毕业设计（论文）当归多糖提取分离工艺研究与车间设计

1、目录中文摘要3英文摘要41 引言51.1 课题背景与研究意义51.2 国内外研究现状71.3 课题主要研究内容92 当归多糖提取分离工艺与纯化实验研究102.1 原料与试剂102.2 仪器与设备102.3 实验方法102.3.1 当归预处理102.3.2 当归多糖含量测定102.3.3 提取实验单因素设计112.3.4 正交实验设计132.4 结果与分析132.4.1 标准曲线绘制132.4.2 单因素试验分析142.4.3 正交实验结果分析232.4.4 最佳工艺放大实验252.5 当归多糖膜分离与纯化252.5.1 当归多糖初步纯化252.5.2 当归多糖的微滤252.5.3 当归多糖膜分

2、离253 工厂设计273.1 物料恒算273.1.1 当归原料物料恒算273.1.2 乙醇物料恒算273.1.3 水物料恒算273.1.4 酶恒算273.2 热量恒算283.3 设备选型与计算283.3.1 粉碎机械设备选型283.3.2 水提罐设计283.3.3 微滤设备选型29 3.3.4 膜分离设备选型29 3.3.5 真空干燥设备选型29 3.3.6 包装设备选型293.3.7 其他辅助设备选型293.4 多功能提取罐设计与计算303.4.1 基本参数设计303.4.2 总体设计303.4.3 结构设计与计算303.5 技术经济分析323.5.1 全厂总投资323.5.2 成本核算33

3、3.5.3 毛利润核算343.5.4 其他费用核算353.5.5 年利润恒算35结论36谢辞36参考文献37当归多糖提取分离工艺研究与车间设计摘要:本文当归多糖提取率为考察指标，通过单因素试验和正交试验研究优化了当归多糖酶解水提法的提取工艺条件，结果表明：浸提时间150min，纤维素酶与果胶酶的比例24，加酶总量0.3(g/10g当归)，酶解温度45，料液比110，浸提温度80，浸提1次，在此条件下当归多糖提取率达到9.67%，放大试验证明该工艺稳定可行。采用微滤和超滤膜分离法对当归多糖进行分离纯化，得到分子量大于100kd的当归多糖，纯度达到89.5%。在实验研究的基础上，对年产300吨当归

4、多糖提取物的生产车间进行了初步设计，技术经济分析结果显示该项目需要总投资3440万元，每年销售额可达5400万元，利润1060万元，创税432万元。关键词：当归多糖提取率，酶解水提，正交试验，膜分离，车间设计abstract：in this experiment, with angelica polysaccharide rate for index,single factor experiments and orthogonal experiments optimize angelica polysaccharide enzymes mentioned process .the optimu

5、m parameters of extraction is extraction time 150min,the rate of cellulose enzyme and pectic enzyme 24,enzyme dosage 0.3g/10g angelica, enzyme treatment temperature of 45 , extraction temperature 80,liquid ratio 110,extracted 1 time.nder these conditions, the yield is 9.67%.amplifying test show that

6、 the process is stable and suitable for industrial production. also, the different molecular weight cutoff membrane separation and purification angelica polysaccharides is been studied. experiment shows: molecules larger than 100kds angelica polysaccharide are high purity, reach to 89.5%. plant desi

7、gn shows that：the technics are advancd，equipments are steady，the layout is reasonable. economic analyse shows that：this project needs 33.4 million yuan investment。the total sale will be 54million yuan per year.the margin and tax will contribute 14.92million yuan1per year.key words: angelica polysacc

8、harides yield，enzymatic extraction，orthogonal experiments，membrane separation，purity1 引言1.1 课题研究背景及意义多糖又称多聚糖(polysaccharide)，是由lo个以上单糖通过糖苷键连接而成的聚糖，其分子量一般为数万甚至达数百万。作为来自高等植物、动物细胞膜和微生物细胞壁中的天然高分子化合物，是构成生命的四大基本物质之一。多糖不但是动植物的主要结构支持物质(如甲壳动物中的几丁质，植物中的纤维素)，而且也是生物体主要能量来源(如淀粉、糖原)。同时多糖也是工业上重要多聚体的原料来源，如食品工业上不可缺少

9、的卡拉胶、黄原胶等。随着分子生物学及细胞生物学的发展，糖的其它诸多生物功能不断被认识，糖不仅可以以多糖或游离寡糖的形式直接参与生命过程，而且可以作为糖复合物，如糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂等参与许多重要的生命活动。糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂都是细胞膜的重要组成成分，其结构中的糖链作为生命活动过程中主要的生物信息携带者和传递者调节着细胞的生长、发育、分化、代谢、受体作用、分子识别和免疫反应等现象和过程。许多糖复合物分子中的寡糖链是其发挥生物功能所必需的，同时寡糖链还决定着某些分子的组装、转运、消化失活及分类储藏等。此外，糖复合物还与许多疾病，如癌症、细菌和病毒感染等疾病有着密切的关系。总之，对糖的生物学研

10、究已经表明：一切主要的生命活动过程都有糖的参与1-4。植物多糖以其天然活性物质，来源广泛，毒副作用小而受到研究者的青睐。我国多糖资源丰富，尤其是来自中草原的植物多糖具有很的开发潜力。当归是一种最常用的临床中药，当归多糖作为当归中的重要组成部分，其药理学价值近年来得到了深入的研究，主要表现在促进血小板聚集、免疫促进作用、抗肿瘤作用和抗放射损伤作用等几个方面。 对免疫系统的影响当归多糖对机体的免疫器官有明显的作用。商澎5等在研究多糖ap2o 组分对小鼠移植肿瘤的抑制作用时发现给药组的脾脏质量明显大于对照组,胸腺质量均明显小于对照组。当归多糖对淋巴细胞有较强的活性作用,可促进小鼠体内外脾淋巴细胞的增

