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第28卷第3期2012年5月OODMACHINERYVO128。NO3MAY2012泡沫分离法优化美味牛肝菌多糖分离工艺STUDYONOPTIMIZATIONSEPARATIONCONDITIONSOFPOIYSACCHARIDEINBOLETUSEDULISBULLBYFOAMFRACTIONATION李志洲LIZHIZHOU陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001SCHOOLOFCHEMISTRYANDENVIRONMENTALSCIENCEOFSHAANXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，HANZHONG，SHAANXI723001，CHINA摘要采用间歇式泡沫分离法研究美味牛肝茵水提物中的多糖分离工艺条件。结果表明常温下，每批投料量为200ML时，间歇式泡沫分离美味牛肝茵多糖的最佳工艺条件为PH6、原料液浓度0640MGML、气体流速300MLJMIN、表面活性剂用量O02MGML25ML、浮选时间55MIN，回收率可达831。结果显示间歇式泡沫分离美味牛肝菌多糖是一种可行、有效的分离方法。关键词牛肝茵；多糖；泡沫分离；气浮法；浮选时间；模拟；动力学ABSTRACTTHEOPTIMALSEPARATIONCONDITIONSOFP0LYSACCHARIDEINBOLETUSEDUHSWERESTUDIEDBYINTERMITTENTFOAMFRAETIONATIOMTHERESULTSSHOWEDTHATTHEOPTIMALSEPARATIONCONDITIONSUNDERNORMALTEMPERATUREANDPERINVENTORY200MIWEREPH6，CONCENTRATIONOFRAWMATERIALTOFIQUID0640MGML，AIRFLOW300MLMIN，CONSUMPTIONOFSURFACTANT002MGMI25ML，TIMEOFFOAMSEPARATION55RAINANDRECOVERYRATE831THEINTERMITTENTFOAMFRACTIONATIONWASFEASIBLEANDEFFICIENTMETHODTOP01YSACCHARIDEINBOLETUSEDULISKEYWORDSBOLETUSEDULIS；PO1YSACCHARLDE；FOAMFRACTIONATION；AIRFLOATATION；THEFOAMSEPARATIONTIME；SIMULATION；DYNAMICS美味牛肝菌BOLETUSEDUIS又称大脚菇，属于担子菌纲伞菌目牛肝菌科牛肝菌属。它含有多种氨基酸、维生素、矿物质和多糖等，是一种食药兼用经济价值较高的优质真菌之一。其菌肉厚而细软，味道鲜美，可药用；该菌子实体的水提取物对小白鼠肉瘤180的抑制率为100，对艾氏腹水癌的抑制率为9O。该菌还是“疏筋丸”的主要成分之一_】。多糖是生物体内除蛋白质和核酸以外的一类重要生物基金项目陕西省教育厅科研资助项目编号11JK0596作者简介李志洲1969一，男，陕西理工学院副教授，硕士。EMAILLIZHIZHOUL36SINACORN收稿日期20120220130分子，具有抗感染、免疫促进、肿瘤防治、病毒性肝炎、类风湿症、艾滋病等免疫损伤或免疫缺损症和抗氧化等功能，被称为“生物应答效应物”BIOLOGICALRESPONSEMODIFIER，BRM或活性多糖。目前已有报道的天然多糖化合物约有300多种，如真菌多糖、植物多糖、藻类多糖等口，其广泛存在于植物、动物和微生物组织中。