CN105039296A - 一种黄姜皂素复合酶试剂及其制备方法以及利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法 - Google Patents

一种黄姜皂素复合酶试剂及其制备方法以及利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种黄姜皂素复合酶试剂及其制备方法以及利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法,黄姜皂素复合酶试剂包括25%~35﹪(重量)的中性果胶裂解酶原料,15﹪~35﹪(重量)的纤维素酶,25%~35﹪(重量)的宽温淀粉酶,5%~10﹪(重量)的糖苷酶以及1%~3%(重量)的葡糖氧化酶。采用本发明的技术方案,通过黄姜皂素复合酶试剂直接水解了高耗酸的果胶质、木聚糖、葡聚糖、杂多糖等,其水解物在发酵过程中作为微生物的营养成分充分利用,有效提高发酵效率;同时在皂素提取过程中上述物质的缺失能够直接节约盐酸的用量。

Description

一种黄姜皂素复合酶试剂及其制备方法以及利用该复合酶 试剂制备黄姜皂素的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及黄姜皂素制备领域,尤其涉及一种黄姜皂素复合酶试剂及其制备方法 以及利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法。
背景技术
[0002]目前,我国绝大部分黄姜皂素生产企业都采用传统的"黄姜原料粉碎-自然发 酵-酸解-过滤-洗涤-干燥-汽油提取-结晶-皂素"工艺生产皂素,该工艺酸解过程中 会产生大量的酸液,难于回收利用,一般企业都直接排放,造成严重环境污染。随着国家对 节能环保提出更高的要求,传统高排放高污染的皂素企业亟待改革生产方式转型。近几年 国内外出现的新工艺主要有"机械分离-酸解法"和"机械分离-溶剂溶出皂苷-酸解法", 这两种工艺虽然用酸量比传统工艺有所减少,但机械分离成本高,用电量和仪器磨损较大 等缺点,企业难以接受,工艺的应用性差;特别是薯蓣植物所含的皂苷中10%左右为水溶 性皂苷,使这些水溶性薯蓣皂苷难以收回,无法完全利用,造成效益低下。另一种新工艺是 "酶解一酸解法",该工艺由于替代酸量大,治污效果显著,受到多方关注。但由于现有技 术酶制剂结构的不稳定性,以及如何融入原黄姜提取工艺,仍存在较多问题。
[0003]故,针对目前现有技术中存在的上述缺陷,实有必要进行研究,以提供一种方案, 解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对目前大工业生产中不可控的自然发酵、酸解、机械破碎薯蓣 细胞等生物和化学手段的弊端,利用酶促反应方法促使黄姜原料中部分淀粉类多糖和非淀 粉多糖的水解,得到利于发酵过程的糖类物质,提高生物发酵水平;有效降低可溶性多糖和 单糖的残留,从而降低废水中的C0D ;通过高效切断皂苷与纤维素、半纤维素以及淀粉等之 间的链接键,使有效成分的充分释放,提高收率。大幅降低水解薯蓣皂苷所用的酸。
[0005]为了克服现有技术存在的缺陷,本发明的技术方案为:
[0006] 一种黄姜皂素复合酶试剂,包括25%~35 % (重量)的中性果胶裂解酶原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25%~35 % (重量)的宽温淀粉酶,5%~10 % (重量) 的糖苷酶以及1 %~3% (重量)的葡糖氧化酶。
[0007] 优选地,所述中性果胶裂解酶原料由以下重量百分比的成分构成:80%的中性果 胶裂解酶,10%的中性多聚半乳糖醛酸酶以及中性果胶酯酶10%。
[0008] 优选地,所述纤维素酶由以下重量百分比的成分构成:40 %的内切纤维素酶,30 %的中性木聚糖酶以及0 -葡聚糖酶30%。