11、殖,激活淋巴细胞的增殖作用。当归多糖对机体免疫功能的机理,与其对免疫器官以及淋巴细胞和细胞介质的作用有关。当归多糖可使荷瘤小鼠的巨噬细胞数目及吞噬能力及脾细胞的nk活性显著增加,从而提高主动免疫治疗效应。当归多糖能促进小鼠淋巴细胞增殖,提高il - 2 和血清抗体的水平。当归多糖对小鼠体内体外ifr2有一定的诱生和激活作用, ifn2主要功能为抗病毒、抗细胞增殖和免疫调节,其免疫调节作用较强,这与多糖的免疫促进作用有关。对血液系统的作用对造血系统的影响:当归多糖能增加外周血细胞、白细胞、血红蛋白及骨髓有核细胞数,这种作用特别是在外周血细胞减少和骨髓受到抑制时尤为明显。实验研究表明【6】当归多糖

12、对正常或贫血的髓系造血祖细胞增殖分化有明显的促进作用。这种作用与其激活bfu2e、cfu2e 增殖与巨噬细胞的激活有关。洪艳等实验研究表明,当归多糖对放射性损伤小鼠红细胞c3b 受体花环率和外周血白细胞、血小板数有明显的增加作用,显著提高放射损伤小鼠的造血功能。对凝血和血小板聚集的影响:杨铁虹等用红外比浊法测定血小板聚集率,凝血酶原时间( pt) ,凝血酶时间(tt) ,活化部分凝血活酶时(aptt) ,断尾法测出血时间,玻片法测凝血酶时间,结果表明,当归多糖能显著延长凝血时间,显著升高5分血小板聚集率。此研究发现,当归在凝血方面表现出双向性调节作用,其抗凝血作用主要是影响内源性凝血系统,显著

13、延长aptt ,对外源性凝血系统影响较弱,并能促进血小板聚集,这可能是它止血的作用途径。抗肿瘤作用 当归多糖抗肿瘤作用研究已取得较大的进展, haruki yamada 7等以l1210 细胞系、kg21 细胞系、u937 细胞系和k562 细胞系群形成的影响和睦抗癌活性实验表明, 当归多糖对l1210、kg21、u937 细胞系均有明显的抑制作用; 当归多糖组分ap2o 可显著减轻肉瘤s180 模型小鼠的瘤重量,可显著减轻艾氏腹水癌小鼠模型的瘤重量,提高生命延长率。抗放射损伤作用 实验表明8将小鼠分为正常对照组(c) 、照射对照组(b) 、照射+ 当归多糖组(a) ,检测三组刀豆蛋白(con

14、a) 诱导的t 细胞增殖和il22 及血清抗体产生能力,结果表明,预先给予当归多糖的受照组(a) t 淋巴细胞增殖和il - 2 及血清抗体水平显著高于照射对照组,可见当归多糖对放射性损伤造成的免疫功能下降有一定的预防作用。 其他药理作用 实验研究发现9当归多糖在适合剂量下可影响小鼠肝脏中的no 含量,通过影响肝中inos、cnos、bax、bcl22 的表达来阻断脂多糖和卡介苗诱发的肝细胞损伤,从而起到保护肝脏的作用。中医中药同陶瓷，京剧，武术，丝绸，书法等都是我国的国粹。“十五”期间，国家加大对“发展现代医药和我国传统医药”项目的投资与重视，中共中央国务院关于卫生改革与发展的决定和中共中央

15、关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定等文件的出台，标志着国家已确定要以高新技术改造传统中药产业为导向，调整产业结构，优化生产要素，规范市场行为，加快中药产业现代化步伐，不断提高中药产业对人民健康和社会主义现代化建设的贡献。自08年3月起，科技部先后启动了“当归中药资源利用关键技术及产业化研究”等项目的研究。在国家与社会的重视下，我国中药产业正迎来一个全新的局面。当归作为最常用的临床中药，自古就有“十方九归”和“药王”之誉，已有两千多年的临床药用史。产于甘肃岷县的当归(岷归)是当归中的佳品，是中国药典收载的正品当归。在我国，当归资源丰富，仅甘肃定西地区岷归（产于甘肃岷县的当归）的栽培面积已

16、达20万亩，年产量4万吨。但是由于缺少深加工技术，多数岷归以原药材或初级加工品走向市场，技术含量低，经济效益极低。而从当归中提取当归多糖可以提升当归中药产品的科技含量，提高经济效益，使当地的资源优势转化为经济优势，促进经济的发展。因此研究当归原料深加工以及产业化设计具有重大的经济效益和社会效益。1.2 国内外研究现状目前对当归多糖的提取方法主要有3种即：传统的水提法，微波辅助萃取法，超声波辅助萃取法10。水提法即将当归与介质水一起混合，将温度恒定在7090之间，在一定的时间段内进行提取。水液提取当归多糖符合“水煎中药“的传统习惯，此方法操作简单，过程容易控制，而且能避免多糖降解，有助于提高多糖

