1、目錄中文摘要3英文摘要41 引言51.1 課題背景與研究意義51.2 國內外研究現狀71.3 課題主要研究內容92 當歸多糖提取分離工藝與純化實驗研究102.1 原料與試劑102.2 儀器與設備102.3 實驗方法102.3.1 當歸預處理102.3.2 當歸多糖含量測定102.3.3 提取實驗單因素設計112.3.4 正交實驗設計132.4 結果與分析132.4.1 標準曲線繪制132.4.2 單因素試驗分析142.4.3 正交實驗結果分析232.4.4 最佳工藝放大實驗252.5 當歸多糖膜分離與純化252.5.1 當歸多糖初步純化252.5.2 當歸多糖的微濾252.5.3 當歸多糖膜分

2、離253 工廠設計273.1 物料恒算273.1.1 當歸原料物料恒算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 熱量恒算283.3 設備選型與計算283.3.1 粉碎機械設備選型283.3.2 水提罐設計283.3.3 微濾設備選型29 3.3.4 膜分離設備選型29 3.3.5 真空干燥設備選型29 3.3.6 包裝設備選型293.3.7 其他輔助設備選型293.4 多功能提取罐設計與計算303.4.1 基本參數設計303.4.2 總體設計303.4.3 結構設計與計算303.5 技術經濟分析323.5.1 全廠總投資323.5.2 成本核算33

3、3.5.3 毛利潤核算343.5.4 其他費用核算353.5.5 年利潤恒算35結論36謝辭36參考文獻37當歸多糖提取分離工藝研究與車間設計摘要:本文當歸多糖提取率為考察指標，通過單因素試驗和正交試驗研究優化了當歸多糖酶解水提法的提取工藝條件，結果表明：浸提時間150min，纖維素酶與果膠酶的比例24，加酶總量0.3(g/10g當歸)，酶解溫度45，料液比110，浸提溫度80，浸提1次，在此條件下當歸多糖提取率達到9.67%，放大試驗證明該工藝穩定可行。采用微濾和超濾膜分離法對當歸多糖進行分離純化，得到分子量大于100kd的當歸多糖，純度達到89.5%。在實驗研究的基礎上，對年產300噸當歸

4、多糖提取物的生產車間進行了初步設計，技術經濟分析結果顯示該項目需要總投資3440萬元，每年銷售額可達5400萬元，利潤1060萬元，創稅432萬元。關鍵詞：當歸多糖提取率，酶解水提，正交試驗，膜分離，車間設計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 課題研究背景及意義多糖又稱多聚糖(polysaccharide)，是由lo個以上單糖通過糖苷鍵連接而成的聚糖，其分子量一般為數萬甚至達數百萬。作為來自高等植物、動物細胞膜和微生物細胞壁中的天然高分子化合物，是構成生命的四大基本物質之一。多糖不但是動植物的主要結構支持物質(如甲殼動物中的幾丁質，植物中的纖維素)，而且也是生物體主要能量來源(如淀粉、糖原)。同時多糖也是工業上重要多聚體的原料來源，如食品工業上不可缺少

9、的卡拉膠、黃原膠等。隨著分子生物學及細胞生物學的發展，糖的其它諸多生物功能不斷被認識，糖不僅可以以多糖或游離寡糖的形式直接參與生命過程，而且可以作為糖復合物，如糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂等參與許多重要的生命活動。糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂都是細胞膜的重要組成成分，其結構中的糖鏈作為生命活動過程中主要的生物信息攜帶者和傳遞者調節著細胞的生長、發育、分化、代謝、受體作用、分子識別和免疫反應等現象和過程。許多糖復合物分子中的寡糖鏈是其發揮生物功能所必需的，同時寡糖鏈還決定著某些分子的組裝、轉運、消化失活及分類儲藏等。此外，糖復合物還與許多疾病，如癌癥、細菌和病毒感染等疾病有著密切的關系。總之，對糖的生物學研

10、究已經表明：一切主要的生命活動過程都有糖的參與1-4。植物多糖以其天然活性物質，來源廣泛，毒副作用小而受到研究者的青睞。我國多糖資源豐富，尤其是來自中草原的植物多糖具有很的開發潛力。當歸是一種最常用的臨床中藥，當歸多糖作為當歸中的重要組成部分，其藥理學價值近年來得到了深入的研究，主要表現在促進血小板聚集、免疫促進作用、抗腫瘤作用和抗放射損傷作用等幾個方面。 對免疫系統的影響當歸多糖對機體的免疫器官有明顯的作用。商澎5等在研究多糖ap2o 組分對小鼠移植腫瘤的抑制作用時發現給藥組的脾臟質量明顯大于對照組,胸腺質量均明顯小于對照組。當歸多糖對淋巴細胞有較強的活性作用,可促進小鼠體內外脾淋巴細胞的增

11、殖,激活淋巴細胞的增殖作用。當歸多糖對機體免疫功能的機理,與其對免疫器官以及淋巴細胞和細胞介質的作用有關。當歸多糖可使荷瘤小鼠的巨噬細胞數目及吞噬能力及脾細胞的nk活性顯著增加,從而提高主動免疫治療效應。當歸多糖能促進小鼠淋巴細胞增殖,提高il - 2 和血清抗體的水平。當歸多糖對小鼠體內體外ifr2有一定的誘生和激活作用, ifn2主要功能為抗病毒、抗細胞增殖和免疫調節,其免疫調節作用較強,這與多糖的免疫促進作用有關。對血液系統的作用對造血系統的影響:當歸多糖能增加外周血細胞、白細胞、血紅蛋白及骨髓有核細胞數,這種作用特別是在外周血細胞減少和骨髓受到抑制時尤為明顯。實驗研究表明【6】當歸多糖

