CN104774240A - 一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，以硫酸为水解酸，按絮凝物：浓度为0.6mol/L～1.4mol/L硫酸＝1g:(3～7)mL的比例，在水热反应釜中进行水解，水热反应釜的温度控制在110℃～150℃,时间为3.5h～5.5h，水解结束后，用2mol/L的氢氧化钠调节pH至中性，然后进行真空抽滤，用水洗滤渣至滤液中无SO₄ ^2-为止，先在50℃～60℃的温度下干燥滤渣8h，再在110℃～120℃的温度下干燥滤渣30min，以石油醚为萃取剂，以干燥后的滤渣为原料，采用索氏萃取法萃取3h-6h，回收部分溶剂，冷却结晶得到薯蓣皂素。本发明有效地回收了淀粉，降低了废水中COD值、BOD值；水解时降低了水解酸的浓度，有效的减少了污染；水解物量的减少降低了薯蓣皂素萃取时有机溶剂的使用量。

Description

一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法

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苷水解提取薯蓣皂素方法。

背景技术

盾叶薯蓣(Dioscorea Zingiberensis C.H.Wright)为薯蓣科(Dioscoreaceae)薯蓣属(Dioscorea L.)单子叶草质缠绕藤本植物。俗名：黄姜，是一种重要的药源植物，根茎中含有5％-10％的薯蓣皂苷，主要分布秦岭以南，向东延伸至中条山以南、南岭以北的米仓山、大巴山、武当山、雪峰山、衡山等地区以及长江中游及其支流-嘉陵江、汉水、澧水、浣江、资水等流域的低中山丘陵。盾叶薯蓣为我国的特有种，主要特征是叶盾形，叶面有不规则黄白色斑纹，边缘浅波状，基部心形或截形。花小，雌性同株或异株，辐射对称，排成穗状、总状或圆锥花序。

薯蓣皂苷是由环戊烷并多氢菲与多糖通过β-1.3糖苷键结合而成的甾体类物质，根据螺甾环中F环的状态。可将其分为螺甾烷醇苷类、呋甾烷醇苷类。薯蓣皂苷在酸的作用下，被水解为薯蓣皂素。资料显示，以薯蓣皂素为原料可以合成包括皮质激素、性激素、蛋白同化激素在内的近400多种甾体激素类药物。近年来，随着激素类药物新途径的不断发现，世界薯蓣皂素的需求量平均以每年7.6％的速度递增。

围绕薯蓣皂苷的水解，人们做了大量的研究。李谦等用70％的甲醇回流从黄姜中提取了薯蓣皂苷，再用2mol/L盐酸水解3h，石油醚索氏提取12h，薯蓣皂素的得率为2.69％。王元兰等人发现酸水解前经一段时间发酵可以大大提高薯蓣皂素的得率，并将该方法命名为发酵-酸水解法，实验表明，预发酵法能提高盾叶薯蓣根茎中薯蓣皂素得率40％，穿龙薯蓣根茎中薯蓣皂素得率50％。宋子岩等采用发酵酸水解法提取盾叶薯蓣中的薯蓣皂素，先将盾叶薯蓣粉末水溶液在40℃预发酵24h，然后用200mL1.0mol/L的硫酸溶液水解4h，萃取5h，薯蓣皂素收率最高为2.402％。

丁惠玲等采用加压酸水解法提取薯蓣皂素，将药材穿山龙碎块50g加8％硫酸溶液浸泡24h后，于高压锅中加压水解(101.3-141.8kPa，120℃-126℃)2h，冷却后过滤，提取，发现薯蓣皂素的得率将近提高1倍，水解时间6h，缩短2h，实验成本大幅度降低。

以上研究主要集中在薯蓣皂苷的水解方面，且都是以薯蓣皂苷为原料，酸用量及浓度均较大，有机溶剂使用量大，产品纯度低，后处理成本高。

发明内容

本发明提供一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，采用水热反应法水解薯蓣皂苷，该方法克服了现有薯蓣皂苷水解中水解不彻底，酸用量大，浓度高，薯蓣皂素提取时有机溶剂用量大，污染严重，产率低的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，包括以下步骤：

