擠壓法混合竹汁提取及有效成分分離技術(shù)研究項(xiàng)目可行性實(shí)施報(bào)告

擠壓法混合竹汁提取及有效成分分離技術(shù)研究項(xiàng)目可行性研究報(bào)告1、總論擠壓技術(shù)是指經(jīng)預(yù)處理的原料在一個(gè)由螺桿和套筒構(gòu)成的相對(duì)密閉的空間里受到機(jī)械力的作用后通過一個(gè)專門設(shè)計(jì)的孔口而擠出的技術(shù)方法，最早應(yīng)用于塑料制品的加工，隨著食品工業(yè)的發(fā)展，擠壓技術(shù)所特有的優(yōu)越性愈來愈被人們所認(rèn)識(shí)，并應(yīng)用于食品加工?，F(xiàn)在所使用的擠壓機(jī)械是集混合、混煉、熟化、擠出成型于一體的加工設(shè)備，30年代在谷物加工行業(yè)中得到成功應(yīng)用，二戰(zhàn)及至60年代，該技術(shù)得到長(zhǎng)足進(jìn)步，擴(kuò)展到生產(chǎn)家畜飼料、魚類飼料、植物組織蛋白等，基礎(chǔ)理論研究也得到了發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域目前又?jǐn)U展到了水產(chǎn)品、仿生制品、調(diào)味品、乳品、糖果制品、巧克力制品、方便面等食品的加工。由于擠壓加工過程是一個(gè)高溫高壓的過程，通過調(diào)節(jié)工況參數(shù)，可以比較方便地調(diào)節(jié)擠壓過程中的壓力、剪切力、溫度和作用時(shí)間。利用著一特點(diǎn)，可以將擠壓技術(shù)應(yīng)用于某些需要高溫高壓的生化反應(yīng)過程，已經(jīng)引起某些科技工作者的關(guān)注。本研究即基于擠壓技術(shù)的熱、壓效應(yīng)，合理設(shè)計(jì)機(jī)械，強(qiáng)化出料口汽、汁、廢料的排料分流，控制好腔體的溫度和壓力參數(shù)，對(duì)含粗纖維的物料擠壓調(diào)質(zhì)，在短時(shí)間綜合、高效、全面地提取物料中不同理化性質(zhì)的天然產(chǎn)物，以構(gòu)建一個(gè)新的天然產(chǎn)物提取技術(shù)平臺(tái)；并以毛竹全株為研究對(duì)象，采用擠壓技術(shù)，設(shè)計(jì)合理的裝置，提取其中豐富的竹多糖、竹黃酮、五環(huán)三萜類化合物以及竹葉綠素等天然產(chǎn)物，進(jìn)而對(duì)提取過程中的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，指導(dǎo)擠壓裝置的完善，以期實(shí)現(xiàn)擠壓技術(shù)在天然產(chǎn)物提取中的工業(yè)化應(yīng)用。（一）項(xiàng)目的主要容及技術(shù)原理簡(jiǎn)述1.項(xiàng)目的主要研究容：項(xiàng)目的主要研究容為擠壓裝置設(shè)計(jì)制作的優(yōu)化和擠壓裝置在天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用，并具體分析該新的技術(shù)方法相對(duì)于傳統(tǒng)方法在提取效果、提取效率、環(huán)境保護(hù)、成本等優(yōu)勢(shì)。天然產(chǎn)物提取的傳統(tǒng)方法是利用某種介質(zhì)將有效成份從原料中取出的過程，提取的目的是富集和純化有效成份。從化學(xué)的角度來看，含天然產(chǎn)物的植物原料都是由多種化學(xué)成份組成的復(fù)雜體系，其中具有生理活性功效的天然產(chǎn)物是含量較少的次生代謝產(chǎn)物，其余的大部分是無效的初生代謝產(chǎn)物。目前，在植物中提取天然產(chǎn)物主要包括了溶劑萃取、超臨界流體萃取、膜提取分離、超聲提取、微波萃取、高速逆流色譜提取、酶法、半仿生提取法、破碎提取法、空氣爆破法、液沫法、大孔樹脂吸附分離技術(shù)、雙水相萃取技術(shù)等13種提取工藝，溶劑萃取方法仍然是天然產(chǎn)物最主要的提取方法。天然產(chǎn)物的提取分離是一個(gè)選擇性傳質(zhì)過程，提取溶劑、物料顆粒粒度、提取溫度、固液接觸狀況以及提取時(shí)間均對(duì)天然產(chǎn)物的提取和分離有著很大的影響，因此，有選擇性強(qiáng)化傳質(zhì)過程對(duì)天然產(chǎn)物的提取和分離有著重要的意義，也是本研究工作重要的出發(fā)點(diǎn)。2.技術(shù)原理簡(jiǎn)述：原料的螺桿擠壓過程是一種高溫、高壓、高剪切的流動(dòng)過程，物料在密閉腔體空間與螺桿和料筒摩擦，因速差而被強(qiáng)制輸送、混合及壓延，可獲得3~15MPa的高壓和130～200oC的高溫，植物組織的液泡和細(xì)胞質(zhì)體破裂，具生理活性的天然產(chǎn)物在溫度的助溶效應(yīng)下由水?dāng)y帶與原料中的纖維素、淀粉、木質(zhì)素等初生代謝產(chǎn)物分離而呈游離態(tài)，在出料口處以汽、液、固三相分離，攜帶天然產(chǎn)物的液相被收集，進(jìn)入后續(xù)工序進(jìn)一步分離。針對(duì)物料以及天然產(chǎn)物的不同特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)剪切強(qiáng)度、壓力和溫度達(dá)到調(diào)控天然產(chǎn)物提取效率的目的。呈顆粒狀的食品原料從加料斗均勻地進(jìn)入機(jī)筒后，沿轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿上螺槽軸向運(yùn)動(dòng)的方向向前輸送，此后由于受到機(jī)頭阻力和螺桿壓縮比結(jié)構(gòu)的作用，物料被逐漸壓實(shí)并因吸收了來自機(jī)筒加熱器的熱量或螺桿與機(jī)筒間強(qiáng)烈的摩擦、攪拌和剪切等機(jī)械能所轉(zhuǎn)化的熱量而升溫甚至熔融，隨著軸向運(yùn)動(dòng)的螺槽逐漸變淺，高溫物料被繼續(xù)加壓加熱進(jìn)入蒸煮過程，期間發(fā)生了脂肪和蛋白質(zhì)變性、淀粉被完全糊化、微生物被悉數(shù)殺滅、酶及胰酶抑制劑完全失活等一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，植物中的初級(jí)代謝物的持水能力下降，對(duì)功能成分的束縛能力降低，水的溶解能力增大，最終從機(jī)筒末端的模頭被定量、定壓地?cái)D出，是一個(gè)物料加料輸送、壓縮熔融和計(jì)量均化的三段過程。