CN103882087A - 一种黄姜皂素快速发酵生产的方法 - Google Patents

Abstract

本发明中提供了一种黄姜皂素快速发酵生产的方法，包括以下步骤：将黄姜洗净并粉碎，制得粉碎物；在pH值为5～6、温度为65～75℃的条件下，将粉碎物在反应罐中发酵处理10～14h，发酵完成后取出粉碎物；将发酵后的粉碎物转入水解罐中进行酸水解，将水解物分离；将分离出的水解物调节至中性，然后将水解物烘干，制得初提物；采用汽油或石油醚对初提物进行提取，将提取物烘干后即制得黄姜皂素。本发明提供的方法克服了现有技术中的技术偏见，在摸清了黄姜皂素生产工艺中的发酵工艺环节的生物学机理的基础上，能够显著缩短发酵环节的耗时，从而提高设备的运转效率，并且黄姜皂素的最终得率有了显著的提升。

Description

一种黄姜皂素快速发酵生产的方法

技术领域

本发明提供了一种生产黄姜皂素的方法，尤其提供了一种采用快速发酵来生产黄姜皂素的方法，属于化学提取技术领域。

背景技术

黄姜皂素又称为薯蓣皂素，是生产甾体激素类药物的重要基础原料。甾体激素具有很强的抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克的药理作用，是治疗风湿、心血管、淋巴白血病、细胞性脑炎、皮肤病、抗肿瘤和抢救危重病人的重要用药；是重要的甾体激素药物中间体醋酸妊娠双烯醇酮的原料,由它可以合成氢化可的松、强的松、炔诺酮、肤轻松、地塞米松等各类甾体药物。

黄姜皂素被医药界称为“药用黄金”，药用价值非常重要和广阔。我国的薯蓣皂素是世界上稳定增长而且紧缺的激素基始原料，在世界的甾体医药原料的行业的历史中，我国的薯蓣皂素一直处于主导和垄断的地位，占领全世界甾体医药原料的97％市场份额。黄姜皂素是医药工业合成激素的重要基始原料，以其为基础可合成加工如双烯、沃氏氧化物等中间体原料药产品和黄体酮、醋酸强的松、布地奈德、醋酸泼尼松、甲基睾丸素、环丙孕酮、米司酮、雄烯工酮、倍地米松、去氢表雄酮等激素类系列产品。这些药物用途极为广泛，是世界仅次于抗生素类的第二大类药物。发展(薯蓣)黄姜生产及其加工，前景广阔。

目前，在生产黄姜皂素的工艺中应用比较广泛的都是基于Rothrok的直接酸解方法演变而来的，该方法也被认为是黄姜皂素提取的通用方法。工艺的提取思路是先将含有皂苷的植物用酸水解，再用有机溶剂提取其中的皂素。这些方法的优点为：工艺简单，技术含量低，设备投资少等。其突出缺点为：黄姜皂素提取率低，资源浪费大，污染严重。

黄姜在酸水解前，需将洗净的根状茎粉碎，然后转入一个称作发酵(又称作“预发酵”)的工艺环节进行发酵处理。在黄姜皂素生产过程中，发酵工艺对于黄姜皂素的最终得率具有显著的影响。这一认识源自生产实践中的经验，并已成为黄姜皂素生产企业的普遍做法。相关研究表明，经过发酵处理后，黄姜皂素的最终得率可提高23.4～39.8％。因此，黄姜皂素生产中的发酵工艺环节是一个十分重要的环节。

然而，无论是学术界还是企业界对这一发酵环节的基本原理的认识尚存在不少争议和误区，因此，不同实验室和企业的发酵处理方法也不尽相同，有自然发酵法、酶解法、微生物发酵法等等，发酵过程中常常因不同的认识而添加各种各样的添加物，如微生物或微生物制剂、各种酶制剂，甚至添加一些植物激素，以期提高发酵的效果。例如专利《201210559060一种利用微生物技术清洁生产黄姜皂素的方法》、《201210033638，一种黄姜皂素的节水生产工艺》等等，在这些已知的文献中，人们都将研究的焦点集中在了添加物中，而忽略了对发酵过程本身的研究，如发酵温度大多集中在35～60℃之间，发酵时间通常维持在2～4天之内。