12、對正常或貧血的髓系造血祖細胞增殖分化有明顯的促進作用。這種作用與其激活bfu2e、cfu2e 增殖與巨噬細胞的激活有關。洪艷等實驗研究表明,當歸多糖對放射性損傷小鼠紅細胞c3b 受體花環率和外周血白細胞、血小板數有明顯的增加作用,顯著提高放射損傷小鼠的造血功能。對凝血和血小板聚集的影響:楊鐵虹等用紅外比濁法測定血小板聚集率,凝血酶原時間( pt) ,凝血酶時間(tt) ,活化部分凝血活酶時(aptt) ,斷尾法測出血時間,玻片法測凝血酶時間,結果表明,當歸多糖能顯著延長凝血時間,顯著升高5分血小板聚集率。此研究發現,當歸在凝血方面表現出雙向性調節作用,其抗凝血作用主要是影響內源性凝血系統,顯著

13、延長aptt ,對外源性凝血系統影響較弱,并能促進血小板聚集,這可能是它止血的作用途徑。抗腫瘤作用 當歸多糖抗腫瘤作用研究已取得較大的進展, haruki yamada 7等以l1210 細胞系、kg21 細胞系、u937 細胞系和k562 細胞系群形成的影響和睦抗癌活性實驗表明, 當歸多糖對l1210、kg21、u937 細胞系均有明顯的抑制作用; 當歸多糖組分ap2o 可顯著減輕肉瘤s180 模型小鼠的瘤重量,可顯著減輕艾氏腹水癌小鼠模型的瘤重量,提高生命延長率。抗放射損傷作用 實驗表明8將小鼠分為正常對照組(c) 、照射對照組(b) 、照射+ 當歸多糖組(a) ,檢測三組刀豆蛋白(con

14、a) 誘導的t 細胞增殖和il22 及血清抗體產生能力,結果表明,預先給予當歸多糖的受照組(a) t 淋巴細胞增殖和il - 2 及血清抗體水平顯著高于照射對照組,可見當歸多糖對放射性損傷造成的免疫功能下降有一定的預防作用。 其他藥理作用 實驗研究發現9當歸多糖在適合劑量下可影響小鼠肝臟中的no 含量,通過影響肝中inos、cnos、bax、bcl22 的表達來阻斷脂多糖和卡介苗誘發的肝細胞損傷,從而起到保護肝臟的作用。中醫中藥同陶瓷，京劇，武術，絲綢，書法等都是我國的國粹。“十五”期間，國家加大對“發展現代醫藥和我國傳統醫藥”項目的投資與重視，中共中央國務院關于衛生改革與發展的決定和中共中央

15、關于加強技術創新發展高科技實現產業化的決定等文件的出臺，標志著國家已確定要以高新技術改造傳統中藥產業為導向，調整產業結構，優化生產要素，規范市場行為，加快中藥產業現代化步伐，不斷提高中藥產業對人民健康和社會主義現代化建設的貢獻。自08年3月起，科技部先后啟動了“當歸中藥資源利用關鍵技術及產業化研究”等項目的研究。在國家與社會的重視下，我國中藥產業正迎來一個全新的局面。當歸作為最常用的臨床中藥，自古就有“十方九歸”和“藥王”之譽，已有兩千多年的臨床藥用史。產于甘肅岷縣的當歸(岷歸)是當歸中的佳品，是中國藥典收載的正品當歸。在我國，當歸資源豐富，僅甘肅定西地區岷歸（產于甘肅岷縣的當歸）的栽培面積已

16、達20萬畝，年產量4萬噸。但是由于缺少深加工技術，多數岷歸以原藥材或初級加工品走向市場，技術含量低，經濟效益極低。而從當歸中提取當歸多糖可以提升當歸中藥產品的科技含量，提高經濟效益，使當地的資源優勢轉化為經濟優勢，促進經濟的發展。因此研究當歸原料深加工以及產業化設計具有重大的經濟效益和社會效益。1.2 國內外研究現狀目前對當歸多糖的提取方法主要有3種即：傳統的水提法，微波輔助萃取法，超聲波輔助萃取法10。水提法即將當歸與介質水一起混合，將溫度恒定在7090之間，在一定的時間段內進行提取。水液提取當歸多糖符合“水煎中藥“的傳統習慣，此方法操作簡單，過程容易控制，而且能避免多糖降解，有助于提高多糖

17、純度，但是水提法不能保證多糖提取完全，采用不同性質溶劑（稀酸，稀堿，稀鹽）作為提取介質的研究也已展開。微波輔助萃取法是近年來新興的多糖提取方法。其主要原理是11：微波的熱效應使細胞壁破裂和細胞中膜失去活性，細胞質中的多糖很容易突破細胞膜和細胞壁的障礙被萃取出來，在微波2450赫茲變頻電場的作用下，極性分子取向隨電場方向改變而變化，從而導致分子旋轉，擺動或振動，加大物料分子間相互碰撞的概率，使分子在極短的時間內達到活化的狀態，比傳統的加熱方式均勻，高效，從而加速被萃取的成分向萃取劑界面的擴散。超聲波輔助萃取法同微波輔助萃取一樣也是近年來新興的提取方法。但它的作用原理與微波有所區別12：超聲波振動