（二）項(xiàng)目的目的和意義1.項(xiàng)目的目的：利用螺桿擠壓技術(shù)的溫壓效應(yīng)及短時(shí)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制造可行的擠壓裝置，以豐富的經(jīng)濟(jì)作物毛竹為資源，通過擠壓技術(shù)方法提取其中的天然產(chǎn)物，如毛竹多糖、竹葉黃酮、葉綠素、五環(huán)三萜等，以作為功能性天然產(chǎn)品、食品添加劑以及抗癌藥物前體，并總結(jié)出該新的技術(shù)方法在天然產(chǎn)物提取中的科學(xué)理論本質(zhì)及應(yīng)用技術(shù)前景和規(guī)律。2.項(xiàng)目的意義：（1）構(gòu)建一個(gè)新的技術(shù)平臺(tái)天然產(chǎn)物傳統(tǒng)的提取方法是采用水或醇等溶劑分批提取出物料中性質(zhì)相近的對(duì)象物，繼而采用其它技術(shù)手段對(duì)混合物進(jìn)行分離提純；普通液體萃取過程中，由于溶劑粘度大而擴(kuò)散系數(shù)小，萃取速度慢，且溶劑的徹底分離較困難。目前天然產(chǎn)物提取常用的高技術(shù)手段是使用超臨界流體萃取技術(shù)，利用超臨界流體的高流動(dòng)性和擴(kuò)散能力，也是通過CO2流體萃取出性質(zhì)相似的對(duì)象物進(jìn)行后續(xù)工作。本研究提出的擠壓方法提取天然產(chǎn)物，綜合了普通液體萃取方法和超臨界流體萃取方法的優(yōu)點(diǎn)，利用了熱、壓效應(yīng)，具有處理時(shí)間短、設(shè)備造價(jià)低、適用圍廣的特點(diǎn)，對(duì)其深入研究，具有科學(xué)上和技術(shù)上的現(xiàn)實(shí)意義。（2）高效快速綜合提取竹天然產(chǎn)物竹子是禾本科(Poaceae)竹亞科(Bambusoideae)多年生常綠植物，是當(dāng)今世界最具有使用價(jià)值的植物之一。全世界已記載的約有70屬1200多種，廣泛分布于東南亞、印度、中國南部、南美和日本等熱帶及亞熱帶地區(qū)，少數(shù)竹類分布在溫帶和寒帶。我國是竹子中心產(chǎn)區(qū)之一，約有20個(gè)屬300余種，主要分布在包括在的南方數(shù)省，某北部及周邊地區(qū)為毛竹豐產(chǎn)區(qū)，宜豐是全國十大毛竹之鄉(xiāng)，靖安、奉新等活立竹蓄積量也非常大。竹材由不均勻分布的多種化學(xué)成分組成，是由各種各樣高分子聚合物復(fù)雜地組合而成的物質(zhì)，這種特點(diǎn)為竹業(yè)的深加工提供了豐富的物種資源，但由于物種性質(zhì)的不同以及纖維素伴生的特點(diǎn)也為竹產(chǎn)業(yè)深加工帶來了一些困難。由于毛竹中含有多種的有效活性物質(zhì)，如葉綠素、竹葉黃酮、竹葉多糖、特種氨基酸以及揮發(fā)性成份等理化性質(zhì)差異較大，且竹細(xì)胞堅(jiān)硬，纖維韌性大而堅(jiān)實(shí)，采用常規(guī)的溶劑提取法和水蒸氣蒸餾法等均無法全效獲取毛竹枝葉中的汁液，對(duì)竹天然產(chǎn)物的提取存在著較大的影響。采用擠壓技術(shù)方法，可以高效快速地提取竹等作物的天然產(chǎn)物功能物質(zhì)。（3）產(chǎn)品具有巨大的潛在的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)的社會(huì)效益就毛竹的整體利用而言,對(duì)竹汁中天然產(chǎn)物的開發(fā)明顯滯后，利用擠壓技術(shù)，一次性提取毛竹中的多糖、黃酮、葉綠素、五環(huán)三萜等天然功能物質(zhì)的用途為人們所關(guān)注。在課題申請(qǐng)人的前期研究中，發(fā)現(xiàn)了竹汁中含有大量的五環(huán)三萜類物質(zhì)，可以作為抗癌藥物以及肝臟疾病治療藥物的前體進(jìn)行利用；目前，竹葉提取物作為一種新的黃酮類保健營養(yǎng)素正引起食品營養(yǎng)專家們的注意，也被應(yīng)用在含油脂食物的抗氧化中。本研究利用擠壓技術(shù)的溫、壓效應(yīng)，以擠壓法一步提取混合竹汁，并結(jié)合其它方法對(duì)混合竹汁中的各活性有效組分進(jìn)行提純分離，以達(dá)到高效多能，提高提取得率的目的。前期研究表明，擠壓方法提取的混合竹汁中，各項(xiàng)天然產(chǎn)物，如毛竹葉綠素、五環(huán)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。上述數(shù)據(jù)表明，該技術(shù)方法符合經(jīng)濟(jì)合理性要求。采用擠壓法提取天然產(chǎn)物，尤其是提取毛竹中的天然產(chǎn)物，在世界圍仍屬于空白，本研究項(xiàng)目具有較好的創(chuàng)新性。（三）相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域國外發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)擠壓技術(shù)是指經(jīng)預(yù)處理的原料在一個(gè)相對(duì)密閉的空間里采用機(jī)械力的方法通過一個(gè)專門設(shè)計(jì)的孔口而擠出的技術(shù)方法，目前主要使用在糧食類作物的擠壓熟化成型以及植物蛋白的組織化等，采用螺桿擠壓技術(shù)獲取植物混合汁液的技術(shù)方法還沒有見到公開報(bào)道。由于原料分布和認(rèn)識(shí)差距，歐美發(fā)達(dá)國家對(duì)毛竹天然產(chǎn)物的開發(fā)利用也比較少，目前開展這方面的工作主要在中國和日本比較多。目前，市場(chǎng)上的毛竹天然產(chǎn)物主要包括了具有抗氧化功能的以竹葉黃酮為主要成份的竹葉抗氧化物（AOB）和具有抗疲勞、增強(qiáng)機(jī)體免疫能力的竹多糖（BP）。AOB具有優(yōu)良的抗自由基、抗氧化和抗衰老等功效，對(duì)人類的營養(yǎng)、健康和老年退行性疾病的防治有重要意義；BP能顯著提高小鼠腹腔巨噬細(xì)胞的吞噬能力，可增加正常小鼠脾指數(shù)和胸腺指數(shù)，對(duì)荷瘤小鼠影響更明顯，對(duì)移植性S180腫瘤的抑制率可達(dá)50％，最佳作用劑量為100mg/kg，表明具有良好的免疫增強(qiáng)作用和抗腫瘤活性。