基于水提醇沉原理的白芨膠規?；a研究

許家倚，蒲艷芬，劉正波，吳忠本，粟小娓，楊麗麗，吳明開，陳玉皎，，4，曹 軍

（1. 貴州貴安精準醫學研究院股份有限公司，貴州貴安 561113；2. 貴州航天智慧農業有限公司，貴州貴陽 550081；3. 貴州省農作物品種資源研究所，貴州 貴陽 550006；4. 重慶大學 生物工程學院，生物流變科學與技術教育部重點實驗室，重慶400044）

白芨（Bletilla striates(Thuub) Reichb.f.） 是多年 生草本地生蘭科白芨屬植物，其用藥歷史悠久，藥用價值高[1-2]，具有抗氧化、止血、促進創傷愈合、抑菌、抗潰瘍和抗腫瘤等功效。其主要藥用有效成分是白芨膠質?，F代藥理研究證實了白芨膠質不僅可以防止生成腫瘤血管、防止感染、抗腫瘤，還能加速凝血[3]。大分子多糖是白芨膠質的主要成分，是一種中性雜多糖，由葡萄糖和甘露糖按照一定比例以β -糖苷鍵聚合而成。

白芨多糖又稱白芨膠，是一種優良的天然食品增稠劑，同時是安全性較高的醫藥原料、性能卓越的藥用輔料和有相當發展前景的生物醫學材料。在工業應用方面，白芨膠可作為染布黏合劑使用，也可作為高級卷煙的黏合劑、裝裱中國字畫黏合劑和中藥材野山參斷須的修復劑使用；在醫療藥用方面，白芨膠是一種天然無毒、無刺激的高分子材料，具有良好的水溶性、自身降解性、生物相容性和生物黏附性且不具備致熱原性和抗原性，可作為藥用原輔料，具有“藥輔合一”的特性，在生物醫學材料方面有著非常大的發展前景；在日化產品方面，白芨膠可作為美白面膜的添加劑，也可替代化學增稠劑，具有減少刺激性、保護皮膚、延緩衰老等功能[4-7]，同時白芨膠具有優秀的保濕效果、獨特的膚感，可以激活皮膚細胞，增強皮膚免疫功能，促進膠原蛋白生成，加快皮膚修復，可用于基礎保濕護理、敏感肌膚護理、皮膚修復抗衰老領域的產品開發；在軍工方面，白芨膠抑菌效果明顯，可制成止血繃帶；白芨膠還能作為水果保鮮膜、制備復方養陰生肌散等膜劑、助懸劑、乳化劑、膜劑的膜化材料。

但是，現階段還未實現高質量白芨膠標準化生產，產品質量不能滿足白芨膠產業端的需求。因此擬開發出一種白芨膠標準化生產系統，旨在實現白芨膠規?；a，為白芨膠產業化發展奠定基礎。

1 試驗方法

1.1 采用水提醇沉法原理設計白芨膠生產系統

粉碎機選型要根據產能要求、粒度和環境要求。

1.2 水提醇沉一體裝置設計

1.2.1 水提裝置選型和設計

根據白芨粉水提取需水量、水提取溫度、攪拌速度、提取時的壓力、產能要求進行選型。選取的設備需帶加熱和冷卻系統，同時設備需進行耐壓試驗。安裝時，需安裝液位計（壓差式） 及傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器，控制攪拌器的電機需安裝變頻器。

1.2.2 離心機選型

根據白芨原料粉碎粒度、離心時間及產能要求進行選型。選取離心機時，需要對離心機轉速、裝量、外形進行確認。

1.2.3 濃縮裝置選型和設計

根據白芨水提物產能、濃縮溫度及真空度要求進行選型。設備需安裝溫度傳感器、壓力傳感器及液位計（液位傳感器）。供料時間由濃縮器液位控制，出料時間由出料濃度進行控制。

1.2.4 醇沉裝置選型和設計

根據產能、攪拌速度要求進行選型。安裝稱質量模塊和液位計（壓差式），通過加入白芨膠的質量控制加入適量乙醇。

1.2.5 白芨膠卸料裝置選型和設計

根據白芨膠的性質考查。由于白芨膠是絮狀，需選用鋸齒狀機械手卸料。

2 白芨膠生產系統測試

基于水提醇沉法提取白芨膠研究基礎[8]，根據設計的生產系統，以530 kg 貴州白芨為原料，分4 批開展生產白芨膠，測算白芨膠得率和白芨膠總糖含量。

3 試驗結果

3.1 白芨膠生產系統設計

以水提醇沉技術提取分離白芨膠為例，設計白芨膠加工過程相關裝置和控制系統。主要改造白芨膠提取分離區域，設計水提醇沉一體裝置，主要包括提取溫度控制、乙醇濃度控制、水回收控制、乙醇回收控制、液固分離控制、裝置清潔控制等，實現水提取、液固分離（水回收循環利用）、醇提取、液固分離（乙醇回收循環利用） 一體化，具有高柔性、高效率（自動化、智能化）、低成本、方便清潔等特性。