18、能產生并傳遞強大的能量，大能量的超聲波在液體里產生空化作用，加速植物中有效成分進入溶劑。除空話作用外，超聲波有很多次級作用，如機械運動，乳化作用，擴散，擊碎以及化學效應等。在這些次級作用的協同下，加大當歸中多糖與溶劑的混合，促進提取的進行。按不同方法提取得到的當歸多糖只是粗多糖，不同分子量的多糖免疫活性差異很大，因而需要對當歸多糖進行分級分離，以達到純化的目的。可按分子大小和形狀分級（如分級沉淀，超濾，凝膠柱色譜等），也可按分子所帶電荷密度進行不同的分級（電泳，離子交換色譜等）。目前較為成熟的分級分離方法主要有超濾法，季銨鹽沉淀法等13。超濾法 同反滲透（ro）、納濾（nf）、微濾（mf）等膜

19、分離過程相似，超濾（uf）是以壓力為驅動力，利用機械篩分的原理選擇性地從溶液中分離出大粒子溶質的分離過程。在壓力作用下，料液中直徑遠小于超濾膜孔徑的物質分子由高壓料液側透過超濾膜到達低壓側，得到超濾液或稱為透過液；而直徑大于超濾膜孔徑的物質分子將被膜表面截留或返回至料液主體成為濃縮液；如果物質分子直徑與超濾膜孔徑相差不多，則可能被機械截留或吸附于膜表面，也有可能進入膜層內部阻塞膜孔；一旦由于濃差極化在膜表面形成被截留物質分子的濾餅層且濾餅層的孔隙率很小時，一些直徑小于超濾膜孔徑的物質分子也將被截留，此時實際起分離作用的是物質分子形成的濾餅層。膜分離技術是對傳統化學分離方法的一次革命，國際上公認

20、其為21世紀最有發展前途的一項重大生產技術。利用不同截留量的超濾膜來對當歸多糖進行分離純化無需使用外加有機溶劑，也不需加熱，能根據所需的不同分子量范圍去除雜質，得到純度較高的多糖。季銨鹽沉淀法 季銨鹽的陽離子可與酸性多糖形成季銨絡合物，此絡合物在低離子強度的水溶液中不溶解而產生沉淀。若提高多糖液ph值或加入硼砂緩沖液，也可使中性多糖沉淀分離。常用季銨鹽有十六烷基三甲基季銨鹽的溴化物及其氫氧化物和十六烷基吡啶。商澎 等向總多糖液中加人等體積8十六烷基三甲基溴化銨(ctab)，沉淀用nac1溶液溶解，加人4倍體積預冷的95 乙醇，收集白色沉淀得到酸性多糖，含有較高的糖醛酸。ctab處理后的上清為無

21、色清液，加人1 h，bo，(ph 6o)，沉淀用naoh溶液調ph為110，得到乳黃色果凍狀沉淀，再用乙酸調ph為70后，用nac1溶液溶解，最后用冷乙醇沉淀，離心收集沉淀第二組分。第二組分提取后的上清液用乙酸調ph為44，加乙醇4 ci=靜置過夜，便得到中性多糖。應用此法制得的多糖組分仍為多糖混合物，需要經過進一步的柱層析方可得到單一多糖組分。通過上文的闡述，可以得知：當前當歸多糖的主流提取方法仍是水法提取，并輔以其他新技術以提升提取效果。采用膜分離純化當歸多糖效果顯著并且操作方便，是今后當歸多糖純化的主流發展方向。1.3 課題的主要研究內容選擇當歸為研究對象，分析確立影響當歸多糖提取效果的

22、主要因素；以當歸多糖的提取率為考察指標，研究各因素在提取過程中的變化趨勢，在單因素試驗的基礎上設計相應的正交試驗，優化當歸多糖提取工藝條件。將以最佳提取工藝提取得到的當歸粗多糖經脫蛋白除雜后，采用用超濾膜分離的方法對當歸多糖進行純化，同時測定所得當歸多糖的純度。在實驗所得的數據基礎上，進行年產300噸當歸多糖生產車間的初步設計，主要設計內容包括：物料衡算，能量衡算，主要設備選型與設計，技術經濟分析，繪制帶控制點的生產工藝流程圖,設備布置圖和提取罐部件圖。2 當歸多糖提取分離工藝與純化的實驗研究2.1 原料與試劑當歸(產于甘肅岷縣)；葡萄糖(ar)；苯酚(重蒸餾；ar)；纖維素酶(食品級，市售)

23、；果膠酶(食品級，市售)；無水乙醇(ar)；其他試劑均為分析純。2.2 儀器與設備分析天平；紫外分光光度計(uv-1600)；恒溫水浴鍋(hh)；烘箱(dgf30/23-)；膜分離設備；容量瓶及其它玻璃儀器等。2.3 試驗方法2.3.1 當歸的預處理由于當歸取根部入藥，其中含有大量色素，脂肪酸等脂溶性成分以及單糖，低聚糖等無活性成分，對后續分離影響很大，故需進行預處理。常用的預處理試劑有甲醇，乙醇和石油醚等。本試驗選用95%的乙醇進行脫脂去雜。具體實驗步驟為：稱取500g當歸，粉碎過篩，加入95%的乙醇1500ml，浸泡24h，紗布過濾，濾渣置通風處晾干，備用14,15。2.3.2 多糖含量的

