李俶石杉碱甲可行性研究报告

PAGEPAGE15江西省科技计划项目可行性研究报告计划类别：工业科技攻关项目名称：新药研究与开发项目类别：一般项目课题名称：超临界萃取技术提取千层塔中石杉碱甲工艺的研究申请单位：南昌大学（盖章）项目（课题）负责人：李俶起止年限：2006.1～2007.12通讯地址、邮编：南昌大学中德食品工程中心330047联系电话、传真：8305871报告编制单位：南昌大学江西省科技厅制二○○二年六月编写说明一、本可行性研究报告格式适用于江西省科技计划（软科学研究计划、国际科技合作与交流计划除外）项目开展可行性研究时使用，其主要依据是相应的江西省科技计划项目申请书。二、本可行性研究报告是省科技厅组织技术经济可行性论证的主要材料和科技计划项目立项的重要依据，各项内容应实事求是，逐项编写。三、本可行性研究报告附件材料中，涉及引进技术的项目，须附有技术引进协议和有关知识产权的文件。四、本可行性研究报告一式六份，一律用A4纸打印，于左侧装订成册。江西省科技计划项目可行性研究报告编写提纲一、总论（一）项目的主要内容及技术原理简述石杉碱甲（huperzineA）是从中药石杉（Huperziaserrata(Thand)Trev，又称千层塔）中分离出新的石松生物碱（Lycopodiumalkaloid），化学名为（5R，9R，11E）-5-氨基-11-亚乙基-5，6，9，10-四氢-7-甲基-5，9-亚甲基环辛四烯并（b）吡啶-2（1H）酮。石杉碱甲是中国独创的一种世界级新药，是一种高效、高选择性的可逆性胆碱酯酶抑制剂。1995年成功地在国内开发应用于治疗阿尔茨海默病（Alzheimer’sDisease，AD），是目前治疗良性记忆障碍和早老性痴呆症最为安全有效的药物之一。动物试验表明，与FDA批准的同类药物相比，石杉碱甲（商品名哈伯因）具有作用时间长、易透过血脑屏障及口服生物利用度高等多种优点。经国内十余个临床研究中心采用双盲，安慰剂对照，配对，平行测试验证，迄今尚未见他克林引起的肝损伤毒副作用。现已在国内许多城市医院内广泛应用，其价格远低于进口药安理申与艾斯能。石杉碱甲独特的药理作用及确切的AD对症治疗效果已引起了国际同行极大的关注。美国已引进石杉碱甲作为提高记忆功能的保健品在超市销售。石杉碱甲单体在千层塔植物干燥全草中的含量约为0.02％，且常伴有成分复杂、结构相似的共生生物碱，应用常规的分离方法难以大量获得。面前采用的生产方法为溶剂法，产品得率低，生产周期长。有机合成石杉碱甲由于技术问题，目前尚未获得突破。我们利用现代高新分离技术——超临界CO2萃取技术，以千层塔植物全草为原料，对石杉碱甲单体的制备进行研究。建立从我国中草药蛇足石杉（千层塔）中提取一种高效、高选择性的中枢乙酰胆碱酶抑制剂——石杉碱甲的整套理想工艺路线，解决在自然界中存在量极低的石杉碱甲提取、分离、与纯化等难题，建立一套可行、简单合理、经济的系统方法，用来提取千层塔中活性成分石杉碱甲，使工业化成为可能。超临界流体萃取（SupercriticalFluidExtraction简称SFE）技术20世纪80年代初引入我国，它与传统的化工分离技术相比，有许多独特的优点。如兼备了精馏和液-液萃取的特点；操作参数易于控制；溶剂可循环使用，萃取速度快、效率高、能耗少；特别适合于分离热敏物质，且能实现无溶剂残留。以上优点使超临界萃取技术在食品、医药和化工领域得到广泛应用，近几年，超临界装置用于生物资源活性有效成分的萃取已取得迅速发展。有些已实现工业化生产，比如利用该技术应用与中草药中萃取有效成分生物碱，不仅可有效提取含量低的成分，而且能选择地提取目标产物。此外，从动植物中提取天然香精香料、活性保健成分、天然色素，从植物种籽中提取油脂等方面的研究和应用也得到发展。超临界CO2萃取法是近代研究成功和应用的先进萃取分离技术，它用高压的超临界二氧化碳作溶剂，提取和分离的效率高，一般经过两级分离后，便可获得纯度较高的石杉碱甲产品，而且无溶剂残留于产品中的问题，控制较方便，收率比溶剂法高。