CN1978458A - 从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺。它以2－3年生鲜黄姜或鲜穿山龙根茎为原料，其工艺为：原料→微波处理→超微粉碎→动态连续提取→精馏→水解→粗品皂甙元→溶解吸附提纯→精馏→结晶→干燥→精制皂甙元。本发明提供一种薯蓣皂甙元的生产新工艺，其工艺先进、投资少、原料消耗低、产品得率高、品质优良、生产周期短可实现提取工艺在20小时内完成、无污染废水中COD含量在300mg/l以下。

Description

从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺

一技术领域

本发明从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，特别是采用一系列先进生产工艺和技术达到清洁生产、缩短了提取时间，增加了提取效率；同时解决污染排放。

二背景技术：

从黄姜或穿山龙中提取皂甙元即皂素(薯蓣皂甙)，是甾体激素类药物的前体，在合成甾体药物的原料中占70％。在世界药物中甾体激素药物是仅次于抗菌素的第二大类药物。目前世界上生产的甾体激素药物品种达292种之多。甾体激素药物具有很强的抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克的药理作用，在国内外临床医药上广为应用。至今薯蓣皂素仍是合成这类药物最理想的原料。但是，目前国内生产加工皂素的工艺一直是使用延续了50年的发酵-盐酸水解-汽油提取方法；原料消耗大，周期长污染严重，废水中COD高达25000mg/L(BOD 8000mg/L)，PH值1.0-2.5。使周边生态环境恶化，并产生生物链破坏。

薯蓣皂素的传统生产工艺为：

1、发酵与酸水解相结合提取皂甙元

鲜姜清洗→粉碎→发酵→酸解→水洗中性→干燥→汽油提取→皂甙元

2、发酵法与酶解相结合提取皂甙元

鲜姜清洗→粉碎→发酵→酶解→干燥→汽油提取→皂甙元

目前国内主要采用的是发酵与酸水解法提取皂甙元。

在现行的实际生产中提取工艺一直是延用50年的酸解发酵工艺，提取时间长，原料浪费大，环境污染大，产品质量较低，生产成本高无附加值、生产存在的问题是技术上没有大的突破，皂素生产一直延用自然发酵、盐酸水解、溶剂汽油提取的生产工艺，所得皂素品质较低。传统工艺在保留有效成分，去除无效成分方面，存在着能耗大、物耗大、有效成分损失大、杂质多、效率低、周期长、工序多、提取率不高等缺点。具体表现如下：

1、发酵周期长，易霉变，发酵不彻底。

2、水洗至中性时，耗水量大污染大，清洗次数较多造成部分皂甙元流失。

3、每吨成品耗酸量为15-20吨。

4、每吨成品损失汽油5-6吨。

5、每吨成品消耗原料130-160吨。

6、每吨成品造成超标的污染水量约500吨。

随着国家对生态环境的监察力度加大，生产厂家纷纷停产，整改。

三、发明内容

通过研究实践、总结考察，研发了及能解决环境污染，又能提高产值和经济效益的一套拥有自主知识产权的新工艺，在生产环境和加工工艺上均能达到GMP标准，排放达到国家环保总局下达的《皂素工业污染物排放标准及测量方法》研究课题初审确定污染物COD的排放允许浓度300mg/L的要求。改变传统工艺提取7-10天为20小时内完成全部提取的新工艺流程。

本发明的目的为克服背景技术的不足，提供了一种以薯蓣类植物为原料提取皂素的新型提取技术。该技术在提高产品品质同时，缩短了生产周期，不污染环境，并且原料中(干重)50％的纤维，40％的淀粉得以机械回收；增加了副产品收益。生产流程因用酸量低，在酸解后对酸液回收，降低生产成本同时减少了污染。

本发明的目的是提供一种工艺先进、投资少、原料消耗低、产品质量高、生产周期短、无污染的从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺。

本发明的目的是这样来实现的：

1.选取2-3年生薯蓣鲜黄姜或鲜穿山龙进行清洗去除泥土、沙石及夹带的其它杂质，再挥发原料表面的水分后；进行切片处理；

2.采用频率在300MHz～40GHz的微波设备对原料进行辐射使细胞内部的水分子做极性变换运动，同时迅速生成大量的热能，促使细胞内液态水汽化；生成的压力将细胞壁和细胞膜冲破，造成细胞破裂并释放出细胞内有效成分，同时完成干燥处理；

