纤维素酶法提取黄芪多糖的研究

摘要

APS是黄芪中重要的活性成分，具有抗肿瘤、增强和调节人体免疫功能等多种活性。本文对纤维素酶法提取黄芪多糖(APS)的过程及机理进行了研究，为APS的开发利用提供理论基础。
　　通过黄芪酶提和水提时产物的HPLC图谱、提取残渣的扫描电镜和X射线衍射实验考察了纤维素酶对黄芪组织结构和APS的影响。结果表明，纤维素酶不降解APS，仅破坏黄芪粉末中的纤维素，提高细胞的通透性，减小内扩散阻力，从而有利于APS的提取。
　　根据Fick第二定律，建立了基于圆柱型结构的APS提取动力学方程，即lnC∞/C∞-C=kt+b，表观速率常数k=5.78D/λ2R02，表观扩散系数D'=D/λ2。实验研究了酶的用量、浸提温度、颗粒粒径、液固比和转速等工艺参数对APS提取速率的影响，求得了k、D'和提取活化能Ea等有关动力学参数。结果表明，模型计算值与实验结果吻合较好，仅在小粒径提取的初始阶段有一定误差。酶提时C∞和k明显大于水提时的，如40℃酶用量为90U/g时，C∞和k分别比水提时提高了7.8%和43.24%；随着纤维素酶用量增加k增大但C∞几乎不发生改变，且当纤维素酶用量到一定程度时提取k不再发生变化。粒径减小水提和酶提APS的平衡浓度C∞和k均增大；温度升高水提和酶提APS的C∞增大，水提时k随温度升高而增大，而酶提时k随温度升高先增大后下降，较佳的温度为60℃。水提时，APS的表观扩散系数D’与温度和粒径的关系为lnD'=-9.27-926.7/T+1.76lnR0；酶提时为lnD'=-10.61-421.2/T+1.75lnR0-0.035ln(T-329)2。在40℃-70℃，水提时的D'为2.17×10-12～1.646×10-11 m2·s-1，酶提时D'增加到2.75×10-12～1.829×10-11 m2·s-1。Ea为3.923kJ.mol-1，比水提时降低了约54.5%。增大液固比有利于提取的进行，液固比≥20mL/g时多糖的提取过程由内扩散控制。水提时，转速对APS的提取过程几乎没有影响：而酶提时，APS的提取率和C∞随转速的增加而略有下降。
　　计算了水提和酶提APS过程的热力学常数△Hθ、△Sθ和△Gθ。结果表明：水提和酶提APS均为吸热熵增过程，提取是一个自发进行的过程；酶提的△Hθ和△Sθ明显高于水提的△Hθ和△Sθ，说明酶提过程需要吸收的能量大于水提过程。另外，加酶使提取过程的△G0变小，意味着酶对体系的作用明显，更有利于溶质的提取。

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第一章 绪论

1.1 黄芪简介

1.1.1 黄芪的化学成分

1.1.2 APS的药用价值

1.1.3 APS的提取现状

1.2 纤维素酶在天然产物提取中的作用机理

1.2.1 纤维素酶法提取的可行性

1.2.2 纤维素酶的水解机理

1.3 天然产物中活性成分提取动力学研究现状

1.3.1 经验动力学模型

1.3.2 物理动力学模型

1.4 研究的目的与意义

1.5 研究主要内容

第二章 实验部分

2.1 实验仪器与试剂

2.1.1 实验仪器与设备

2.1.2 实验原料及试剂

2.1.3 实验装置

2.2 APS的测定

2.2.1 总糖含量的测定

2.2.2 还原糖含量的测定

2.3 APS的提取实验

2.3.1 黄芪颗粒粒径的确定

2.3.2 药材的预处理

2.3.3 APS的精制

2.3.4 黄芪粉末中APS总含量的测定

2.3.5 APS提取动力学实验

2.3.6 APS提取率的计算

2.4 纤维素酶的加入对产物的影响实验

2.4.1 纤维素酶的加入对目标产物组成的影响

2.4.2 纤维素酶对APS的分解作用

2.5 黄芪粉末表面形态观察实验

2.6 黄芪粉末结晶度测定实验

第三章 纤维素酶对APS提取的影响

3.1 酶的加入对产物的影响

3.1.1 纤维素酶的加入对目标产物组成的影响

3.1.2 纤维素酶对APS的分解作用

3.2 纤维素酶对黄芪表面形态的影响

3.3 纤维素酶对黄芪粉末结晶度的影响

3.4 本章小结

第四章 APS的提取过程动力学机理研究

4.1 提取过程动力学模型的建立

4.1.2 动力学模型的建立

4.1.2 均方根误差的计算

4.2 APS的提取过程研究

4.2.1 酶用量对提取过程的影响

4.2.2 粒径对提取过程的影响

4.2.3 液固比对提取过程的影响

4.2.4 转速对提取过程的影响

4.3 表观扩散系数和提取活化能

4.4 本章小结

第五章 提取过程的热力学研究

5.1 热力学函数的计算

5.2 纤维素酶辅助提取APS的提取热力学

5.2.1 焓变△Hθ和熵变△Sθ

5.2.2 酶提的自由能变化△Gθ

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、