1)薯蓣皂苷的萃取

采用超声萃取分离法得到含有淀粉及薯蓣皂苷的萃取液A，萃取液A静置沉淀后用物理法分离并去除淀粉得到体系B，然后边搅拌边给分离淀粉后的体系B中加入絮凝剂，至不再产生絮状沉淀为止，将体系B置于水浴中进行絮凝沉淀，然后进行分离得到上清液和絮凝物C；

2)薯蓣皂苷的水解

将得到的絮凝物C在50℃-60℃的温度下干燥，干燥后粉碎研细，以干燥研细后的絮凝物C为原料，按絮凝物C与硫酸固液比为1g：(3～7)mL的量配制水解液D，并加入水热反应釜中，在110℃～150℃的温度下水解3.5h～5.5h后，用碱中和至中性，过滤得到滤渣E，用水洗滤渣E至滤液中不含SO₄ ^2-，干燥滤渣E；

3)薯蓣皂素的提取

以干燥所得的滤渣E为原料，加入萃取剂，采用索氏萃取法提取3h～6h，冷却结晶得到薯蓣皂素。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，超声萃取分离法具体为取粒度为80目的盾叶薯蓣粉末加入浓度为25.8×10^-3的十二烷基硫酸钠溶液浸泡12～24h，在频率为25.98kHz下超声萃取30～60min，过滤得到薯蓣皂苷萃取液及滤渣，将滤渣按照同样的步骤萃取2次，合并3次萃取液；其中，盾叶薯蓣粉末与十二烷基硫酸钠溶液的按照固液比为1g：(6～10)mL的量加入。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，所述絮凝剂为壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土或聚丙烯酰胺；其中，壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土的质量浓度为1％；聚丙烯酰胺的质量浓度为0.1％。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，加入絮凝剂后，先以40～60r/min的转速快速搅拌1～3min，再以20～40r/min的转速慢速搅拌8～12min，再将其置于35～50℃的水浴中絮凝处理3～6h。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，得到上清液和絮凝物C的分离步骤采用离心分离或真空抽滤；絮凝后的分离的上清液补加少量表面活性剂后在下次薯蓣皂苷萃取中进行循环利用。

作为本发明的进一步改进，步骤2)中，采用水热反应法水解薯蓣皂苷，硫酸的浓度为0.6mol/L～1.4mol/L；所述碱为2mol/L的氢氧化钠。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，干燥滤渣E的步骤具体为：先在50℃～60℃的温度下干燥8h，再在110℃～120℃的温度下干燥30min。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，萃取剂为石油醚或乙醇。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，冷却结晶步骤具体为将索氏萃取法得到的萃取物冷却至室温并真空抽滤得滤渣F，用溶剂分两次洗涤滤渣F，得到薯蓣皂素。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，所述索氏萃取法步骤中还包括回收萃取剂的步骤，所述溶剂为回收所得的萃取剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明将水热反应应用于薯蓣皂苷的水解中降低了酸用量(浓度)，减少了污染，在高温、高压条件下薯蓣皂苷水解进行的更充分；在薯蓣皂苷絮凝前，由于预先除去了薯蓣皂苷萃取液中的淀粉，提高了薯蓣皂苷的浓度，减少了薯蓣皂苷水解成薯蓣皂素、薯蓣皂素萃取时酸、有机溶剂的用量，提高了薯蓣皂素的纯度，减少了污染，降低了成本，有效的从薯蓣皂苷萃取液中分离了薯蓣皂苷，得到高纯度(纯度大于99.5％)的薯蓣皂素。

本发明利用薯蓣皂苷萃取液中的淀粉，薯蓣皂苷的不同性质，先采用静置沉淀法除去萃取液中的淀粉，再采用絮凝沉淀法对萃取液进行絮凝处理后得到絮凝物。将絮凝得到的絮凝物采用水热反应法进行水解，降低水解过程中酸的浓度，控制酸的用量。由于萃取液中的淀粉在水解前已与薯蓣皂苷进行了分离，有效地回收了淀粉，降低了废水中COD值、BOD值；水热反应釜能提供高温高压的环境，在低酸浓度下薯蓣皂苷就能水解为薯蓣皂素，故水解时降低了水解酸的浓度，有效的减少了污染；水解物量的减少降低了薯蓣皂素萃取时有机溶剂的使用量。