本研究以千层塔干粉为原料，研究石杉碱甲的提取制备工艺、功能特性等，应用超临界CO2流体萃取、制备型高效液相色谱法等高新技术手段，通过对千层塔中活性成分石杉碱甲的提取、分离、纯化、分析、检测、功能评价等研究，生产石杉碱甲产品，课题组在以往研究基础上，已就本研究做了大量的前期工作，如对千层塔及石杉碱甲的研究现状及动态比较明确，已进行了对千层塔的溶剂提取的初步研究，进行了从千层塔中提取制备石杉碱甲的小试，掌握了主要技术关键，从技术上已取得突破。为进一步深入研究新工艺，确定工艺条件和参数打下基础。并与江西赣煤工贸中心达成合作协议，由其承接本技术成果，可尽快将研究成果投产推广。（二）项目的目的和意义随着人口趋于老龄化，阿尔茨海默病（AD）又称早老性痴呆，发病率日益升高。流行病学研究表明，我国65岁以上的北方城镇居民AD的患病率为6.9%，接近欧洲（6.4%）和日本（7.0%），AD业已成为老年人群中继心血管病，恶性肿瘤，中风之后的第四大“杀手”。AD病因复杂，发病环节较多，迄今为止西药治疗AD效果较差，且容易出现耐药及副作用。胆碱能系统功能缺陷与AD密切相关，石杉碱甲是蛇足石杉中提取的一种新生物碱，具有高效、可逆和高选择性，属于强效的可逆性乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂，对AD，单纯记忆障碍以及重症肌无力症治疗有显著疗效，且药效持续时间较长，无严重不良反应，是目前国内外上述病症最为有效的药物。目前国内外该类产品十分热销，其市场份额也不断扩大，预计该类产品的数量将呈现出快速增长趋势。石杉碱甲是从中国特有植物千层塔中提取的一种生物碱，是中国独创的一种世界级新药，也是目前治疗良性记忆障碍和早老性痴呆症最为安全有效的药物之一。我国是首次从千层塔中提取到石杉碱甲的国家，经过多年的努力，已经有了较大的发展。国内已经将石杉碱甲开发应用于临床，在治疗老年性痴呆症的过程中取得了显著疗效。石杉碱甲现有的生产工艺是多是采取酸水提法或生药用溶剂提取，柱层析分离、反复重结晶等工序。工艺技术含量高，要经过数次层析、反复重结晶才能够得到纯度90％以上的产品，而且周期长、得率低、杂质较多、费用大。因而多年来没有大规模的生产。在近几年，有关的科技有了很大的进步，出现了多种高效的提取分离技术，如超临界二氧化碳萃取法、色谱分离法、膜分离法等，这就大大减少了从中提取有效物质的困难，为这项高新科技产业的发展创造了良好的条件。（三）相关技术领域国内外发展现状、趋势石杉碱甲是从中草药千层塔中提取分离的一种高效、可逆和高选择性的乙酰胆碱酯酶抑制剂，它有较高的治疗指数和较长的作用时间，已被国际上列为第二代的乙酰胆碱酯酶抑制剂之一。但它在自然界中存在量极低，且含有大量杂质，至今国内外有大量研究人员正在探索寻找理想的分离方法，不过采用超临界CO2萃取技术制备石杉碱甲的研究未见报道。迄今为止，国内外已提出了多种化学合成的方法，但是化学合成有其难以克服的局限性，很难得到纯光学活性的合成物，而实验已经证明石杉碱甲的手性对其生物活性至关重要，在这方面的工作仍然少有进展。本研究以千层塔为原料，利用超临界流体萃取、制备型高效液相色谱选段法等高新技术，研究石杉碱甲的制备、提取、精制工艺、功能特性等，为工业化规模生产的可行性提供依据。（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、申报单位基本情况南昌大学中德食品工程中心是大专院校办的企业，地处国家高新区内，于2001年3月9日注册，注册资金120万元，属国有企业，主管部门南昌大学。2、单位人员及开发能力本企业的法人代表刘成梅教授，现任江西南大中德食品工程中心主任。本项目申请人李俶同志，1994年从南昌大学化工系毕业后，留校从事科研工作，1997年考入南昌大学中德联合研究院食品科学专业攻读硕士学位，毕业留校从事食品工程的教学和科研工作，主要从事食品工程、食品添加剂合成及天然产物的研究与开发工作，参与了多项国家和省部级项目，已完成的相关研究课题有：啤酒花有效成分及其衍生物抗食品腐败菌的研究，新型抗风湿免疫调节剂阿克他利的合成研究，芳香族硝基化合物催化氢化催化剂Cu-Re/SiO2放大试验等，并于2005年8月获得国家发明专利一项，《一种制备L－紫苏醇的方法》ZL03137189.2，发表学术论文多篇。