白芨膠生產技術路線見圖1，白芨膠生產系統工業簡圖見圖2。

圖1 白芨膠生產技術路線

由圖2 可知，所有步驟通過PLC 控制系統進行控制，該系統的設備與設備之間采用管道連接。真空上料系統的啟停由提取罐的稱重模塊反饋進行控制；純化水泵的啟停由液位高低反饋進行控制；加熱啟停由溫度高低反饋后進行控制，且加熱需安裝安全閥；攪拌的啟?？刂朴杉訜釂⑼？刂?。提取罐完成提取后，即攪拌停止[9]。離心機供料泵啟動，同時離心機開始工作。離心機供料泵的停止由提取罐液位高低反饋控制，沉渣的排出根據轉鼓內沉渣聚積程度，由壓力信號或渣面信號控制排渣。離心上清液排出后進入中轉儲罐。當上清液液位達到一定高度后，濃縮器供料泵啟動，液位達到濃縮器上限液位設定值時供料泵停止，同時蒸汽調節閥打開進行加熱，調節閥的啟停由溫度的高低進行控制，真空系統開始作用。

圖2 白芨膠生產系統工業簡圖

當濃縮液達到一定比例時，加熱與真空系統停止。酒精泵啟動，當醇沉罐液位達到上限設定值時，酒精泵停止[10]；同時，攪拌啟動，濃縮液供料泵（即醇沉罐供料泵） 啟動，當酒精濃度降至設定值（穩定） 時，供料泵停止，攪拌停止。真空抽濾系統啟動，將醇沉上清液抽取至儲罐，卸料口開啟，機械手進行卸料。

白芨膠生產系統一體化裝置主要包括了提取罐、真空上料機、離心機、濃縮器、醇沉分離一體罐、離心液儲罐和濃縮液儲罐及控制系統。提取罐上方安裝真空上料機，下端與離心機連接，離心機與離心液儲罐連接，離心液儲罐與濃縮器連接，濃縮器與濃縮液儲罐連接，濃縮液儲罐與醇沉一體罐連接。

提取罐上端安裝真空上料機、純化水進水管道，提取罐夾套與蒸汽管道連接，提取罐底端安裝料液輸送管道且與提取液供料泵連接，提取罐配備攪拌器，攪拌器與驅動電機連接，提取罐配備液位變送器、溫度變送器、重力傳感器。

離心機前端通過管道與提取液供料泵連接，離心液出料口通過管道與離心液儲罐連接，離心液儲罐出液口通過管道與所述離心液供料泵連接，離心液儲罐配備液位變送器。

濃縮器配置蒸汽管道和真空管道，濃縮器進料口通過管道與上述離心液供料泵連接，濃縮器出料口通過管道與濃縮液儲罐進料口連接，濃縮液儲罐配置真空管道，濃縮器配置溫度變送器、壓力變送器、液位變送器及密度計變送器。

醇沉、分離罐配置攪拌器，醇沉、分離罐進料口通過管道與上述濃縮液儲罐連接，醇沉、分離罐上端安裝真空管道與乙醇管道，醇沉、分離罐底端通過管道與醇沉液回收泵連接，醇沉、分離罐配置液位變送器、酒精濃度變送器。

隨著城市化進程的發展，城市中高大建筑物數量與日俱增，城市規劃部門一方面要衡量現有建筑是否符合規劃要求，另一方面又要對未來城市改造提供方案。傳統日照分析方法主要是依據手工制表、手工計算、手工作圖分析，耗時、費力、工作量大、效率低。隨著數字城市的建設，在大量城市建筑數據的支持下，應用 GIS 空間分析方法就可以快速找出不符合GB 500096—2011《住宅設計規范》[1]要求的建筑，為城市規劃與設計提供依據。

進出液管與多個伺服系統連接，伺服系統均與控制系統連接。

詳細連接為：

提取罐（1） 上方安裝用于投料的真空上料機（2），提取罐（1） 內置攪拌器（9） 用于均勻混合物料，攪拌器（9） 通過攪拌軸（23） 與伺服電機（10）連接，伺服電機（10） 用于帶動攪拌軸（23） 轉動而傳動攪拌器（9），提取罐（1） 帶有夾套（11），夾套（11） 用于通蒸汽加熱提取罐（1） 內的料液，提取罐（1） 上方配有純化水管道接口（25），提取罐（1） 底端連接提取液輸出管道接口（26）。以上所述進出液管與多個伺服系統連接，多個所述伺服系統均與控制系統連接。

離心機（3） 進料口（27） 通過管道與離心供料泵（19） 出液口連接，離心供料泵（19） 進料口與提取液輸出管道接口（26） 連接，離心液排出口（29） 通過管道與離心液儲罐（4） 進料口（30） 連接，離心液儲罐出料口（31） 通過管道與濃縮進料口（15） 連接。以上所述進出液管與多個伺服系統連接，多個所述伺服系統均與控制系統連接。