进一步，絮凝后的上清液补加少量表面活性剂后作为薯蓣皂苷萃取的萃取剂进行循环利用的方法，达到减少污染、降低废水排放的目的。

进一步，干燥滤渣E先低温干燥再高温干燥，原因是在高温情况下，滤渣表面容易结痂，阻止内部水分散失，故先低温干燥，当内部水分蒸发到一定程度，采用高温干燥，有利于彻底除去滤渣中的水分。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

1)薯蓣皂苷的萃取及水解

取400g粒度为80目的盾叶薯蓣粉末加入2400ml浓度为25.8×10^-3的十二烷基硫酸钠溶液浸泡12h，在频率为25.98kHz下超声萃取60min，过滤得到薯蓣皂苷萃取液及滤渣，将滤渣按照同样的步骤萃取2次，合并3次萃取液，将萃取液静置6h沉淀后离心除去淀粉，然后向除去淀粉后的萃取液中加入质量浓度为1％的絮凝剂(壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土、或质量浓度为0.1％聚丙烯酰胺等)，先以50r/min的转速快速搅拌2min，再以20r/min的转速慢速搅拌10min，再将其置于45℃的水浴中絮凝处理4h，过滤得滤液(补加少量表面活性剂用于下次薯蓣皂苷的萃取中)及滤渣，将滤渣烘干称重，然后按干燥物：硫酸(浓度为0.6mol/L)＝1g:6mL的比例加入水热反应釜中(注意水解液的体积应小于容器体积的2/3)，在150℃的温度水解6h后，用氢氧化钠溶液中和至中性，过滤，用水洗滤渣至滤液中不含SO₄ ^2-，然后将滤渣进行干燥备用(薯蓣皂苷萃取压榨液中的淀粉如不预先分离，极易造成后段工艺中分离(过滤)操作困难，滤液浑浊，用酸量增加，污染环境)。

2)薯蓣皂素的提取

在60℃下干燥滤渣8h，再在120℃温度下干燥滤渣30min，以干燥所得的滤渣为原料，以石油醚(或乙醇)为萃取剂，采用索氏萃取法提取6h，回收部分石油醚，冷却至室温真空抽滤，用适量的石油醚分2次洗滤渣，得到纯度为99.7％的薯蓣皂素6.8g。

实施例2：

1)薯蓣皂苷的萃取及水解

取400g粒度为80目的盾叶薯蓣粉末加入2800ml浓度为25.8×10^-3的十二烷基硫酸钠溶液浸泡16h，在频率为25.98kHz下超声萃取50min，过滤得到薯蓣皂苷萃取液及滤渣，将滤渣按照同样的步骤萃取2次，合并3次萃取液，将萃取液静置6h沉淀后离心除去淀粉，然后向除去淀粉后的萃取液中加入质量浓度为1％的絮凝剂(壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土、或质量浓度为0.1％聚丙烯酰胺等)，先以60r/min的转速快速搅拌1min，再以40r/min的转速慢速搅拌12min，再将其置于50℃的水浴中絮凝处理3h，过滤得滤液(补加少量表面活性剂用于下次薯蓣皂苷的萃取中)、滤渣，将滤渣烘干称重，然后按干燥物：硫酸(浓度为1.0mol/L)＝1g:5mL的比例加入水热反应釜中(注意水解液的体积应小于容器体积的2/3)，在140℃的温度水解4.5h后，用氢氧化钠溶液中和至中性，过滤，用水洗滤渣至滤液中不含SO₄ ^2-，然后将滤渣进行干燥备用。

2)薯蓣皂素的提取

在60℃下干燥滤渣8h，再在120℃温度下干燥滤渣30min，以干燥所得的滤渣为原料，以石油醚(或乙醇)为萃取剂，采用索氏萃取法提取5h，回收部分石油醚，冷却至室温真空抽滤，用适量的石油醚分2次洗滤渣，得到纯度为99.6％的薯蓣皂素7.0g。

