专利名称：直接分离法黄姜提取皂素的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属植物化学工程领域，具体涉及一种从黄姜中提取皂素的工艺。
背景技术：
(一)黄姜提取皂素产业背景黄姜又名为盾叶薯蓣，为我国特有种，是薯蓣属(Dioscrea.L)野生草质藤本植物，其根茎中含有一定量的薯蓣皂甙(dioscin)及其水解产物薯蓣皂甙元(disogenin)。薯蓣皂甙元俗称薯蓣皂素，该化合物具有溶血、降血脂、抗菌、消炎等作用，它是合成甾体激素类(steroid hormone)药物和甾体避孕药的重要医药化工原料，甾体激素药物应用广泛，常用于治疗风湿性关节炎、心脑血管疾病等，甾体避孕药对我国计划生育的基本国策的执行有着重要作用。此外，国内外许多学者近年来报告薯蓣皂甙有抗肿瘤作用，还有学者报告治疗高血脂和冠心病的中成药—地奥心血康胶囊的有效成分实为薯蓣皂甙元。因此，从黄姜中提取薯蓣皂素具有很大的药物价值和市场潜力。目前国内有众多厂家生产甾体激素药物和甾体避孕药，是药品生产中仅次于抗生素的一个重要领域。
然而在黄姜生产皂素的过程中，也给环境造成了巨大的威胁。据统计，每生产一吨皂素，需鲜黄姜130~180吨，工业盐酸(35％)15-20吨，产生废水400~500吨，废水COD高达30000mg/l(BOD 8000mg/l)，废水pH1.0~2.5。由于用水量大，大部分皂素生产企业建在靠近水源的地方，外排废水给水体造成较大的污染。黄姜皂素生产过程所造成的水体污染已引起各级领导的重视和关注。
(二)相关领域国内外技术现状1.黄姜提取皂素产业诞生半个多世纪以来，国内外围绕皂素回收率提高及降低成本多方改进，近年来，开始重视污染治理。目前存在主要问题(1)生产工艺落后，皂素回收率低，一般在85％以下。
(2)资源化程度低，黄姜(干重)中50％的纤维、40％的淀粉没有回收利用。部分企业也作了资源化尝试，但由于关键技术没有解决，仍没有企业能做到高程度资源化。
(3)污染严重。
从目前情况看，黄姜加工中酸水解废水是与造纸废水一样难以处理。目前，没有一个企业在工业生产中能做到废水处理后达标(一级)排放，不少企业花了钱，安装了设备，也只能作“安慰性”的、“演示生”的用途。
(4)生产过程中使用大量汽油，易燃、易爆。
(5)生产的高劳动强度，高成本。
2.举例湖北省目前有90家黄姜提取皂素生产企业，目前采用工艺流程，如图1所示。图1所示的工艺，黄姜资源化最终利用低，同时产生大量废弃物，在错误理论指导下及关键技术没有解决，因而是一种非常落后并将遭淘汰的工艺。
3.其他工艺目前有研究用乙醇、丙酮直接从黄姜中提取皂素方法，但因其回收率低，皂素品质差而无法应用，其仍在研究阶段。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种皂素回收率高、提取成本低、高程度资源化、环保的直接分离法黄姜提取皂素的工艺。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是直接分离法黄姜提取皂素的工艺，其特征是由如下步骤实现1)粉碎取黄姜，清洗、粉碎，黄姜粉碎后经带水磨细至60~100目；2)分离a.纤维分离，将上述60~100目的黄姜过筛，用110-130目筛孔的转叶压滤机，分离出纤维；b.将剩余混合物在10~25℃条件下加入CaO，沉淀2-4小时，混合物分成上下两层，下层为淀粉，上层为含皂混合物，分离出淀粉；3)皂素的提取皂素混合物自然发酵2-4天，然后用2M盐酸煮沸水解3-5小时，滤去酸液，加CaO中和至中性，清洗、脱水烘干，再用120号汽油提取，得皂素。
本发明可采用乙醇或丙酮或超临界CO2代替120号汽油提取皂素。
本发明在黄姜提取皂素时，改革了现有生产工艺，首先将黄姜中纤维、淀粉与果胶、皂甙直接分离，然后再将含皂甙的混合物水解，提取皂素。这样占干姜重量50％的纤维，40％的淀粉不参与酸水解过程，可以分离后回收利用，故名“直接分离法”。
1.以湖北郧县产2年生黄姜(鲜)为例，其中含70％的水、15％纤维、11％淀粉、1％的皂素、果胶、其他化学物质。现在生产工艺都是将纤维、淀粉在生产过程中最后排除(前面已有表述)，因而要消耗大量化工原料、动力、劳力。特别是用酸量大大增加，水洗的用水量也会大大增加，环境治理任务也会加重。同时，纤维和淀粉变成有害废物，也浪费了资源。
2.黄姜中纤维与薯蓣皂甙结合存在于细胞壁中，由于其特定的结合形态，当黄姜磨到一定细度，细胞壁遭到破坏，纤维与皂甙即可达到单体解离，用物理方法可以将其分离。