3.配合剪切乳化技术，添加35％-95％含量的乙醇对物料进行乳化破碎、粒度达到2-10um，目的降低原料的体积增大表面体积；

4.采用动态连续回流提取设备对物料循环提取，溶剂连续回流濅提出水溶性皂甙；真空浓缩提取液并蒸馏回收溶剂乙醇，将浓缩的皂甙溶液进行干燥处理、充分挥发残留的乙醇，使皂甙以固体形式存在；

5.加热将皂甙溶解在10％-37％盐酸溶液加热酸解4-6小时，作固液分离得到固体沉淀物和盐酸溶液；盐酸液体蒸馏回收循环使用；

6.固体沉淀物用水洗至中性后低温干燥使其含水率低于7％。得粗品皂甙元；

7.粗品皂甙元加热溶解于无水乙醇中，加入活性碳粉吸附色素和杂质。过滤分离活性碳粉，醇液经微孔膜过滤截流细小固体颗粒，提高溶液纯净度；

8.直接减压蒸干或经蒸馏回收溶剂得到针状结晶，低于80℃干燥得精制皂甙元。

本发明应用的相关技术：

(1)剪切乳化技术；(2)螺旋沉降离心分离技术；(3)动态回流浸提技术；(4)真空浓缩蒸馏回收技术；(5)膜滤技术；(6)微波技术。

1.剪切乳化技术：物料在进入高剪切乳化机的工作腔内后，瞬间承受几十万次剪切，同时产生的湍流使物料受到更强力的液力剪切。由于剪切、撞击、挤压、研磨等若干种破碎机理的综合作用，使物料在极短的时间内就充分达到分散、混合、乳化、均质、破碎的目的，使目标产品加工工艺更优越，产品质量更稳定。将粉碎粒径提高到2um-10um，植物粉末可以达到95％破壁水平。超微粉末可使生药中有效成分得以充分保留，有效成分的溶出更迅速、释放更快、更充分，过程更直接、快速，药物利用率提高。

2.螺旋沉降离心分离技术：其工作原理：待分离的悬浮液由中心加料管加入螺旋推料器的时料仓内，加速后由螺旋上的进料孔进入转鼓内。在离心力的作用下，进入转鼓内的悬液很快分成两层：较重的固相沉积在转鼓内壁上形成沉渣层；而较轻的液相则形成内环分离液层。沉渣被螺旋推料器推送到转鼓小端在锥段进一步脱水有转鼓小端的出渣口甩出转鼓。

3.动态回流浸提技术：选择合适的溶剂，加到适当粉碎过的中草药原料中，溶剂由于扩散、渗透作用会逐渐通过细胞壁透入到细胞内，溶解可溶性物质，而造成细胞内外的浓度差，于是细胞内的浓溶液不断向外扩散，细胞外的溶剂则不断进入药材组织细胞中，如此往返多次，直至细胞内外溶液浓度达到动态平衡时，将此饱和溶液滤出，浓缩；继续往过滤后的药渣中加入新溶剂，重复以上过程，反复多次就可以把所需要的的成分近于完全溶出或基本溶出。

4.真空浓缩蒸馏回收技术：濅提的饱和溶剂采用常规的蒸馏技术回收溶剂，时间长设备体积大，挥发损失量高；针对以上问题，本工艺中使用喷幕式真空蒸馏回收使浓缩蒸馏同时完成。

5.膜滤技术：微孔膜的分离机理主要是筛分作用；密致膜的分离机理一般是溶解-扩散作用。前者主要用于超滤、微滤、渗析等；后者主要用于反渗透、气体分离、渗透气化等。液膜分离机理是溶解-扩散与促进传递。提高纯化分离的纯净度，本工艺中利用微孔膜净化提取液混入杂质。

6.微波技术：微波是一种波长在1～0.001m、频率在300MHz～300GHz的电磁波。由于其具有独特的性质-似光特性、穿透特性、热特性、生物效应。

微波技术提取中草药有效成份：中草药有效成分往往包埋在细胞中，只有把细胞壁和细胞膜破碎或溶解，才能将有效成分提取出来。微波提取技术主要是基于微波的热特性，其加热原理是利用微波场中介质的偶极子转向极化与界面极化的时间与微波频率吻合的特点，促使介质转动能级跃迁，加剧热运动，将电能转化为热能。

