● 摘要
具有“药用黄金”之称的盾叶薯蓣，又名黄姜、山药根等，因为其特有的生物活性如抗炎、抗菌、抗病毒等特性，一直以来都受到人们的极大关注。我国是盾叶薯蓣资源丰富的国家。经调查研究发现，在我国境内，含有薯蓣皂苷元的植物主要有盾叶薯蓣、穿龙薯蓣、黄山药等；其中，盾叶薯蓣中所含有的薯蓣皂苷元最为丰富，约有2.5%，其中以陕西安康、石泉一带分布的盾叶薯蓣皂苷元含量较高，这就为我们研究提供了极大的方便。本文以盾叶薯蓣为原料，选用陕西所特有的盾叶薯蓣植物，以粗提总皂苷产率为指标，在已有的超声提取单因素、单水平的基础上，将超声与环流结合使用，采用超声—环流提取方法，进行了提取分离盾叶薯蓣总皂苷的单因素实验研究；并在同等条件下，与只使用超声法提取进行对比；利用响应面分析法（RSM）优化单因素提取的工艺条件；然后在此基础上，利用原子力显微镜和红外光谱仪等检测仪器，从不同角度来考察超声—环流法提取的作用效果；最后应用CFD－计算流体动力学的软件来分析超声－环流中的流场情况，通过数值模拟来考察反应器内速度、压力、湍动能分布的情况；进一步验证该方法的可行性。
本实验所做工作如下所示：
1.利用超声–环流反应器，根据控制变量法，考察乙醇浓度、固液比、通气量、超声作用时间、超声电功率、超声频率等单因素提取条件对从盾叶薯蓣中粗提总皂苷的影响；并在此基础上，与只用超声提取进行对比；后又用RSM优化单因素提取条件。结果表明：对于1200ml乙醇溶液，当乙醇浓度为70%，液固比1:20，通气量0.6L/min，超声作用时间10 min，超声功率70W，超声频率20 kHz。超声–环流的平均提取率为5.99%，与只用超声提取的平均提取率为4.47%相比，提取率提高了25.38%。
2.利用原子力显微镜（AFM），环境扫描电镜（ESEM）和热分析仪器（TAI），傅里叶红外光谱分析仪器（FISAI）等分析超声–环流提取效果对植物细胞组成的影响。
分析结果表明：
a).从结构上看，由AFM图可以看出，当浓度为10–3 mol/L时，皂苷分子形成均匀的分子聚集，片段结构；图片大小约为5.00×5.00 nm，高度约为18.33 nm，整个区域内的粗糙均匀，分子呈现相互扭曲结构；当浓度增加到10–4 mol/L时，皂苷分子相互作用形成片层与片段共存的结构；图片的大小约为5.00×5.00nm，高度为29.10 nm。由ESEM图观察到：利用超声波的振动和空化作用，循环液体的迅速流动，加快固—液两种界面之间发生相互交融，促使植物细胞壁发生破碎，导致有效成分的快速析出；提取后的残渣中富含有大量的纤维素、木质素、其他不溶性成分的碎片，表明其有效成分皂苷已经从其包裹物中分离了出来；而提取后的残渣不参与后面的实验，减少了提取其有效成分的阻力，说明超声–环流的作用效果很好。
b).从成分上看，利用红外图谱和热分析法，对所提取的物质进行成分检测分析，实验结果表明：对于盾叶薯蓣中的主要物质—淀粉和纤维素，经过超声—环流作用后，其分子排列状态和位置都发生了改变，二者之间的链接被打断，纤维素不再以捆绑的状态连接在淀粉粒的周围，而是以断裂的片状吸附在个体淀粉颗粒的周围；使得有效成分皂苷更容易从其包裹物中被提取出来；而木质素的大量析出，也说明盾叶薯蓣分子中的糖链被打破，淀粉发生水解后，有效成分析出，而无效成分分离了出来，不参与到后面的提取纯化实验当中。
3. 应用CFD－计算流体动力学的软件来分析超声－环流中的流场情况，通过数值模拟来考察反应器内速度、压力、湍动能分布的情况。模拟情况显示：在环流反应器尺寸一定的情况下，改变不同的入口气体的流速，相应的压力、湍动能等也随之发生改变；当入口速度达到1m/s时，液体流速、压力值、湍动能等都达到最优值，说明此时环流反应器内流场分布情况最佳，再结合实际情况（加入超声）确定入口速度为0.5m/s时为最佳值。
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