[0009] 优选地,所述宽温淀粉酶由以下重量百分比的成分构成:中温a_淀粉酶60%,真 菌a-淀粉酶40%。
[0010] 优选地,所述糖苷酶为0 -葡萄糖苷酶。
[0011] 本发明还公开了一种黄姜皂素复合酶试剂的制备方法,包括以下步骤:
[0012] 将原料酶制剂分别进行前处理,所述原料酶制剂包括25%~35 % (重量)的中性 果胶裂解酶原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25 %~35 % (重量)的宽温淀粉酶, 5%~10 % (重量)的糖苷酶以及1 %~3% (重量)的葡糖氧化酶;
[0013] 按上述比例将原料酶制剂在混合器混合均匀;
[0014] 再加入适量防腐剂并通过硅藻土过滤机进行除菌处理。
[0015] 本发明还公开了一种利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法,其特征在于,包括 以下步骤:
[0016] 将黄姜原料粉碎;
[0017]同时加入水溶剂以及根据黄姜原料的成分及其构成比例添加相应比例的黄姜皂 素复合酶试剂,所述黄姜皂素复合酶试剂通过计量栗匀速加入;
[0018] 通过螺旋混合器混合均匀;
[0019] 在室温、自然pH值的条件下,同步进行酶促反应和发酵过程,并持续作用12小时 至48小时。
[0020] 优选地,所述黄姜皂素复合酶试剂包括25 %~35 % (重量)的中性果胶裂解酶 原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25%~35 % (重量)的宽温淀粉酶,5%~10 % (重量)的糖苷酶以及1%~3% (重量)的葡糖氧化酶。
[0021] 优选地,所述黄姜皂素复合酶试剂按重量比为千分之三至万分之三的比例添加。
[0022] 优选地,上述酶促反应和发酵过程作用结束时,pH值为3. 0-3. 5。
[0023]与现有技术相比较,本发明通过黄姜皂素复合酶试剂直接水解了高耗酸的果胶 质、木聚糖、葡聚糖、杂多糖等,其水解物在发酵过程中作为微生物的营养成分充分利用,有 效提高发酵效率;同时在皂素提取过程中上述物质的缺失能够直接节约盐酸的用量;由于 黄姜皂素复合酶试剂的作用,使植物原料原有毛细孔疏通并新增了系列裂隙孔隙,发酵期 间以及酸解过程中菌种代谢的相关酶系以及酸等化工料快速渗透到纤维腔孔,直接作用于 皂素与纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等的链接键,减少了酸在切断皂素与上述物质的链 接键上的消耗,二者合计节酸70 %、减少汽油用量50 %、降低了废水处理费用60% ;减少 薯蓣皂素生产工艺的发酵时间50%,提高产品生产周期。皂素的收率比原工艺提高2%~ 5%,提高经济效益,降低生产成本。
具体实施方式
[0024] 针对现有技术存在的问题,本发明在多次实验分析的基础上发现:黄姜(盾叶薯 蓣)的根状茎含1. 1 %~16. 15 %的薯蓣皂苷元、45 %左右的淀粉、40 %的纤维素、2%~ 3%的果胶以及一些水溶性苷类、生物碱类、黄酮苷类、强心苷类、生物碱、单宁、色素等化学 成分,其中果胶质是以D 2半乳糖醛酸的A 21,4聚合物为主要成分的多聚糖。果胶质以部 分甲基化的聚半乳糖醛酸作为主链,并以鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖及其他糖类连接 在其主链上作为支链,组成了多糖类的果胶质结构。这种多糖类结构,把纤维素基质内初 生胞壁中的蛋白质、脂肪醇、脂肪酸及其酯类、胆留醇和其他碳氢化合物组成的蜡质等,通 过其主链和支链粘合,形成了以果胶质为骨架的庞大的疏水性网状层。其不溶性主要是 由于钙等二价金属离子介入了聚半乳糖醛酸之间的结合,以及介入了阿拉伯聚糖、半乳聚 糖、阿拉伯半乳聚糖等中性糖链的纤维素纤维的结合所引起的。在进一步的实验分析和理 论认证后,发现正是这个疏水性网状层,极大地影响了黄姜皂素发酵过程和皂素的有效分 离。