竹的醫(yī)療保健作用早已為我國人民所認(rèn)識(shí)。竹葉在我國具有悠久的食用和藥用歷史,竹葉是中醫(yī)一味傳統(tǒng)的清熱解毒藥，醫(yī)書記載有涼心緩脾、清爽止渴等作用，1998年，(淡)竹葉被衛(wèi)生部批準(zhǔn)列入了“藥、食兩用的天然植物”。為其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和進(jìn)入市場(chǎng)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究表明，竹葉中含有大量的黃酮類化合物和生物活性多糖及其他有效成分，如酚酸類化合物、蒽醌類化合物、萜類酯、特種氨基酸和活性肽、錳、鋅、硒等物質(zhì)。竹葉中所含的功能因子主要是黃酮糖苷和香豆素類酯。其有效成分的含量和生物活性均與銀杏葉具有可比性。竹葉提取物具有優(yōu)良的抗自由基、抗氧化、抗衰老、降血脂和血膽固醇的作用。竹葉提取物以其豐富的資源、優(yōu)良的品質(zhì)、顯著的保健功效、清新的風(fēng)味和極大的安全性，在功能性食品和醫(yī)藥保健品領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)方法采用擠壓技術(shù)獲取混合竹汁，處理后獲得竹汁和竹絨，竹汁可通過后續(xù)方法分別獲取竹黃酮、竹多糖、竹葉綠素、竹氨基酸以及五環(huán)三萜類物質(zhì)等。過程中減少了有機(jī)溶劑的使用量和循環(huán)提取次數(shù)，降低了生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境的污染；竹絨含有大量的優(yōu)質(zhì)纖維，改性后可以用來制作紡織或高級(jí)紙的原料。通過技術(shù)完善及產(chǎn)品的綜合利用，達(dá)到竹產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。（四）項(xiàng)目申請(qǐng)單位、主要合作申請(qǐng)單位及項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人的基本情況1.項(xiàng)目申請(qǐng)單位基本情況：某中德食品工程中心（FEC）是中德兩國政府間的合作項(xiàng)目，旨在創(chuàng)建一個(gè)具有世界先進(jìn)水平的科研開發(fā)、咨詢及培訓(xùn)的食品中試基地。它既是-OAI聯(lián)合研究院的二期工程，也是某大學(xué)“211工程”的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。FEC依托某大學(xué)，占地面積9000多平方米，擁有多功能的食品中試車間、食品添加劑（含精細(xì)化工）中試車間及功能齊全的培訓(xùn)樓。

FEC具有全國一流的、達(dá)到中試規(guī)模的技術(shù)裝備，如：分子蒸餾裝置、連續(xù)噴霧干燥造粒裝置、冷凍干燥設(shè)備、具有反滲透離子交換及超濾的高純水裝置、制備型高壓液相色譜儀、旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)及降膜蒸發(fā)裝置、二氧化碳超臨界萃取裝置、全自動(dòng)發(fā)酵罐、3Mpa氫化反應(yīng)釜及15Mpa高壓反應(yīng)釜、不銹鋼及搪瓷反應(yīng)釜、不銹鋼精餾塔。另外，食品添加劑（含精細(xì)化工）中試車間中建成了冷卻水、冷凍鹽水、蒸汽、導(dǎo)熱油、真空等系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備。FEC技術(shù)力量雄厚，有教授11名，副教授15余名，其中有多名從美國、德國學(xué)成歸國的專家學(xué)者。FEC科研開發(fā)的主要方向?yàn)椋菏称饭こ?、生物工程和食品添加劑（含精?xì)化工），其主要任務(wù)是向省外食品企業(yè)轉(zhuǎn)讓經(jīng)過中試的成熟技術(shù)成果，力爭(zhēng)成為食品領(lǐng)域科研成果轉(zhuǎn)化的孵化器，以加快科技成果的產(chǎn)業(yè)化；FEC也提供食品技術(shù)咨詢、人員培訓(xùn)以及食品科技信息等多種服務(wù)。2.主要合作申請(qǐng)單位的基本情況：主要合作單位為某織機(jī)械有限責(zé)任公司，該公司隸屬全國500強(qiáng)大型企業(yè)洪都航空工業(yè)集團(tuán)，1996年被列為國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，擁有47臺(tái)（套）屬九十年代國際先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備及223臺(tái)國家新設(shè)備，具有強(qiáng)的機(jī)械設(shè)計(jì)加工能力，以確保完成項(xiàng)目的優(yōu)化和實(shí)施。3.項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人的基本情況：黃贛輝，男，1967.12－，工學(xué)博士，副教授。從事“天然產(chǎn)物提取分離與應(yīng)用”、“食品工程高新技術(shù)”、“食品產(chǎn)品開發(fā)”、“食品工廠機(jī)械與設(shè)備”、“食品工藝學(xué)”、“現(xiàn)代水產(chǎn)品加工工藝”等研究生和本科生的課程教學(xué)以及農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)研究；2000年以來，負(fù)責(zé)完成及在研的省科技廳農(nóng)業(yè)重點(diǎn)科技攻關(guān)課題各一項(xiàng)、地市科委課題兩項(xiàng)；國外刊物第一作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文9篇。（五）有關(guān)本項(xiàng)目的現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和支撐條件1.