目前香菇多糖、云芝多糖等已广泛应用于临床，使多糖生物资源的开发利用和研究日益活跃，成为天然药物、生物化学、生命科学的研究热点。传统的食用菌多糖大多采用水提醇析法，为提高多糖提取率，试验中所采用的提取剂量一般为固体原料的2O4O倍，提取液中多糖浓度一般较小，而醇析浓度一般为7585_1“，如此需要大量的乙醇，且操作周期长，试剂耗损率高，为此探究经济实用的分离工艺也就成为多糖的研究热点之一。泡沫分离法FOAMFRACTIONATION又称气浮法AIRSTRIPPING，它是以气泡作分离介质来富集表面活性物质的一种新型分离技术。近年来，它还被广泛用于许多不溶性物质和可溶性物质的分离，如溶液中的金属阳离子、阴离子蛋白质、染料、中草药中有效成分等的分离浓缩，它的最大优点在于在低浓度下分离特别有效，因此适用于溶液中低组分的分离回收，但在多糖分离工艺中未见报道。本试验采用间歇式泡沫分离法，研究美味牛肝菌提取液中多糖分离的最佳条件，为该法在多糖分离应用奠定一定的理论基础。1材料与方法11材料和试剂牛肝菌产地陕西汉中；葡萄糖、苯酚、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠分析纯，西安化学试剂厂；浓硫酸98，西安三浦化学试剂有限公司。提取与活性2012年第3期12主要仪器泡沫分离柱13M012M，本实验室自制；泡沫收集器2I，本实验室自制；空气压缩机RT0128，福建泉州日田机械有限公司；紫外分光光度计721型，上海精密科学仪器有限公司；气体玻璃转子流量计LZB一4DKF，常州市成丰流量仪表有限公司。13试验方法131试验原理泡沫分离试验流程见图1。该装置由泡沫分离柱，供气系统和泡沫收集器组成。泡沫分离柱为内径012M，高度13M的有机玻璃柱，底部装有气体分布器。原料液从塔顶注入泡沫分离柱内，体积为200ML，利用空气压缩机的气泵向泡沫分离柱内通入空气，转子流量计调节气体体积流量，由塔底气体分布器产生气泡；随着气泡的上升在泡沫分离塔的主体液层上面形成泡沫层，泡沫离开泡沫塔，进入泡沫收集器被收集，并通过其中的消泡装置形成消泡液。对泡沫分离柱里剩余液体进行取样，取2ML定容到5OML容量瓶中，分别取稀释液2ML置于各个试管中，分别向其中加入1MI5的苯酚溶液，然后加入5ML浓硫酸，置于沸水中加热15MIN，冷却到室温，然后利用紫外分光光度计测其吸光度，计算其多糖含量。泡沫区气体转子流量计。匡垂驷。气体分布器图1泡沫分离试验流程示意图FIGURE1FOAMSEPARATIONTESTPROCESSSCHEMATICDRAWING13，2多糖的测定根据文献1采用苯酚一硫酸法进行葡萄糖标准曲线的绘制及测定提取液中多糖的浓度。1葡萄糖标准曲线的绘制分别配制浓度为0005，0010，0030，0050，0070MGMI的葡萄糖溶液，分别吸取2MI置于带塞试管中，加入LMI5的苯酚水溶液，加入5MI浓硫酸，沸水浴15RAIN，冷却至室温在490NM处测定吸光度A蒸馏水作空白对照，以吸光度为纵坐标，葡萄糖含量为横坐标绘制标准曲线，得到吸光度A与葡萄糖含量MGMI关系曲线，其回归方程为Y一91657X00343，R。09992。2美味牛肝菌粗提液的制备将美味牛肝菌干燥至衡重，粉碎，过20目筛，备用；取美味牛肝菌粉末250G，加入4000MI蒸馏水，充分搅拌，然后经微波快速反应系统反应功率600W，温度65，时间15MIN，把反应后的液体经离心处理，取上清液，抽滤，滤液即为美味牛肝菌粗提取液，备用。取2MI提取液，稀释至25MI，吸取2MI置于带塞试管中，按照1321所示方法测定提取液中多糖浓度，为0489RAGML。133浮选分离效果评价本试验以回收率和富集比两个参数为指标来评价分离效果。