專利名稱：一種薯蕷皂素提取新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薯蕷皂素的提取工藝，具體是指一種微生物強化發(fā)酵，結(jié)合稀酸催化水解的方法提取薯蕷中皂素的工藝。
背景技術(shù)：
皂素制備留體激素類藥物等原料，目前只能從植物中通過某種工藝獲取，其中制備甾體激素類藥物最基礎(chǔ)、最理想的中間體是薯蕷皂甙元，薯蕷皂素是被作為基礎(chǔ)原料，全球67%的甾體激素類藥物是以它作為原料生產(chǎn)的。為了增強我國的國際競爭力，對落后的生產(chǎn)薯蕷皂素技術(shù)工藝的改良與創(chuàng)新勢在必行。黃姜學(xué)名盾葉薯蕷，(在以下描述中多采用俗名黃姜)，它廣泛種植于我國秦嶺一 帶以及長江中上游地區(qū)，我國生產(chǎn)的黃姜薯蕷皂素占整個國際市場份額的60%以上，黃姜的塊狀根莖中主要的成分含量是淀粉(45% 50%)、纖維素(40% 50%)、薯蕷皂甙(2% 4%)，還含有少量的黃色素、單寧等。直接酸水解法是從黃姜塊狀根莖中提取薯蕷皂素的落后的、舊的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，從開始到現(xiàn)在已經(jīng)有50多年的歷史
黃姜一洗滌一粉碎一酸水解一過濾洗滌一烘干一汽油提取一濃縮結(jié)晶一離心分離一烘干一薯蕷皂素
該工藝主要存在的問題如下1)黃姜塊狀根莖在被直接加酸水解時，由于存在大量的淀粉和纖維素對水解有很大的阻礙和干擾作用，造成水解不徹底，產(chǎn)出的半成品一水解產(chǎn)物的干燥物中皂素含量很低，因而皂素得率也非常低；2)直接用水多次反復(fù)洗滌經(jīng)酸水解后的水解產(chǎn)物，水量消耗非常大，而且在用水洗滌過程當(dāng)中半成品的損失很嚴(yán)重。由于直接依靠強酸對皂苷進行水解，耗費的酸多，又導(dǎo)致使用大量水來洗凈半成品，造成廢水水質(zhì)情況復(fù)雜、排放量非常大，對環(huán)境污染嚴(yán)重。按常規(guī)方法處理皂素廢水，出水根本不能達標(biāo)排放。每生產(chǎn)一噸皂素，要耗費濃硫酸50-100噸，排放污水1000噸，COD總量約30噸。現(xiàn)有技術(shù)使用了不同的方法來降低工藝的耗酸量和減少COD排放；比如使用物理方法分離淀粉和纖維素，中國專利(申請?zhí)?3125387. 3,200410060679. X, 200410060777. 3)采用物理分離，通過研磨過篩旋分法分離掉淀粉和纖維素，再處理余下的皂苷，該工藝可以大幅降低污染排放，但由于皂苷主要以與多羥基物質(zhì)結(jié)合的形式存在于細(xì)胞壁內(nèi)，機械物理方法無法避免分離過程中的夾帶情況，同時該方法的設(shè)備投資增大，物理過程復(fù)雜繁瑣，為了有效分離淀粉和纖維素，需要在工藝過程中加入大量的水，同樣存在耗水量大、污水多的情況，另外，該工藝方法對干黃姜中淀粉改性的狀況不能進行有效的處理。中國專利(申請?zhí)?3127944. 9)提出了用超聲波進行預(yù)處理的方法，縮短了反應(yīng)時間，同時通過對強酸處理過后的水解體系進行蒸餾濃縮烘干，再用超臨界萃取的方法提取皂素，沒有污水排放，但該工藝不但設(shè)備投資大，而且工藝成本過高，工業(yè)化價值很低。中國專利(公開號CN101705275)中使用表面活性劑和超聲波結(jié)合分離淀粉纖維素，再通過樹脂柱提純皂苷液，工藝復(fù)雜，用水量大，工業(yè)化價值很低。