濃縮器（5） 中的一效加熱器（12） 與一效蒸發器（21） 連接，一效加熱器（12） 用于加熱一效蒸發器（21） 內的物料，二效加熱器（13） 與二效蒸發器（22） 連接，二效加熱器（13） 用于加熱二效蒸發器22） 內的物料，冷凝器（14） 與二效蒸發器（22） 連接，冷凝器（14） 用于冷凝二效蒸發器（22） 出來的蒸汽，冷凝液回收罐（16） 與冷凝器（14） 連接，冷凝液回收罐（16） 用于儲存冷凝液。以上所述進出液管與多個伺服系統連接，多個所述伺服系統均與控制系統連接。

濃縮液儲罐進料口（33） 通過管道與濃縮器出料口（32） 連接，真空管道接口（35） 與真空系統連接，濃縮液儲罐出料口（34） 通過管道與醇沉、分離罐進料口（36） 連接，醇沉、分離罐（7） 內置攪拌器（18） 用于均勻混合物料，攪拌器（17） 通過攪拌軸（24） 與伺服電機（17） 連接，伺服電機（17） 用于帶動攪拌軸（24） 轉動而傳動攪拌器（18），醇沉、分離罐真空管接口（37） 與真空系統連接。以上所述進出液管與多個伺服系統連接，多個所述伺服系統均與控制系統連接。

提取罐見圖3，離心機見圖4，離心液儲罐見圖5，濃縮器見圖6，濃縮液儲罐見圖7，醇沉分離一體機見圖8。

圖3 提取罐

圖4 離心機

圖5 離心液儲罐

圖6 濃縮器

圖7 濃縮液儲罐

圖8 醇沉分離一體機

3.2 白芨膠生產試驗結果

通過對572 kg 白芨膠，分4 批（143/批） 進行白芨膠提取分離，提取結果顯示，白芨膠平均得率為36.21%，總糖含量為84.13%。

將白芨原料烘干、粗粉碎、超微粉碎；稱取白芨粉（按照質量比白芨∶超純水= 1∶20） 加入超純水，浸提24 h；升溫至90 ℃，攪拌提取3 h 后，冷卻至室溫；將提取物轉移至離心機，在室溫下以轉速1 200 r/min 離心10 min；收集離心后的上清液，轉入雙效濃縮器，獲得濃縮液；將濃縮液加入無水乙醇至終質量分數為75%，攪拌均勻，靜置2 h 以上；將提取物轉移至離心機，在室溫下以轉速1 200 r/min 離心5 min，收集離心沉淀，稱質量，即得濕白芨膠；將濕白芨膠提取物保存至冷庫；將白芨膠放入真空冷凍干燥機進行冷凍干燥，將干燥的白芨膠用超微粉碎機進行超微粉碎。

4 批白芨膠生產結果統計見表1。

表1 4 批白芨膠生產結果統計

3.2.1 白芨膠生產過程圖

白芨膠生產過程圖見圖9。

圖9 白芨膠生產過程圖

3.2.2 白芨多糖含量檢測結果

以葡萄糖質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，制定標準曲線，制得回歸方程：Y=0.009 6X+0.016 3，R2=0.991 5，白芨膠的總糖含量為84.13%。

葡萄糖標準曲線見圖10，白芨膠總糖含量測定結果見表2。

表2 白芨膠總糖含量測定結果

圖10 葡萄糖標準曲線

4 結論

通過采用水提醇沉法原理設計可實現提取和分離連續化、一體化的白芨膠生產系統，并進行一定規模的白芨膠生產驗證，大大提高了白芨膠的得率，獲得的白芨膠總糖含量為84.13%。另外，生產過程可實現水和乙醇的循環利用，生產過程綠色環保。同時，通過該設計可精準控制各項工業參數、自動清潔，提高了白芨膠加工效率，為白芨膠的規模生產提供堅實的技術和試驗支撐。

5 討論

張雪嬌等人[10]利用加熱煮沸回流法提取白芨膠中糖含量達75.1%。劉長命等人[11]利用優化的水提醇沉法工藝提取白芨多糖含量可達75.22%。洪彤彤等人[12]通過水提醇沉法的提取率為34.7%，提取物多糖含量為67.61%。試驗基于水提醇沉原理對白芨膠生產系統進行研究，結果表明利用該法提取物總糖含量明顯高于前人研究結果可達84.13%，提取率為36.21%，并且生產過程可循環利用水和乙醇，實現生產過程綠色環保，這為白芨系列產品開發提供良好的應用基礎。

白芨膠在中藥材白芨中含量高及應用領域廣等特點是白芨膠量產的重要元素，由于白芨膠具有顯著的生物活性、較好的生物相容性、較低的毒性，已廣泛應用于醫藥領域。近年來，盡管近年來對白芨膠應用的研究逐漸得到重視，但仍然亟待進一步探索，如白芨膠的產品質量提高及應用領域的擴大等，值得更多科研工作者的關注，需要通過多角度多學科交叉研究，探討其在相關領域發揮更大作用是一個新的研究開發方向，實現白芨的高附加值綜合利用。