CN101705275B - 薯蓣皂素生产工艺及提取薯蓣皂素后盾叶薯蓣的处理方法 - Google Patents
薯蓣皂素生产工艺及提取薯蓣皂素后盾叶薯蓣的处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
薯蓣皂素生产工艺及提取薯蓣皂素后盾叶薯蓣的处理方法，以盾叶薯蓣为原料，采用超声波辅助水剂，在表面活性剂的作用下，萃取薯蓣皂苷，经大孔树脂纯化技术得到纯度较高的薯蓣皂苷，在薯蓣皂苷酶的作用下，水解薯蓣皂苷得到薯蓣皂素，萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣中还含有40～50％的淀粉，经液化、糖化、酒化的乙醇，实现了薯蓣皂素的清洁生产及盾叶薯蓣的资源化利用。解决薯蓣皂素生产过程中的污染难题。
Description
技术领域
本发明属于药物原料生产领域，具体涉及一种薯蓣皂素生产工艺及提取薯蓣皂素后盾叶薯蓣的处理方法。
背景技术
我国是盾叶薯蓣种植、薯蓣皂素提取及相关产品生产大国。薯蓣皂素是生产甾体激素类药物最理想的基础原料，素有激素之母的称谓。化学合成薯蓣皂素的技术经济性、品质都无法与天然薯蓣皂素相媲美，因此，目前薯蓣皂素生产基本上以天然提取为主。由于薯蓣皂素转化途径的唯一性及无可替代性，国际市场对薯蓣皂素的需求空间很大，年薯蓣皂素需求量在4000-5000吨，且每年以7-8％的速度递增，盾叶薯蓣(黄姜)中薯蓣皂素的含量最高及薯蓣皂素结构上的特殊性，决定了盾叶薯蓣(黄姜)是提取薯蓣皂素最为理想的天然原料。
武当山至秦岭南麓(陕西安康、湖北十堰)的地理环境和气候条件十分适宜盾叶薯蓣(黄姜)生长和薯蓣皂素的合成与积累，黄姜生产成为当地经济发展的支柱产业。然而这里的生态环境脆弱，又处于南水北调的水源地带，直接影响水源质量。
传统的薯蓣皂素提取采用酸解法，最大缺陷是废液、废固形物污染严重。
2000年以前的研究多集中在盾叶薯蓣废水的处理上，分别采用各种技术对废水进行处理，但由于盾叶薯蓣废水酸度高，可生化性差等特点，致使废水处理费用较高，未能工业化生产。
2000年以后盾叶薯蓣污水处理末端技术受到挑战后，各种技术应运而生。中国地质大学的郭湘芬教授研究预分离工艺处理盾叶薯蓣，预分离盾叶薯蓣中的纤维素、木质素及淀粉，并申请了国家专利，但由于该处理用水量太大，且依然采用酸水解工艺，未能形成工业化生产。刘国际等采用淀粉酶、纤维素酶、糖化酶、复合酶预处理黄姜，目的在于解除淀粉、纤维素等皂苷的“包裹”、“束缚”作用，在一定纯度上减少了酸的用量，未从根本上解决薯蓣皂素生产的污染问题。朱宪等采用近临界水水解薯蓣皂苷，这一技术在一定程度上解决了薯蓣皂素清洁生产的关键技术，但存在设备投资大，水解效率低，也未解决萃取薯蓣皂苷后盾叶薯蓣废渣的利用问题。陈俊英等利用热分解法水解盾叶薯蓣的机理，研究认为热处理方法能够迅速粉碎黄姜中的淀粉颗粒，打碎纤维素的超分子结构，将包裹的薯蓣皂素释放出来，从而不需进行酸水解，就能直接提取薯蓣皂素。但这种设备存在处理量过小，设备投资大等缺点。楚德强等研究了盾叶薯蓣发酵生产酒精的工艺，但由于该方法以盾叶薯蓣为原料，其中的薯蓣皂苷是一种抗菌性很强的活性物质，在一定程度上抑制酵母的生长，同时该实验未考察酒精发酵前后薯蓣皂素的结构，致使在发酵过程中，薯蓣皂素的结构发生一些微小的变化，导致薯蓣皂素的熔点下降。国外主要集中在皂素生物提取技术及皂素下游产品的研究上。Rothrock等曾发现土霉素MF-118菌株具有酶解薯蓣皂甙成皂甙元的能力，但其皂素产率低于“酸解工艺”水平；kedder和wall[在丝兰(Yucca)和龙舌兰(Agave)的叶子中曾发现有分解皂甙成皂甙酶存在，并把这种酶命名为“皂甙酶”；Blunden和Hardman等研究了黄姜自然发酵提高薯蓣皂素产率的机理，认为黄姜中存在能降解皂甙的酶类。