溶劑提取法是提取天然產(chǎn)物的常用方法，但由于薯蕷中皂素含量低，與薯蕷中多羥基物質(zhì)結(jié)合較為緊密，提取非常復(fù)雜，而且收率較低，直接通過溶劑提取皂素的報道(《武漢科技學(xué)院學(xué)報》2005年第06期，程軍)顯示，得率僅為傳統(tǒng)工藝的63. 7%。中國專利(公開號CN101560239)中采用鹽來破壞皂苷和多羥基物質(zhì)的結(jié)合物，提高萃取效率和分離效果，有效降低了污染排放，但是該工藝使用了大量溶劑提取，存在濾渣夾帶、反復(fù)蒸餾等導(dǎo)致溶劑損失過大的問題，同時，增加了提取溶劑的回收工序，設(shè)備復(fù)雜，耗能大，而且在處理皂苷的時候使用傳統(tǒng)工藝，用酸量仍然過大，廢液處理麻煩。因此，更有效的處理薯蕷中的淀粉纖維素，更有效的提取皂素成為工藝的重點。中國專利(申請?zhí)?02138773.7,03134449. 6,03134450,200310111250. 4,200410026364. 3、200410013355. 0,200610125197. 7,200610124515. 8)使用酶對薯蕷進行處理，將淀粉纖維素轉(zhuǎn)化成可利用的物質(zhì)溶解在水中，然后分離出沉淀的皂苷，再對皂苷進行處理。但是工藝存在以下問題首先，酶解的條件要求高，需要加入物料幾倍量的水，廢液處理量大；含糖的皂苷漿粘性大，分離困難；纖維素酶解不完全，后續(xù)的酸解過程中增加了酸耗和污染。 綜上所述，要使黃姜皂素產(chǎn)業(yè)既能迅速發(fā)展，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，又能防止其在迅速發(fā)展過程中所帶來的環(huán)境污染問題，就必須得對黃姜皂素現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝和黃姜廢水處理工藝進行全方位的改進。該工藝不僅能夠改變傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的弊端，提高皂素的提取率，而且還可以從源頭上減少產(chǎn)生廢水的量和大大降低了廢水中有機物質(zhì)的濃度，減輕廢水處理壓力，降低處理技術(shù)難度和處理成本，出水水質(zhì)均能夠達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無污水排放的提取黃姜中皂素的清潔生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)
A :將薯蕷洗凈粉碎，加入少量水成糊狀，將物理分離過淀粉和纖維素的皂苷漿或者未分離淀粉和纖維素的糊狀物，加入固含量0. 2-1. 2%的粘紅酵母，在32°C _40°C的溫度下發(fā)酵12-48小時；
B :發(fā)酵好的母液會出現(xiàn)明顯的分層，將上面的液體部分分離，底部含水沉淀部分進入下一個步驟，本步驟中含粘紅酵母的上部清液可投入到下一個發(fā)酵環(huán)節(jié)作為粘紅酵母菌種使用；
C :發(fā)酵好的母液分離上面的液體部分后，將底部含水沉淀部分加入I. 5-4. 0%鐵鹽或者亞鐵鹽、并緩慢加入濃硫酸或鹽酸至該懸浮液中酸的濃度為0. 2N-1N，加壓0. 2-0. 3MPa催化水解2-3小時，過濾，洗滌得到水解物，過濾后的廢棄濾液經(jīng)生石灰中和繼續(xù)發(fā)酵處理，COD達到排放標(biāo)準(zhǔn)并回收使用；