本企业总人数25人，本科以上人员24人；主要管理人员4人，均为本科以上学历。研究人员16人，在食品科学、生物材料、化学工程、食品微生物学领域长期从事研究开发工作，研究开发人员有深厚的研究开发和管理背景。销售人员5人，均具有一定的经验。中心近年已投入大量的资金进行有关食品与食品添加剂的研究及产品开发。3、企业财务经济状况江西南大中德食品工程中心是2001年注册企业，至2004年5月末财务经济状况如下：总资产744.4万元总负债98.4万元固定资产总额58.5万元总收入129.1万元产品销售收入118万元净利润63.1万元税费20.8万元流动比率602.95%速动比率497.25%总资产报酬率9.15%净资产收益率9.78%应收帐款周转率1.98次4.企业管理情况江西南大中德食品工程中心是南昌大学校办企业，拥有全资的下属独立法人单位，现已建立了一系列管理制度和质量保障体系，如：企业章程，中试车间管理制度，财务管理制度，本中心没有银行贷款，能严格执行财务结算纪律、资金周转往来中无不良记录，具有良好的资金信誉。2003年通过了ISO9001质量管理体系认证。5、“中心”固定资产情况中心占地近1万平方米，建有两个中试车间，一是食品加工车间，另一是食品添加剂车间。中心现有主要设备和仪器见下表：表1：食品工程中心主要设备一览表序号设备名称数量型号或能力备注1超临界CO2萃取装置2HA221-40-202制备型高效液相色谱仪1Waters6003紫外分光光度仪1YB7524气相色谱仪1GC9800T5碟式离心机2DRS230/4-00-996喷雾干燥机1MDRP-507分子蒸馏装置1DCH-1508冷冻干燥机1GZL3BY9旋转薄膜蒸发器12M210萃取锅1TQ-0.3M311带搅拌夹层锅2200L12快速冷冻设备1DSD125P13食品添加剂反应釜1250L，200L14板框过滤机2BAS2/370×2515真空充氮包装机1DZQ400/2SB16热风循环干燥箱1CT-C-017生物发酵罐5RP9G2(450)18冷热缸2RP9G2(450)19燃油锅炉1WNS1-1.0-Y20水处理系统1BRD-1.021罗茨、旋片式真空泵机组2JZJ2X70-822单效降膜蒸发器1RP7K323三足式离心机3SSN30024胶体磨1JMS-806、合作单位简况江西赣煤工贸中心地处南昌市昌北开发区内，占地面积300亩，职工人数86人，其中专业技术人员30人。主要产品：茶多酚，儿茶素。其与我中心有良好的合作基础，具有承接本技术成果的能力。（五）有关本项目的现有工作基础和支撑条件本项目技术来源于中心自主研发，本研究成果具有自主知识产权。项目组由教授、工程师等人员组成，结构搭配合理。课题组成员多年从事天然产物有效成分的研究与开发，并取得过多项成果，课题组在农副产品、天然产物有效成分提取分离，保健产品研究与开发等方面有工作基础和丰富的经验，具备较强的研究能力，在各自的研究工作中取得一些成果，具备该项目研究所需的基础。如课题组已完成或正进行的项目有：鸦胆子油抗肿瘤有效成分提取工艺及改性研究；藜蒿黄酮提取及应用研究；三十烷醇植物激素的制备研究；新型功能食用油脂的三甘酯结构研究；超临界CO2萃取樟树籽油研究；超临界CO2萃取啤酒花有效苦味成分(获省科技进步二等奖)；超临界CO2萃取鸦胆子油小试研究；中药虎杖中抗病毒活性成分分离及结构修饰研究；超临界CO2萃取槲寄生活性成分的研究等。课题组与国内外研究机构有密切联系或合作关系。曾在德国、加拿大有关研究机构从事研究工作，可以进行国际合作；在国内与北京大学药学院、中山大学药学院有合作关系，可以协作进行保健效果等有关研究。南昌大学的食品工程中心、中德联合研究院具有研究所需的实验条件和设备仪器，其中大部分是进口设备，如超临界CO2萃取装置、分子蒸馏装置、制备型高效液相色谱仪等，不仅有小试实验室，而且还有中试车间，可以进行中试。