3.在细胞壁中也有大量淀粉，其存在形式与皂甙是一种特定的共生关系。由于皂素只占黄姜1％，淀粉占11％，现有公认理论错误认为，皂甙是被淀粉所包裹。在生产工艺上，只有将淀粉酶化成糖，或酸水解将淀粉碳化、糖化，才能“释放”出皂素。当黄姜磨到一定细度，淀粉与皂甙就单体解离(这是一个重大发现)，利用淀粉的物化特性，用物理方法将其分离出来。
4.本发明的有益效果(以年产100吨皂素厂产厂规模计算)(1)最大程度资源化可回收纤维2000吨，回收淀粉1300吨，增收300万元。
(2)皂素回收率达95％，提高皂素回收率10％，增收400万元。
(3)减少生产成本。耗盐酸(35％)25吨、120号油15吨。
(4)少产生工业污水40000吨。废水量仅相当于现有工艺1/10。
图1是现有技术工艺流程2是本发明工艺流程图具体实施方式
直接分离法黄姜提取皂素的工艺，由如下步骤实现1)粉碎取黄姜，清洗、粉碎，黄姜粉碎后经带水磨细至60~100目；2)分离a.纤维分离，将上述60~100目的黄姜过筛，用110-130目筛孔的转叶压滤机，分离出纤维；b.将剩余混合物在10~25℃条件下加入CaO，沉淀2-4小时，混合物分成上下两层，下层为淀粉，上层为含皂混合物，分离出淀粉；3)皂素的提取皂素混合物自然发酵2-4天，然后用2M盐酸煮沸水解3-5小时，滤去酸液，加CaO中和至中性，清洗、脱水烘干，再用120号汽油或乙醇或丙酮或超临界CO2提取，得皂素。
工业化生产的主要设备有粉碎机、双盘磨、纤维分离机、淀粉分离机等。
本发明的工艺流程，如图2所示。
用实验验证本工艺1.实验材料与仪器原料湖北省郧县产2年生鲜黄姜3kg。
实验仪器冷凝管、锥形瓶、试管、酒精灯、电炉、研钵、高速万能粉碎机、布氏抽滤器、真空泵、烧瓶、铁架台、温度计、量杯、烘箱。
化学试剂无水乙醇、丙酮、120号汽油、CaO、碘酒、盐酸(35％)2.实验(1)取黄姜2kg，清洗、粉碎、研磨(60~100目)，过筛，分离出占鲜姜15％的纤维。
(2)将剩余混合物装入量杯，控温(10~25℃)加入试CaO，沉淀3h。混合物分成上下两层，将上下两层分装在两个试管中，经测试，下层为淀粉，上层为含皂素混合物。
(3)将纤维、淀粉、混合物分别自然发酵3天(25℃)，然后用2M盐酸煮沸水解4小时，滤去酸液，水洗至中性，脱水烘干，再用120号汽油(或乙醇或丙酮)提取，其结果为纤维中皂素为零，淀粉中皂素为零，混合液中含皂素。
以上说明，分离出的纤维、淀粉不含皂素，分离法在实验中是可行的。
(4)各取1000g鲜黄姜均分成2份。一份用本发明方法，分出纤维、淀粉后，从混合液中提取皂素，得到5g。
一份用现在生产工艺。黄姜(300g)→粉碎→发酵→酸水解→清洗烘干→120号汽油提取→皂素产品。得到皂素4.5g。
以上实验证明，新工艺较现有工艺回收率提高10％。
(5)将上述(4)两种方法获得皂素，按照1985-10-12发布的陕西省地方薯芋皂素标准陕DB2184-85要求进行鉴定，直接分离法皂素在外观、熔点、色泽、纯度、干燥失重全部5个指标上均达标。
几项技术具体说明(1)黄姜粉碎后经带水磨细至60~100目后，纤维与其他成份与单体解离，用筛孔120目压滤机可将纤维分出。
(2)分离出纤维后的黄姜混合液经加入CaO，并在10~25℃条件下，注入的沉淀塔中，在沉淀塔中淀粉沉淀，从而分离出来。
(3)在含有淀粉的混合液(含固体物)在本工艺中要控温。
权利要求
1.直接分离法黄姜提取皂素的工艺，其特征是由如下步骤实现1)粉碎取黄姜，清洗、粉碎，黄姜粉碎后经带水磨细至60~100目；2)分离a.纤维分离，将上述60~100目的黄姜过筛，用110-130目筛孔的转叶压滤机，分离出纤维；b.将剩余混合物在10~25℃条件下加入CaO，沉淀2-4小时，混合物分成上下两层，下层为淀粉，上层为含皂混合物，分离出淀粉；3)皂素的提取加酸水解，清洗、烘干，再用120号汽油提取，得皂素。
2.根据权利要求1所述的直接分离法黄姜提取皂素的工艺，其特征是所述的皂素的提取，可采用乙醇或丙酮或超临界CO2代替120号汽油提取皂素。
全文摘要
本发明涉及一种从黄姜中提取皂素的工艺。直接分离法黄姜提取皂素的工艺，其特征是由如下步骤实现1)粉碎取黄姜，清洗、粉碎，黄姜粉碎后经带水磨细至60~100目；2)分离a.纤维分离，将上述60~100目的黄姜过筛，用110－130目筛孔的转叶压滤机，分离出纤维；b.将剩余混合物在10~25℃条件下加入CaO，沉淀2－4小时，混合物分成上下两层，下层为淀粉，上层为含皂混合物，分离出淀粉；3)皂素的提取加酸水解，清洗、烘干，再用120号汽油或乙醇或丙酮或超临界CO
文档编号C07J71/00GK1488640SQ0312538
公开日2004年4月14日 申请日期2003年9月4日 优先权日2003年9月4日
发明者郭湘芬, 张荣太, 晁念英, 盛绍基, 寇文国, 李国强 申请人:中国地质大学(武汉)