由于资源的限制，国外近年多集中在皂素下游产品的研究上。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种从源头上解决薯蓣皂素生产中的污染问题，利用萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣废渣酒精发酵技术实现薯蓣皂素清洁生产，充分利用盾叶薯蓣中的活性物质，降低生产成本的薯蓣皂素生产工艺及提取薯蓣皂素后盾叶薯蓣的处理方法。
为达到上述目的，本发明薯蓣皂素生产工艺为：
1)薯蓣皂苷萃取
首先取100g的盾叶薯蓣和1000mL的水加入到烧杯中，然后再加入十二烷基硫酸钠，使十二烷基硫酸钠的浓度为3.0～4.5临界胶团浓度，在超声波频率为25.8KHz下，超声萃取25～30min后过滤得滤液，滤渣待酒精发酵用；
2)薯蓣皂苷纯化
将滤液加入100～120g AB-8型大孔树脂柱中，吸附2～3h后，用水洗脱AB-8型大孔树脂柱中的水溶性物质，再用体积浓度为50％的乙醇洗脱，直至薯蓣皂苷洗脱完毕，收集洗脱液，减压浓缩，干燥，得薯蓣皂苷纯品2～2.2g；
3)薯蓣皂苷酶解
取1g薯蓣皂苷，加0.01～0.015g的β-1.3葡聚糖酶，再加10mL醋酸和醋酸钠的缓冲液，所述缓冲液的pH为5.5～6.0，在45～50℃下水解18～24h，过滤，滤渣干燥，索氏提取，得薯蓣皂素0.50～0.55g。
本发明提取薯蓣皂素后盾叶薯蓣的处理方法为：取提取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣100g，加300～400g的水，充分拌匀，在1.5个大气压力下蒸煮30min，冷却至45～50℃，再向其中按50U纤维素酶/g盾叶薯蓣加入纤维素酶反应3～5h，调节溶液的pH值为6.0～6.5，按100～150U的α-淀粉酶/g盾叶薯蓣的比例加入α-淀粉酶在85～90℃水解30～45min，直至淀粉液遇碘不变色，加热杀灭α-淀粉酶，冷却并调pH值为4.0～4.5，再按150～200U糖化酶/g盾叶薯蓣的比例加入糖化酶，在60～65℃下，水解18～24h，加热灭酶，冷却至30～32℃，再向其中加入0.5～1.0g的活性干酵母，在30～32℃下保温发酵72～84h，测酒精度为6.8～7.2v/v；干燥废渣，做蛋白饲料。
本发明采用超声波辅助水剂萃取法，利用表面活性剂的增溶作用，先从盾叶薯蓣中萃取出薯蓣皂苷；再采用大孔树脂吸附技术纯化薯蓣皂苷，分离得到黄姜色素；以薯蓣皂苷为原料，采用酶工程技术，水解薯蓣皂苷中的β-1.3糖苷键，得到薯蓣皂素；利用萃取薯蓣皂苷后的废渣，添加其它辅料，进行酒精发酵，实现资源的充分利用，解决薯蓣皂素生产过程中的污染难题。
具体实施方式
实施例1：1)薯蓣皂苷萃取
首先取100g的盾叶薯蓣和1000mL的水加入到烧杯中，然后再加入十二烷基硫酸钠，使十二烷基硫酸钠的浓度为3.0临界胶团浓度，在超声波频率为25.8KHz下，超声萃取25min后过滤得滤液，滤渣待酒精发酵用；
2)薯蓣皂苷纯化
将滤液加入100g的AB-8型大孔树脂柱中，吸附2h后，用水洗脱AB-8型大孔树脂柱中的水溶性物质，再用体积浓度为50％的乙醇洗脱，直至薯蓣皂苷洗脱完毕，收集洗脱液，减压浓缩，干燥，得薯蓣皂苷纯品2.1g；
3)薯蓣皂苷酶解
取1g薯蓣皂苷，加0.01g的β-1.3葡聚糖酶，再加10mL醋酸和醋酸纳的缓冲液，所述缓冲液的pH为5.5，在45℃下水解24，过滤，滤渣干燥，索氏提取，得薯蓣皂素0.5g；