現(xiàn)有工作基礎(chǔ)：（1）研究人員本項(xiàng)目課題組由教授兩名、副教授三名、講師一名組成，研究人員中，碩士研究生導(dǎo)師三人，在職博士生一人，擁有博士學(xué)位一人，技術(shù)工作分工和人員搭配合理；項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和項(xiàng)目組其他成員在2002年即開始了毛竹天然產(chǎn)物提取的工作，該項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了4年的前期研究，并培養(yǎng)了若干學(xué)士和碩士。（2）現(xiàn)有設(shè)備目前，課題組購置了一套單螺桿擠壓設(shè)備并經(jīng)過簡(jiǎn)單改裝，目前可進(jìn)行混合竹汁的半連續(xù)生產(chǎn)，并購置了一整套的天然產(chǎn)物提取分離裝置，包括梯度混合儀、電子鐘控自動(dòng)部分收集器、雙通道恒流泵、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器及層析柱等，并培養(yǎng)了多名本科生進(jìn)行技術(shù)訓(xùn)練與研究。（3）前期研究成果在前期的研究中，在目前條件不完善的狀況下，已經(jīng)完成了若干天然活性成份含量的提取與測(cè)試，在竹汁和竹葉汁中的葉綠素a、五環(huán)三萜的含量分別為0.0501、5.822及4.727、2.8288g/l，竹汁中的竹多糖的含量為28.35g/l，所有含量均大于工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。技術(shù)被應(yīng)用后，可擴(kuò)大中試獲得產(chǎn)品，毛竹抗氧化劑作為食品添加劑已經(jīng)獲得國家衛(wèi)生部批準(zhǔn)，葉綠素和五環(huán)三萜類物質(zhì)，前者可以作為直接在食品中使用或深加工為葉綠素銅鈉作為食品添加劑使用，五環(huán)三萜則可作為抗癌藥物中間體進(jìn)行深入研究及加工。上述研究所獲得的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法同時(shí)可推廣到其它植物天然產(chǎn)物的提取與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，是一個(gè)新型有效的技術(shù)平臺(tái)。2.支撐條件：目前水電、燃料、材料、環(huán)保條件良好，儀器設(shè)備大多具備，現(xiàn)有單螺桿擠壓機(jī)、梯度混合儀、電子鐘控自動(dòng)部分收集器、雙通道恒流泵、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器及層析柱等，小型輔助實(shí)驗(yàn)儀器完備。其它生化試劑和化學(xué)消耗品以及外協(xié)實(shí)驗(yàn)擬通過申請(qǐng)課題研究經(jīng)費(fèi)支持解決。二、項(xiàng)目實(shí)施方案（一）項(xiàng)目達(dá)到的目標(biāo)及考核的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（含知識(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）1.項(xiàng)目達(dá)到的目標(biāo)：①獲得螺桿擠壓技術(shù)在天然產(chǎn)物提取過程中使用的樣機(jī)；②獲得擠壓技術(shù)在天然功能成份提取分離中的優(yōu)缺點(diǎn)判據(jù)，并給予定性判斷；③獲取該技術(shù)方法的生產(chǎn)工藝參數(shù)，做好竹汁功能成份分離提取的中試和技術(shù)轉(zhuǎn)化前期工作；④所開發(fā)的竹汁產(chǎn)品符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求；⑤鑒于成果的創(chuàng)新性，在條件成熟情況下申請(qǐng)發(fā)明專利；⑥努力爭(zhēng)取上級(jí)部門的繼續(xù)支持，加大研究深度和力度。2.考核的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（含知識(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）：除科學(xué)意義外，本項(xiàng)目可構(gòu)建一個(gè)新的技術(shù)平臺(tái)，且技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，產(chǎn)品中包括了葉綠素、竹葉黃酮（竹葉提取物）、竹多糖以及抗癌藥物前體五環(huán)三萜等，葉綠素膏的市場(chǎng)價(jià)格可以達(dá)到24萬元/噸，且產(chǎn)品的提取過程中對(duì)植被沒有任何影響；竹葉是國家衛(wèi)生部批準(zhǔn)的既是藥品又是食品的物品，竹提取物（竹葉黃酮）目前已經(jīng)得到國家食品藥品管理局認(rèn)可，批準(zhǔn)為新型食品添加劑作為天然抗氧化劑使用；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，竹多糖具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力和抗疲勞的能力，具有廣闊的應(yīng)用前景；五環(huán)三萜類化合物作為抗癌藥物前體得到了極大的重視，結(jié)構(gòu)類似的紫杉醇在女性癌癥治療中的作用已經(jīng)得到證實(shí)，并已陸續(xù)在臨床中使用，竹萜類物質(zhì)可以作為抗癌藥物前體加以提取，具有巨大的潛在的科研價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。毛竹在南方分布，全身是寶，產(chǎn)品豐富，在全國的受眾眾多，產(chǎn)品的產(chǎn)量可以在更大程度上的增加。