17、纯度，但是水提法不能保证多糖提取完全，采用不同性质溶剂（稀酸，稀碱，稀盐）作为提取介质的研究也已展开。微波辅助萃取法是近年来新兴的多糖提取方法。其主要原理是11：微波的热效应使细胞壁破裂和细胞中膜失去活性，细胞质中的多糖很容易突破细胞膜和细胞壁的障碍被萃取出来，在微波2450赫兹变频电场的作用下，极性分子取向随电场方向改变而变化，从而导致分子旋转，摆动或振动，加大物料分子间相互碰撞的概率，使分子在极短的时间内达到活化的状态，比传统的加热方式均匀，高效，从而加速被萃取的成分向萃取剂界面的扩散。超声波辅助萃取法同微波辅助萃取一样也是近年来新兴的提取方法。但它的作用原理与微波有所区别12：超声波振动

18、能产生并传递强大的能量，大能量的超声波在液体里产生空化作用，加速植物中有效成分进入溶剂。除空话作用外，超声波有很多次级作用，如机械运动，乳化作用，扩散，击碎以及化学效应等。在这些次级作用的协同下，加大当归中多糖与溶剂的混合，促进提取的进行。按不同方法提取得到的当归多糖只是粗多糖，不同分子量的多糖免疫活性差异很大，因而需要对当归多糖进行分级分离，以达到纯化的目的。可按分子大小和形状分级（如分级沉淀，超滤，凝胶柱色谱等），也可按分子所带电荷密度进行不同的分级（电泳，离子交换色谱等）。目前较为成熟的分级分离方法主要有超滤法，季铵盐沉淀法等13。超滤法 同反渗透（ro）、纳滤（nf）、微滤（mf）等膜

19、分离过程相似，超滤（uf）是以压力为驱动力，利用机械筛分的原理选择性地从溶液中分离出大粒子溶质的分离过程。在压力作用下，料液中直径远小于超滤膜孔径的物质分子由高压料液侧透过超滤膜到达低压侧，得到超滤液或称为透过液；而直径大于超滤膜孔径的物质分子将被膜表面截留或返回至料液主体成为浓缩液；如果物质分子直径与超滤膜孔径相差不多，则可能被机械截留或吸附于膜表面，也有可能进入膜层内部阻塞膜孔；一旦由于浓差极化在膜表面形成被截留物质分子的滤饼层且滤饼层的孔隙率很小时，一些直径小于超滤膜孔径的物质分子也将被截留，此时实际起分离作用的是物质分子形成的滤饼层。膜分离技术是对传统化学分离方法的一次革命，国际上公认

20、其为21世纪最有发展前途的一项重大生产技术。利用不同截留量的超滤膜来对当归多糖进行分离纯化无需使用外加有机溶剂，也不需加热，能根据所需的不同分子量范围去除杂质，得到纯度较高的多糖。季铵盐沉淀法 季铵盐的阳离子可与酸性多糖形成季铵络合物，此络合物在低离子强度的水溶液中不溶解而产生沉淀。若提高多糖液ph值或加入硼砂缓冲液，也可使中性多糖沉淀分离。常用季铵盐有十六烷基三甲基季铵盐的溴化物及其氢氧化物和十六烷基吡啶。商澎 等向总多糖液中加人等体积8十六烷基三甲基溴化铵(ctab)，沉淀用nac1溶液溶解，加人4倍体积预冷的95 乙醇，收集白色沉淀得到酸性多糖，含有较高的糖醛酸。ctab处理后的上清为无

21、色清液，加人1 h，bo，(ph 6o)，沉淀用naoh溶液调ph为110，得到乳黄色果冻状沉淀，再用乙酸调ph为70后，用nac1溶液溶解，最后用冷乙醇沉淀，离心收集沉淀第二组分。第二组分提取后的上清液用乙酸调ph为44，加乙醇4 ci=静置过夜，便得到中性多糖。应用此法制得的多糖组分仍为多糖混合物，需要经过进一步的柱层析方可得到单一多糖组分。通过上文的阐述，可以得知：当前当归多糖的主流提取方法仍是水法提取，并辅以其他新技术以提升提取效果。采用膜分离纯化当归多糖效果显著并且操作方便，是今后当归多糖纯化的主流发展方向。1.3 课题的主要研究内容选择当归为研究对象，分析确立影响当归多糖提取效果的

22、主要因素；以当归多糖的提取率为考察指标，研究各因素在提取过程中的变化趋势，在单因素试验的基础上设计相应的正交试验，优化当归多糖提取工艺条件。将以最佳提取工艺提取得到的当归粗多糖经脱蛋白除杂后，采用用超滤膜分离的方法对当归多糖进行纯化，同时测定所得当归多糖的纯度。在实验所得的数据基础上，进行年产300吨当归多糖生产车间的初步设计，主要设计内容包括：物料衡算，能量衡算，主要设备选型与设计，技术经济分析，绘制带控制点的生产工艺流程图,设备布置图和提取罐部件图。2 当归多糖提取分离工艺与纯化的实验研究2.1 原料与试剂当归(产于甘肃岷县)；葡萄糖(ar)；苯酚(重蒸馏；ar)；纤维素酶(食品级，市售)

23、；果胶酶(食品级，市售)；无水乙醇(ar)；其他试剂均为分析纯。2.2 仪器与设备分析天平；紫外分光光度计(uv-1600)；恒温水浴锅(hh)；烘箱(dgf30/23-)；膜分离设备；容量瓶及其它玻璃仪器等。2.3 试验方法2.3.1 当归的预处理由于当归取根部入药，其中含有大量色素，脂肪酸等脂溶性成分以及单糖，低聚糖等无活性成分，对后续分离影响很大，故需进行预处理。常用的预处理试剂有甲醇，乙醇和石油醚等。本试验选用95%的乙醇进行脱脂去杂。具体实验步骤为：称取500g当归，粉碎过筛，加入95%的乙醇1500ml，浸泡24h，纱布过滤，滤渣置通风处晾干，备用14,15。2.3.2 多糖含量的