实施例3：

1)薯蓣皂苷的萃取及水解

取400g粒度为80目的盾叶薯蓣粉末加入3200ml浓度为25.8×10^-3的十二烷基硫酸钠溶液浸泡20h，在频率为25.98kHz下超声萃取40min，过滤得到薯蓣皂苷萃取液及滤渣，将滤渣按照同样的步骤萃取2次，合并3次萃取液，将萃取液静置6h沉淀后离心除去淀粉，然后向除去淀粉后的萃取液中加入质量浓度为1％的絮凝剂(壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土、或质量浓度为0.1％聚丙烯酰胺等)，先以60r/min的转速快速搅拌3min，再以30r/min的转速慢速搅拌8min，再将其置于35℃的水浴中絮凝处理6h，过滤得滤液(补加少量表面活性剂用于下次薯蓣皂苷的萃取中)、滤渣，将滤渣烘干称重，然后按干燥物：硫酸(浓度为1.2mol/L)＝1g:4mL的比例加入水热反应釜中(注意水解液的体积应小于容器体积的2/3)，在130℃的温度水解4h后，用氢氧化钠溶液中和至中性，过滤，用水洗剂滤渣至滤液中不含SO₄ ^2-，然后将滤渣进行干燥备用。

2)薯蓣皂素的提取

在60℃下干燥滤渣8h，再在120℃温度下干燥滤渣30min，以干燥所得的滤渣为原料，以石油醚(或乙醇)为萃取剂，采用索氏萃取法提取4h，回收部分石油醚，冷却至室温真空抽滤，用适量的石油醚分2次洗滤渣，得到纯度为99.5％的薯蓣皂素7.2g。

实施例4：

1)薯蓣皂苷的萃取及水解

取400g粒度为80目的盾叶薯蓣加入4000ml浓度为25.8×10^-3的十二烷基硫酸钠溶液中浸泡24h，在频率为25.98kHz下超声萃取30min，过滤得到薯蓣皂苷萃取液及滤渣，将滤渣按照同样的步骤萃取2次，合并3次萃取液，将萃取液静置6h沉淀后离心除去淀粉，然后向除去淀粉后的萃取液中加入质量浓度为1％的絮凝剂(壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土、或质量浓度为0.1％聚丙烯酰胺等)，先以40r/min的转速快速搅拌2min，再以20r/min的转速慢速搅拌8min，再将其置于40℃的水浴中絮凝处理5h，过滤得滤液(补加少量表面活性剂用于下次薯蓣皂苷的萃取中)、滤渣，将滤渣烘干称重，然后按干燥物与硫酸(浓度为1.4mol/L)固液比为1g:5mL的比例加入水热反应釜中，在120℃的温度下水解5.5h后，用氢氧化钠溶液中和至中性，过滤，用水洗滤渣至滤液中不含SO₄ ^2-，然后将滤渣进行干燥备用。

2)薯蓣皂素的提取

在60℃下干燥滤渣8h，再在120℃温度下干燥滤渣30min，以干燥所得的滤渣为原料，以石油醚(或乙醇)为萃取剂，采用索氏萃取法提取3h，回收部分石油醚，冷却至室温真空抽滤，用适量的石油醚分2次洗滤渣，得到纯度为99.6％的薯蓣皂素6.9g。

实施例5：

1)薯蓣皂苷的萃取及水解

取400g粒度为80目的盾叶薯蓣加入4000ml浓度为25.8×10^-3的十二烷基硫酸钠溶液中浸泡24h，在频率为25.98kHz下超声萃取30min，过滤得到薯蓣皂苷萃取液及滤渣，将滤渣按照同样的步骤萃取2次，合并3次萃取液，将萃取液静置6h沉淀后离心除去淀粉，然后向除去淀粉后的萃取液中加入质量浓度为1％的絮凝剂(壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土、或质量浓度为0.1％聚丙烯酰胺等)，先以40r/min的转速快速搅拌2min，再以20r/min的转速慢速搅拌8min，再将其置于40℃的水浴中絮凝处理5h，过滤得滤液(补加少量表面活性剂用于下次薯蓣皂苷的萃取中)、滤渣，将滤渣烘干称重，然后按干燥物与硫酸(浓度为1.4mol/L)固液比为1g:5mL的比例加入水热反应釜中，在110℃的温度下水解3.5h后，用氢氧化钠溶液中和至中性，过滤，用水洗滤渣至滤液中不含SO₄ ^2-，然后将滤渣进行干燥备用。