更主要的意義還在于該項(xiàng)目的實(shí)施可促使毛竹產(chǎn)業(yè)向技術(shù)水平更高、利潤(rùn)更大的方向發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)了生態(tài)綠化、工藝品綜合開發(fā)、綠色養(yǎng)殖等其它行業(yè)的發(fā)展，具有廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目研究和開發(fā)的產(chǎn)品為新產(chǎn)品，知識(shí)產(chǎn)權(quán)由開發(fā)方所有，不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛等問題；在食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的框架下，開發(fā)的新產(chǎn)品擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可以自擬技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)備案實(shí)施。（二）項(xiàng)目的主要研究（開發(fā)）容研究容：主要包括三個(gè)方面，一是擠壓裝備的設(shè)計(jì)與制作，二是該設(shè)備在混合竹汁天然有效成份的提取與分離，三是根據(jù)前述工作，分析擠壓技術(shù)作為天然產(chǎn)物提取方法在綜合提取效率、回收率、天然產(chǎn)物的活性損失、提取綜合效益等，以明確該技術(shù)方法的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和方向。（三）試驗(yàn)（開發(fā)）規(guī)模及地點(diǎn)本項(xiàng)目暫擬定為中小試規(guī)模，在課題結(jié)束前進(jìn)行中試生產(chǎn)探索，中試產(chǎn)品達(dá)到單機(jī)50kg/h規(guī)模；試驗(yàn)地點(diǎn)選取為某中德食品工程中心。（四）主要技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)技術(shù)關(guān)鍵：1．?dāng)D壓裝備的設(shè)計(jì)與制作：擠壓技術(shù)在20世紀(jì)30年代提出，現(xiàn)在已發(fā)展成單螺桿、雙螺桿和多螺桿多種技術(shù)形式，是一個(gè)“施加推壓力使物料通過機(jī)頭成形之后離去的過程”，高溫、高壓、調(diào)質(zhì)是其特點(diǎn)，在谷物膨化、擠壓成型以及蛋白質(zhì)的組織化等方面應(yīng)用比較成熟，適合于低含水量原料的處理。本研究即利用螺桿擠壓技術(shù)獲得的適當(dāng)高溫與高壓，高溫提高竹汁的流動(dòng)性和對(duì)有效組分的溶解性，促進(jìn)活性有效成份從纖維上的脫離，高壓使得毛竹細(xì)胞中的液泡以及細(xì)胞質(zhì)體破裂，使得竹汁流出，達(dá)到一步法提取混合竹汁的目的。但是，由于毛竹枝葉中含有大量的纖維素，過高的螺腔溫度也會(huì)對(duì)活性成份的性質(zhì)存在一定的影響，因此，本研究的首要技術(shù)關(guān)鍵是研制一套適合于混合竹汁提取工藝的擠壓裝置，控制高纖維物料在擠壓機(jī)械中的流變學(xué)性質(zhì)，在高效提取天然產(chǎn)物的同時(shí)避免對(duì)功能成份的破壞，并能使物料連續(xù)出料分離。2．混合竹汁的提?。涸谠O(shè)備制備完成后，根據(jù)原材料種屬以及毛竹枝葉不同部位對(duì)毛竹混合竹汁提取，獲得相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，并指導(dǎo)設(shè)備的改進(jìn)。3．混合竹汁天然有效成份的分離：由于混合竹汁中含有不同理化性質(zhì)的各種活性組分，因此，對(duì)混合竹汁中的不同組分如竹多糖、竹黃酮、葉綠素、五環(huán)三萜、竹特種氨基酸進(jìn)行提純分離，獲得相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)獲得基本技術(shù)參數(shù)。（五）實(shí)施方案（含技術(shù)路線、工藝流程及技術(shù)關(guān)鍵的解決方案）技術(shù)路線與工藝流程：實(shí)驗(yàn)基本的技術(shù)路線構(gòu)思是：根據(jù)原料特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作擠壓裝置，選取最佳的竹汁提取工藝，分析提取效率、活性影響等，并根據(jù)與常規(guī)工藝比對(duì)，指導(dǎo)裝置設(shè)計(jì)，提高混合竹汁提取效率。簡(jiǎn)要工藝流程圖見圖1。圖1.擠壓法混合竹汁提取及有效成份分離技術(shù)研究工藝流程圖技術(shù)關(guān)鍵的解決方案：①擠壓裝置的設(shè)計(jì)與制作螺桿擠壓技術(shù)提取混合竹汁是物料在擠壓機(jī)中的傳質(zhì)、傳熱及分離過程，包括加料輸送、壓縮熔融和計(jì)量均化三個(gè)階段，關(guān)系到熱效應(yīng)對(duì)天然功能成份的提取效率、功能成份破壞以及物料連續(xù)正常輸出三個(gè)環(huán)節(jié)，螺桿和機(jī)筒是擠出機(jī)的關(guān)鍵硬件。本項(xiàng)目根據(jù)物料多纖維、高水分含量的性質(zhì)，通過螺桿數(shù)選擇、螺桿與機(jī)筒間隙、螺道長(zhǎng)度、螺桿轉(zhuǎn)速與扭矩以及連續(xù)出料輔助機(jī)構(gòu)入手，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，提高壓縮比，控制物料溫度圍，達(dá)到提高提取效率，減少功能物質(zhì)活性損失的目的；②混合竹汁的提取采用擠壓裝置，通過調(diào)整工況參數(shù)，研究毛竹采樣部位、采樣季節(jié)、物料含水量以及前處理對(duì)混合竹汁提取的影響；③混合竹汁中天然功能成份的分離本階段研究與常規(guī)方法后期工藝相同，通過與常規(guī)方法的對(duì)比，獲取最佳提取參數(shù)，指導(dǎo)設(shè)備在螺桿－螺腔、螺桿轉(zhuǎn)速、出料孔口、出料方式、渣汁分離等進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以滿足本研究需要；螺腔擴(kuò)徑，縮小螺桿螺距，螺桿轉(zhuǎn)速大圍可調(diào)，孔口擴(kuò)徑，出渣口偏置等是擠壓裝置技術(shù)改造的主要途徑。獲取擠壓技術(shù)方法在天然產(chǎn)物提取過程中功能成份變性程度的數(shù)據(jù)，得到并指導(dǎo)擠壓技術(shù)在其它天然產(chǎn)物功能成份提取中的基本技術(shù)參數(shù)。