24、測定2.3.2.1 測定原理 16本試驗采用苯酚濃硫酸法測定當歸多糖含量。其原理是：當歸多糖在濃硫酸作用下水解，脫水生成糖醛類化合物，此類化合物與酚類縮合成有色化合物。苯酚濃硫酸法生成的為橙黃色溶液，溶液顏色深淺視多糖濃度高低而定，在490nm波長下特殊吸收。2.3.2.2 葡萄糖標準曲線的繪制 精確稱取干燥至恒重的葡萄糖100mg，加純水至1000ml配制成0.1mg/ml的葡萄糖溶液，精確吸取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分別置于25ml比色管中，加純水至終體積為2.0ml，分別加入5%的苯酚1ml

25、，搖勻后迅速加入5ml濃硫酸，混勻，400水浴放置20min，于490nm波長處測定其吸光度。以490nm處吸光度為橫坐標x,葡萄糖濃度坐標為y,繪制標準曲線。2.3.2.3 當歸多糖含量的測定 吸取當歸多糖提取液適量，按繪制標準曲線的方法測其吸光度。根據標準曲線得出樣品中粗多糖含量，從而計算出當歸多糖質量= cvd，式中：c為測得的葡萄糖質量（ug/ml），d為樣品溶液的稀釋倍數，v為測定液體積，并且，c=(a490-0.0095)/0.0123, a490為樣品在490nm下的吸光度a。2.3.2.4 當歸多糖提取率的計算 當歸多糖相對提取率（%）=(提取物中當歸多糖質量/10g當歸原料)

26、 100%。2.3.3 提取工藝單因素試驗設計2.3.3.1 當歸多糖提取單因素試驗設計17 根據提取工藝的理論分析，擬選定：料液比，浸提溫度，浸提時間，浸提次數以及纖維素酶與果膠酶組成比例和復合酶占底物百分比六個單因素作為影響提取效果的主要因素，對以上六個單因素進行考察，在考察某一因素時，其余因素注意保持不變，再根據單因素試驗的結果設計合適的正交試驗。表2.1 單因素提取試驗各因素水平表編號12345料液比（g/ml）1:81:101:121:141:16提取次數12345酶處理溫度（）4045505560提取時間（min）6090120150180提取溫度（ ）60708090100復合酶

27、組成1:52:43:34:25:1加酶量（g）0.060.120.180.240.302.3.3.2 不同料液比對當歸多糖提取率的影響 精確稱取預處理過的當歸粉末5份，每份各10.0g，分別加入80ml，100ml，120ml，140ml和160ml的水，再向各份中都加入0.06g復合酶，復合酶由纖維素酶和果膠酶組成，其酶活分別為：纖維素酶酶活：5萬u/g，果膠酶酶活為：10萬u/g。比例為纖維素酶：果膠酶2:4，酶處理時間為60min，之后升溫至90 ，使生物酶失活，80 下回流浸提120min，浸提次數2次，每個水平重復3次平行實驗。收集提取液，采用苯酚濃硫酸法測定其吸光度并計算多糖提取率

28、，比較不同料液比下提取效果并確定合適的料液比。2.3.3.3 不同酶處理溫度對當歸多糖提取率的影響 精確稱取預處理后的當歸粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中都加入0.06g復合酶，其比例纖維素酶果膠酶為2:4，分別于40 ，45 ，50 ，55 ，60 下處理60min，之后升溫至90 ，使生物酶失活，80 下浸提回流120min，浸提次數2次，每個水平重復3次平行實驗。收集提取液，采用苯酚濃硫酸法測定其吸光度并計算多糖提取率，比較不同浸提溫度下提取效果并確定合適的浸提溫度。2.3.3.4 不同浸提時間對當歸多糖提取率的影響 精確稱取預處理的當歸粉末5份，每份各10.

29、0g，都加入100ml的水，再向各份中都加入0.06g復合酶，其比例為纖維素酶：果膠酶2:4，酶處理時間為60min，之后升溫至90 ，使生物酶失活，分別于80 下浸提回流60min，90min，120min，150min，180min，浸提次數2次，每個水平重復3次平行實驗。收集提取液，采用苯酚濃硫酸法測定其吸光度并計算多糖提取率，比較不同浸提時間下提取效果并確定合適的浸提時間。 2.3.3.5 不同浸提次數對當歸多糖提取率的影響 精確稱取預處理的當歸粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中都加入0.06g復合酶，其比例為纖維素酶：果膠酶2:4，酶處理時間為60min，之

30、后升溫至90 ，使生物酶失活，于80 下浸提120min，浸提次數分別為1次，2次，3次，4次，5次，每個水平重復3次平行實驗。收集提取液，采用苯酚濃硫酸法測定其吸光度并計算多糖提取率，比較不同浸提次數下提取效果并確定合適的浸提次數。2.3.3.6 復合酶不同配比對當歸多糖提取率的影響 精確稱取經預處理的當歸粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中加入0.06g復合酶，各份中纖維素酶：果膠酶的比例1:5,2:4,3:3,4:2,5:1，酶處理時間為60min，之后升溫至90 ，使生物酶失活，于80 下浸提120min，浸提次數為2次，每個水平重復3次平行實驗。收集提取液，采

31、用苯酚濃硫酸法測定其吸光度并計算多糖提取率，比較不同酶比下的提取效果并確定合適的酶比。2.3.3.7 不同加酶量對當歸多糖提取率的影響 精確稱取經預處理后的當歸粉末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復合酶，其比例為纖維素酶果膠酶2:4，酶處理時間為60min，之后升溫至90 ，使生物酶失活，于80 下浸提120min，浸提次數為2次，每個水平重復3次平行實驗。收集提取液，測定其吸光度并計算多糖提取率，比較不同加酶量條件下的提取效果并確定合適的加酶量。2.3.3.8 不同提取溫度對當歸多糖提取率的影響 精確稱取預

