专利名称：一种薯蓣皂素的无废水生产方法
技术领域：
本发明涉及一种提取薯蓣皂素的方法，特别是涉及一种从黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物块状根中提取薯蓣皂素(也称薯蓣皂苷元)的无废水生产方法，属于薯蓣皂素提取分离领域。
背景技术：
传统的从黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物中提取薯蓣皂素(也称薯蓣皂苷元)的生产工艺包括水解切断糖甙键、粗提甙元、再结晶等步骤，其中水解工艺是决定收率的关键步骤。水解工艺主要包括化学水解法(直接酸水解、预发酵-酸水解)和生物水解法(酶解或微生物发酵)，水解之后继而采用过滤、萃取、再结晶等操作获得薯蓣皂甙元。薯蓣中除含少量皂甙元之外，还有含量达40％的淀粉及50％的纤维素由于生物水解法条件比较温和，不仅皂甙元得率高，而且有利于淀粉及纤维素资源的综合利用，因而更有发展前途；但由于化学水解法设备相对简单，研究得较为成熟，现阶段实际应用更为普遍。目前，萃取工艺一般采用汽油、酒精、石油醚、己烷、氯仿、苯等有机溶剂为溶媒，能耗高，有易燃易爆的危险，还对环境造成了污染。同时，有机溶剂对薯蓣皂甙元的溶解选择性差，致使提取物中杂质含量高，需要脱色及多次重结晶，纯化步骤多，收率低；超临界CO2(Supercritical CO2，SC-CO2)萃取技术是近年来发展起来的一项新技术，正广泛被研究并逐步在天然活性成分提取方面得到一些应用。
常规的酸水解法是在酸性溶液中(多采用盐酸或硫酸水溶液)直接对药材粗粉进行水解，使薯蓣皂甙水解为甙元，再用亲脂性溶剂将甙元提取出来。在水解过程中，有的在常压下进行，有的在加压状态下进行。在加压状态下水解的时间较短，产率较高。但这种在工业上普遍采用的直接酸水解法存在水解不完全、收获率低(得率一般在1.7％左右)、淀粉不能被综合利用、提取中用水量大、水洗时半成品大量流失和严重污染环境等问题。
常规的生物水解法是将黄姜、穿山龙等粉碎后加水搅拌，经自然发酵后，用稀酸进行水解，中和过滤，滤饼干燥后用有机溶剂进一步提取，结晶出成品；或将鲜黄姜、穿山龙等粉碎后加水调浆，先加入α-淀粉酶进行液化，然后加入糖化酶进行糖化，直至糖化至碘液指示不呈蓝色为止。使酶灭活，抽滤后的滤液进一步处理提取得到葡萄糖；滤渣用稀酸进行水解，再用有机溶剂萃取，浓缩结晶，烘干得到成品；或将黄姜、穿山龙等粉碎后，加一定量的酶和水浸泡，进行酶解发酵处理，然后水洗抽滤，滤渣用稀酸回流水解，中和过滤，滤饼干燥后用有机溶剂进行抽提，浓缩结晶，再结晶烘干得到成品。
无论化学水解法还是生物水解法，提取薯蓣皂素过程中均需要进行水解，水解后的滤液处理方法有两种一种方法是滤液作为废水被排放掉，但这样做对环境的污染比较严重。另一种方法是经过改良，将滤液进一步处理可得葡萄糖产品。如果对回收滤液进行处理，可回收皂素，大大减少废水的排放。如果不对回收滤液进行处理，按人工种植的黄姜生产统计，每生产1吨皂素，需鲜黄姜130～180吨，工业盐酸(体积分数35％)15～20吨(或体积分数98％硫酸7～8吨)，产生废水400～500吨。综合废水中，因未被利用的淀粉、糖份直接排放，致使实测COD值高达30000mg/L左右(BOD约8000mg/L左右)、pH值1.0～2.5、NH3-N约300mg/L。此外，每生产1吨皂素还产生10吨左右的黄姜渣。由于黄姜加工需要大量用水，所以大部分企业建在靠近水源的地方，但是在皂素生产过程中产生的酸解废水被称为废水之王，同造纸产生的黑液一样难以处理。不少企业花钱买了处理设备，由于水处理成本很高，只能作为摆设，目前没有一家生产企业能做到废水达标排放，并且生产薯蓣皂素的厂家大量外排废水给这些水源带来污染，形成巨大的威胁。因此，急需一种无需进行酸水解就能提取出薯蓣皂素的无废水生产工艺问世，来满足环保的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服薯蓣皂素生产过程中需要进行酸水解而产生大量废水的问题，提供一种无需进行酸水解，就能提取出薯蓣皂素的无废水生产方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种薯蓣皂素的无废水生产方法，包括常规提取方法，其具体步骤为a.粗碎将薯蓣属原料去除泥沙、粉碎成0.5～5cm大小的块状；b.加压分解将粗碎后的原料放在热分解装置中进行加压分解，控制装置内的温度为0～200℃，压力为0.8～40MPa，保持时间为5min～8h，然后放料；c.干燥将分解后的物料进行干燥处理，干燥温度小于150℃，物料水分小于10％。
