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薯蓣皂素清洁生产关键技术及盾叶薯蓣资源化利用研究

关注热度:80   来源:新能源学术论文  作者:李祥
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【摘要】:薯蓣皂素是合成皮质激素、肾上腺激素、蛋白质同化激素的基础原料,被誉为“20世纪医药工业的第二大发现”。Rothrok法以其工艺简单,设备投资少,成本低而备受生产企业的青睐。近年来,随着环境的不断恶化,Rothrok法造成的污染问题引起人们的极大关注,其工艺受到挑战。本论文以盾叶薯蓣为研究对象,围绕薯蓣皂素生产过程中的污染及薯蓣皂素生产成本,就薯蓣皂素清洁生产关键技术及盾叶薯蓣资源化利用进行研究,主要研究内容如下: 1采用各类分析方法,测定了盾叶薯蓣中的淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、薯蓣皂苷、薯蓣皂素的含量,为资源化利用盾叶薯蓣奠定了基础。 2以盾叶薯蓣为原料,以乙醇为萃取剂,以薯蓣皂苷、薯蓣皂素得率为评价指标,采用单因素实验法、正交试验法优化了超声波辅助乙醇萃取薯蓣皂苷的条件。结果表明,当乙醇体积分数为75v/v,料(盾叶薯蓣)液(萃取剂)比为1:5,超声波频率为35.74KHz,超声时间为30min,盾叶薯蓣被连续萃取3次时,薯蓣皂苷、薯蓣皂素的得率为14.49%及3.29%,分别为传统常温浸提法的1.36倍及1.13倍,萃取效率为传统常温浸提法的48倍。 3在超声条件(频率、时间)一定的情况下,研究了表面活性剂类型、结构、亲水亲油平衡值(HLB)、临界胶团浓度(cmc)等对薯蓣皂苷得率的影响。在此基础上,研究了以表面活性剂对薯蓣皂苷摩尔增溶率(MSR)作为薯蓣皂苷萃取时表面活性剂选择标准的可行性,为其它天然产物有效成分萃取时表面活性剂的选择提供理论依据。 4研究了絮凝剂种类、加量、絮凝温度、絮凝时间等对薯蓣皂苷分离因数的影响,确定了薯蓣皂苷最佳絮凝条件,为以絮凝薯蓣皂苷法替代传统热富集薯蓣皂苷法提供理论依据。研究了硫酸加量、硫酸浓度、硫酸回用次数,薯蓣皂苷水解温度、水解时间、薯蓣皂素萃取时间等对薯蓣皂素得率的影响。 5在实验室小试的基础上,以50Kg盾叶薯蓣为原料,进行5次放大实验,对薯蓣皂素生产的原料成本、废水排放量、废水性质进行综合评价,结果表明,该方法能够达到控制污染,降低成本的目标。 6采用现代生物技术,优化了以萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣废渣为原料发酵乙醇的条件。在此基础上,以30Kg萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣废渣为原料,进行放大实验,此发酵醪的酒精度为10.5v/v,淀粉利用率为90.6%。该技术可资源化地利用盾叶薯蓣中的淀粉资源,进一步地降低了薯蓣皂素的生产成本,符合低碳、环保的发展要求。 本论文的创新之处: 1系统研究了以表面活性剂增溶方法、薯蓣皂苷絮凝方法为核心的薯蓣皂素清洁生产工艺。在实验室小试的基础上,研究了该工艺生产过程中废水排放及废水性质,比较了采用该工艺与传统工艺生产薯蓣皂素时的原料成本,进一步证实该工艺能够达到控制污染,降低成本,实现薯蓣皂素清洁生产的目的。 2采用多种方法研究了表面活性剂结构对薯蓣皂苷萃取的影响,为薯蓣皂苷萃取时科学选择表面活性剂奠定了基础。测试了各表面活性剂对薯蓣皂苷摩尔增溶率(MSR)的大小,在此基础上,分析了超声条件下,以MSR值作为薯蓣皂苷萃取时表面活性剂选择的可行性。 3比较了以盾叶薯蓣、盾叶薯蓣废渣为原料进行乙醇发酵时发酵醪的酒精度、淀粉利用率及酒糟的扫描电镜图(SEM),发现萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣废渣更适合乙醇发酵,该技术符合循环经济的发展模式,为其它含淀粉类植物的综合利用奠定了基础。
【关键词】:盾叶薯蓣 薯蓣皂素 表面活性剂 清洁生产 综合利用
【学位授予单位】:陕西科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:R284
【目录】:
  • 摘要5-9
  • ABSTRACT9-21
  • 1 文献综述21-53
  • 1.1 引言21-24
  • 1.2 盾叶薯蓣研究进展24-29
  • 1.2.1 盾叶薯蓣的植物学特性24-25
  • 1.2.2 野生盾叶薯蓣的分布及资源状况25-28
  • 1.2.3 盾叶薯蓣良种选育28-29
  • 1.3 薯蓣皂苷及薯蓣皂素研究进展29-48
  • 1.3.1 薯蓣皂苷在盾叶薯蓣中的分布29-30