32、處理的當歸粉末5份，每份各10.0g，都加入100ml的水，再向各份中加入0.06g復合酶，其比例為纖維素酶：果膠酶2:4，酶處理時間為60min，之后升溫至90 ，使生物酶失活，分別于60 ，70 ，80 ，90 ，100 下浸提120min，浸提次數為2次，每個水平重復3次平行實驗。收集提取液，測定其吸光度并計算多糖提取率，比較不同提取溫度下的提取效果并確定合適的加酶量。2.3.4 正交試驗設計根據單因素實驗結果，選取合適的因素個數與水平進行正交試驗。2.4 結果與分析2.4.1 標準曲線的繪制以490nm處吸光度a為橫坐標x，葡萄糖濃度c(g/ml)為縱坐標y，進行線性回歸。 圖2.1

33、葡萄糖標準曲線y = 76.826x + 8.1083，r2 = 0.9959；可以看出標準曲線的線性關系良好。2.4.2 單因素試驗分析2.4.2.1 不同料液比對當歸多糖提取率的影響表2.2 不同料液比對當歸多糖提取率的影響料水比1:081:101:121:141:16當歸多糖提取率（%）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圖2.2 不同料液比對當歸多糖提取率的影響由上圖可見，當歸多糖的提取率隨著料液比的增加而逐漸增加，當料液比達到1:10后當歸多糖得率隨水量增加提高不明顯，這可能是因為當

34、歸多糖水溶液自身粘度不是很高，在料水比超過1:10后得率不隨料水比變化而顯著變化。采用excel數據分析中的單因素方差分析選項對所得數據進行方差分析，分析結果見下表。表2.3 不同料液比對當歸多糖提取率的影響的單因素方差分析差異源ssdfmsfp-valuef crit組間0.164400412.9285710.0765893.47805可見料水比對當歸多糖得率影響不是很顯著，在1:10的比例已經能達到較理想的得率，再增大料水比對提升不明顯，結合成本考慮，選定水體料水比為1:10。2.4.2.2 不同酶解溫度對當歸多糖得率影響表2.4 不同酶解溫度對當歸多糖提取率的影響酶解溫度（）404550

35、5560當歸多糖提取率（%）6.9776.86.777.27.16.76.8776.976.9平均值（%）77.176.86.77 圖2.3不同酶解溫度對當歸多糖提取率的影響可見，溫度對當歸多糖的得率有顯著影響。在40至45間當歸多糖得率有顯著上升，在50之后得率有所下降。其原因可能是：纖維素酶和果膠酶的最適加熱溫度分別是45和50，隨著溫度的升高，逐漸偏離酶的最適溫度，使酶活性降低。溫度對當歸多糖水提的影響有兩個方面，一方面隨著溫度的上升，活化分子數增多，分子間相互碰撞產生化學反應的概率大大增高，酶促反應速度加快，反應在圖上即當歸多糖得率增大，另一方面，隨著溫度的持續上升，超過了復合酶的最適

36、溫度，酶蛋白逐漸變形失活，又導致當歸多糖得率走低。對上圖中所得數據進行excel中的單因素方差分析，所得結果如下表。表2.5 酶解溫度方差分析結果差異源ssdfmsfp-valuef crit組間0.15333340.0383333.1944440.0620563.47805可見酶促反應的溫度對當歸多糖提取率影響不是十分顯著，可以不將其列入正交試驗中考察的因素中，根據單因素試驗結果選定酶處理溫度為45。2.4.2.3 不同浸提時間對當歸多糖提取率的影響表2.6 不同浸提時間對當歸多糖提取率的影響浸提時間（min）6090120150180當歸多糖提取率（%）4.85.86.97.66.45.3

37、6.27.17.36.55.16.177.66.7平均值5.1677.56.5圖2.4不同提取時間對當歸多糖提取率的影響由圖可見，當歸多糖提取率隨著浸提時間的延長逐漸增加，時間超過150min時，當歸多糖提取率開始下降。這可能是因為浸提時間過長，引起了多糖的結構變化，如：其中的五碳環或六碳環斷裂等。使用excel數據分析中的單因素方差分析對圖5的數據進行分析，所得結果如下表。表2.7 浸提時間對當歸多糖提取率的影響差異源ssdfmsfp-valuef crit組間9.67333342.418333365.154553.78e073.47805可見，浸提時間對當歸多糖提取率影響顯著，應將其列入正

38、交試驗所考察的單因素的因素中去。2.4.2.4 浸提次數的不同對當歸多糖提取率的影響表2.8 浸提次數的不同對當歸多糖提取率的影響浸提次數12345當歸多糖提取率（%）7.27.47.27.27.26.87.57.47.47.177.27.277平均值77.37.27.17圖2.5不同浸提次數對當歸多糖的影響由上圖可見，在以120min為每次提取時間的前提下，提取次數的改變不能使當歸多糖的得率產生巨大變化，隨著浸提次數的增多，當歸多糖的得率有一定的下降。這也可能是因為提取次數增多，當歸多糖浸提時間過長，致使多糖的化學結構發生變化，如碳環斷裂等。使用excel數據分析中的單因素方差分析對實驗結果

39、進行單因素方差分析，所得結果如下表。表2.9 不同浸提次數對當歸多糖提取率的影響差異源ssdfmsfp-valuef crit組間0.24440.0612.4078950.1184223.47805由上表可見，提取次數對當歸多糖提取率影響不顯著，且在工業生產上，增加提取次數，相當于增長了生產周期，加大了消耗，降低了經濟效益，故選取提取次數為1次。2.4.2.5 復合酶的不同組成對當歸多糖提取率的影響表2.10 復合酶的不同組成對當歸多糖提取率的影響復合酶酶比（纖維：果膠）1:52:43:34:25:1當歸多糖提取率（%）6.97.57.27.17.37.17.376.976.97.17.36.