24、测定2.3.2.1 测定原理 16本试验采用苯酚浓硫酸法测定当归多糖含量。其原理是：当归多糖在浓硫酸作用下水解，脱水生成糖醛类化合物，此类化合物与酚类缩合成有色化合物。苯酚浓硫酸法生成的为橙黄色溶液，溶液颜色深浅视多糖浓度高低而定，在490nm波长下特殊吸收。2.3.2.2 葡萄糖标准曲线的绘制 精确称取干燥至恒重的葡萄糖100mg，加纯水至1000ml配制成0.1mg/ml的葡萄糖溶液，精确吸取0.1mg/ml的葡萄糖溶液0.0ml，0.2ml，0.4ml，0.6ml，0.8ml，1.0ml，1.2ml，1.4ml分别置于25ml比色管中，加纯水至终体积为2.0ml，分别加入5%的苯酚1ml

25、，摇匀后迅速加入5ml浓硫酸，混匀，400水浴放置20min，于490nm波长处测定其吸光度。以490nm处吸光度为横坐标x,葡萄糖浓度坐标为y,绘制标准曲线。2.3.2.3 当归多糖含量的测定 吸取当归多糖提取液适量，按绘制标准曲线的方法测其吸光度。根据标准曲线得出样品中粗多糖含量，从而计算出当归多糖质量= cvd，式中：c为测得的葡萄糖质量（ug/ml），d为样品溶液的稀释倍数，v为测定液体积，并且，c=(a490-0.0095)/0.0123, a490为样品在490nm下的吸光度a。2.3.2.4 当归多糖提取率的计算 当归多糖相对提取率（%）=(提取物中当归多糖质量/10g当归原料)

26、 100%。2.3.3 提取工艺单因素试验设计2.3.3.1 当归多糖提取单因素试验设计17 根据提取工艺的理论分析，拟选定：料液比，浸提温度，浸提时间，浸提次数以及纤维素酶与果胶酶组成比例和复合酶占底物百分比六个单因素作为影响提取效果的主要因素，对以上六个单因素进行考察，在考察某一因素时，其余因素注意保持不变，再根据单因素试验的结果设计合适的正交试验。表2.1 单因素提取试验各因素水平表编号12345料液比（g/ml）1:81:101:121:141:16提取次数12345酶处理温度（）4045505560提取时间（min）6090120150180提取温度（ ）60708090100复合酶

27、组成1:52:43:34:25:1加酶量（g）0.060.120.180.240.302.3.3.2 不同料液比对当归多糖提取率的影响 精确称取预处理过的当归粉末5份，每份各10.0g，分别加入80ml，100ml，120ml，140ml和160ml的水，再向各份中都加入0.06g复合酶，复合酶由纤维素酶和果胶酶组成，其酶活分别为：纤维素酶酶活：5万u/g，果胶酶酶活为：10万u/g。比例为纤维素酶：果胶酶2:4，酶处理时间为60min，之后升温至90 ，使生物酶失活，80 下回流浸提120min，浸提次数2次，每个水平重复3次平行实验。收集提取液，采用苯酚浓硫酸法测定其吸光度并计算多糖提取率

28、，比较不同料液比下提取效果并确定合适的料液比。2.3.3.3 不同酶处理温度对当归多糖提取率的影响 精确称取预处理后的当归粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中都加入0.06g复合酶，其比例纤维素酶果胶酶为2:4，分别于40 ，45 ，50 ，55 ，60 下处理60min，之后升温至90 ，使生物酶失活，80 下浸提回流120min，浸提次数2次，每个水平重复3次平行实验。收集提取液，采用苯酚浓硫酸法测定其吸光度并计算多糖提取率，比较不同浸提温度下提取效果并确定合适的浸提温度。2.3.3.4 不同浸提时间对当归多糖提取率的影响 精确称取预处理的当归粉末5份，每份各10.

29、0g，都加入100ml的水，再向各份中都加入0.06g复合酶，其比例为纤维素酶：果胶酶2:4，酶处理时间为60min，之后升温至90 ，使生物酶失活，分别于80 下浸提回流60min，90min，120min，150min，180min，浸提次数2次，每个水平重复3次平行实验。收集提取液，采用苯酚浓硫酸法测定其吸光度并计算多糖提取率，比较不同浸提时间下提取效果并确定合适的浸提时间。 2.3.3.5 不同浸提次数对当归多糖提取率的影响 精确称取预处理的当归粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中都加入0.06g复合酶，其比例为纤维素酶：果胶酶2:4，酶处理时间为60min，之

30、后升温至90 ，使生物酶失活，于80 下浸提120min，浸提次数分别为1次，2次，3次，4次，5次，每个水平重复3次平行实验。收集提取液，采用苯酚浓硫酸法测定其吸光度并计算多糖提取率，比较不同浸提次数下提取效果并确定合适的浸提次数。2.3.3.6 复合酶不同配比对当归多糖提取率的影响 精确称取经预处理的当归粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中加入0.06g复合酶，各份中纤维素酶：果胶酶的比例1:5,2:4,3:3,4:2,5:1，酶处理时间为60min，之后升温至90 ，使生物酶失活，于80 下浸提120min，浸提次数为2次，每个水平重复3次平行实验。收集提取液，采