D :將水解物干燥后用溶劑汽油或石油醚等溶劑進行索氏提取，然后結(jié)晶、干燥得到薯蕷皂素，提取后剩余的纖維素直接作為燃料或者其它原料。詳細(xì)操作如下
I)鮮黃姜進行粗、細(xì)兩次粉碎，加水打漿；
2 )通過自然沉降分離出纖維素渣和淀粉，也可以不分離直接進入下一步；
3)收集的懸濁液加高效粘紅酵母發(fā)酵24-48小時，去除上清液(上清液可作為酵母種投入到下一個發(fā)酵環(huán)節(jié))，得沉淀的皂苷混合液；4)加入鐵鹽或者亞鐵鹽至濃度為0.2N-0. 5N、并加入濃硫酸或者濃鹽酸至濃度為
0.2N-1N，加壓0. 2-0. 3MPa催化水解2-3小時；
5)水解完后濾渣中和至中性，接著過濾、烘干、浸提、濃縮、冷卻、重結(jié)晶、甩濾、烘干得到皂素；
6)酸性濾液用石灰中和，用篩選的粘紅酵母曝氣降解COD85%以上，色素降解60%以
上；
7)曝氣后出水加藥劑沉降、脫色，廢水可循環(huán)利用。本發(fā)明的效益為
1)篩選的高效粘紅酵母發(fā)酵可大幅縮減用水量，可以降解淀粉、纖維素等，提升皂苷混合液的濃度，減少酸的使用量，提高皂素得率；
2)使用催化劑加速皂苷水解，降低用酸量；
3)高效粘紅酵母可有效降解廢水中的有機物，減少污染。


圖I是本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施例方式下面舉三個實施例，對本發(fā)明做進一步的說明，但本發(fā)明不只限于這些實施例 實施例I
(1)稱取一份洗凈去泥的新鮮盾葉薯蕷根莖樣品100克；
(2)將樣品粉碎，加200克的水打成漿狀；
(3)將固液混合物用雙層紗布過濾，濾渣加100克水，繼續(xù)用九陽料理機粉碎一次，收集濾液，濾渣單獨收集待處理；
(4)將濾液倒入分液漏斗中，靜置分層，上層為清液層，中間為懸濁液層，下層白色為淀粉層，倒出上層和中間層共350ml于燒杯中，收集下層淀粉待處理。(5)懸濁液中加入粘紅酵母菌種0.2克，靜置發(fā)酵24h，分離上清液部分250ml(粘紅酵母菌液A)，余下的皂苷濃縮混合物IOOml轉(zhuǎn)入高壓釜；
(6)濃硫酸緩慢加入懸濁液中調(diào)節(jié)硫酸濃度為0. 2N,加入4克硫酸亞鐵鹽，調(diào)節(jié)溫度125 °C，于高壓釜內(nèi)水解3個小時。(7)水解液過濾分離出濾渣，先后用少量石灰水溶液、水清洗到PH值為中性，合并濾液和洗液約為120ml。(8)濾渣即水解物于60°C烘箱烘干為I. 8克。(9)濾渣于索氏提取器中用250ml石油醚進行回流循環(huán)提取6h。(10)提取液濃縮至30ml后冷卻結(jié)晶、干燥、稱重為0.67克。實施例2
(1)稱取一份洗凈去泥的新鮮盾葉薯蕷根莖樣品100克；
(2)將樣品粉碎，加入實施例I中的粘紅酵母菌液A調(diào)成漿狀；
(3)靜置發(fā)酵48h，分離上清液部分200ml(粘紅酵母菌液A)，余下的皂苷濃縮混合物IOOml轉(zhuǎn)入高壓釜；(4)濃硫酸緩慢加入懸濁液中調(diào)節(jié)硫酸濃度為0. 5N,加入I. 5克硫酸鐵鹽，調(diào)節(jié)溫度125 °C，于高壓釜內(nèi)水解3個小時。(5)水解液過濾分離出濾洛,先后用少量石灰水溶液、水清洗到PH值為中性，合并濾液和洗液約為120ml。(6)濾渣即水解物于60°C烘箱烘干為5. 3克。(7)濾渣于索氏提取器中用250ml石油醚進行回流循環(huán)提取6h。(8)提取液濃縮至30ml后冷卻結(jié)晶、干燥、稱重為0.75克。實施例3