2)薯蓣皂素的提取

在50℃下干燥滤渣8h，再在110℃温度下干燥滤渣30min，以干燥所得的滤渣为原料，以乙醇为萃取剂，采用索氏萃取法提取3h，回收部分石油醚，冷却至室温真空抽滤，用适量的石油醚分2次洗滤渣，得到纯度为99.6％的薯蓣皂素6.9g。

Claims (10)

1.一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)薯蓣皂苷的萃取

采用超声萃取分离法分离盾叶薯蓣粉末得到含有淀粉及薯蓣皂苷的萃取液A，萃取液A静置沉淀后用物理法分离并去除淀粉得到体系B，然后边搅拌边给分离淀粉后的体系B中加入絮凝剂，至不再产生絮状沉淀为止，将体系B置于水浴中进行絮凝沉淀，然后进行分离得到上清液和絮凝物C；

2)薯蓣皂苷的水解

将得到的絮凝物C在50℃-60℃的温度下干燥，干燥后粉碎研细，以干燥研细后的絮凝物C为原料，按絮凝物C与硫酸固液比为1g：(3～7)mL的量配制水解液D，并加入水热反应釜中，在110℃～150℃的温度下水解3.5h～5.5h后，用碱中和至中性，过滤得到滤渣E，用水洗滤渣E至滤液中不含SO₄ ^2-，干燥滤渣E；

3)薯蓣皂素的提取

以干燥所得的滤渣E为原料，加入萃取剂，采用索氏萃取法提取3h～6h，冷却结晶得到薯蓣皂素。

2.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤1)中，超声萃取分离法具体为取粒度为80目的盾叶薯蓣粉末加入浓度为25.8×10^-3的十二烷基硫酸钠溶液浸泡12～24h，在频率为25.98kHz下超声萃取30～60min，过滤得到薯蓣皂苷萃取液及滤渣，将滤渣按照同样的步骤萃取2次，合并3次萃取液；其中，盾叶薯蓣粉末与十二烷基硫酸钠溶液的按照固液比为1g：(6～10)mL的量加入。

3.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤1)中，所述絮凝剂为壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土或聚丙烯酰胺；其中，壳聚糖、聚合氯化铝、海藻酸钠、明胶、硅藻土质量浓度为1％；聚丙烯酰胺质量浓度为0.1％。

4.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤1)中，加入絮凝剂后，先以40～60r/min的转速快速搅拌1～3min，再以20～40r/min的转速慢速搅拌8～12min，再将其置于35～50℃的水浴中絮凝处理3～6h。

5.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤1)中，得到上清液和絮凝物C的分离步骤采用离心分离或真空抽滤；絮凝后的分离的上清液补加少量表面活性剂后在下次薯蓣皂苷萃取中进行循环利用。

6.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤2)中，硫酸的浓度为0.6mol/L～1.4mol/L；所述碱为2mol/L的氢氧化钠。

7.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤3)中，干燥滤渣E的步骤具体为：先在50℃～60℃的温度下干燥8h，再在110℃～120℃的温度下干燥30min。

8.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤3)中，萃取剂为石油醚或乙醇。

9.根据权利要求1所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤3)中，冷却结晶步骤具体为将索氏萃取法得到的萃取物冷却至室温并真空抽滤得滤渣F，用溶剂分两次洗涤滤渣F，得到薯蓣皂素。

10.根据权利要求9所述的一种薯蓣皂苷水解提取薯蓣皂素方法，其特征在于，步骤3)中，所述索氏萃取法步骤中还包括回收萃取剂的步骤，所述溶剂为回收所得的萃取剂。