31、用苯酚浓硫酸法测定其吸光度并计算多糖提取率，比较不同酶比下的提取效果并确定合适的酶比。2.3.3.7 不同加酶量对当归多糖提取率的影响 精确称取经预处理后的当归粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中加入0.06g，0.12g，0.18g，0.24g，0.30g复合酶，其比例为纤维素酶果胶酶2:4，酶处理时间为60min，之后升温至90 ，使生物酶失活，于80 下浸提120min，浸提次数为2次，每个水平重复3次平行实验。收集提取液，测定其吸光度并计算多糖提取率，比较不同加酶量条件下的提取效果并确定合适的加酶量。2.3.3.8 不同提取温度对当归多糖提取率的影响 精确称取预

32、处理的当归粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中加入0.06g复合酶，其比例为纤维素酶：果胶酶2:4，酶处理时间为60min，之后升温至90 ，使生物酶失活，分别于60 ，70 ，80 ，90 ，100 下浸提120min，浸提次数为2次，每个水平重复3次平行实验。收集提取液，测定其吸光度并计算多糖提取率，比较不同提取温度下的提取效果并确定合适的加酶量。2.3.4 正交试验设计根据单因素实验结果，选取合适的因素个数与水平进行正交试验。2.4 结果与分析2.4.1 标准曲线的绘制以490nm处吸光度a为横坐标x，葡萄糖浓度c(g/ml)为纵坐标y，进行线性回归。 图2.1

33、葡萄糖标准曲线y = 76.826x + 8.1083，r2 = 0.9959；可以看出标准曲线的线性关系良好。2.4.2 单因素试验分析2.4.2.1 不同料液比对当归多糖提取率的影响表2.2 不同料液比对当归多糖提取率的影响料水比1:081:101:121:141:16当归多糖提取率（%）7.17.57.37.37.67.37.47.67.47.47.27.27.47.47.5平均值（%）7.27.377.427.487.5图2.2 不同料液比对当归多糖提取率的影响由上图可见，当归多糖的提取率随着料液比的增加而逐渐增加，当料液比达到1:10后当归多糖得率随水量增加提高不明显，这可能是因为当

34、归多糖水溶液自身粘度不是很高，在料水比超过1:10后得率不随料水比变化而显著变化。采用excel数据分析中的单因素方差分析选项对所得数据进行方差分析，分析结果见下表。表2.3 不同料液比对当归多糖提取率的影响的单因素方差分析差异源ssdfmsfp-valuef crit组间0.164400412.9285710.0765893.47805可见料水比对当归多糖得率影响不是很显著，在1:10的比例已经能达到较理想的得率，再增大料水比对提升不明显，结合成本考虑，选定水体料水比为1:10。2.4.2.2 不同酶解温度对当归多糖得率影响表2.4 不同酶解温度对当归多糖提取率的影响酶解温度（）404550

35、5560当归多糖提取率（%）6.9776.86.777.27.16.76.8776.976.9平均值（%）77.176.86.77 图2.3不同酶解温度对当归多糖提取率的影响可见，温度对当归多糖的得率有显著影响。在40至45间当归多糖得率有显著上升，在50之后得率有所下降。其原因可能是：纤维素酶和果胶酶的最适加热温度分别是45和50，随着温度的升高，逐渐偏离酶的最适温度，使酶活性降低。温度对当归多糖水提的影响有两个方面，一方面随着温度的上升，活化分子数增多，分子间相互碰撞产生化学反应的概率大大增高，酶促反应速度加快，反应在图上即当归多糖得率增大，另一方面，随着温度的持续上升，超过了复合酶的最适

36、温度，酶蛋白逐渐变形失活，又导致当归多糖得率走低。对上图中所得数据进行excel中的单因素方差分析，所得结果如下表。表2.5 酶解温度方差分析结果差异源ssdfmsfp-valuef crit组间0.15333340.0383333.1944440.0620563.47805可见酶促反应的温度对当归多糖提取率影响不是十分显著，可以不将其列入正交试验中考察的因素中，根据单因素试验结果选定酶处理温度为45。2.4.2.3 不同浸提时间对当归多糖提取率的影响表2.6 不同浸提时间对当归多糖提取率的影响浸提时间（min）6090120150180当归多糖提取率（%）4.85.86.97.66.45.3

37、6.27.17.36.55.16.177.66.7平均值5.1677.56.5图2.4不同提取时间对当归多糖提取率的影响由图可见，当归多糖提取率随着浸提时间的延长逐渐增加，时间超过150min时，当归多糖提取率开始下降。这可能是因为浸提时间过长，引起了多糖的结构变化，如：其中的五碳环或六碳环断裂等。使用excel数据分析中的单因素方差分析对图5的数据进行分析，所得结果如下表。表2.7 浸提时间对当归多糖提取率的影响差异源ssdfmsfp-valuef crit组间9.67333342.418333365.154553.78e073.47805可见，浸提时间对当归多糖提取率影响显著，应将其列入正

38、交试验所考察的单因素的因素中去。2.4.2.4 浸提次数的不同对当归多糖提取率的影响表2.8 浸提次数的不同对当归多糖提取率的影响浸提次数12345当归多糖提取率（%）7.27.47.27.27.26.87.57.47.47.177.27.277平均值77.37.27.17图2.5不同浸提次数对当归多糖的影响由上图可见，在以120min为每次提取时间的前提下，提取次数的改变不能使当归多糖的得率产生巨大变化，随着浸提次数的增多，当归多糖的得率有一定的下降。这也可能是因为提取次数增多，当归多糖浸提时间过长，致使多糖的化学结构发生变化，如碳环断裂等。使用excel数据分析中的单因素方差分析对实验结果

39、进行单因素方差分析，所得结果如下表。表2.9 不同浸提次数对当归多糖提取率的影响差异源ssdfmsfp-valuef crit组间0.24440.0612.4078950.1184223.47805由上表可见，提取次数对当归多糖提取率影响不显著，且在工业生产上，增加提取次数，相当于增长了生产周期，加大了消耗，降低了经济效益，故选取提取次数为1次。2.4.2.5 复合酶的不同组成对当归多糖提取率的影响表2.10 复合酶的不同组成对当归多糖提取率的影响复合酶酶比（纤维：果胶）1:52:43:34:25:1当归多糖提取率（%）6.97.57.27.17.37.17.376.976.97.17.36.