在单因素、正交试验中以回收率作为评价指标；最后在最佳分离效果的评价中加入富集比予以评价。回收率和富集比分别按式1、2计算回收率一。1富一篙。目原料液中的多糖浓度2结果与分析本试验主要选取浮选时间、表面活性剂加人量、浮选液的PH、气体流速、原料液浓度作为影响条件，通过单因素试验及正交试验获取浮选分离美味牛肝菌多糖的最佳条件。21单因素试验结果211空气流速对浮选效果的影响取200MI原料液加入浮选分离柱，调整PH值为5，加入表面活性剂15MI，浮选时间设置为55RAIN，改变气体流速，研究气体流速对浮选分离效果的影响，结果见图2。譬I气体流速111EAIRFLOWMLRAIN图2气体流速对浮选效果的影响FIGURE2THEEFECTOFGASVELOCITYTOFLOTATION由图2可知，气体流速增大，多糖去除率增大，当气体流速达到400MLMIN时，达到最大，此后略有降低。究其原因，气体流速较小时，产生的泡沫相对较少，而一旦流速大于400MIMIN时，虽然分离效果增大，但泡沫夹带的液滴也增多，带出液量变大，泡沫收集器经消泡处理后，富集液体积明显增大，使得后期的醇析工艺所用乙醇量自然增加，因此选择最佳气体流速为400MIMIN。212PH值对浮选效果的影响取200MI原料液加入浮选分离柱，调整气体流速为400MIMIN，加入表面活性剂15MI，浮选55MIN，调整原料液的PH值，测定PH值对浮选分离效果的影响，结果见图3。由图3可知，当PH为6时所得到的回收率较高，随着PH值继续增大，回收率逐渐降低。究其原因，溶液PH可能会影响溶液中待浮选物分子的存在形式，从而影响浮选分离3】第28卷第3期李志洲泡沫分离法优化美味牛肝菌多糖分离工艺董墼匿LPHPH值对浮选效果的影响THEEFFECTOFPHTOFLOTATION的效果，美味牛肝菌多糖在酸性条件下的富集效率好，所以随着富集液PH值的增大，回收率逐渐降低。因此本试验选择最佳PH为6。213表面活性剂的用量对浮选效果的影响取200ML原料液于浮选分离柱，操作条件气体流速400MLMIN，PH值为6，浮选时间55MIN，调整表面活性剂的用量，考察活性剂用量对浮选分离效果的影响，结果见图4。浮选分离法就是利用表面活性剂的不同极性，与美味牛肝菌多糖结合，在气体的作用下，以泡沫的形式得到富集，从而达到从美味牛肝菌原料液中分离多糖的目的，因此表面活性剂的用量对浮选效果有着很重要的影响。由图4可知，浮选效果随着活性剂加入量的增加呈先增加后降低的变化趋势，活性剂用量在20ML时，浮选效果最佳。究其原因表面活性剂量太少的时候，泡沫层不明显，收集泡沫比较困难，随着表面活性剂用量的增加，去除率逐渐升高，浮选效果逐渐变好；但当活性剂用量超过某个值后，其浮选效果反而下降；分析认为活性剂用量加大，产生的气泡数量急剧增加，小气泡之间碰撞合并变成大气泡，表面张力下降，所吸附的物质丢失，造成分离效果下降。褂回表面活性剂用量THECONSUMPTIONOFSURFACTANFFML图4表面活性剂的用量对浮选效果的影响FIGURE4THEEFFECTOFSURFACTANTCONSUMPTIONTOFLOTATION214原料液浓度对浮选效果的影响配制不同浓度的原料液，取200ML原料液，调整气体流速为400MLMIN，PH值为6，表面活性剂的用量20ML，浮选时间55MIN，研究不同原料液浓度对浮选分离效果的影响，结果见图5。