40、87平均值77.37.277.1圖2.6復合酶不同組成對當歸多糖得率的影響可見，復合酶的組成不同，當歸多糖得率有所不同。這可能是因為：纖維素酶和果膠酶分別作用的是不同的底物，纖維素酶主要作用對象是細胞壁中的纖維素，而果膠酶作用對象是果膠。而在當歸細胞細胞壁中其纖維素與果膠的比例不是相同。對所得實驗數據采用單因素方差分析，所得結果見下表。表2.11 復合酶的不同組成對當歸多糖提取率的影響差異源ssdfmsfp-valuef crit組間0.26933340.0673332.5897440.1013273.47805可見，不同酶比雖然對當歸多糖提取率有所影響，但是其效果并不顯著，因此這里直接選用單

41、因素試驗中的最佳組成，即纖維素酶果膠酶為2:4時作為提取所用復合酶的組成。2.4.2.6 不同加酶量對當歸多糖得率的影響表2.12不同加酶量對當歸多糖提取率的影響加酶量（/10g當歸原料）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圖2.7加酶量與當歸多糖提取率的關系由上圖可見，當歸多糖的提取率隨著加酶量的加大開始逐漸加大，當加酶量達到總量的2.4%時，出現頂峰，之后逐漸降低。這說明當復合酶的總量達到底物濃度的2.4%時酶量已經足夠，已經與底物充分作用，若再加入酶，將會

42、產生抑制作用。將所得結果進行單因素方差分析。表2.14不同加酶量對當歸多糖提取率的影響差異源ssdfmsfp-valuef crit組間13.3506743.33766758.215126.86e073.47805由上表可知，復合酶占底物濃度的百分比不同對當歸多糖提取率的影響顯著，所以應該將其入正交試驗考察的因素中去。2.4.2.7 不同提取溫度下對當歸多糖得率的影響表2.15不同提取溫度下對當歸多糖提取率的影響浸提溫度（）60708090100當歸多糖提取率（%）5.86.36.87.26.85.76.76.67.36.95.56.46.97.57.1平均值5.76.56.77.37圖2.8

43、不同提取溫度對當歸多糖提取率的影響可知，當歸多糖提取率隨溫度變化而變化。當溫度為90時，提取效果最好，超過90時，提取率有所下降。原因可能是浸提溫度過低，提取不完全，而溫度過高，會導致當歸多糖部分水解。表2.16不同提取溫度對當歸多糖提取率的影響差異源ssdfmsfp-valuef crit組間4.6841.1742.804882.93e063.47805由上表可見，溫度當歸多糖的提取率影響顯著應列入正交試驗分析。2.4.3 正交試驗與結果分析根據單因素方差分析的結果選取四個主要因素18：浸提時間(min)、加酶總量(g)、浸提溫度()和料液比，利用l9(34)正交設計方案優化得出當歸多糖最佳

44、水提工藝參數。表2.17正交試驗設計方案l9(34)水 平因 素提取時間(min)加酶總量(g)提取溫度()1900.188021200.249031500.30100酶解提取當歸多糖l9(34)正交設計結果如表5所示。表2.18酶解浸提當歸多糖l9(34)正交試驗結果實驗號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極差0.

45、9460.6131.1070.184表2.19正交試驗方結果差分析來源離差自由度均方離差f比值顯著性a1.44420.72224.897*b0.61220.30610.534c2.23621.11838.552*誤差0.05820.029可以看出：影響當歸多糖酶解水提的主次因素為提取溫度(c)提取時間(a)加酶總量(b)。酶解水提當歸多糖的最佳提取工藝為:a3b3c1，即浸提時間150min，加酶量0.3(g/10g當歸)，浸提溫度80，料液比1:10，浸提1次。由于此組合未出現在實驗方案中，需進行驗證試驗。精確稱取10.0g預處理過的當歸粉3份，分別加入100ml水，按纖維素酶與果膠酶之比為

46、2:4分別加入0.30g酶，于40回流浸提2.5h，浸提1次。收集提取液，計算得三次多糖提取率為：9.63%、9.87%、9.50%，平均值為9.67%。2.4.4 最佳工藝放大實驗 稱取預處理當歸粉3份，各200g，分別加入2000ml水，以纖維素酶與果膠酶比例為2:4加入6.0g酶，浸提溫度80，浸提1次，計算當歸多糖提取率。三次提取得到的結果如下：9.22%、9.32%、9.07%，平均提取率為9.20%。放大實驗結果穩定，證明該工藝可行。2.5 當歸多糖溶液的膜分離純化2.5.1 當歸多糖的初步純化取500g當歸原料，加入5l水，按照前面的研究所得的最佳工藝條件進行提取，得到約5l的當

47、歸多糖溶液。當歸多糖提取純化的關鍵步驟是除色素和蛋白,乙醇預處理雖可除去一部分色素,但提取的多糖依然有較深的顏色。最常用的脫色方法是加入活性炭脫色，但是在當歸多糖溶液中加入活性炭后很難將其除去。當歸多糖中含有一些植物蛋白，這些蛋白影響當歸多糖的純度。最常用的除蛋白方法sevag法，本法雖然能有效避免多糖降解，但試劑消耗量大，且造成氯仿等有機溶劑的殘留。商澎等將當歸多糖液置于- 20 反復凍融除蛋白,效果良好，因此這里采用反復凍融的方法除蛋白19。2.5.2 當歸多糖的微濾由于所得提取液具有一定的粘度，高分子膠體物質較多，因此在超濾前要先進行微濾避免膜污染現象。本實驗選取0.1um的膜進行微濾預