（六）技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析1．?dāng)D壓裝置無法達(dá)到三相分離的目的，2．工況不可控，天然產(chǎn)物活性損失大；3．新技術(shù)方法與常規(guī)方法相比不具備先進(jìn)性。（七）分年度的工作容、目標(biāo)序號(hào)時(shí)間段工作容目標(biāo)12007年1月-07年9月擠壓裝置的設(shè)計(jì)與制作確定擠壓裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)22007年10月-08年6月混合竹汁提取方法研究獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獲得混合竹汁32007年12月-08年9月優(yōu)化設(shè)備及擠壓技術(shù)條件掌握混合竹汁的最優(yōu)提取方法42008年9月-08年12月新技術(shù)方法與常規(guī)方法技術(shù)性能比對(duì)獲得定性結(jié)論52009年1月-09年6月新技術(shù)方法在其它原料功能成份提取中的應(yīng)用新技術(shù)方法適用圍推廣62009年3月-09年9月制備樣機(jī)獲取樣機(jī)72009年6月-09年12月數(shù)據(jù)整理、技術(shù)總結(jié)與深化、論文形成與發(fā)表、項(xiàng)目鑒定、本課題不遲于09年12月底前通過鑒定（八）申請(qǐng)單位、合作申請(qǐng)單位及主要人員的分工本課題為某中德食品工程中心申報(bào)，成員來自于該單位及某大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、某織機(jī)械有限責(zé)任公司，知識(shí)結(jié)構(gòu)合理。主要人員見下表：姓名年齡職務(wù)職稱所在單位在課題中的分工xx39副教授某中德食品工程中心課題負(fù)責(zé)xx49教授某中德食品工程中心產(chǎn)物提取xx50教授某中德食品工程中心機(jī)械設(shè)計(jì)xx32講師某中德食品工程中心產(chǎn)品分析xx49高級(jí)實(shí)驗(yàn)師某大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院應(yīng)用研究xx38高級(jí)工程師某機(jī)機(jī)械有限公司機(jī)械制造xx51高級(jí)實(shí)驗(yàn)師某食品工程中心參數(shù)分析（九）組織及管理的運(yùn)行機(jī)制本課題采取組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，各成員各盡所能，學(xué)術(shù)上民主集中，互相探討配合，以達(dá)到較好的科研目的。（十）相關(guān)依托工程（含技術(shù)）的落實(shí)情況本課題所依托的工程和技術(shù)條件均已基本完備，實(shí)驗(yàn)室水電條件完善，大型分析測(cè)試等儀器設(shè)備亦可在校協(xié)調(diào)解決，擠壓裝置可委托代加工，或通過中心加工車間改裝，實(shí)驗(yàn)所需要的毛竹原料可自行采集，除前期基礎(chǔ)研究所需要設(shè)備、外協(xié)費(fèi)用及部分儀器、試劑等需要申請(qǐng)資助補(bǔ)充外，其它設(shè)備基本已經(jīng)到位，技術(shù)上的人員整合已經(jīng)完成，不存在較大的困難。（十一）有關(guān)本項(xiàng)目的國外知識(shí)產(chǎn)權(quán)狀況分析經(jīng)數(shù)據(jù)庫檢索，該技術(shù)方法及其在天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用尚無人提出，在獲得上級(jí)部門經(jīng)費(fèi)支持后，可以盡快獲得相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，并爭(zhēng)取早日申報(bào)專利獲得知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。本項(xiàng)目的提出具有原創(chuàng)性，產(chǎn)品一旦開發(fā)成功，在知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)法律框架下認(rèn)真運(yùn)作獲取保護(hù)，不會(huì)存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。三、市場(chǎng)分析（一）市場(chǎng)預(yù)測(cè)（含同類項(xiàng)目的國外市場(chǎng)情況）毛竹天然產(chǎn)物主要包括了毛竹提取物（竹黃酮）、葉綠素及其鹽類、竹多糖和五環(huán)三萜類物質(zhì)，分屬于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。毛竹提取物和葉綠素及其鹽類可以作為天然食品添加劑使用。天然抗氧化劑在國的年消耗量為1－2000噸，天然色素在國的年使用量約為2000噸（焦糖色素除外），膏狀葉綠素的價(jià)格達(dá)到了24萬元/噸；隨著對(duì)食品安全認(rèn)識(shí)的提高，以及毒理學(xué)研究的完善，天然食品添加劑的使用被得到了重視。其它，如竹多糖以及五環(huán)三萜具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益，相近產(chǎn)品紫杉醇針劑在醫(yī)藥市場(chǎng)的價(jià)格達(dá)到了900元/100mg，由于原料匱乏，市場(chǎng)急于尋找替代品，毛竹天然產(chǎn)物五環(huán)三萜具有較好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。（二）本項(xiàng)目的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、風(fēng)險(xiǎn)及市場(chǎng)策略1.