132董芒墼回I者原料液浓度THECONCENTRATIONOFRAWMATERIALLIQUIDMGML9图5原料液浓度对浮选效果的影响FIGURE5THEEFFECTOFRAWLIQUIDCONCENTRATIONTOFLOTATION由图5可知，总体而言随着料液中多糖质量分数的增大，去除率增加；但浓度为0489MGMI依据曲线回收率变化与浓度变化之比获得此数据似乎为去除率变化的分界点，浓度小于该值，去除率变化很大；而浓度大于此值，去除率变化缓慢，究其原因，应该与原料液的界面张力有关，当浓度小于0458MGML时，溶液界面张力有所变化，但变化不大，而溶液中多糖含量增加，使得浮选分离的去除率增加；一旦浓度大于该值，溶液的界面张力发生显著变化，从而导致浮选分离效率受到制约，增加缓慢，因此试验选择浮选分离最优原料液浓度为0489RAGMI。215浮选时间对浮选效果的影响取200ML原料液浓度为0489MGML，调整气体流速为400MIMIN，PH值为6，表面活性剂的用量为20MI，研究不同浮选时间对浮选效果的影响，结果见图6。誊I1O152O25303540455055606570浮选时间THEFOAMSEPARATIONTIMEMIN图6浮选时间对浮选效果的影响FIGURE6THEEFFECTOFTHETIMETOFLOTATION由图6可知，随着浮选时间的增加，去除率总体呈增加趋势，当浮选时间大于50RAIN后，去除率变化趋缓，在55RAIN，去除率达到最大。究其原因，随着浮选时间的增加，泡沫层厚度、泡沫数量等逐渐增加，在55RAIN左右浮选达到平衡状态，当浮选时间超过55RAIN后，浮选效果下降，主要是因为泡沫不能及时被移走，一部分重新返回水相，因此浮选平衡时间的把握和泡沫的及时移出显得尤为重要。鲫加如譬霉E0兰0L提取与活性2012年第3期22正交试验结果与分析单因素表明浮选法分离美味牛肝菌多糖的最佳工艺条件为原料液浓度0489MGML，PH值为6，表面活性剂的用量20ML，空气流速400MLMIN，浮选时间55MIN。通过对各类影响因素分析可知，在浮选时间为55MIN时，反应系统基本达到平衡，因此，确定浮选时间为55MIN。在其他各因素最佳值附近分别取3个水平表1。依据I。3正交试验表进行设计表2，做4因素3水平正交试验，得出提取浮选法分离美味牛肝菌多糖的最佳工艺参数。表1正交试验因素水平表TABLE1ORTBOGONALTESTACTORSTHELEVELOFTABLE表2正交试验设计及结果TABLE2THEDESIGNANDRESULTSOFORTHOGONALEXPERIMENT试验组数ABCD回收率11111755212228113133379142123807522317836231275673132797832138O493321744178567786337716776067K278200799337873378800K378167763677903380067R0400356618664000由表2可知，影响美味牛肝菌多糖分离的诸因素的主次关系依次是原料液多糖浓度、原料液PH值、表面活性剂用量和空气流速；其最优的浮选工艺为ABC。D，即空气流速300MIMIN，原料液PH值为8，原料液浓度0640MGML，表面活性剂的用量25MI，浮选时间55MIN。在最佳操作条件下对美味牛肝菌多糖进行浮选分离的验证实验，其多糖的回收率为831；所收集的泡沫经消泡处理后获得34MI的消泡液，测定其中多糖的浓度计算回收率值为7943，富集比为62；回收率表现的误差主要是浮选柱内还有部分泡沫未被收集。3模拟宏观动力学研究根据泡沫分离的机理，分离过程主要有2个物理过程，即表面活性物质吸附过程以及泡沫排水过程。前者决定了多糖的吸附量，而后者决定了泡沫的持液量。二者与泡沫中多糖的富集程度密不可分，是多糖泡沫分离模型中必须包含的2个影响因素。由于气泡的鼓入产生了新的气一液界面，气泡在浮力的作用下向上运动，运动过程中在气泡表面与主体溶液间发生吸附。这一过程在金属铬离子的分离研究中一般呈一级动力学特征】。在美味牛肝菌多糖的浮选分离过程中，虽然所分离的多糖分子量变化区间较大，可模拟为一级反应动力学。