本发明专利技术涉及一种基于酶法辅提和微波酸解的黄姜薯蓣皂苷元清洁生产工艺，属中药提取领域。黄姜皂苷元是合成甾体药物的一类重要的医药原料，但目前生产环节存在较多污染。本发明专利技术工艺由黄姜清洗去杂、破碎打浆、静置分层、淀粉分离、酶法辅提、皂苷微波酸解、皂苷元溶剂提取以及重结晶等技术单元构成，通过对黄姜进行湿法打浆，有效分离出游离淀粉，并通过酶法辅提，充分释放皂苷，进而通过微波酸解方式获得皂苷元，其工艺过程酸用量极少，且能够回收黄姜中的淀粉、纤维素等生物质资源，能较好实现加工过程的清洁生产。
【技术实现步骤摘要】
一种基于酶法辅提和微波酸解的黄姜薯蓣皂苷元清洁生产工艺
本专利技术技术属于中药活性成分的提取制备领域。
技术介绍
黄姜，学名盾叶薯蓣(Dioscorea Zingiberensis C. H. Wright)，又名火头根，为多年生草质缠绕藤本植物，主产于河南、湖北、湖南、陕西、甘肃、四川等地。中国是盾叶薯蓣的原产地，两千多年前的《山海经》中就有“景山、北望少泽，其草多薯蓣”的记载。盾叶薯蓣是世界上薯蓣皂苷元含量最高的物种，其根状茎主要成分为45-50%的淀粉、40%的纤维素， 2%左右的薯蓣皂苷以及一些水溶性苷类、生物碱类、黄酮苷类等化学成分。其中薯蓣皂苷 (Dioscin)经水解获得的薯蓣皂苷元(Diosgenin)是合成多种留体激素类和避孕类药物的重要原料，可以合成双烯醇酮醋酸酯、黄体酮、强的松、可的松、催产素、性激素等数千种药物，是目前世界上最好的留体药物生产原料之一。薯蓣皂苷元是薯蓣皂苷的配基，在C3位通过苷键与糖链相连，主要以薯蓣皂苷的形式存在黄姜根茎中，并与纤维素紧密结合于细胞壁中。传统提取薯蓣皂苷元的方法是采用Rothrock法，直接将盾叶薯蓣根茎用强酸(硫酸或盐酸)水解使苷键断裂生成苷元和糖，然后用有机溶剂提取薯蓣皂苷元。这种方法较为简单，适合小规模和产地加工，但生产中产生大量废水和废渣，环境污染十分严重，其主要原因是黄姜根茎中的大量淀粉和纤维素同时需要加酸水解，一方面耗用大量酸，另一方面产生大量废水，是典型的高投入高污染工艺。此外，这种工艺的皂苷收率普遍较低，一般提取率低于60%。直接水解法是我国过去普遍采用的主要方法，近年来很多地方仍在使用。受节能减排的产业政策影响，很多地方关停了一批这样的生产企业，。薯蓣皂苷元的稳定供应因此受到很大的影响，一些研究机构和企业也纷纷致力于开发黄姜薯蓣皂苷元的清洁生产工艺。溶剂提取法是用乙醇等有机溶剂，在热回流等特定的条件下，或借助超声波的作用，直接从黄姜中提取出薯蓣皂苷，进而使用少量的酸水解进行皂苷元的制备(如中国专利02153997. 9)。这种方法比起直接酸解法，酸耗量大幅度降低，但由于大量采用有机溶剂， 对生产企业的规模和管理要求较高，因工艺的经济性不高，实际上应用并不广泛。与此同时，围绕节能减排和资源的高效利用，开发了众多薯蓣皂苷元的清洁生产工艺，尽管在具体方法和参数控制上不尽相同，但核心技术思想包括三个部分。一是有效分离黄姜根茎中的淀粉，或采用酶法水解，再利用膜法等工艺进行水解糖的分离，这些分离出的淀粉、水解糖可作为发酵工业、饲料工业的原料，从而实现资源的高效利用(如中国专利 200810048708. 9，200910084843. 3，200410060679. X，00131274. X，02138773. 7) ；二是在皂苷元水解环节，主要是利用微生物、酶或其他方法高效水解薯蓣皂苷获得皂苷元，减少酸碱用量(如中国专利 200410013355. 0，200510042680. 4，200310111250. 4，200710127623. 5， 200910067353. 2)；三是溶剂品种、提取方式等方面进行皂苷元的优化提取，提高收率，减少有机溶剂用量(如中国专利200510049787. 1)。此外，还有一些专利对黄姜纤维素、黄姜废水提出了高效利用的技术措施。上述清洁生产工艺促进了我国黄姜皂苷元产业的可持续发展，有些技术得到有效推广和应用，但仍有一些工艺环节不太理想，需要改进，其产品纯度、提取率以及生产成本仍有大幅度提高的空间。