市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：①價(jià)格優(yōu)勢(shì)是我國重要的毛竹種植和生態(tài)林基地，由于毛竹具有速生間伐的特點(diǎn)，鮮竹葉竹枝的采集，價(jià)格不高于0.4元/kg，且竹葉采集不損傷母株，對(duì)生態(tài)環(huán)境無破壞；②消費(fèi)者心理選擇優(yōu)勢(shì)竹葉是國家衛(wèi)生部批準(zhǔn)的藥食同源物品，在消費(fèi)者心目中有較好的形象，其提取物有良好的消費(fèi)群體；③理論優(yōu)勢(shì)天然色素及天然抗氧化劑符合食品添加劑的發(fā)展潮流，容易被企業(yè)和終端消費(fèi)者接受；④多用途毛竹天然功能成份的提取可以在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，前景廣闊；⑤綜合利用毛竹天然產(chǎn)物提取后，竹絨等可以作為造紙?jiān)线M(jìn)行使用，纖維改性后可以作為織物纖維使用；⑥新產(chǎn)業(yè)以螺桿擠壓法提取天然產(chǎn)物，時(shí)間短、效率高，完善成型的設(shè)備可以作為一個(gè)新的裝備產(chǎn)業(yè)在國推廣。2.項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)：①產(chǎn)品效果不明顯或者項(xiàng)目有其它更加優(yōu)秀的產(chǎn)品替代；②產(chǎn)品宣傳不充分，不能被消費(fèi)者接受；③市場(chǎng)運(yùn)作不力；④政策性風(fēng)險(xiǎn)。3.市場(chǎng)策略：①做足做實(shí)工作，對(duì)產(chǎn)品的特點(diǎn)和性能掌握清楚而全面，有針對(duì)性地推廣產(chǎn)品；②加大產(chǎn)品的宣傳力度，推廣天然食品添加劑；③深入研究多糖的效能，做好產(chǎn)品后續(xù)開發(fā)升級(jí)的工作；④儲(chǔ)備技術(shù)手段，為五環(huán)三萜類產(chǎn)品的醫(yī)藥開發(fā)做好基礎(chǔ)工作；⑤找尋其他植物資源，開發(fā)更多更好的天然功能成份產(chǎn)品；⑥擠壓設(shè)備在天然產(chǎn)物提取方面的產(chǎn)業(yè)化。（三）經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析由于毛竹具有耐貧瘠、成才周期短（2-3年）、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，省多年以來，在農(nóng)民自發(fā)和政府倡議引導(dǎo)下，毛竹保有量達(dá)到七百萬畝以上，對(duì)生態(tài)保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。目前，的毛竹資源主要用作建材和生活用品等，殛待提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在不損害母株經(jīng)濟(jì)價(jià)值的前提下，毛竹天然產(chǎn)物的提取可以提高林業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，更好地為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，是一個(gè)技術(shù)含量高、附加值高、不易重復(fù)投資的科技項(xiàng)目。本課題的研究及后期項(xiàng)目實(shí)施可為毛竹林區(qū)的農(nóng)民和相關(guān)企業(yè)帶來不低于8-10億元的年產(chǎn)值，可以形成一個(gè)具有特色的大產(chǎn)業(yè)，并同時(shí)推動(dòng)水土保持、特種纖維加工等其它竹相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造巨大的生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，這也為本項(xiàng)目的后期產(chǎn)業(yè)化實(shí)施創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。（四）推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化分析1.推廣應(yīng)用：保健食品行業(yè)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性非常強(qiáng)的行業(yè)，本課題依據(jù)“以大宗原料為基礎(chǔ)、以大眾消費(fèi)為對(duì)象、開發(fā)大眾化產(chǎn)品”的研發(fā)思路，研究的容是天然食品添加劑、藥物前體和功能性食品相銜接的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是特色農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究的一個(gè)重要方向，課題具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值，可應(yīng)用于以下三個(gè)方面：①天然食品添加劑對(duì)合成食品添加劑的替代；②保健食品生產(chǎn)企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)；③藥物前體的生產(chǎn)。2.產(chǎn)業(yè)化分析：①螺桿擠壓技術(shù)是一個(gè)成熟技術(shù)，工藝條件相對(duì)成熟，搞好林業(yè)及加工產(chǎn)業(yè)可以促進(jìn)高效林業(yè)的發(fā)展；②由于天然食品添加劑的使用量正在快速增加，本項(xiàng)目開發(fā)的產(chǎn)品具有比較大的市場(chǎng)容量，且價(jià)格合理、形式多樣，易于為消費(fèi)者接受；③全省擁有700余萬畝的種植面積，原材料供應(yīng)充足易得；④其它產(chǎn)品生產(chǎn)的條件如包裝、運(yùn)輸?shù)纫呀?jīng)具備。由此分析，本項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化有保障。四、經(jīng)費(fèi)預(yù)算及籌措方案（一）經(jīng)費(fèi)預(yù)算（總投資）本課題計(jì)劃分三年實(shí)施完成，經(jīng)費(fèi)預(yù)算申請(qǐng)資助9.0萬元。