[0025] 基于上述分析,上述黄姜的成分及其构成比例对黄姜皂素的提取起到关键作用, 本发明实施例提出一种黄姜皂素复合酶试剂,以中性果胶裂解酶为主、辅以其他酶制剂的 复合酶制剂,其成分构成按照黄姜的成分比例进行精确控制配比。
[0026] 具体为:一种黄姜皂素复合酶试剂,包括25%~35 % (重量)的中性果胶裂解酶 原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25%~35 % (重量)的宽温淀粉酶,5%~10 % (重量)的糖苷酶以及1%~3% (重量)的葡糖氧化酶。
[0027] 其中,所述中性果胶裂解酶原料由以下重量百分比的成分构成:80 %的中性果胶 裂解酶,10%的中性多聚半乳糖醛酸酶以及中性果胶酯酶10%。
[0028] 其中,所述纤维素酶由以下重量百分比的成分构成:40 %的内切纤维素酶,30 % 的中性木聚糖酶以及0 -葡聚糖酶30%。
[0029] 其中,所述宽温淀粉酶由以下重量百分比的成分构成:中温a _淀粉酶60 %,真菌 a _淀粉酶40 %。
[0030] 其中,所述糖苷酶为葡萄糖苷酶。
[0031] 在本发明的一种优选实施例中:具体配方如下,含量为重量百分比的成分:中性 果胶裂解酶30 %,纤维素酶25 %,宽温淀粉酶35 %,糖苷酶8 %,葡糖氧化酶2 %。
[0032] 在本发明的另一种优选实施例中:具体配方如下,含量为重量百分比的成分:中 性果胶裂解酶25 %,纤维素酶35 %,宽温淀粉酶30 %,糖苷酶9 %,葡糖氧化酶1 %。
[0033] 本发明上述技术方案的作用原理如下:1、通过中性果胶裂解酶的作用,有效降解 植物原料中纤维束的粘连物质,促使纤维有效分离并充分打开纤维腔孔,利于皂苷的有效 提取;2、能够水解原料中的纤维素,破坏其链状结构及其半纤维素构成的网状细胞壁结构, 释放出其中被包裹的有效成分皂苷;通过0_葡聚糖酶及木聚糖酶的的协同作用,降解因 植物体0 _葡聚糖、木聚糖的存在而导致物理通道堵塞造成的物料中包含大量水分,降解 粘性杂质,降低过滤粘度;3、黄姜中淀粉含量为45%~55 %,黄姜粉碎后薯蓣皂苷被大量 的淀粉包裹,将淀粉液化,有利于有机溶剂对皂苷的提取;4、适量的葡糖氧化酶:协同复合 纤维素酶及果胶酶共同作用于植物细胞壁,能够改变果胶质等大多数胶体物质,均为亲水 性质的纤维及半纤维表面电荷与水中正电荷的相互吸引力;5、适量的糖苷酶:能够水解薯 蓣皂苷中的糖苷键,用于皂苷的生物转化。
[0034] 采用本发明的技术方案,具有以下技术效果:1、黄姜皂素复合酶试剂直接水解了 高耗酸的果胶质、木聚糖、葡聚糖、杂多糖等,其水解物在发酵过程中作为微生物的营养成 分充分利用,有效提高发酵效率;同时在皂素提取过程中上述物质的缺失能够直接节约盐 酸的用量。2、由于黄姜皂素复合酶试剂的作用,使植物原料原有毛细孔疏通并新增了系列 裂隙孔隙,发酵期间以及酸解过程中菌种代谢的相关酶系以及酸等化工料快速渗透到纤维 腔孔,直接作用于皂素与纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等的链接键,减少了酸在切断皂素 与上述物质的链接键上的消耗,二者合计节酸70%、减少汽油用量50%、降低了废水处理 费用60%。3、减少薯蓣皂素生产工艺的发酵时间50%,提高产品生产周期。4、皂素的收率 比原工艺提高2 %~5 %,提高经济效益,降低生产成本。
[0035] 本发明还提出了一种黄姜皂素复合酶试剂的制备方法,包括以下步骤:
