CN1542139A

CN1542139A - 一种黄姜提取皂素的清洁生产工艺

Info

Publication number: CN1542139A
Application number: CNA2003101113422A
Authority: CN
Inventors: 缪礼鸿
Original assignee: Wuhan Polytechnic University
Current assignee: Wuhan Polytechnic University
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2004-11-03

Abstract

本发明涉及一种黄姜提取皂素的清洁生产工艺。该工艺主要由三个部分组成：1.黄姜经粉碎、高温蒸煮后先后加入淀粉酶、糖化酶、纤维素酶等进行酶解，通过板框过滤和离心方法分离糖化液和糖渣；糖化液经蒸发浓缩后用于发酵生产酒精或干酵母。2.糖渣经酸水解后提取皂素。所产生的高浓度(头次)皂素废水与皂素废渣以及污泥混合进行堆积发酵生产有机肥料。3.提取皂素所产生的中、低浓度废水与酒糟液或酵母生产废液混合后的综合废水采用高温沼气－好氧活性污泥法处理等方法使废水最终达标排放或回用。

Description

一种黄姜提取皂素的清洁生产工艺

本发明属于环境污染治理技术领域或生物工程领域，其具体涉及一种黄姜提取皂素清洁生产工艺。

黄姜是提取薯蓣皂素的主要原料。黄姜中含有约40％的淀粉和50％的纤维素等成分，其所含的用于甾体药物生产的有效成分皂素一般仅占黄姜干重的2％左右。我国自上世纪50年代开始建立薯蓣皂素生产工厂，采用Rothrod发明的直接酸水解法生产薯蓣皂素的工艺，即原料浸泡、粉碎后，加酸加热水解，再用有机溶剂提取。该工艺的缺点是：1.由于薯蓣根茎质地坚硬和大量淀粉的存在，不易水解彻底，皂素收率低；2.由于在浓酸和高温等强烈条件下进行水解，薯蓣中其它成分如淀粉等遭到破坏，不利于资源的综合利用。后来，国内外都报道了在植物材料酸水解前进行预发酵(又称自然发酵)。目前，我国大多数薯蓣皂素厂都采用此生产工艺，即将薯蓣原料粉碎浸泡后任其自然发酵数天，植物体疏松后，加入强酸加热水解、水洗至中性，滤渣烘干后用溶剂汽油提取皂素。该方法使皂素收率提高，但杂质增加，熔点降低。此外，该工艺同最早的皂素生产工艺一样，仅利用了黄姜中含量仅占2％的皂素，而占98％的淀粉等干物质成分不仅完全没有被有效利用，而且产生了大量的含BOD、COD和酸性极高的有机废水，为后续的水处理造成极大困难。按此工艺，每加工一吨鲜姜产生理造成极大困难。按此工艺，每加工一吨鲜姜产生2.5吨以上的废水。

如果单纯从治污的角度进行清洁生产工艺设计，不仅治污成本高，而且，就目前的废水治理技术而言也难以实现。因此，黄姜提取皂素清洁生产技术的关键在于对其中占近40％的淀粉的有效利用和高浓度皂素废水的处理与利用。由于淀粉经强酸水解后有近一半的葡萄糖被破坏，无论是用于提取葡萄糖或酒精发酵，其利用效率将大大降低。因此，对黄姜淀粉的利用要在酸水解之前进行，不仅可以最大限度地利用淀粉资源，还将大大降低水解所需的酸用量。

现有黄姜淀粉可食用或造酒的报道。西北植物研究所提出了“分离法制取薯芋皂素新工艺”(封玉贤等，天然产物研究与开发，1994)，其主要步骤为先从黄姜中分离出淀粉浆，再进行稀酸水解使淀粉糖化，分离后得到糖液和糖渣，糖渣用于提取皂素，糖液用于发酵生产肌苷。但据文献报道，该工艺在淀粉水洗分离中的流失会影响皂素得率，而且水处理量大，目前仍未得到大量推广。

黄姜皂素废水中的含糖量较高，有文献报道从高浓度皂素废水中提取葡萄糖(黄进等，农业工程学报，2001)或利用其中的糖类进行酒精发酵(中国专利.-CN1124776)，但这些方法仅回收利用了废水中的还原糖，仍存在二次废水污染问题。缪礼鸿等采用皂素废渣直接吸收高浓度皂素废水经堆肥发酵生产有机肥料，作为皂素废渣和废水的一种治理方法(专利申请号：03128369.1)。但该技术只解决了皂素废渣和高浓度皂素废水的治理问题，未涉及黄姜淀粉的利用和中、低浓度皂素废水的处理问题。