如黄姜淀粉的酶法水解效率不高，一般需要采用复合淀粉酶并进行长时间水解，其成本及能耗投入偏大；生物法水解薯蓣皂苷，无论是自然发酵法还是真菌发酵法，都至少需要5天以上；选用特定的糖苷酶进行水解，存在选择性差、水解不完全等缺点，而实际上目前发现的活性较高、选择性较好的糖苷酶菌种并不多。为此，皂苷的高温催化技术也是该领域的又一个研发热点。本专利技术专利致力于开发一种能够实现资源高效利用，具有较好的清洁生产效果和较高产品质量和产业经济性能的黄姜薯蓣皂苷元生产工艺。其工艺技术思想主要如下1.分离淀粉对黄姜进行湿法粉碎打浆，通过静置分层，分离出游离淀粉颗粒。通过物理法进行分离，而不必使用淀粉酶水解。2.释放皂苷黄姜的薯蓣皂苷与纤维素、半纤维素以及一些淀粉颗粒结合紧密， 通过加入淀粉酶、半纤维素酶的作用，能够起到释放薯蓣皂苷的作用。将皂苷附着的纤维素、半纤维素以及淀粉水解去除，能够大幅度减少后道工序酸耗量。3.水解皂苷。采用微波辅助酸法水解工艺，因微波化学的高效性，不再需要大量的高浓度酸，而且能够大幅度缩短时间，水解过程仅需几分钟。4.皂苷元回收。采用回流提取法，可以高效回收皂苷元，因水解产物有效组分相对集中，溶剂用量很少，且产物纯度较高。本专利技术中，淀粉的预分离、皂苷的释放和皂苷元的水解是技术关键，尤其是微波催化工艺，充分利用了微波加速化学反应的特点。在微波场下，极性化学分子能够优先吸收电磁能而高速振动，在产生热能的同时，也使分子活化，从而加快了反应速度。关于微波用于黄姜薯蓣皂苷元的制备，现有公开发表的文献中(李谦等.微波强化薯蓣皂苷水解的研究， 化学工程2007(3 ，12 :30-33 ；舒明勇.微波萃取法提取盾叶薯蓣皂苷元及含量分析.安徽农业科学，2008 (36)，31 :13694-13696)有所涉及，但显然与本专利技术的技术路线和具体的参数控制是不一致的。本专利技术所属课题国家863重点课题2011AA02211。
技术实现思路
本专利技术涉及一种基于酶法辅提和微波辅助水解的黄姜薯蓣皂苷元清洁生产工艺， 其实现主要步骤包括黄姜清洗去杂、破碎打浆、静置分层、游离淀粉层分离、酶法预处理、纤维素过滤分离、皂苷离心回收、皂苷微波酸解、皂苷元溶剂提取以及重结晶等技术单元。工艺流程简图参见附图1。本专利技术的技术要点如下(1)清洗去杂选择新鲜黄姜的根茎部位，清洗去除泥沙，以免混入后道工序的淀粉中。(2)破碎打浆采用湿法粉碎，先使用粉碎机对根茎进行粗粉碎，再通过打浆机细磨，使黄姜根茎中的淀粉颗粒破碎，充分释放。打磨时，加入水量为原料量的3 10倍。(3)静置分层浆液过20目滤网滤除纤维后，置于容器中静置4 20h，使淀粉层充分沉降和压实。虹吸出上层浆液，其中含有薯蓣皂苷，待处理。为提高回收率和淀粉质量， 游离淀粉层可加少量水洗涤1 2次，洗涤水合并至上层浆液，黄姜淀粉可进行综合利用。(4)酶处理将上层浆液及分离出的粗纤维合并进行酶处理，先后或同时加入 α -淀粉酶、糖化酶、半纤维素酶中的一种或几种，其加入量及相关酶解参数可参照商品化酶制剂推荐的用量和水解条件。(5)过滤离心使用20目滤网滤除粗纤维，再使用板框过滤或离心机分离出滤渣。 滤渣中含薯蓣皂苷，滤液含少量水解糖及部分水溶性杂质，可进行综合利用。(6)微波酸解滤渣加入硫酸或盐酸，使酸含量在0. 5 5%，放入非金属耐腐蚀容器中，在工业型微波炉中进行酸解。微波功率按照每IOOg物料投入50 200W，采用间歇微波加热，每次1 2分钟，总时间累计5 20分钟，间歇期间，应搅拌或翻动物料，可适当补充水分，避免物料烧焦。(7)溶剂提取酸解后滤渣，用碱调节其PH至中性，干燥后，加入5 1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：史劲松，许正宏，陆震鸣，钱建瑛，窦文芳，许鸿瑜，张旦旦，李恒，李会，耿燕，张晓梅，梁静怡，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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