微波辐射过程是高频电磁波穿透介质，到达物料的内部维管束和腺胞系统。由于吸收微波能，细胞内部温度迅速上升，使其细胞内部压力超过细胞壁膨胀承受能力将细胞破裂。细胞内有效成分自由流出，微波能是一种能量形式，它在传输过程中能对许多由极性分子组成的物质产生作用，微波电磁场使物质的分子产生瞬时极化。

本发明与现有技术相比有以下优点：

1.提取效率高：现行的提取技术从原料到皂素生产需7-10天。而新技术提取在20小时内完成。

2.提取得率高：在提取率上高于传统工艺10％。节约原材料，同时在酸解前分离淀粉和纤维，增加了副产品收益。

3.环境无污染：传统工艺每生产1吨成品耗酸15-20吨，无法回收夹杂在排污废水中(约500吨)。本工艺用酸量为传统工艺的1/20，而且回收率高达90％以上，排污酸含量不足200公斤。可节约废水处理所需的设备和资金。排污液体为澄清透明状；废水中COD含量在300mg/L以下。

四：附图说明

附图1为本发明从盾叶薯蓣提取皂甙元清洁生产新工艺流程图。

五：具体实施方式：

实施例：

称取新鲜黄姜1000Kg，清洗后切片，用微波设备破壁后将物料投入高剪切乳化罐内，添加乙醇溶剂剪切30min。乳化至400目。采用动态连续提取设备对物料循环提取，濅提出水溶性皂甙；将皂甙溶液进行真空浓缩及干燥处理，得残留物总皂甙。加水混悬，加20％盐酸加热反应6小时。滤除酸液，将酸解沉淀物水洗至中性后、干燥得粗品皂甙元。加无水乙醇溶解粗品甙元，并加入相等重量的活性碳粉吸附杂质。过滤分离活性碳粉，并将过滤溶剂经微孔膜过滤除杂质后，减压蒸发溶剂，使针状结晶完全析出，抽滤后80℃蒸干得精品皂甙元8.2公斤。

Claims (7)

1、从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，其特征在于：

(1)、选取2-3年生鲜黄姜或穿山龙根茎；进行清洗去除夹带的泥土、沙石等杂物杂质，进行切片处理；

(2)、采用频率在300MHz～40GHz的微波设备对原料进行辐射使细胞内部的水分子做极性变换运动，同时迅速生成大量的热能，促使细胞内液态水汽化；生成的压力将细胞壁和细胞膜冲破，造成细胞破裂并释放出细胞内有效成分，同时完成干燥处理；

(3)、配合剪切乳化技术，对物料进行乳化破碎粒度达到2-10um，添加35％-95％乙醇溶剂对物料循环提取，溶剂连续回流濅提出水溶性皂甙；

(4)、采用真空浓缩蒸馏回收乙醇溶剂并浓缩干燥水溶性皂甙；

(5)、将皂甙加热溶解在10％-37％的盐酸溶液中，对皂甙加压酸解4--6小时，得盐酸液及同形颗粒状沉淀物，过滤出酸液；

(6)、固体形状的颗粒沉淀用水清洗至呈现中性，低温干燥得含水量少于7％粗品皂甙元；

(7)、粗品皂甙元中加入乙醇溶剂加热至粗品皂甙元固形物完全溶解后，加入活性碳粉剂吸附杂质和色素，过滤分离活性碳粉剂，醇溶液经微孔膜过滤截流细小固体颗粒，以提高溶液纯净度；

(8)、直接减压蒸干或经蒸馏回收溶剂得到针状结晶，低于80℃干燥得精制皂甙元。

2、根据权利要求1所述的从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，其应用到的新技术：(1)剪切乳化技术；(2)螺旋沉降离心分离技术；(3)动态回流浸提技术；(4)真空浓缩蒸馏回收技术(5)膜滤技术；(6)微波技术。

3、根据权利要求1所述的从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，其特征在于采用频率在300MHz-40GHz的微波对薯蓣-鲜黄姜或鲜穿山龙进行破壁处理。

4、根据权利要求1所述的从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，其特征在于采用乙醇溶剂配合剪切乳化设备实现超微粉碎和动态提取设备濅提出水溶性皂甙。

5、根据权利要求1所述的从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，采用真空浓缩蒸馏回收乙醇溶剂。

6、根据权利要求1所述的从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，其特征在采用活性碳粉剂吸附溶剂中的杂质和色素。

7、根据权利要求1所述的从盾叶薯蓣中提取皂素清洁生产新工艺，其特征在于超微粉碎采用剪切乳化技术。

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