icheme化工厂设计

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1、毕业设计（论文）说明书学院化工学院专业化学工程与工艺年级2007级姓名姜爽指导教师张天永张裕卿袁才登2011年6月21日毕业设计（论文）任务书题目：生物催化协同提取薯蓣皂素过程设计学生姓名姜爽学院名称化工学院专业化学工程与工艺学号3007207066指导教师张天永张裕卿袁才登职称教授、副教授天津大学本科生毕业设计开题报告课题名称生物催化协同提取薯蓣皂素过程设计学院名称化工学院专业名称化学工程与工艺学生姓名姜爽指导老师张天永、张裕卿、袁才登一、课题的来源及意义薯蓣皂素即薯蓣皂苷元，是200多种甾体激素类药物的原料药，约占所需甾体皂素总量的70％

2、，市场需求量大，是仅次于抗生素的第二类药物。甾体激素药物具有很强抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克的药理作用，在国内外临床医药上广为应用。不仅在医疗上得到广泛应用，而且在调节人体机能，防病抗衰老、调节脑神经、减肥、补钙保健用品及日用化学工业和养殖业也得到应用。薯蓣皂苷元为国内外甾体激素医药工业提供紧缺原料，市场需求大，经济效益好，有持续发展的广阔前景。每年我国对薯蓣皂素的市场需求量约为2000吨，出口需求量为500吨，并且还会逐渐上升。二、国内外发展状况自甾体激素药物发明以来，生产甾体激素药物的方法主要有动植物提取法和化学合成法。一九九二年联合国

3、卫生组织已经宣布，禁止使用化学合成法生产甾体激素药物，而从动物脏器和血液中提取的皂素会导致肥胖和巨人症。因此，目前只能从植物中提取皂素和甾醇等中间体生产甾体激素药物。国外从甾醇中提取甾体激素药物技术已基本成熟，但成本远高于薯蓣类皂素，我国这项技术一直未突破。因此,在我国主要是通过从干黄姜中提取薯蓣皂素来生产甾体激素药物，薯蓣皂素的提取工艺主要有：直接水解法、分离法、自然发酵法、超临界CO2提取、分离法以及生物协同提取法。1.直接水解法[1]：该法先将黄姜干片粉碎，加入硫酸后加热回流，进行充分的水解，洗涤过滤后的残渣用有机溶剂如氯仿、汽油、丙酮

4、、石油醚等来提取，结晶得到皂素。这种常规的酸水解法是在酸性溶液中直接对原料进行水解，使薯蓣皂苷水解为薯蓣皂苷元，再用油性溶剂将薯蓣皂苷元提取出来。工艺流程相对简单，但存在收率低、操作条件苛刻和废污染较严重等不足。2.分离法[2]：该法的第一阶段是粉碎原料，然后将薯蓣粉末带水筛分，使纤维渣和淀粉浆分离；第二阶段是将薯蓣淀粉浆制糖，使淀粉浆生成糖液和糖渣，再从糖渣中提取薯蓣皂素；第三阶段完成副产品的综合利用—纤维渣制取羧甲基纤维素，糖液制取葡萄糖、酒精和酵母粉等。该法的不足之处在于粉碎过程中薯蓣皂苷流失严重。3.超临界CO2萃取：该方法的着眼点在

5、于萃取溶剂的选择上，采用无污染的CO2代替了易燃、易爆或有毒性的有机溶剂，且省去了部分用于治理污染的费用。但是，该工艺要求设备投资较高，对收率的提升效果并不显著，所以工业上并没有广泛采用。4.自然发酵法[3]：又称预发酵法，即在常规酸水解法工艺的水解工序前进行一步不需人工接人菌种的发酵处理方法。由于薯蓣原料根茎中含有大量的淀粉和纤维素，对有效成分的溶出有很大的干扰作用，而自然发酵法是淀粉和纤维素一定程度的降解，从而使有效成分易于溶出。但是微生物内的酶成分比较复杂，用量也难以确定，这给生产中的控制带来很大的麻烦。5.利用生物技术协同提取薯蓣皂素

6、[4]：自然发酵的预处理机理给了人们很好的提示：用一种或几种特定的酶去代替微生物对原料进行预处理，专一性显得更强，用量也比较容易控制。天津大学化工学院利用生物催化技术，即外加生物酶制剂和植物内酶的联合作用将植物中的薯蓣皂苷元与纤维素和淀粉之间的苷键断开，然后经水解后使薯蓣皂素游离出来最终达到提高收率的目的。该专利技术主要包括以下要点：（1）生物酶催化所用生物催化剂，不仅包括从生物体中提取的各种酶和通过生物催化反应代谢后提取的工业酶制剂，还包括可直接作为酶源使用的各种生物细胞，同时也包括固定化酶和固定化细胞。在生化反应过程中，若采用活细胞(包括

7、微生物、动物和植物细胞)为生物催化剂时称生物催化反应或细胞培养过程；若采用游离或固化酶时称酶反应过程。两者的区别在于生物化反应过程中除得到反应产品外，还可能得到更多的生物细胞，而在酶反应过程中，酶则不会增长。从催化作用的实质看，利用活生物细胞作为催化剂的生物催化反应为生化反应，其实质也是通过生物细胞内部的酶起催化作用。由于这种生物催化剂，起催化作用的是酶，而酶都是结构特异的蛋白质，这决定了与化学催化剂相比，它具有独特的性质。①高度专一性：酶在其空间结构中由几个氨基酸残基构成极小空间或区域成为酶的“活性中心”，它包括结合部位和催化部位。前者处于

8、与底物结合位置，决定酶的高度专一性，后者决定酶的催化类型、性质，两者缺一不可，互相配合，使酶具有高度催化效率；②温和的酶催化反应条件：生物催化反应一般在20-40℃