[0036] 将原料酶制剂分别进行前处理,所述原料酶制剂包括25%~35 % (重量)的中性 果胶裂解酶原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25 %~35 % (重量)的宽温淀粉酶, 5%~10 % (重量)的糖苷酶以及1 %~3% (重量)的葡糖氧化酶;
[0037] 按上述比例将原料酶制剂在混合器混合均匀;
[0038] 再加入适量防腐剂并通过硅藻土过滤机进行除菌处理。
[0039] 针对现有技术"黄姜原料粉碎-自然发酵_酸解-过滤-洗涤-干燥-汽油提 取-结晶-皂素"的生产工艺,本发明还提出了一种利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方 法,包括以下步骤:
[0040] 将黄姜原料粉碎;
[0041] 同时加入水溶剂以及根据黄姜原料的成分及其构成比例添加相应比例的黄姜皂 素复合酶试剂,所述黄姜皂素复合酶试剂通过计量栗匀速加入;
[0042] 通过螺旋混合器混合均匀;
[0043] 在室温、自然pH值的条件下,同步进行酶促反应和发酵过程,并持续作用12小时 至48小时。
[0044] 在一种优选地实施方式中,所述黄姜皂素复合酶试剂包括25 %~35 % (重量)的 中性果胶裂解酶原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25%~35 % (重量)的宽温淀粉 酶,5%~10 % (重量)的糖苷酶以及1 %~3% (重量)的葡糖氧化酶。
[0045] 在一种优选地实施方式中,所述黄姜阜素复合酶试剂按重量比为千分之三至万分 之三的比例添加。
[0046] 在一种优选地实施方式中,上述酶促反应和发酵过程作用结束时,pH值为 3. 0~3, 5〇
[0047] 上述本发明实施例的技术方案,主要作用原理如下:1、直接在黄姜皂素粉碎时与 原料和水一块加入,利用酶制剂的专一性对原料中淀粉类多糖和非淀粉多糖的有效水解, 得到利于菌种直接利用的可发酵糖,提高发酵水平;2、通过中性果胶裂解酶的作用,有效降 解植物原料中纤维束的粘连物质,促使纤维有效分离并充分打开纤维腔孔,利于皂苷的有 效提取;3、能够水解原料中的纤维素,破坏其链状结构及其半纤维素构成的网状细胞壁结 构,释放出其中被包裹的有效成分皂苷;通过0 _葡聚糖酶及木聚糖酶的的协同作用,降解 因植物体0 _葡聚糖、木聚糖的存在而导致物理通道堵塞造成的物料中包含大量水分,降 解粘性杂质,降低过滤粘度;4、黄姜中淀粉含量为45 %~55 %,黄姜粉碎后薯蓣皂苷被大 量的淀粉包裹,将淀粉液化,有利于有机溶剂对皂苷的提取;5、适量的葡糖氧化酶:协同复 合纤维素酶及果胶酶共同作用于植物细胞壁,能够改变果胶质等大多数胶体物质,均为亲 水性质的纤维及半纤维表面电荷与水中正电荷的相互吸引力;6、适量的糖苷酶:能够水解 薯蓣皂苷中的糖苷键,用于皂苷的生物转化。
[0048] 以下结合本发明在实际生产中应用实例进一步说明本发明的技术效果。表1为以 干黄姜为主原料的生产试验数据,并对比了传统工艺和采用本发明黄姜皂素复合酶试剂工 艺后的生产数据,试验中,分两发酵池共发酵19. 25吨干黄姜,加酶120公斤,加酶量6%。,酸 解按正常加酸量的60%投入生产。具体生产数据见下表1。
[0049] 表1干黄姜原料生产工艺对比
[0050]
Figure CN105039296AD00071
[0051] 表2为以鲜黄姜为主原料的生产试验数据,试验中,12. 5吨鲜黄姜加酶37. 5公斤 (含水量按照60%,折合干重按5%。加酶)为一个发酵池,共发酵两池,发酵时间65小时,酸 解按正常加酸量的60%投入生产。具体生产数据见下表2。
[0052] 表2鲜黄姜原料生产工艺对比
[0053]
Figure CN105039296AD00072
