基于纤维性根茎类药材的酶解提取-膜纯化集成技术耦合数学模型研究

酶解提取技术可减小中药材成分扩散时的传质阻力，提高成分提取率；超滤可通过膜滤过的方式使分子量不同的物质分离。将酶解提取与超滤纯化技术集成后应用于中药材的提取精制过程可充分发挥两项技术的优势。但由于基础研究不足，目前这两项技术在用于同类药材的提取精制时仍需反复进行工艺优化。为解决这一问题，项目组拟以甘肃产含相同类型成分的纤维性根茎药材为研究对象，采用二次通用旋转组合设计建立酶解提取工艺模型，同时将酶解提取模型的输出指标作为输入变量建立超滤的人工神经网络临界通量预测、成分保留及除杂率预测模型。该集成技术耦合数学模型的建立可使同类根茎药材应用该集成技术时首次实现数学模拟，降低技术应用成本，推动该集成技术的广泛应用。.由于本项目以道地药材红芪、黄芪为研究对象，在建立数学模型的同时将得到两种药材提取精制的工艺资料，为其精加工和下游产品开发提供有力的技术支撑，本项目对甘肃中药行业的发展会起到促进作用。

酶解提取技术可提高成分提取率,但细胞内容物的外泄会使酶解提取出膏率上升不利于后续制药工艺。超滤用于中药提取液的纯化具有滤过精度高、成本低、环保等特点，但膜污染问题使该技术在这一领域的应用一度受到限制。酶解法提取虽然使提取液中固形物含量提高，但酶对大分子物质的降解可降低提取液粘度，有利于超滤的进行，超滤可降低酶解提取的出膏率。将酶解提取与超滤纯化技术联合使用可充分发挥两项技术的优势。. 在本项目研究之前所见报道都是将两种技术简单合用，没有考虑两种技术联用时互相之间的影响问题，更未见两种技术集成使用时有关数学模型的研究。. 通过研究建立了简便、准确的红芪总多糖、总皂苷和芒柄花素含量测定方法并将其作为工艺评价指标；确定了酶解提取用纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶的组成比例，采用二次通用旋转组合设计得到以红芪总多糖、总皂苷和芒柄花素为因变量的酶解提取回归模型；研究大孔径超滤膜（100nm）在不同pH、温度、运动粘度、药液浓度条件下的临界通量，建立了前馈型BP神经网络临界通量及临界压力预测模型，保证了后续研究中超滤过程始终在低于临界压力的条件下进行；建立了以总多糖、总皂苷和芒柄花素为因变量的人工神经网络成分保留预测模型。上述神经网络模型计算和预测精度均较好，检验结果显示网络模型的泛化能力较好。通过在一定条件下酶解提取、超滤黄芪并对比模型预测值与实验值吻合性较好，提示本项目所得耦合数学模型具有一定实用价值。. 本项目对酶解条件下临界通量的系统研究可解决超滤膜污染问题，使两项技术具有耦合关系，可保证该集成技术的顺畅使用。研究结果可解决纤维性根茎药材在采用酶解提取-超滤纯化技术时需反复优化同类药材工艺的问题，实现该耦合技术的数学模拟，为该耦合技术在中药提取领域的广泛应用起到一定的推动作用。