故可用模拟反应速率方程来描述分离过程的速率，即DDUA一一半一KC30在此基础上采用数学模型法进一步深入研究分离效率、等效反应级数和等效速率常数。在最佳工艺条件下，即原料液浓度0640MGML，PH值为6，表面活性剂的用量25ML，空气流速300MLMIN，根据不同浮选时间，采取间歇法进行浮选分离，在不同时刻进行取样，测定美味牛肝菌多糖的浓度，用INC。C对浮选时间TMIN作图，研究泡沫分离法对多糖分离的模拟动力学过程，结果见图7。一_量反应时间THEREACTIONTIMEMIN图7模拟反应动力学曲线FIGURE7THECURVEOFSIMMULATIONREACTIONKINETICS由图7可知，美味牛肝菌多糖的泡沫分离的过程可等效为一级化学反应，其等效速率常数K一022MIN，等效速率方程为UA一022C。4结论1本试验得出的最佳分离工艺条件为原料液浓度0640MGMI，PH值为6，表面活性剂的用量25MI，空气流速300MLMIN，浮选时间55MIN。在最佳操作条件下对美味牛肝菌多糖分离，脱除率为831。试验结果表明泡沫分离法以其快速分离、设备简单、操作连续、不需高温高压的特点，对分离低浓度组分有独特的优势，因而是分离美味牛肝菌多糖的一种有效方法。2美味牛肝菌多糖泡沫分离去可等效为一反应过程。在最佳操作条件下，美昧牛肝菌多糖泡沫分离可模拟为一级33第28卷第3期李志洲泡沫分离法优化美味牛肝菌多糖分离工艺化学反应，等效速率常数K为022。试验结论对泡沫分离法应用于美味牛肝菌多糖的分离奠定一定的理论基础。参考文献1李志洲，邓百万，杨海涛，等美味牛肝菌多糖最佳提取工艺研究FJ氨基酸和生物资源，2003。25327292田庚元天然多糖的研究和应用口上海化工，20001O29313周永多糖类抗肿瘤作用的研究进展EJ国外医学卫生学分册，2001，2831291324段玉峰，韩果萍马齿觅多糖组分的分离纯化及抗氧化活性研究EJ食品科学，2005，2632252295王立波食用菌多糖的特性及其提取工艺研究EJ中国食品添加剂实验研究，2006，8768716董红星，裴健，刘剑泡沫分离法的现状与研究进展J化工时刊，2004，18520227魏宣彪，吴兆亮，卢珂，等泡沫分离法提取乙醇一水体系中甲基橙J过程工程学报，2008，86111211158丁红梅，吴兆亮，郑辉杰泡沫分离法处理酸碱混合染料工艺J石油学报石油加工，2009，2557527569DONGHR，BIPYWANGSHSEPARATIONANDENRICHMENTOFBAICALININSBGBYSOLVENTSUBLATIONANDITSDETERMINATIONBYHPLCANDSPECTR0SCOPYJANA1LETT，2005，38225727010王琳，吴兆亮，赵艳丽，等泡沫分离绞股蓝粗提中绞股蓝皂苷的工艺研究J中草药，2008，39220320611WANGY，GREERD，MCALLISTERTAEFFECTOFASAPONINBASEDSURFACTANTONWATERABSORPTIONPROCESSINGCHARACTERISTICSANDINVITRORUMINALFERMENTATIONOFBARLEYGRAINEJANIMFEEDSCITECHNO1，2005，83425526612徐钟河，吴兆亮，赵艳丽消泡剂共存体系中泡沫分离蛋白质口过程工程学报，2009，9471271613董红星，孙兆申，裴建，等铁盐共沉淀泡沫分离法去除水中铬离子J化工环保，20O8，28121162122上接第129页1447MGMI，料液PH值6；最佳洗脱条件流速为25BVH，先

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