发明目的

本发明的目的在于：

1.提出一种能够实现黄姜皂素生产过程中，使所有的污染物都达标排放的清洁化生产工艺。

2.本清洁化生产工艺能有效利用黄姜中的淀粉等资源，实现黄姜皂素提取过程中主要废弃物的资源化利用，综合经济效益显著提高。

实现发明目的的技术措施

本发明的目的可通过以下技术方案来实现：

一种黄姜提取皂素清洁生产工艺，其技术关键在于：

1.黄姜加水粉碎后在温度110～130度蒸煮30min后，先后加入耐高温α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶等多种酶进行液化和糖化处理，通过过滤或离心方法分离出糖化液和糖渣。

2.糖化液经蒸发浓缩至糖度达15-25％，接种酒精酵母或药用、饲料酵母菌发酵转化成酒精或活性干酵母等发酵产品。糖渣经硫酸水解后按原有工艺提取皂素。

3.皂素提取过程中产生的中、低浓度的含SO₄ ^2-的酸性废水(第二、三次皂素废水)混合后加入适量的生石灰中和至中性，过滤除去CaSO₄沉淀后，与糖化液酒精发酵(或酵母培养)后的酒糟液(或酵母培养废水)混合后的综合废水采用高温沼气发酵法-好氧处理工艺法处理，使废水的主要污染物排放指标达到国家排放标准。产生的沼气回收用于锅炉燃烧。

4.高浓度皂素废水(头次废水)、皂素废渣和综合废水沼气发酵及好氧处理后的浓缩污泥、草炭等按适当比例混合后采用高温好氧堆肥方法生产有机肥料。

发明的优点

本发明所具有的优点是：

1.本工艺实现了黄姜资源的最大化利用和皂素清洁生产的目标，与现有的被普遍采用的皂素生产工艺相比，本工艺将产生显著的经济效益和环保效益。适合于在黄姜皂素生产规模较大的企业中推广应用。

2.本清洁化生产工艺与现有工艺比较，黄姜中的淀粉等物质得到了充分利用，浓硫酸的用量下降35％左右，废水总排放量减少40％左右。水解过程中所消耗的水、电、气将大大下降；而皂素得率未受影响。

3.高浓度皂素废水、皂素废渣、浓缩污泥及草炭等用于有机肥料生产，可减少废水处理成本，实现废水和废渣的资源化利用。

4.综合废水采用高温沼气发酵工艺，处理效率高、周期短，并具有经济效益。

附图

附图黄姜提取皂素清洁生产工艺流程图

以下结合附图和实施例进一步详述本发明。

附图是本发明的工艺流程图具体实施方式

实施例1：参照工艺流程图，鲜黄姜淀粉酶解制备糖化液、糖渣和皂素提取方法及其效果。

称取300克鲜黄姜，洗净、加水浸泡后粉碎。高温(121℃)蒸煮30分钟，降温至90℃，加入1克α-淀粉酶，在90℃水浴锅中液化1小时，降温至60℃左右时添加1克糖化酶于60℃水浴锅中糖化1小时后，以3000r/min离心10分钟，离心得上清夜澄清透明，离心后得到的渣子用纱布进一步过滤后，得到的液体继续离心，最后共得到750毫升，8.0°BX的黄姜汁。糖渣加入40mL浓硫酸进行水解，按原工艺提取皂素，共获得1.65克纯皂素，与原有工艺比较皂素的得率提高4.5％。

实施例2：糖化液的酒精发酵和活性酵母菌的培养的效果。

200mL糖度为8％的黄姜糖化液接种适合于黄姜液生长的专一性酒精酵母菌，28℃下进行酒精发酵2天，蒸馏测定发酵液的酒精度达8％(v/v)。该糖化液接种一种药用酵母菌，28℃下摇床培养24h，测得酵母菌总数达5亿/mL。

Claims

1.一种建立在资源化利用基础上的黄姜提取皂素的清洁生产工艺，其特征在于：黄姜经粉碎、高温蒸煮后先后加入α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶等进行酶解和糖化，通过过滤或离心方法分离糖化液和糖渣。糖化液经蒸发浓缩至糖度达15-25％，接种酒精酵母或药用、饲料酵母菌发酵转化成酒精或活性干酵母等发酵产品。糖渣经硫酸水解后按原工艺提取皂素。酒糟液或酵母培养后的废液与中、低浓度皂素废水混合后的综合废水采用高温沼气发酵-好氧活性污泥法处理；高浓度皂素废水与废渣、污泥等混合用于有机肥料生产。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：鲜黄姜原料经粉碎后采用110-130℃高温蒸煮30min，在90℃～60℃条件下依次加入α-淀粉酶、糖化酶和纤维素酶等进行酶解后，用过滤和离心方法直接分离糖化液。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：高浓度皂素废水与中、低浓度皂素废水采用不同的方法分开治理。中、低浓度废水与酒糟液或酵母培养废液混合后，采用高温沼气发酵-好氧活性污泥法；高浓度皂素废水、皂素废渣与沼气污泥采用堆肥法生产有机肥料。