d.提取将干燥后的物料进行常规提取，即得到所需要的薯蓣皂素。
所述步骤“a”中的块状在0.5～3cm之间；所述步骤“c”中的干燥温度在70～100℃之间；所述步骤“d”中所得到的薯蓣皂素采用加适量的活性炭吸附脱色来进行精制。
所述的热分解装置为中压容器或高压容器，容器类别根据具体的压力而定，压力低于10MPa时，为中压容器，压力高于10MPa时，为高压容器。
所述的热分解装置中，产生压力的介质为CO2、N2、空气、水蒸汽这些惰性介质中的一种、两种或两种以上。
所述薯蓣皂素的常规提取是采用传统的有机溶剂提取；或采用超临界CO2萃取。
采用有机溶剂提取时，有机溶剂的总用量为分解产物体积量的8～30倍，温度保持在80～95℃，回流提取0.5～8小时，趁热过滤，收集滤液，然后浓缩回收有机溶剂。
所述采用超临界CO2的萃取过程中，加入适量乙醇、甲醇、石油醚作为夹带剂。
所述的薯蓣属原料为黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物块状根。
提取后的物料可作为发酵酒精的原料使用。
提取后的物料可作为生产饲料、肥料或活性炭的原料来使用。
本发明的积极有益效果1.本发明薯蓣皂素的无废水生产方法，在生产过程中，对原料的处理方法进行了改进，完全摒弃了传统提取方法中需要进行酸水解的步骤，避开了大量废水的产生。在整个生产过程中无需使用酸、碱，也无废水产生，生产流程简单，生产周期可大大缩短，生产成本大幅降低，提取效果显著，满足环保要求。
2.本发明薯蓣皂素的无废水生产方法，提取后所产生的物料可作为发酵酒精的原料使用；也可作为生产饲料、肥料或活性炭的原料来使用，极大地利用了资源，节约了成本。
具体实施例方式实施例1一种薯蓣皂素的无废水生产方法，其具体步骤为将鲜原料10kg去除泥沙、进行粗碎，形成1cm～5cm大小的块状；将粗碎后的原料放在高压热分解装置中进行加压分解，采用CO2为提供压力的介质，控制装置内的温度为120℃，压力为20MPa，保持压力6h，然后放料；将热分解后的物料进行冷却，干燥，即可用于提取薯蓣皂素；用石油醚作为有机溶剂进行提取薯蓣皂素；石油醚的用量(体积)为物料质量的10倍(以10g原料为例，加100mL石油醚进行回流提取)，提取温度为85℃，回流4h，趁热过滤，收集滤液；在滤液中加入0.2g活性炭，回流0.5h，趁热过滤，收集滤液，滤液在常压下浓缩至20ml，倒出，放在通风橱中12h即可得到所需要的薯蓣皂素。
上面所述的鲜原料为黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物块状根的鲜原料。
实施例2一种薯蓣皂素的无废水生产方法，其具体步骤为将干原料10kg去除泥沙、进行粗碎，形成1cm～5cm大小的块状；将粗碎后的原料在清水中浸泡2h，然后放在高压热分解装置中进行加压分解，采用CO2为提供压力的介质，控制装置内的温度为150℃，压力为30MPa，保持压力4h，然后放料。将热分解后的物料进行冷却，干燥，即可用于提取薯蓣皂素。
用超临界CO2萃取薯蓣皂素，用乙醇作为夹带剂进行提取；取热分解后的原料200g于萃取釜中，萃取压力为35MPa，萃取温度为45℃，萃取时间为2h，CO2流量为10kg/h，分离釜1和2的压力为5.0MPa，萃取后的产物由分离釜放出，即可得到所需要的薯蓣皂素。
上面所述的干原料为黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物块状根的干原料。
实施例3一种薯蓣皂素的无废水生产方法，其具体步骤为将鲜原料5kg去除泥沙、进行粗碎，形成1cm～2cm大小的块状。将粗碎后的原料放在热分解装置中进行加压分解，采用CO2为提供压力的介质，控制装置内的温度为常温，压力为30MPa，保持压力3h，然后放料。将热分解后的物料进行干燥处理，作为提取薯蓣皂素的原料。
用甲醇作为有机溶剂来提取薯蓣皂素。甲醇的用量(体积)为物料质量的10倍，即取10g原料，加100ml甲醇进行回流提取，提取温度为85℃，回流6h，趁热过滤，收集滤液；在滤液中加入0.2g活性炭，回流0.5h，趁热过滤，收集滤液，滤液在常压下浓缩至20ml，倒出，放在通风橱中12h即可得到所需要的薯蓣皂素。
上面所述的鲜原料为黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物块状根的鲜原料。