本中心水、电、汽可保证实验的正常进行，基础设施条件在同行中处领先地位。综上所述，课题组具有完成本课题研究的技术和能力。二、项目实施方案（一）项目达到的目标及考核的主要技术经济指标（含知识产权、技术标准）项目达到的目标：完成小试研究，小试新产品超临界CO2萃取技术萃取物≥4％（千层塔干粉计）。萃取物中含石杉碱甲≥0.4％。成果通过鉴定，成果水平达到国内领先水平。考核指标：工艺优化试验，超临界萃取工艺研究，制备型高效液相色谱选段精制工艺研究，有效单体石杉碱甲研究及结构鉴定。有关研究结果，预期将在国内外重要学术期刊上发表较高水平的学术论文2篇以上或申报发明专利1～2项。（二）项目的主要研究（开发）内容建立从我国中草药蛇足石杉（千层塔）中提取一种高效、高选择性的中枢乙酰胆碱酶抑制剂——石杉碱甲的整套理想工艺路线，解决在自然界中存在量极低的石杉碱甲提取、分离、与纯化等难题，建立一套可行、简单合理、经济的系统方法，用来提取千层塔中活性成分石杉碱甲，使工业化成为可能。（三）主要技术关键及创新点1、该项目的技术创新点（1）、首次利用超临界CO2萃取技术对千层塔中石杉碱甲进行提取、分离；（2）、比较超临界CO2萃取技术和各传统提取方法对石杉碱甲提取工艺的优劣，寻求一种中药提取新工艺。（3）、采用制备型高效液相色谱仪选段，提取高纯度的石杉碱甲产品。2、本研究成果表达形式：新工艺提取到的高纯度的石杉碱甲产品。3、预期技术水平：国内领先。（四）实施方案（含技术路线、工艺流程及技术关键的解决方案）1、研究方法：①、分别采用高效液相色谱法、溶剂提取法及超临界CO2萃取法等现代分离技术对千层塔中的活性成分石杉碱甲进行提取研究，并对分离方式的提取物进行得率和组分的比较；②、采用制备型高效液相色谱仪选段提取千层塔中石杉碱甲，重点研究进样量、流动相等工艺参数对提取得率的影响，并优化提取工艺；③、采用正交实验对千层塔超临界提取工艺参数进行优化，重点研究压力、温度、CO2流量、时间、溶剂种类和添加量等工艺参数对提取得率的影响，并优化提取工艺；④、重点研究活性提取物石杉碱甲的富集、分离、纯化工艺；⑤、从超临界提取物中分离纯化组分，并用IR、UV、LC/MS、NMR等现代仪器方法对其进行结构鉴定；2、技术路线：千层塔干粗粉→酸水浸提→溶剂萃取→碱水萃取→溶剂萃取→生物总碱→制备型高效液相色谱仪选段提取→石杉碱甲；千层塔干粗粉→溶剂萃取→过滤→萃取除杂→重结晶→石杉碱甲；千层塔干粗粉→超临界CO2萃取→分离→提取→纯化→重结晶→石杉碱甲（五）分年度的工作内容、目标项目执行阶段阶段目标第一阶段（2006.1-6.）调研、收集资料、制定研究方案等，购原料和试剂等、超临界CO2萃取装置的调试。第二阶段（2005.7-2006.9.）进行石杉碱甲的超临界CO2萃取技术萃取实验，完成工艺参数的确定、含量测定以及显著性影响因素分析，并对分离纯化后的石杉碱甲进行结构鉴定。第三阶段（2006.10-12.）整理资料，准备鉴定验收。第四阶段（2006.12.）成果推广。（六）申请单位、合作申请单位及主要人员的分工承担单位：南昌大学协作单位：江西赣煤工贸中心项目（课题）负责人：李俶课题组主要成员（课题负责人在分工栏注明）姓名年龄职务职称从事专业在课题中的分工所在单位李俶33讲师食品科学主持南昌大学刘成梅42教授食品科学全部研究工作南昌大学邓丹雯48研究员食品科学全部研究工作南昌大学龚晓平42高级经济师管理科学部分研究工作江西赣煤工贸中心周武50工程师化学工程全部研究工作南昌大学樊镇棣23研究生食品科学全部研究工作南昌大学李福星24研究生食品科学全部研究工作南昌大学三、市场分析（一）市场预测（含同类项目的国内外市场情况）随着全球人口趋于老龄化，阿尔茨海默病（AD），即早老性痴呆，患病率越来越高。我国65岁以上的北方城镇居民AD的患病率为6.9％，接近欧洲（6.4％）和日本（7.0％），AD已成为老年人群中继心血管病、恶性肿瘤、中风之后的第四大“杀手”。随着人均生存年龄的延长，AD将给社会和医疗保健系统带来沉重负担。