40、87平均值77.37.277.1图2.6复合酶不同组成对当归多糖得率的影响可见，复合酶的组成不同，当归多糖得率有所不同。这可能是因为：纤维素酶和果胶酶分别作用的是不同的底物，纤维素酶主要作用对象是细胞壁中的纤维素，而果胶酶作用对象是果胶。而在当归细胞细胞壁中其纤维素与果胶的比例不是相同。对所得实验数据采用单因素方差分析，所得结果见下表。表2.11 复合酶的不同组成对当归多糖提取率的影响差异源ssdfmsfp-valuef crit组间0.26933340.0673332.5897440.1013273.47805可见，不同酶比虽然对当归多糖提取率有所影响，但是其效果并不显著，因此这里直接选用单

41、因素试验中的最佳组成，即纤维素酶果胶酶为2:4时作为提取所用复合酶的组成。2.4.2.6 不同加酶量对当归多糖得率的影响表2.12不同加酶量对当归多糖提取率的影响加酶量（/10g当归原料）0.060.120.180.240.30提取率（%）5.66.87.88.27.65.76.77.28.47.45.77.17.58.58平均值5.777.58.37.8图2.7加酶量与当归多糖提取率的关系由上图可见，当归多糖的提取率随着加酶量的加大开始逐渐加大，当加酶量达到总量的2.4%时，出现顶峰，之后逐渐降低。这说明当复合酶的总量达到底物浓度的2.4%时酶量已经足够，已经与底物充分作用，若再加入酶，将会

42、产生抑制作用。将所得结果进行单因素方差分析。表2.14不同加酶量对当归多糖提取率的影响差异源ssdfmsfp-valuef crit组间13.3506743.33766758.215126.86e073.47805由上表可知，复合酶占底物浓度的百分比不同对当归多糖提取率的影响显著，所以应该将其入正交试验考察的因素中去。2.4.2.7 不同提取温度下对当归多糖得率的影响表2.15不同提取温度下对当归多糖提取率的影响浸提温度（）60708090100当归多糖提取率（%）5.86.36.87.26.85.76.76.67.36.95.56.46.97.57.1平均值5.76.56.77.37图2.8

43、不同提取温度对当归多糖提取率的影响可知，当归多糖提取率随温度变化而变化。当温度为90时，提取效果最好，超过90时，提取率有所下降。原因可能是浸提温度过低，提取不完全，而温度过高，会导致当归多糖部分水解。表2.16不同提取温度对当归多糖提取率的影响差异源ssdfmsfp-valuef crit组间4.6841.1742.804882.93e063.47805由上表可见，温度当归多糖的提取率影响显著应列入正交试验分析。2.4.3 正交试验与结果分析根据单因素方差分析的结果选取四个主要因素18：浸提时间(min)、加酶总量(g)、浸提温度()和料液比，利用l9(34)正交设计方案优化得出当归多糖最佳

44、水提工艺参数。表2.17正交试验设计方案l9(34)水 平因 素提取时间(min)加酶总量(g)提取温度()1900.188021200.249031500.30100酶解提取当归多糖l9(34)正交设计结果如表5所示。表2.18酶解浸提当归多糖l9(34)正交试验结果实验号abc空列提取率(%)111117.56212226.99313337.22421237.41522317.61623128.84731327.37832139.12933218.12均值17.2577.4478.5077.763均值27.9537.9077.5077.733均值38.2038.067.47.917极差0.

45、9460.6131.1070.184表2.19正交试验方结果差分析来源离差自由度均方离差f比值显著性a1.44420.72224.897*b0.61220.30610.534c2.23621.11838.552*误差0.05820.029可以看出：影响当归多糖酶解水提的主次因素为提取温度(c)提取时间(a)加酶总量(b)。酶解水提当归多糖的最佳提取工艺为:a3b3c1，即浸提时间150min，加酶量0.3(g/10g当归)，浸提温度80，料液比1:10，浸提1次。由于此组合未出现在实验方案中，需进行验证试验。精确称取10.0g预处理过的当归粉3份，分别加入100ml水，按纤维素酶与果胶酶之比为

46、2:4分别加入0.30g酶，于40回流浸提2.5h，浸提1次。收集提取液，计算得三次多糖提取率为：9.63%、9.87%、9.50%，平均值为9.67%。2.4.4 最佳工艺放大实验 称取预处理当归粉3份，各200g，分别加入2000ml水，以纤维素酶与果胶酶比例为2:4加入6.0g酶，浸提温度80，浸提1次，计算当归多糖提取率。三次提取得到的结果如下：9.22%、9.32%、9.07%，平均提取率为9.20%。放大实验结果稳定，证明该工艺可行。2.5 当归多糖溶液的膜分离纯化2.5.1 当归多糖的初步纯化取500g当归原料，加入5l水，按照前面的研究所得的最佳工艺条件进行提取，得到约5l的当

