家，但由于生产工艺的限制，我国只能以3万元/吨的价格出口到日本，再由日本加工成为含量在95％以上的纯品返销给中国。
目前在中国有能力把茄尼醇加工的95％的纯度从而适合医药工业的厂家很少。
近一两年来，我国科研工作者采用一些非常规方法突破了茄尼醇精制技术，并且取得较好的经济效应。
但我省中并没有该项目的研究，而且上述的方法成本较高且不太利于工业化生产，所以进行茄尼醇的提纯工艺研究也将有巨大的潜在的市场。
市场前景
茄尼醇由于独特的结构，除由植物叶中提取之外，其他方法难以取代。
因此，只有在烟叶丰产的大国才有用之不尽的资源。
我国地沿辽阔，烟草种植面积大，具有得天独厚的茄尼醇提取的优势。
同时本项目的生产原料直接取自废弃烟叶，可达到变废为宝、资源再生的目的，生产原料来源广阔，成本低廉。
茄尼醇是药物合成不可替代的关键中间体，尤其目前世界许多发达国家已生产和广泛应用的辅酶Q10，依赖高纯度的茄尼醇作原料。
日本在上世纪90代初首先成功地从印度和中国进口的茄尼醇粗品中提取高纯度茄尼醇，进而以工业化的半合成法制造出辅酶Q10产品。
我国是人口众多的大国，年产400-500吨辅酶Q10不会滞销，需求茄尼醇在4000吨以上。
然而由于长期以来高纯度茄尼醇的生产技术被日本所垄断，因此目前我国的高纯度茄尼醇几乎完全依赖进口。
此外，其他医药产品的开发需要的茄尼醇还没有包括其中，由此可见，茄尼醇的市场规模很大，且供不应求的局面将维持相当长的时间。
特别要指出的是，我国研究辅酶Q10的科研单位很多，据报导实验室已完成合成的单位有数家，但至今尚没有工业化投产的消息，究其原因是因为高纯度的茄尼醇所制约。
国内从烟叶中提纯出茄尼醇大多在20％或60-70％纯度，这些低纯度茄尼醇不能用于合成辅酶Q10。
由低含量提纯到90％以上高纯度，按传统方法不可能实现，必须采用某些特种技巧，才能达到纯度和收率均能适合的工业方法。
组织工业化生产90％以上纯度的茄尼醇，不仅有国外市场，而且国内市场可观。
由于技术难度很大，而国际上高纯度茄尼醇生产技术被日本等国家垄断，因此一哄而起的竞争局面一时难以出现。
近年，国内外高纯度茄尼醇的需求量以每年15％～20％递增的速度显著上升，国外客户求购高纯度茄尼醇的信息随处可见，经济效益显著，市场规模巨大。
五、项目预计社会效益、环境效益
废次烟草中茄尼醇提取研究项目是针对烟草企业生产后遗留的废弃物进行再利用，提取有用的药物中间体。
我国是世界第2大烟草大国，烟草每年产量500万吨以上，其中废次烟草高达150万吨左右。
随着卷烟市场向高、中档发展，废次烟草将会大量增加，这些废次烟草既不能焚烧又不能作为肥料，这加大了企业和烟农的负担。
烟草废物不能应用于卷烟行业，造成环境污染，仅YN烟厂每年为此交环境保护费5千万元之多。
我国的YN、GZ、SD、HN、HN、GD、FJ、SC、AH等省都有大面积的烟田，众多的卷烟厂、烤烟厂，每年都有大量的废烟叶、烟杆、烟灰，这些下脚料由于没有很好的利用而被一把火烧掉，这样处理不仅浪费资源，又造成环境污染。
据报道，每年GZ省烧掉或以其它方式处理的烟叶价值近2亿元，而YN省每年的废弃烟叶也高达40万吨。
如何将这些烟草废弃物加以合理的综合利用，是摆在人们面前一个迫切的课题。
本项目的生产原料直接来自废弃烟叶，可达到变废为宝、资源再生的目的，同时生产原料来源广阔，成本低廉。
茄尼醇是药物合成不可替代的关键中间体，尤其目前世界许多发达国家已生产和广泛应用的辅酶Q10，依赖高纯度的茄尼醇作原料。
此外，其他医药产品的开发需要的茄尼醇也不占少数。
然而由于长期以来高纯度茄尼醇的生产技术被日本所垄断，因此目前我国的高纯度茄尼醇几乎完全依赖进口。
该项目的研究目标之一就是获得具有独自知识产权的茄尼醇的提纯工艺，从而打破我国在高纯度茄尼醇对国外的依赖，对我国的药物研究生产具有重大促进作用。
同时在该项目的研究过程中，我们将借助于NC大学的本科生开放实验平台，对本科生进行科学研究探索的能力培养。
力争依靠该项目的研究取得多方面的综合效益。
表一
项目投资与资金筹措表
单位：
万元
序号
项目
金额
1
投资总额
10
固定资产投资
3.5
流动资金
6.5
2
资金筹措
6.5
自筹资金
3
其中：
已完成投资
--
新增投资
3
申请科技三项经费
3.5
借（贷）款
--
表二
项目拟购设备清单
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
单价（万元）
金额（万元）
1
恒温磁力搅拌器
台
3
0.7
0.21
1
电热恒温干燥箱
台
1
0.25
0.25
2
旋转蒸发仪
台
1
0.64
0.64
3
电动搅拌器
台
2
0.10
0.20
4
循环水真空泵
台
1
0.11
0.11
5
油回真空泵
台
1
0.20
0.20
6
三用紫外荧光灯
台
1
0.10
0.10
7
电子分析天平
台
1
0.6
0.6
8
超声波清洗器
台
1
0.1
0.1
表三
申请科技三项经费使用预算表
序号
名称
单位
数量
金额（万元）
使用时间
1
开发费
1.8
项目开发人员费
0.5
07.1-09.7
原材料动力费
0.8
07.1-09.7
检测费
0.2
07.7-09.7
调研费
0.16
07.1-08.1
查新费
0.04
06.9
技术咨询费
---
转让、合作费
0.1
09.1-09.7
设备费
申请三项经费资助设备
1.5
07.1-08.1
电热恒温干燥箱
台
1
0.25
旋转蒸发仪
台
1
0.64
电动搅拌器
台
2
0.20
循环水真空泵
台
1
0.11
油回真空泵
台
1
0.20
三用紫外荧光灯
台
1
0.10
4
鉴定验收费
0.2
09.7
升级会员 