48、處理20,21。2.5.3 當歸多糖的膜分離首先組裝好截留分子量為100kd的膜組件,在25、入口壓力70 kpa、出口壓力30 kpa 條件下,將燒杯中的當歸多糖提取液輸入到膜組件中，透過液從膜組件外側的出口端流出,得到分子量小于100kd的當歸多糖溶液；截流液返回燒杯中進行循環超濾，最終收集截流液，得到分子量大于100kd的當歸多糖樣品液。將分子量小于100kd的當歸多糖溶液經截留分子量為10kd的超濾膜處理，可得到分子量10kd-100kd的當歸多糖樣品液和分子量小于10kd的樣品液。表2.20膜分離結果截留相對分子質量當歸多糖質量（g）截留物質量（g）當歸多糖純度（%）超濾前原液48.

49、3571.0068.1大于100kd37.1541.5689.510kd至100kd之間9.318.650小于10kd0.8113.4由上表可見，大部分當歸多糖的分子量在100kd以上，在10kd至100kd之間和小于10kd的當歸多糖占總多糖的比例不是很大。且選取截留量在100kd的超濾膜進行截留，所得當歸多糖的純度較高。3年產300噸當歸多糖生產車間初步設計3.1 物料衡算當歸多糖酶解水提膜分離純化的主要工藝操作流程如下：當歸原料粉碎醇泡暫存罐水提罐微濾儲液罐超濾膜分離真空干燥包裝成品。從上面的工藝流程操作可見，當歸多糖生產車間的物料衡算主要涉及到：當歸原料的量，前處理所用乙醇的量，提取中

50、用水量，加酶量。3.1.1 原料當歸的物料衡算年產300t當歸多糖，根據之前的工藝研究，酶解水提法提取當歸多糖其得率是9.67%，經過去蛋白過膜分離等一系列純化操作后得到符合產品要求的當歸多糖其提取率是7.43%。據此數據計算當歸原料所需量。先不考慮各工藝的損失，理想狀態下得到300t當歸多糖所需當歸原料為：3007.43%=4038t。在整個工藝流程中原料損失最大的步驟在第一步：當歸粉碎與醇泡上。在實驗研究階段過程的當歸損失率約為3%。其他各工藝流程步驟中原料的損失為1%，再計算所得原料當歸約為4200t/年。設計工廠每年生產330天，即每天處理原料當歸12.73t/d。3.1.2所需乙醇的

51、衡算乙醇預處理的主要目的是初步除去當歸表面的雜質，選取工藝是以乙醇比當歸原料3：1的比例進行醇泡，取乙醇用量為當歸原料用量的33%，則所需乙醇為1400t/a。由于乙醇可以回收循環利用，故實際上每年不需要1400t乙醇，設計乙醇酶回收循環10次即停止再利用，則實際所需乙醇量約為140t/年。3.1.3所需水的衡算生產過程中用水量主要在水提階段，此外設備的清洗用水也要在考慮之中。水提用水量根據工藝設計，料水比1：10，可得每天的用水量為：12.7310=127.3t/d。設備清洗用水量設計為工藝用水量的10%，為12.73t/d，合計：127.3+12.73=140t/d，即46200t/年。3

52、.1.4 加酶量的衡算根據工藝設計，所用酶為纖維素酶和果膠酶組成的復合酶，其比例為2：4，加酶量占當歸原料量的3%，則所需纖維素酶量為：127kg/d，42t/年，果膠酶量為：254kg/d，84t/年28。3.2熱量恒算本生產工藝中涉及熱量傳遞部分主要集中在水提罐提取部分。水提罐由熱蒸汽提供熱量加熱達到工藝所需溫度。此水提罐由兩個加熱蒸氣入口，一個是位于上半部分的套筒蒸汽入口，一個是位于底部的直接進入罐內的加熱蒸汽入口。進入套筒的熱蒸汽是提取罐的主要熱源，提供80%的熱量來源。根據工藝要求，需要將室溫下的水25的水加熱至80，此過程共需要吸收的熱量為：q=cmt,此罐總體積為6m3 ，填料系

53、數為0.85，則水的質量為：60.85103 =5100kg，所需的熱量為1.18106kj。進入套筒的蒸汽需提供的熱量為：1.1810680%=9.44105kj。設計進入夾套的熱蒸汽初始溫度為120，經過傳熱后溫度降為100，需要的熱蒸汽為：9.44105（270020）=17.5kg。達到預定溫度后需保持罐體溫度，設此時所需的熱蒸汽量為加熱階段的20%，即為3.5kg，則加入整個套筒的熱蒸汽為21kg。直接進入筒體內的熱蒸汽由于其直接與提取液接觸，應考慮其溫度不宜過高，否則將影響多糖的成分。設計進入的溫度為90，經過熱傳遞后溫度降為80，所需的蒸汽量為：1.36105（265010）=5