47、归多糖溶液。当归多糖提取纯化的关键步骤是除色素和蛋白,乙醇预处理虽可除去一部分色素,但提取的多糖依然有较深的颜色。最常用的脱色方法是加入活性炭脱色，但是在当归多糖溶液中加入活性炭后很难将其除去。当归多糖中含有一些植物蛋白，这些蛋白影响当归多糖的纯度。最常用的除蛋白方法sevag法，本法虽然能有效避免多糖降解，但试剂消耗量大，且造成氯仿等有机溶剂的残留。商澎等将当归多糖液置于- 20 反复冻融除蛋白,效果良好，因此这里采用反复冻融的方法除蛋白19。2.5.2 当归多糖的微滤由于所得提取液具有一定的粘度，高分子胶体物质较多，因此在超滤前要先进行微滤避免膜污染现象。本实验选取0.1um的膜进行微滤预

48、处理20,21。2.5.3 当归多糖的膜分离首先组装好截留分子量为100kd的膜组件,在25、入口压力70 kpa、出口压力30 kpa 条件下,将烧杯中的当归多糖提取液输入到膜组件中，透过液从膜组件外侧的出口端流出,得到分子量小于100kd的当归多糖溶液；截流液返回烧杯中进行循环超滤，最终收集截流液，得到分子量大于100kd的当归多糖样品液。将分子量小于100kd的当归多糖溶液经截留分子量为10kd的超滤膜处理，可得到分子量10kd-100kd的当归多糖样品液和分子量小于10kd的样品液。表2.20膜分离结果截留相对分子质量当归多糖质量（g）截留物质量（g）当归多糖纯度（%）超滤前原液48.

49、3571.0068.1大于100kd37.1541.5689.510kd至100kd之间9.318.650小于10kd0.8113.4由上表可见，大部分当归多糖的分子量在100kd以上，在10kd至100kd之间和小于10kd的当归多糖占总多糖的比例不是很大。且选取截留量在100kd的超滤膜进行截留，所得当归多糖的纯度较高。3年产300吨当归多糖生产车间初步设计3.1 物料衡算当归多糖酶解水提膜分离纯化的主要工艺操作流程如下：当归原料粉碎醇泡暂存罐水提罐微滤储液罐超滤膜分离真空干燥包装成品。从上面的工艺流程操作可见，当归多糖生产车间的物料衡算主要涉及到：当归原料的量，前处理所用乙醇的量，提取中

50、用水量，加酶量。3.1.1 原料当归的物料衡算年产300t当归多糖，根据之前的工艺研究，酶解水提法提取当归多糖其得率是9.67%，经过去蛋白过膜分离等一系列纯化操作后得到符合产品要求的当归多糖其提取率是7.43%。据此数据计算当归原料所需量。先不考虑各工艺的损失，理想状态下得到300t当归多糖所需当归原料为：3007.43%=4038t。在整个工艺流程中原料损失最大的步骤在第一步：当归粉碎与醇泡上。在实验研究阶段过程的当归损失率约为3%。其他各工艺流程步骤中原料的损失为1%，再计算所得原料当归约为4200t/年。设计工厂每年生产330天，即每天处理原料当归12.73t/d。3.1.2所需乙醇的

51、衡算乙醇预处理的主要目的是初步除去当归表面的杂质，选取工艺是以乙醇比当归原料3：1的比例进行醇泡，取乙醇用量为当归原料用量的33%，则所需乙醇为1400t/a。由于乙醇可以回收循环利用，故实际上每年不需要1400t乙醇，设计乙醇酶回收循环10次即停止再利用，则实际所需乙醇量约为140t/年。3.1.3所需水的衡算生产过程中用水量主要在水提阶段，此外设备的清洗用水也要在考虑之中。水提用水量根据工艺设计，料水比1：10，可得每天的用水量为：12.7310=127.3t/d。设备清洗用水量设计为工艺用水量的10%，为12.73t/d，合计：127.3+12.73=140t/d，即46200t/年。3

52、.1.4 加酶量的衡算根据工艺设计，所用酶为纤维素酶和果胶酶组成的复合酶，其比例为2：4，加酶量占当归原料量的3%，则所需纤维素酶量为：127kg/d，42t/年，果胶酶量为：254kg/d，84t/年28。3.2热量恒算本生产工艺中涉及热量传递部分主要集中在水提罐提取部分。水提罐由热蒸汽提供热量加热达到工艺所需温度。此水提罐由两个加热蒸气入口，一个是位于上半部分的套筒蒸汽入口，一个是位于底部的直接进入罐内的加热蒸汽入口。进入套筒的热蒸汽是提取罐的主要热源，提供80%的热量来源。根据工艺要求，需要将室温下的水25的水加热至80，此过程共需要吸收的热量为：q=cmt,此罐总体积为6m3 ，填料系

53、数为0.85，则水的质量为：60.85103 =5100kg，所需的热量为1.18106kj。进入套筒的蒸汽需提供的热量为：1.1810680%=9.44105kj。设计进入夹套的热蒸汽初始温度为120，经过传热后温度降为100，需要的热蒸汽为：9.44105（270020）=17.5kg。达到预定温度后需保持罐体温度，设此时所需的热蒸汽量为加热阶段的20%，即为3.5kg，则加入整个套筒的热蒸汽为21kg。直接进入筒体内的热蒸汽由于其直接与提取液接触，应考虑其温度不宜过高，否则将影响多糖的成分。设计进入的温度为90，经过热传递后温度降为80，所需的蒸汽量为：1.36105（265010）=5