发明内容

本发明从探索发酵机理的角度出发，提供了一种黄姜皂素快速发酵生产的方法，本发明提供的方法克服了现有技术中的技术偏见，在摸清了黄姜皂素生产工艺中的发酵工艺环节的生物学机理的基础上，能够显著缩短发酵环节的耗时，从而提高设备的运转效率，并且黄姜皂素的最终得率有了显著的提升。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种黄姜皂素快速发酵生产的方法，包括以下步骤：(1)、将黄姜洗净并粉碎，制得粉碎物；(2)、在pH值为5～6、温度为65～75℃的条件下，将粉碎物在反应罐中发酵处理10～14h，发酵完成后取出粉碎物；(3)、将发酵后的粉碎物转入水解罐中进行酸水解，将水解物分离；(4)、将分离出的水解物调节至中性，然后将水解物烘干，制得初提物；(5)、采用汽油或石油醚对初提物进行提取，将提取物烘干后即制得黄姜皂素。

步骤(1)中粉碎物的粒径为40～600目。

步骤(2)中，发酵温度为69～71℃，发酵时间为12h。

与现有技术相比，由于本发明中探明了发酵过程中的机理，所述的发酵过程并不是真正意义上的微生物发酵，而是黄姜根状茎中自身的生物酶所催化的复杂的生物化学反应过程。因此，发酵过程可以理解为，当黄姜受到胁迫时，其体内的次生代谢产物(黄姜皂苷)的变化过程，是植物在长期进化过程中所形成的一种防御机制，而不是真正意义上的微生物发酵。在此基础上，本申请中创造性的采用高温快速发酵，从而逐步制得黄姜皂素。

本发明中所提供的方法工艺流程简单、能耗低，并且能够显著缩短发酵环节的时间，从而提高设备的运转效率。同时，本发明中黄姜皂素的得率与现有的制备工艺中黄姜皂素的得率相比，提高了大约10％。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

首先，为了探明黄姜皂素提取过程中的发酵步骤是微生物的作用，还是黄姜体内自身的生物酶的作用，我们对黄姜皂素提取过程中发酵工艺环节机理进行了确定。

方法如下：称取1200g黄姜，随机分为6等份，分别作如下处理，并对6组处理共计进行了5次完整的重复试验：

A：负对照组——杀灭微生物、灭活黄姜自身生物酶的发酵试验：将黄姜清洗后，置于高压灭菌锅内120℃灭菌20min，然后粉碎，加入灭菌水，37℃发酵72h。该处理作为既无微生物，又无黄姜自身酶作用的负对照组；将发酵后的粉碎物转入水解罐中进行酸水解，将水解物分离；将分理出的水解物调节至中性，然后将水解物烘干，制得初提物；采用汽油或石油醚对初提物进行提取，将提取物烘干后即制得黄姜皂素，计算黄姜皂素的得率。

B：去除微生物的发酵试验：将黄姜用自来水彻底清洗，然后用纯净水清洗3到5次，再用无菌水清洗3到5次，最后用75％酒精溶液短时清洗作表面消毒，以去除黄姜表面附着的微生物。接着，将粉碎后的黄姜在37℃发酵72h，以探索去除微生物后发酵的效果；后续处理与A组相同。

C：杀灭微生物的发酵试验：将黄姜清洗后，置于高压灭菌锅内120℃灭菌20min，粉碎，加入少量新鲜黄姜汁(内含黄姜细胞中的酶)并混匀，37℃发酵72h，以探索在A处理的基础上加入黄姜内源酶对发酵的影响；后续处理与A组相同。

D：灭活黄姜自身酶的发酵试验：将黄姜清洗后，置于高压灭菌内120℃灭菌20min，然后粉碎，加入洗姜水(其中含有与正对照组相同的微生物)，37℃发酵72h，以探索在A处理的基础上，外源微生物对发酵的影响；后续处理与A组相同。

E：抑制生物酶的发酵试验：将黄姜清洗后，粉碎，加入终浓度为50mmol·L-1的EDTA-Na2，37℃发酵72h。EDTA能通过螯合金属离子而抑制多种酶的活性，从而验明发酵作用是否由黄姜内源酶引起；后续处理与A组相同。