明細(xì)見申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)的主要用途。（二）新增投資1、固定資產(chǎn)本項(xiàng)目新增固定資產(chǎn)4.00萬元。2、流動(dòng)資金本項(xiàng)目新增流動(dòng)資金0.00萬元。3、技術(shù)開發(fā)（引進(jìn)）本項(xiàng)目新增技術(shù)開發(fā)（引進(jìn)）投資5.00萬元。（三）籌措方案及相關(guān)證明本課題擬申請(qǐng)某市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目資金資助9.00萬元。（四）申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)的主要用途支出科目金額（萬元）計(jì)算根據(jù)及理由合計(jì)9.001.儀器設(shè)備購置費(fèi)4.00儀器購置費(fèi)2.00現(xiàn)有儀器配套及配件費(fèi)1.20其他0.802.材料樣品費(fèi)1.75原材料、試劑、藥品購置費(fèi)0.90實(shí)驗(yàn)器皿消耗費(fèi)0.50產(chǎn)品樣品費(fèi)0.20計(jì)算機(jī)消耗品費(fèi)0.153土建安裝費(fèi)0.204.試驗(yàn)費(fèi)1.50試驗(yàn)消耗費(fèi)0.70樣檢測(cè)試協(xié)作費(fèi)0.805.調(diào)研費(fèi)0.40（含Internet網(wǎng)絡(luò)費(fèi)）6.鑒定費(fèi)0.507.資料費(fèi)0.208.其他費(fèi)用0.45學(xué)校5%管理費(fèi)（五）分年度用款計(jì)劃（含申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)）本課題計(jì)劃三年完成，年度用款計(jì)劃如下：2007年度，9.00萬元；2008年度，0.00萬元；2009年度，0.00萬元。五、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性的綜合評(píng)價(jià)項(xiàng)目的目的和意義、達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、實(shí)施方案、實(shí)施條件、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益、經(jīng)費(fèi)預(yù)算的合理性等的綜合性評(píng)價(jià)。項(xiàng)目的目的和意義、達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、實(shí)施方案、實(shí)施條件、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益、經(jīng)費(fèi)預(yù)算的合理性等的綜合性評(píng)價(jià)。項(xiàng)目的目的利用螺桿擠壓技術(shù)的溫壓效應(yīng)及短時(shí)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制造可行的擠壓裝置，以豐富的經(jīng)濟(jì)作物毛竹為資源，通過擠壓技術(shù)方法提取其中的天然產(chǎn)物，如毛竹多糖、竹葉黃酮、葉綠素、五環(huán)三萜等，以作為功能性天然產(chǎn)品、食品添加劑以及抗癌藥物前體，并總結(jié)出該新的技術(shù)方法在天然產(chǎn)物提取中的科學(xué)理論本質(zhì)及應(yīng)用技術(shù)前景和規(guī)律。項(xiàng)目的意義（1）構(gòu)建一個(gè)新的技術(shù)平臺(tái)本研究提出的擠壓方法提取天然產(chǎn)物，綜合了普通液體萃取方法和超臨界流體萃取方法的優(yōu)點(diǎn)，利用了熱、壓效應(yīng)及短時(shí)處理，具有處理時(shí)間短、設(shè)備造價(jià)低、適用圍廣的特點(diǎn)，對(duì)其深入研究，具有科學(xué)和技術(shù)上的現(xiàn)實(shí)意義；（2）高效快速綜合提取竹天然產(chǎn)物采用擠壓技術(shù)方法，利用溫壓效應(yīng)和溫度的增溶效應(yīng)，降低初級(jí)代謝物的持水能力，高效快速綜合地提取竹等作物的天然產(chǎn)物；（3）產(chǎn)品具有巨大的潛在的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益初步研究的結(jié)果表明，竹葉綠素、竹多糖、五環(huán)三萜等在混合竹汁中的含量均符合經(jīng)濟(jì)合理性的要求，所有產(chǎn)品均有現(xiàn)實(shí)和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。目前，項(xiàng)目實(shí)施的主要條件完備，不需要大的科研經(jīng)費(fèi)投入，研究的方向服務(wù)于大宗特色農(nóng)作物的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，產(chǎn)品立論新穎，潛在消費(fèi)人群巨大，具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。六、附件：申請(qǐng)立項(xiàng)前的工作進(jìn)展和工作基礎(chǔ)的有關(guān)材料（有關(guān)鑒定報(bào)告、檢測(cè)報(bào)告、用戶使用報(bào)告等）。本課題申請(qǐng)人已完成了單螺桿擠壓機(jī)械的初步設(shè)計(jì)，制作了間歇式擠壓裝置，獲得了混合竹汁，已經(jīng)完成了混合竹汁中的五環(huán)三萜以及多糖的系統(tǒng)檢測(cè)，初步完成了葉綠素、黃酮的檢測(cè)，部分工作已具結(jié)成文，準(zhǔn)備發(fā)表，限于篇幅，現(xiàn)將論文的摘要、關(guān)鍵詞和結(jié)論附錄于后，作為參考。附件一：竹汁中五環(huán)三萜的提取和分離摘要：采取擠壓技術(shù)獲取鮮竹葉的混合物，然后對(duì)其中得提取物進(jìn)行定性和定量的分析。結(jié)果表明竹汁含有黃酮、多糖類、五環(huán)