  • 1.3.2 薯蓣皂素的性质及用途30-32
  • 1.3.3 薯蓣皂苷、薯蓣皂素的分析方法32-36
  • 1.3.4 薯蓣皂素的生产方法36-48
  • 1.4 课题的目的及意义48-53
  • 1.4.1 资源优势及环境压力48-49
  • 1.4.2 薯蓣皂素的市场需求49-50
  • 1.4.3 课题研究的任务50-52
  • 1.4.4 课题的创新点52-53
  • 2 盾叶薯蓣中主要成分的测定53-71
  • 2.1 实验部分53-54
  • 2.1.1 主要原料及药品53-54
  • 2.1.2 主要仪器及设备54
  • 2.2 盾叶薯蓣中薯蓣皂苷、薯蓣皂素含量的测定54-61
  • 2.2.1 盾叶薯蓣中薯蓣皂苷含量的测定54-57
  • 2.2.2 盾叶薯蓣中薯蓣皂素含量的测定57-61
  • 2.3 盾叶薯蓣中水分含量的测定61-62
  • 2.4 盾叶薯蓣中淀粉及直、支链淀粉含量的测定62-66
  • 2.4.1 盾叶薯蓣中淀粉含量的测定62-64
  • 2.4.2 直、支链淀粉含量的测定64-66
  • 2.5 盾叶薯蓣中纤维素含量的测定66-68
  • 2.5.1 试剂配制67
  • 2.5.2 测定方法67-68
  • 2.6 盾叶薯蓣中木质素含量的测定68-69
  • 2.6.1 试剂配制68
  • 2.6.2 测定方法68-69
  • 2.7 本章小结69-71
  • 3 薯蓣皂素清洁生产关键技术研究71-159
  • 3.1 薯蓣皂素清洁生产工艺72
  • 3.2 原料与设备72-74
  • 3.2.1 主要原料及药品72-74
  • 3.2.2 主要仪器及设备74
  • 3.3 薯蓣皂苷超声萃取条件的优化74-86
  • 3.3.1 实验方法74-76
  • 3.3.2 结果与讨论76-86
  • 3.4 表面活性剂对薯蓣皂苷萃取的影响及萃取条件的选择86-123
  • 3.4.1 实验方法87-97
  • 3.4.2 结果与讨论97-123
  • 3.5 薯蓣皂苷絮凝条件的优化123-140
  • 3.5.1 实验方法124-131
  • 3.5.2 结果与讨论131-140
  • 3.6 薯蓣皂苷水解条件优化及硫酸回用技术研究140-150
  • 3.6.1 实验方法140-146
  • 3.6.2 结果与讨论146-150
  • 3.7 薯蓣皂素清洁生产工艺中间试验研究150-156
  • 3.7.1 主要原料及设备150
  • 3.7.2 实验方法150-152
  • 3.7.3 结果与讨论152-156
  • 3.8 本章小结156-159
  • 4 薯蓣皂素性质表征159-167
  • 4.1 材料与实验设备159-160
  • 4.1.1 主要原料及药品159
  • 4.1.2 主要设备及仪器159-160
  • 4.2 实验方法160-161
  • 4.2.1 薯蓣皂素性质表征160
  • 4.2.2 薯蓣皂素、盾叶薯蓣形貌表征160
  • 4.2.3 薯蓣皂素纯度测定160-161
  • 4.3 结果与讨论161-166
  • 4.3.1 薯蓣皂素性质表征161-164
  • 4.3.2 薯蓣皂素、盾叶薯蓣形貌表征164-165
  • 4.3.3 薯蓣皂素纯度测定165-166
  • 4.4 本章小结166-167
  • 5 盾叶薯蓣资源化利用167-179
  • 5.1 实验部分167-170
  • 5.1.1 主要原料及药品167
  • 5.1.2 主要设备及仪器167-168
  • 5.1.3 实验方法168-170
  • 5.2 结果与讨论170-176
  • 5.2.1 盾叶薯蓣废渣中淀粉的糊化温度170
  • 5.2.2 料液比对液化液中还原糖含量的影响170-171
  • 5.2.3 液化酶最适加量的确定171-172
  • 5.2.4 糖化条件的优化172-173
  • 5.2.5 盾叶薯蓣废渣酒精发酵条件的确定173-174
  • 5.2.6 盾叶薯蓣废渣、盾叶薯蓣发酵结果比较174-176
  • 5.3 盾叶薯蓣资源化利用中试研究176-177
  • 5.3.1 实验方法176
  • 5.3.2 结果与讨论176-177
  • 5.4 本章小结177-179
  • 6 结论179-182
  • 致谢182-183
  • 参考文献183-198
  • 博士期间发表的论文、获得的专利及奖励198-203


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关键词: 盾叶薯蓣

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