取提取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣100g，加400g的水，充分拌匀，在1.5个大气压力下蒸煮30min，冷却至45℃，再向其中按50U纤维素酶/g盾叶薯蓣加入纤维素酶反应3h，调节溶液的pH值为6.0，按100U的α-淀粉酶/g盾叶薯蓣的比例加入α-淀粉酶在90℃水解30min，直至淀粉液遇碘不变色，加热杀灭α-淀粉酶，冷却并调pH值为4.0，再按150U糖化酶/g盾叶薯蓣的比例加入糖化酶，在60℃下，水解24h，加热灭酶，冷却至30℃，再向其中加入0.9g的活性干酵母，在30℃下保温发酵72h，测酒精度为6.8v/v；干燥废渣，做蛋白饲料。
实施例2：1)薯蓣皂苷萃取
首先取100g的盾叶薯蓣和1000mL的水加入到烧杯中，然后再加入十二烷基硫酸钠，使十二烷基硫酸钠的浓度为4临界胶团浓度，在超声波频率为25.8KHz下，超声萃取30min后过滤得滤液，滤渣待酒精发酵用；
2)薯蓣皂苷纯化
将滤液加入110g的AB-8型大孔树脂柱中，吸附2.5h后，用水洗脱AB-8型大孔树脂柱中的水溶性物质，再用体积浓度为50％的乙醇洗脱，直至薯蓣皂苷洗脱完毕，收集洗脱液，减压浓缩，干燥，得薯蓣皂苷纯品2.15g；
3)薯蓣皂苷酶解
取1g薯蓣皂苷，加0.012g的β-1.3葡聚糖酶，再加10mL醋酸和醋酸钠的缓冲液，所述缓冲液的pH为5.8，在50℃下水解18h，过滤，滤渣干燥，索氏提取，得薯蓣皂素0.52g；
取提取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣100g，加380g的水，充分拌匀，在1.5个大气压力下蒸煮30min，冷却至50℃，再向其中按50U纤维素酶/g盾叶薯蓣加入纤维素酶反应3.5h，调节溶液的pH值为6.2，按120U的α-淀粉酶/g盾叶薯蓣的比例加入α-淀粉酶在85℃水解45min，直至淀粉液遇碘不变色，加热杀灭α-淀粉酶，冷却并调pH值为4.2，再按175U糖化酶/g盾叶薯蓣的比例加入糖化酶，在63℃下，水解22h，加热灭酶，冷却至31℃，再向其中加入0.5g的活性干酵母，在31℃下保温发酵76h，测酒精度为7.2v/v；干燥废渣，做蛋白饲料。
实施例3：1)薯蓣皂苷萃取
首先取100g的盾叶薯蓣和1000mL的水加入到烧杯中，然后再加入十二烷基硫酸钠，使十二烷基硫酸钠的浓度为4.5临界胶团浓度，在超声波频率为25.8KHz下，超声萃取28min后过滤得滤液，滤渣待酒精发酵用；
2)薯蓣皂苷纯化
将滤液加入120g的AB-8型大孔树脂柱中，吸附3h后，用水洗脱AB-8型大孔树脂柱中的水溶性物质，再用体积浓度为50％的乙醇洗脱，直至薯蓣皂苷洗脱完毕，收集洗脱液，减压浓缩，干燥，得薯蓣皂苷纯品2g；
3)薯蓣皂苷酶解
取1g薯蓣皂苷，加0.015g的β-1.3葡聚糖酶，再加10mL醋酸和醋酸钠的缓冲液，所述缓冲液的pH为6.0，在47℃下水解22h，过滤，滤渣干燥，索氏提取，得薯蓣皂素0.55g；
取提取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣100g，加350g的水，充分拌匀，在1.5个大气压力下蒸煮30min，冷却至47℃，再向其中按50U纤维素酶/g盾叶薯蓣加入纤维素酶反应4h，调节溶液的pH值为6.4，按150U的α-淀粉酶/g盾叶薯蓣的比例加入α-淀粉酶在88℃水解40min，直至淀粉液遇碘不变色，加热杀灭α-淀粉酶，冷却并调pH值为4.3，再按190U糖化酶/g盾叶薯蓣的比例加入糖化酶，在62℃下，水解20h，加热灭酶，冷却至32℃，再向其中加入0.8g的活性干酵母，在32℃下保温发酵80h，测酒精度为6.9v/v；干燥废渣，做蛋白饲料。
实施例4：1)薯蓣皂苷萃取
首先取100g的盾叶薯蓣和1000mL的水加入到烧杯中，然后再加入十二烷基硫酸钠，使十二烷基硫酸钠的浓度为4.3临界胶团浓度，在超声波频率为25.8KHz下，超声萃取26min后过滤得滤液，滤渣待酒精发酵用；