(1)稱取一份洗凈去泥的新鮮盾葉薯蕷根莖樣品100克；
(2)將樣品粉碎，加入粘紅酵母菌I.2克和水250毫升調(diào)成漿狀；
(3)靜置發(fā)酵48h，分離上清液部分250ml(粘紅酵母菌液A)，余下的皂苷濃縮混合物IOOml轉(zhuǎn)入高壓釜；
(4)濃鹽酸緩慢加入懸濁液中調(diào)節(jié)鹽酸濃度為I.0N,加入I. 5克氯化鐵鹽，調(diào)節(jié)溫度125 °C，于高壓釜內(nèi)水解3個小時。(5)水解液過濾分離出濾洛,先后用少量石灰水溶液、水清洗到PH值為中性，合并濾液和洗液約為120ml。(6)濾渣即水解物于60°C烘箱烘干為5. 2克。(7)濾渣于索氏提取器中用250ml石油醚進行回流循環(huán)提取6h。(8)提取液濃縮至30ml后冷卻結(jié)晶、干燥、稱重為0.74克。
權(quán)利要求
1.一種薯蕷皂素提取新工藝，其特征在于 A :將薯蕷洗凈粉碎，加入少量水成糊狀，將物理分離過淀粉和纖維素的皂苷漿或者未分離淀粉和纖維素的糊狀物，加入固含量0. 2-1. 2%的粘紅酵母，在32°C _40°C的溫度下發(fā)酵12-48小時； B :發(fā)酵好的母液會出現(xiàn)明顯的分層，將上面的液體部分分離，底部含水沉淀部分進入下一個步驟，本步驟中含粘紅酵母的上部清液可投入到下一個發(fā)酵環(huán)節(jié)作為粘紅酵母菌種使用； C :發(fā)酵好的母液分離上面的液體部分后，將底部含水沉淀部分加入I. 5-4. 0%鐵鹽或者亞鐵鹽、并緩慢加入濃硫酸或鹽酸至該懸浮液中酸的濃度為0. 2N-1N，加壓0. 2-0. 3MPa催化水解2-3小時，過濾，洗滌得到水解物，過濾后的廢棄濾液經(jīng)生石灰中和繼續(xù)發(fā)酵處理，COD達到排放標(biāo)準(zhǔn)并回收使用； D :將水解物干燥后用溶劑汽油或石油醚等溶劑進行索氏提取，然后結(jié)晶、干燥得到薯蕷皂素，提取后剩余的纖維素直接作為燃料或者其它原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薯蕷皂素提取新工藝，其特征是所述的微生物強化發(fā)酵是指使用粘紅酵母強化發(fā)酵分離皂苷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薯蕷皂素提取新工藝，其特征是使用催化劑結(jié)合稀酸對皂苷進行水解，催化劑為鐵鹽或亞鐵鹽，濃度為0. 2N-0. 5N。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薯蕷皂素的提取工藝，具體是指一種微生物強化發(fā)酵，結(jié)合稀酸催化水解的方法提取薯蕷中皂素的工藝。該工藝將薯蕷洗凈、粉碎，然后用微生物強化發(fā)酵將皂苷從淀粉和纖維素中分離出來，然后在催化劑的作用下用稀酸水解成薯蕷皂素，再使用溶劑將該水解物進行索氏提取，最后結(jié)晶、干燥得成品薯蕷皂素。本發(fā)明的優(yōu)點工藝簡單、工藝時間短、耗酸量少、廢水少、廢水中COD減少且極易處理，可以有效的降低成本和減少污染。
文檔編號C07J71/00GK102702301SQ201210207458
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月22日
發(fā)明者曾清如 申請人:邵陽市長源生物科技有限公司