目前，开发治疗AD药物是基于对AD患者脑内胆碱能神经元功能显著低下，导致中枢神经系统乙酰胆碱水平降低。理论上可有不同途径增强脑内胆碱能传递功能，目前仅乙酰胆碱酯酶抑制剂在AD的对症治疗中取得明显进展，是一类有治疗前景的药物。美国FDA已于1993、1996、2000和2002年分别批准胆碱酯酶抑制剂他克林（CognexR,tacrine）,安理申（AriceptR,donepezil）,艾斯能(ExelonR,rivastigmine),加兰他敏(ReminylR,galanthamine)作为AD的治疗药物。但是，已有的胆碱酯酶抑制剂还存在半衰期短、较严重的外周胆碱能系统副作用，以及他克林在治疗过程中有40％左右左右肝毒性发生率等缺点，它们的临床应用前景受到限制。因此，寻找作用时间长、副作用小的新一代胆碱酯酶抑制剂仍是国际各大药厂关注的热点。全世界目前正在着力开发研制约有40个胆碱酯酶抑制剂。石杉碱甲是从民间草药千层塔中分离到的一种新型石松类生物碱有效单体。1994年成功开发应用于治疗AD，药品商品名“哈伯因”。与其他目前开发用于治疗AD的药物相比，石杉碱甲的化学结构独特，对脑内乙酰胆碱酯酶具有极高选择性抑制，提高脑内乙酰胆碱水平作用持续达6小时，优于加兰他敏、安理申或他克林。该类药物通过抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)对乙酰胆碱的水解作用而提高突触间的乙酰胆碱浓度。石杉碱甲作为第二代乙酰胆碱酯酶抑制剂，由于其独特的药理特征和低毒性，越来越引起人们的高度重视。目前，石杉碱甲作为食品添加剂或营养保健品已在美国互联网上销售，用于提高记忆功能，在国内，它也已作为治疗AD的新药被批准上市。因此，该产品具有良好的应用前景。@（二）本项目预期经济效益石杉碱甲是一种高效胆碱酯酶抑制剂，药理实验证明石杉碱甲可以提高学习、记忆效率，而且已用于临床治疗重症肌无力，有效率达99%，并对老年性健忘症和老年性痴呆症也有显著的疗效。它在千层塔中含量仅为万分之二左右，随着世界人口老龄化的加深和对治疗老年性痴呆症药物需求的日益迫切，石杉碱甲的有效提取引起了药物化学家浓厚的研究兴趣。本产品可作为健康食品和保健饮料的添加剂，在食品新产品开发，特别是在保健食品的开发方面，具有十分重要的应用前景。⑴每公斤千层塔市场价约16元，制备1公斤石杉碱甲纯品（含量≥90%）大约需要15000公斤千层塔，折合成本约24万元。⑵其它原料折合成本约30万元，生产成本约86万元，原料及生产综合成本约140万元。⑶石杉碱甲（含量≥90％）市场售价约280万元/公斤，利税率为100％。如果进行工业化生产，年产量20～50Kg石杉碱甲，税前利润约可达2800～7000万元。因此，该项目必将带来巨大的经济效益。（三）项目预计社会效益、环境效益千层塔是一可循环的生物资源，利用千层塔生产高附加值的石杉碱甲产品，将该生产技术转化为工业化，在向消费者提供保健食品的同时，可以增加社会就业机会。另外，在生产工艺中，以可再生的生物资源为原料，生产过程无三废排放，符合环保要求。该项目具有良好的社会与环境效益。我国以石杉碱甲为主要成分的保健食品的开发正处在起步阶段，石杉碱甲产品及应用性研究正在开展中，国内外市场对该产品供不应求，预计该类产品的数量将呈现出快速增长趋势。我们应加快石杉碱甲应用性开发研究，以尽快使此产品得以更多地投放市场。因此，该项目必将带来可观的经济效益和社会效益。四、经费预算及筹措方案（一）经费预算（总投资）项目投资预算需10万元，其中投资7万元用来购置超临界萃取小试设备，3万元用于项目试验完成。资金使用计划：第一阶段：购置设备，安装调试；第二阶段：开展试验，试制产品及推广。（二）新增投资1、固定资产项目近期完成投资7万元，来源于中心建设项目，用于购置超临界萃取小试装备。2、流动资金项目需新增投资3万元，用于购置部分必需仪器设备、材料、样品及试验检测等。申请科技经费无偿资助3万元。（三）申请经费的主要用途经费预算单位：万元经费来源预