2)薯蓣皂苷纯化
将滤液加入15g的AB-8型大孔树脂柱中，吸附3h后，用水洗脱AB-8型大孔树脂柱中的水溶性物质，再用体积浓度为50％的乙醇洗脱，直至薯蓣皂苷洗脱完毕，收集洗脱液，减压浓缩，干燥，得薯蓣皂苷纯品2.2g；
3)薯蓣皂苷酶解
取1g薯蓣皂苷，加0.015g的β-1.3葡聚糖酶，再加10mL醋酸和醋酸钠的缓冲液，所述缓冲液的pH为5.7，在49℃下水解20h，过滤，滤渣干燥，索氏提取，得薯蓣皂素0.55g；
取提取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣100g，加300g的水，充分拌匀，在1.5个大气压力下蒸煮30min，冷却至49℃，再向其中按50U纤维素酶/g盾叶薯蓣加入纤维素酶反应5h，调节溶液的pH值为6.5，按130U的α-淀粉酶/g盾叶薯蓣的比例加入α-淀粉酶在86℃水解35min，直至淀粉液遇碘不变色，加热杀灭α-淀粉酶，冷却并调pH值为4.5，再按200U糖化酶/g盾叶薯蓣的比例加入糖化酶，在65℃下，水解18h，加热灭酶，冷却至30℃，再向其中加入1.0g的活性干酵母，在31℃下保温发酵84h，测酒精度为7.2v/v；干燥废渣，做蛋白饲料。
本发明的方法能够达到薯蓣皂素清洁生产及盾叶薯蓣资源化利用目的，以水为萃取剂，添加表面活性剂，在超声波的作用下，降低了生产成本，以萃取完薯蓣皂苷的盾叶薯蓣为原料，添加纤维素酶，使淀粉颗粒暴露出来，便于液化酶、糖化酶的作用，加酒化酵母进行酒精发酵，充分地利用了盾叶薯蓣中50％左右的淀粉。以纯化薯蓣皂苷为原料，进行酶解，实现了薯蓣皂素的清洁生产。由此工艺得到的薯蓣皂素纯度较高，熔点、产率达到行业标准。
Claims (2)
1.薯蓣皂素生产工艺，其特征在于：
1)薯蓣皂苷萃取
首先取100g的盾叶薯蓣和1000mL的水加入到烧杯中，然后再加入十二烷基硫酸钠，使十二烷基硫酸钠的浓度为3.0～4.5临界胶团浓度，在超声波频率为25.8KHz下，超声萃取25～30min后过滤得滤液，滤渣待酒精发酵用；
2)薯蓣皂苷纯化
将滤液加入100～120g AB-8型大孔树脂柱中，吸附2～3h后，用水洗脱AB-8型大孔树脂柱中的水溶性物质，再用体积浓度为50％的乙醇洗脱，直至薯蓣皂苷洗脱完毕，收集洗脱液，减压浓缩，干燥，得薯蓣皂苷纯品2～2.2g；
3)薯蓣皂苷酶解
取1g薯蓣皂苷，加0.01～0.015g的β-1.3葡聚糖酶，再加10mL醋酸和醋酸钠的缓冲液，所述缓冲液的pH为5.5～6.0，在45～50℃下水解18～24h，过滤，滤渣干燥，索氏提取，得薯蓣皂素0.50～0.55g。
2.一种提取薯蓣皂素后盾叶薯蓣的处理方法，其特征在于：取提取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣100g，加300～400g的水，充分拌匀，在1.5个大气压力下蒸煮30min，冷却至45～50℃，再向其中按50U纤维素酶/g盾叶薯蓣加入纤维素酶反应3～5h，调节溶液的pH值为6.0～6.5，按100～150U的α-淀粉酶/g盾叶薯蓣的比例加入α-淀粉酶在85～90℃水解30～45min，直至淀粉液遇碘不变色，加热杀灭α-淀粉酶，冷却并调pH值为4.0～4.5，再按150～200U糖化酶/g盾叶薯蓣的比例加入糖化酶，在60～65℃下，水解18～24h，加热灭酶，冷却至30～32℃，再向其中加入0.5～1.0g的活性干酵母，在30～32℃下保温发酵72～84h，测酒精度为6.8～7.2v/v；干燥废渣，做蛋白饲料。
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