[0054] 从表1和表2的数据对比可以看出,采用本发明的技术方案,能够减少酸的用量, 降低了废水处理费用;同时减少黄姜皂素生产工艺的发酵时间,提高产品生产周期;皂素 的收率比原工艺也有进一步提高,提高经济效益,降低生产成本。
[0055] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对 于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行 若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0056] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。

Claims (10)

1. 一种黄姜皂素复合酶试剂,其特征在于,包括25%~35 % (重量)的中性果胶裂解 酶原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25%~35 % (重量)的宽温淀粉酶,5%~10 % (重量)的糖苷酶以及1 %~3% (重量)的葡糖氧化酶。
2. 根据权利要求1所述的黄姜皂素复合酶试剂,其特征在于,所述中性果胶裂解酶原 料由以下重量百分比的成分构成:80 %的中性果胶裂解酶,10%的中性多聚半乳糖醛酸酶 以及中性果胶酯酶10%。
3. 根据权利要求1所述的黄姜皂素复合酶试剂,其特征在于,所述纤维素酶由以下 重量百分比的成分构成:40 %的内切纤维素酶,30 %的中性木聚糖酶以及P -葡聚糖酶 30%〇
4. 根据权利要求1所述的黄姜皂素复合酶试剂,其特征在于,所述宽温淀粉酶由以下 重量百分比的成分构成:中温a -淀粉酶60 %,真菌a -淀粉酶40 %。
5. 根据权利要求1所述的黄姜皂素复合酶试剂,其特征在于,所述糖苷酶为P _葡萄糖 苷酶。
6. -种黄姜皂素复合酶试剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: 将原料酶制剂分别进行前处理,所述原料酶制剂包括25%~35 % (重量)的中性果胶 裂解酶原料,15 %~35 % (重量)的纤维素酶,25 %~35 % (重量)的宽温淀粉酶,5 %~ 10 % (重量)的糖苷酶以及1 %~3% (重量)的葡糖氧化酶; 按上述比例将原料酶制剂在混合器混合均匀; 再加入适量防腐剂并通过硅藻土过滤机进行除菌处理。
7. -种利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法,其特征在于,包括以下步骤: 将黄姜原料粉碎; 同时加入水溶剂以及根据黄姜原料的成分及其构成比例添加相应比例的黄姜皂素复 合酶试剂,所述黄姜皂素复合酶试剂通过计量栗匀速加入; 通过螺旋混合器混合均匀; 在室温、自然pH值的条件下,同步进行酶促反应和发酵过程,并持续作用12小时至48 小时。
8. 根据权利要求7所述的利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法,其特征在于,所述 黄姜皂素复合酶试剂包括25 %~35 % (重量)的中性果胶裂解酶原料,15 %~35 % (重 量)的纤维素酶,25%~35 % (重量)的宽温淀粉酶,5%~10 % (重量)的糖苷酶以及 1%~3% (重量)的葡糖氧化酶。
9. 根据权利要求7所述的利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法,其特征在于,所述 黄姜皂素复合酶试剂按重量比为千分之三至万分之三的比例添加。
10. 根据权利要求7所述的利用该复合酶试剂制备黄姜皂素的方法,其特征在于,上述 酶促反应和发酵过程作用结束时,pH值为3. 0-3. 5。
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