实施例4一种薯蓣皂素的无废水生产方法，其具体步骤为将干原料100kg去除泥沙、进行粗碎，形成1cm～5cm大小的块状。将粗碎后的原料放在热分解装置中进行加压分解，采用蒸汽为提供压力的介质，控制装置内的压力为1MPa，保持压力0.5h，然后放料。将热分解后的物料进行冷却，干燥，即可用于提取薯蓣皂素。
用乙醇作为有机溶剂来提取薯蓣皂素。乙醇的用量(体积)为物料质量的15倍，即取10g原料，加150ml乙醇进行回流提取，提取温度为90℃，回流6h，趁热过滤，收集滤液；在滤液中加入0.2g活性炭，回流0.5h，趁热过滤，收集滤液，滤液在常压下浓缩至30ml，倒出，放在通风橱中12h即可得到所需要的薯蓣皂素。
上面所述的干原料为黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物块状根的干原料。
权利要求
1.一种薯蓣皂素的无废水生产方法，包括常规提取方法，其具体步骤为a.粗碎将薯蓣属原料去除泥沙、粉碎成0.5～5cm大小的块状；b.加压分解将粗碎后的原料放在热分解装置中进行加压分解，控制装置内的温度为0～200℃，压力为0.8～40MPa，保持时间为5min～8h，然后放料；c.干燥将分解后的物料进行干燥处理，干燥温度小于150℃，物料水分小于10％。d.提取将干燥后的物料进行常规提取，即得到所需要的薯蓣皂素。
2.根据权利要求1所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于所述步骤“a”中的块状在0.5～3cm之间；所述步骤“c”中的干燥温度在70～100℃之间；所述步骤“d”中所得到的薯蓣皂素采用加适量的活性炭吸附脱色来进行精制。
3.根据权利要求1所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于所述的热分解装置为中压容器或高压容器，容器类别根据具体的压力而定，压力低于10MPa时，为中压容器，压力高于10MPa时，为高压容器。
4.根据权利要求3所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于所述的热分解装置中，产生压力的介质为CO2、N2、空气、水蒸汽这些惰性介质中的一种、两种或两种以上。
5.根据权利要求1所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于所述薯蓣皂素的常规提取是采用传统的有机溶剂提取；或采用超临界CO2萃取。
6.根据权利要求5所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于采用有机溶剂提取时，有机溶剂的总用量为分解产物体积量的8～30倍，温度保持在80～95℃，回流提取0.5～8小时，趁热过滤，收集滤液，然后浓缩回收有机溶剂。
7.根据权利要求5所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于所述采用超临界CO2的萃取过程中，加入适量乙醇、甲醇、石油醚作为夹带剂。
8.根据权利要求1所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于所述的薯蓣属原料为黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属植物块状根。
9.根据权利要求1～8任一项所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于提取后的物料作为发酵酒精的原料使用。
10.根据权利要求1～8任一项所述薯蓣皂素的无废水生产方法，其特征在于提取后的物料作为生产饲料、肥料或活性炭的原料来使用。
全文摘要
本发明涉及一种薯蓣皂素的无废水生产方法，它是采用加压分解的方法，将粗碎后的黄姜、穿山龙、黄山药等薯蓣属原料放在热分解装置中进行加压分解，控制装置内的温度为0～200℃，压力为0.8～40MPa，保持时间为5min～8h，分解后的物料干燥后即可按照常规方法提取薯蓣皂素。本发明在生产过程中，对原料的处理方法进行了改进，在整个生产过程中无需使用酸、碱，完全摒弃了传统提取方法中需要进行酸水解的步骤，避开了大量废水的产生，提取效果显著，提取后的物料可作为发酵酒精的原料使用，也可作为生产饲料、肥料或活性炭的原料来使用，生产流程简单，生产周期缩短，生产成本降低，且可满足环保要求。
文档编号C07J75/00GK1850852SQ20061001778
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月16日 优先权日2006年5月16日
发明者刘国际, 陈俊英 申请人:郑州大学