54、.13kg。為保持預定溫度通入的蒸汽為加熱階段的20%，即為：1kg，總計為：6.13kg。3.3 設備選型計算根據提取工藝，主要設備有：粉碎機械，水提罐，微濾機械，膜分離設備，真空干燥設備即若干輔助設備。3.3.1 粉碎機械選型由前面的物料衡算，每天需處理當歸原料12.73t，選用qp-150離心旋料式粉碎機，其生產能力為1.2t/h，共選用1臺每天工作11小時可滿足生產要求。3.3.2 水提罐的設計水提罐式整個生產過程中的核心設備。根據前面的物料衡算和工藝參數，當歸原料在提取罐中處理的時間總共約3h。因此可以1天24h分8各班次進行生產，即每班次處理原料約1.6t/班，即處理水16t/班。

55、據此設計tq系列多功能提取罐其技術參數為：全容積6.4m3，外形尺寸為4*4*8。取填料系數為0.8，則每罐可容水量為5.33t，3臺可以滿足生產要求，選取4臺1臺留作備用。3.3.3 微濾機械選型每臺提取罐配備一臺微濾設備，每臺提取罐可得提取液約5.33t，據此選擇sbj-mp大流量微濾設備。其最大濾芯處理量可達500加侖/min，（1加侖約4.54升），此設備可滿足生產要求。3.3.4 膜分離設備選型每天處理提取液總量據前文物料衡算，每天需處理的提取液共127.3t，選用jduf-50，處理量為50m3每小時，可以滿足生產要求。3.3.5 真空干燥設備選型每天大約要干燥946kg的當歸多糖

56、，選擇szg雙錐回轉真空干燥設備，其處理能力為500kg/h，可以滿足生產要求。3.3.6 包裝設備選型每天包裝大約946kg當歸多糖，選擇dcf-300背封粉末自動包裝機，其處理能力為600kg/h，可以滿足生產需求。3.3.7 其他附屬設備選型整個生產線中輔助設備主要有預處理結束后的暫存罐和微濾后的儲液罐。每天要預處理約12.73t的當歸原料，選用20000m3的臥式儲罐一個，此規格可以滿足生產要求。每天約產生提取液127.3m3的提取液，選取3個立式儲液罐，與提取罐配套，每個容積為50m3，可以滿足生產需要。表3.1設備選型一覽表設備名稱型號數量備注離心旋料式粉碎機qp-1501每臺功率

57、為10kw暫存罐200m31多功能提取罐4大流量微濾設備sbj-mp120kw超濾膜分離設備jduf-50130kw儲液罐50m33回轉真空干燥設備szg雙錐系列17.5kw粉末自動包裝機dcf-30011.6kw總計200kw3.4 多功能提取罐設計與計算3.4.1 罐體基本設計參數根據廠家提供數據以及工藝參數要求，擬定基本設計參數為：（1） 設計壓力 內筒：0.05mp.夾套：0.35mpa.（2） 最高工作壓力 內筒：0.05mpa。夾套：0.38mpa。（3） 設計溫度 內筒：100。夾套：145。（4） 有效容積 內筒：6.4m3.3.4.2 總體結構設計多功能提取罐由投料口，罐體，

58、除渣門等組成。考慮到提取過程中需要保持一定的溫度，所以在下半部分設置了加熱夾套。根據工藝操作要求，罐體上還設置了各種輔助裝置（清洗口，循環口，出渣門啟閉鎖緊氣缸等裝置）和工藝接管等附件。3.4.3 結構設計與計算（1）罐體設計罐主題采用蘑菇形形狀，分為上下罐體，下罐體和中間過度錐體三部分。上罐體較下筒體大，使得沸騰緩沖空間較大，不易跑料：而下罐體直徑較小，可使藥液受熱傳遞快，加熱時間短。 下罐體 對于夾套傳熱，在一定容積時，長徑比越大，則罐體盛料部分表面積越大，傳熱表面距離罐體中心越近，原料溫度梯度越小，有利于提高傳熱效果。現設計長徑比為1.5，下罐體直徑取1200mm，壁厚8mm。 上罐體

59、上罐體的空間主要考慮蒸汽的排出，應具有較大的容積。設計尺寸為：直徑取1600mm，高1200mm。考慮到下罐體受壓比上罐體小，壁后設計為5mm。 中間過渡錐體 為了便于進料順暢，中間鼓錐體的高度設計為540mm，半錐角為24。過渡錐體厚度選為6mm，便于與上下罐體連接。（2）加熱夾套設計加熱夾套是套在罐體上一個直徑稍大的容器。其與罐體構成一個密閉的空間，其中進入流體，便于傳熱。多功能提取罐對加熱量要求不是很高，且由于底部設有除渣口，加熱夾套采用部分圓筒由夾套的形式。在下罐體與過渡錐體間設有夾套。夾套的直徑比罐體大100mm，取d+100mm，即1300mm。由于內部通熱蒸汽，不構成污染，取夾套的材料為q235-a,厚度為6mm。其收邊結構示意圖間設計圖紙。（3）出渣門設計罐底出渣門設計有熱蒸汽入口，熱蒸汽直接在藥液間傳熱，有效利用了能源，提高了加熱的速度。此蒸汽入口管可以隨出渣門的開啟帶掉泄渣，方便出渣。此外還在出渣門上配備了濾網，可有效攔截當歸原料。(4) 清洗球設計在罐的頂部設計有清洗球，球體上有360全方位的水孔，球體上部由法蘭連接和高壓泵連接，這樣可以保證全方位的清洗。(5)循環裝置罐的上部裝有循環管，可以通過出液泵將將提取液進行循環加料，產生一種動態攪拌效果，替代電動攪拌裝置。（6）開關裝置本罐的開關都由氣缸帶動完成。出渣門關閉后有鎖緊氣缸進行鎖緊，氣缸