54、.13kg。为保持预定温度通入的蒸汽为加热阶段的20%，即为：1kg，总计为：6.13kg。3.3 设备选型计算根据提取工艺，主要设备有：粉碎机械，水提罐，微滤机械，膜分离设备，真空干燥设备即若干辅助设备。3.3.1 粉碎机械选型由前面的物料衡算，每天需处理当归原料12.73t，选用qp-150离心旋料式粉碎机，其生产能力为1.2t/h，共选用1台每天工作11小时可满足生产要求。3.3.2 水提罐的设计水提罐式整个生产过程中的核心设备。根据前面的物料衡算和工艺参数，当归原料在提取罐中处理的时间总共约3h。因此可以1天24h分8各班次进行生产，即每班次处理原料约1.6t/班，即处理水16t/班。

55、据此设计tq系列多功能提取罐其技术参数为：全容积6.4m3，外形尺寸为4*4*8。取填料系数为0.8，则每罐可容水量为5.33t，3台可以满足生产要求，选取4台1台留作备用。3.3.3 微滤机械选型每台提取罐配备一台微滤设备，每台提取罐可得提取液约5.33t，据此选择sbj-mp大流量微滤设备。其最大滤芯处理量可达500加仑/min，（1加仑约4.54升），此设备可满足生产要求。3.3.4 膜分离设备选型每天处理提取液总量据前文物料衡算，每天需处理的提取液共127.3t，选用jduf-50，处理量为50m3每小时，可以满足生产要求。3.3.5 真空干燥设备选型每天大约要干燥946kg的当归多糖

56、，选择szg双锥回转真空干燥设备，其处理能力为500kg/h，可以满足生产要求。3.3.6 包装设备选型每天包装大约946kg当归多糖，选择dcf-300背封粉末自动包装机，其处理能力为600kg/h，可以满足生产需求。3.3.7 其他附属设备选型整个生产线中辅助设备主要有预处理结束后的暂存罐和微滤后的储液罐。每天要预处理约12.73t的当归原料，选用20000m3的卧式储罐一个，此规格可以满足生产要求。每天约产生提取液127.3m3的提取液，选取3个立式储液罐，与提取罐配套，每个容积为50m3，可以满足生产需要。表3.1设备选型一览表设备名称型号数量备注离心旋料式粉碎机qp-1501每台功率

57、为10kw暂存罐200m31多功能提取罐4大流量微滤设备sbj-mp120kw超滤膜分离设备jduf-50130kw储液罐50m33回转真空干燥设备szg双锥系列17.5kw粉末自动包装机dcf-30011.6kw总计200kw3.4 多功能提取罐设计与计算3.4.1 罐体基本设计参数根据厂家提供数据以及工艺参数要求，拟定基本设计参数为：（1） 设计压力 内筒：0.05mp.夹套：0.35mpa.（2） 最高工作压力 内筒：0.05mpa。夹套：0.38mpa。（3） 设计温度 内筒：100。夹套：145。（4） 有效容积 内筒：6.4m3.3.4.2 总体结构设计多功能提取罐由投料口，罐体，

58、除渣门等组成。考虑到提取过程中需要保持一定的温度，所以在下半部分设置了加热夹套。根据工艺操作要求，罐体上还设置了各种辅助装置（清洗口，循环口，出渣门启闭锁紧气缸等装置）和工艺接管等附件。3.4.3 结构设计与计算（1）罐体设计罐主题采用蘑菇形形状，分为上下罐体，下罐体和中间过度锥体三部分。上罐体较下筒体大，使得沸腾缓冲空间较大，不易跑料：而下罐体直径较小，可使药液受热传递快，加热时间短。 下罐体 对于夹套传热，在一定容积时，长径比越大，则罐体盛料部分表面积越大，传热表面距离罐体中心越近，原料温度梯度越小，有利于提高传热效果。现设计长径比为1.5，下罐体直径取1200mm，壁厚8mm。 上罐体

59、上罐体的空间主要考虑蒸汽的排出，应具有较大的容积。设计尺寸为：直径取1600mm，高1200mm。考虑到下罐体受压比上罐体小，壁后设计为5mm。 中间过渡锥体 为了便于进料顺畅，中间鼓锥体的高度设计为540mm，半锥角为24。过渡锥体厚度选为6mm，便于与上下罐体连接。（2）加热夹套设计加热夹套是套在罐体上一个直径稍大的容器。其与罐体构成一个密闭的空间，其中进入流体，便于传热。多功能提取罐对加热量要求不是很高，且由于底部设有除渣口，加热夹套采用部分圆筒由夹套的形式。在下罐体与过渡锥体间设有夹套。夹套的直径比罐体大100mm，取d+100mm，即1300mm。由于内部通热蒸汽，不构成污染，取夹套的材料为q235-a,厚度为6mm。其收边结构示意图间设计图纸。（3）出渣门设计罐底出渣门设计有热蒸汽入口，热蒸汽直接在药液间传热，有效利用了能源，提高了加热的速度。此蒸汽入口管可以随出渣门的开启带掉泄渣，方便出渣。此外还在出渣门上配备了滤网，可有效拦截当归原料。(4) 清洗球设计在罐的顶部设计有清洗球，球体上有360全方位的水孔，球体上部由法兰连接和高压泵连接，这样可以保证全方位的清洗。(5)循环装置罐的上部装有循环管，可以通过出液泵将将提取液进行循环加料，产生一种动态搅拌效果，替代电动搅拌装置。（6）开关装置本罐的开关都由气缸带动完成。出渣门关闭后有锁紧气缸进行锁紧，气缸