F：正对照组——常规发酵：将黄姜用自来水清洗后粉碎，37℃发酵72h。该对照即为黄姜皂素提取过程中的常规发酵法。后续处理与A组相同。

经过试验和计算，各组中黄姜皂素的得率结果见表1。

表1发酵前处理对黄姜皂素得率的影响

由表1可知，负对照组由于杀灭了附着的微生物、灭活了黄姜自身的生物酶，其黄姜皂素的最终得率最低，正、负对照组之间的差别达到了极显著的程度(p<<0.001)。B、C处理组与正对照组间的差异均不显著，而与负对照组的差异均达到了极显著水平(p<<0.001)，表明微生物对发酵效果没有影响。D、E处理组则刚好相反，它们与负对照之间的差异均不显著，而与正对照组的差异均达到了极显著水平(p<<0.001)，表明灭活(D处理组)或抑制(E处理组)黄姜自身的酶能极显著地降低发酵的效果。综合各处理组的结果清楚地表明，黄姜皂素生产过程中的发酵工艺环节的机理不是真正意义上的微生物发酵，微生物对黄姜皂素的最终得率没有贡献，而黄姜细胞中的内源酶对黄姜皂素的最终得率具有重要影响。因此，发酵过程可以理解为，当黄姜受到胁迫时，其体内的次生代谢产物(黄姜皂苷)的变化过程，是植物在长期进化过程中所形成的一种防御机制，而不是真正意义上的微生物发酵。

实施例1

本实施例中本实施例中将1000g黄姜洗净并粉碎，制得粉碎物，粉碎物的粒径为40～600目；然后在pH值为5～6、温度为70℃的条件下，将粉碎物在反应罐中发酵处理10～14h，发酵完成后取出粉碎物。将发酵后的粉碎物与浓硫酸混合，然后在水解罐中加热至沸腾，保持沸腾状态6h。将分离出的水解物调节至中性，然后将水解物烘干，制得初提物；最后采用汽油或石油醚对初提物进行提取，将提取物烘干后即制得黄姜皂素，计算黄姜皂素的得率如下表所示。

在不改变本实施例的其他参数的条件下，改变发酵温度分别为55℃、60℃、65℃、69℃、71℃以及75℃，制取黄姜皂素，并计算黄姜皂素的得率。

本实施例中黄姜皂素的得率与对比例中黄姜皂素的得率如下表所示：

从上表中可以得知，随着发酵温度的升高，皂素的最终得率不断提高，直至发酵温度达到69-71℃时，皂素的最终得率达到最大值。当继续提高发酵温度至75℃时，皂素的最终得率迅速降低至最低值。表明发酵时间为12h的情况下，发酵的最佳温度应该在70℃左右。

实施例2

本实施例中将1000g黄姜洗净并粉碎，制得粉碎物，粉碎物的粒径为40～600目；然后在pH值为5～6、温度为70℃的条件下，将粉碎物在反应罐中发酵处理12h，发酵完成后取出粉碎物。将发酵后的粉碎物与浓硫酸混合，然后在水解罐中加热至沸腾，保持沸腾状态6h。将分离出的水解物调节至中性，然后将水解物烘干，制得初提物；最后采用汽油或石油醚对初提物进行提取，将提取物烘干后即制得黄姜皂素，计算黄姜皂素的得率如下表所示。

在不改变本实施例的其他参数的条件下，改变发酵时间分别为8h和16h，制取黄姜皂素，并计算黄姜皂素的得率。

本实施例中黄姜皂素的得率与对比例中黄姜皂素的得率如下表所示：

由上表中可知，在70℃温度下发酵12h，黄姜皂素得率可稳定在0.8％左右，皂素的最终得率大约提高了11.3％。然而，70℃条件下，发酵8h和16h的得率均低于对照(p<<0.01)。表明70℃条件下，8h发酵不充分，而16h则发酵过度。上述两组结果与12h对比检验，p<<0.01，差异均达到了极显著水平，表明发酵温度在70℃时的最佳发酵时间为12h。与现有技术中通常将发酵时间定为2～3天相比，本发明中大大的缩短了发酵的时间。

Claims (3)

1.一种黄姜皂素快速发酵生产的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、将黄姜洗净并粉碎，制得粉碎物；(2)、在pH值为5～6、温度为65～75℃的条件下，将粉碎物在反应罐中发酵处理10～14h，发酵完成后取出粉碎物；(3)、将发酵后的粉碎物转入水解罐中进行酸水解，将水解物分离；(4)、将分离出的水解物调节至中性，然后将水解物烘干，制得初提物；(5)、采用汽油或石油醚对初提物进行提取，将提取物烘干后即制得黄姜皂素。

2.根据权利要求1所述的黄姜皂素快速发酵生产的方法，其特征在于：步骤(1)中粉碎物的粒径为40～600目。

3.根据权利要求1所述的黄姜皂素快速发酵生产的方法，其特征在于：步骤(2)中，发酵温度为69～71℃，发酵时间为12h。