一种通过生物酶发酵技术提取黄姜皂素的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于植物生物发酵技术领域，涉及一种通过生物酶发酵提取黄姜皂素的方 法。 技术背景
[0002] 黄姜，学名盾叶薯蓣，是薯蓣科薯蓣属植物，为我国特有的野生植物资源。黄姜的 根状茎内含有丰富的薯蓣皂甙元，薯蓣皂甙元俗称薯蓣皂素。薯蓣皂素广泛存在于薯蓣属 植物中，其中，黄姜中皂素的含量是最高的。
[0003]在我国，人们对黄姜的利用有着悠久的历史，可食用、可入药，是我国传统中药材。 黄姜中的皂素具有雌激素作用，可降低胆固醇、止咳、祛痰、脱敏、恢复病变组织以及刺激肝 素细胞与胆汁分泌，其结构经改造或修饰后，还被广泛用于留体抗炎药、留体避孕药的半合 成原料，如可的松、强的松、培地米松等数百种不同的留体激素类药物，且价格昂贵，有"药 物黄金"的美誉，是一种很有开发潜力的植物资源。
[0004]目前，我国进行皂素提取的工厂普遍采用Rothrok首创的直接酸水解法。操作方 法为： 1、 将黄姜(含水量为63%~70%)洗净粉碎后加入发酵罐中，蒸汽加热，间歇通入水蒸汽维 持温度在40°C，维持该温度发酵3~5天； 2、 将发酵后的黄姜移入水解釜中，加入约2倍量（占黄姜投入数量的2倍，V/W)的 10115%的盐酸溶液，密闭，升温至110°C，水解约8小时，过程中间歇放气。之后降温、静置、 抽滤； 3、 向滤渣中缓缓加入4%~5%的氢氧化钠溶液，调节pH值为7,静置、抽滤，将所得水解 物在95 °C下干燥，得干燥水解物； 4、 将水解物投入提取器中，加入白汽油，搅拌升温，提取10h后降温，浓缩、蒸馏后得固 体蒸馏物，在95°C下干燥得皂素粗品； 5、 将所得粗品投入石油醚中重结晶，石油醚用量为粗品重量的2~3倍（V/W)。搅拌升温 至回流，回流约2h。之后降温、静置、抽滤，在95°C下干燥得纯品。
[0005] 该反应式为：
此方法使用时间虽久远，但仍存在诸多问题： 1、以该方法提取皂素收率较低，产品折干产率仅为1. 5%，间接提高了生产成本。
[0006] 2、废水排放量巨大，空间占用率大，对生产设备的要求高。
[0007] 皂素生产中的废水主要来自于发酵：在蒸汽环境下，40°C下发酵3~5天，在此期 间会产生大量的冷凝水，占废水总量的50%以上。以原料投料量150吨记，产品约为0. 83 吨，废水排放量可达到700吨~800吨，其中，来自于发酵过程中的废水约有400吨。且污 水处理费用昂贵，处理设备要求高。这是目前皂素生产中面临的最主要、最严峻的问题。
【发明内容】
[0008]鉴于上述种种问题，我公司采用生物酶技术，不仅提高了产品的收率，还在源头减 少了废水的排放量，大大降低了污水的处理费用，缩短了生产周期，降低了生产成本。
[0009]为实现上述目的，本发明提供了 一种利用生物酶发酵黄姜提取黄姜皂素的方法， 该发明克服了原有工艺的诸多弊端，简单易行，可用于商业化的大规模生产，满足市场不断 增长的需求。本发明的技术内容如下： 一种通过生物酶技术发酵黄姜提取黄姜皂素的方法，其特征在于发酵黄姜时所要加 入的酶为淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶或蛋白酶中的任意一种酶或多种酶的混合 酶； 作为优化，所加入的酶的总量占黄姜重量的1%~1〇%(w/w)。
[0010] 作为优化，发酵时的温度在20°C~40°C，发酵时间为1~3天。
[0011] 所述的通过生物酶技术发酵黄姜提取黄姜皂素的方法，包括步骤： (1) 发酵：将黄姜洗净、粉碎，加入占黄姜重量的1%~10%(w/w)的生物酶，搅拌均匀，密 封，在20°C~40°C下发酵1~3天； (2) 酸解：将发酵后的黄姜加入10%~15%的盐酸溶液，升温至100°C~110°C，水解7. 5 - 8. 5小时，降温、静置、抽滤； (3) 向滤渣中缓缓加入氢氧化钠溶液，调节pH值为7,静置、抽滤，将所得水解物在95°C 下干燥，得干燥水解物； (4) 将水解物投入提取器中，加入白汽油，搅拌升温，提取10h后降温，浓缩、蒸馏后得 固体蒸馏物，在95 °C下干燥得皂素粗品； (5) 将所得粗品投入石油醚中重结晶，石油醚用量为粗品重量的2~3倍（V/W);搅拌升 温至回流，回流约2h;之后降温、静置、抽滤，在95°C下干燥得纯品。
[0012] 作为优化，步骤（2)中所述的黄姜和盐酸溶液的重量体积配比为1:2。
[0013] 作为优化，步骤（3)中所述的氢氧化钠溶液浓度4%~5%。
[0014]本发明重点考察了如下的内容： (1) 酶的种类对实验结果的影响； (2) 酶的用量对实验结果的影响； (3) 酶的发酵时间对实验结果的影响； (4) 酶发酵时的温度对实验结果的影响； 本发明重点解决的问题是： (1) 皂素生产周期长，产率低； (2) 皂素的生产过程中废水排放量巨大； 本发明公开的通过生物酶发酵技术提取黄姜皂素的方法与现有技术相比所具有的积 极效果在于： 1、产品收率大大提升，生产周期缩短。
[0015] a.发酵是一个让植物组织破碎的过程，在发酵时加入一定量的酶，可以更快更完 全的破解植物组织，使有效成分更快、更充分的暴露出来。
[0016]以同一批次黄姜的生产结果进行比较，传统工艺中，150吨黄姜生产约0.83吨的 皂素；改用新工艺后，150吨黄姜可生产约1. 2吨皂素，收率由过去的1. 5%提升到2. 1%。
[0017]b.在发酵时加入酶，可以使有效成分更快的暴露出来。过去发酵的时间是3~5天， 甚至更长，改用新工艺后发酵时间为1~3天，生产时的周期明显缩短。
[0018]2、废水的排出量大大减少。以前采用蒸汽加热，在发酵过程中会引入大量的冷凝 水，占废水总量的50%以上。新工艺中，将黄姜清洗粉碎后加入酶，于恒温设备中发酵，在此 过程中不会引入新的冷凝水。使污水的排放量大大减少。过去每批次产生的废水约为700 吨~800吨，改进后废水排出量为400吨~500吨。大大减少了污水的处理费用，降低了生产 成本。
[0019]【附图说明】： 图1为通过生物酶发酵技术提取黄姜皂素方法的工艺流程图。
[0020]
【具体实施方式】： 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：下述各实施例仅用于说明本发明而并非 对本发明的限制。本发明所用试剂及反应设备均为市售产品，所用生物酶制剂均为市售产 品。
[0021] 实施例1 : 黄姜皂素的提取 1、发酵：将150g(含水量约为63%)黄姜洗净、粉碎，加入纤维素酶3g，搅拌均匀，密封， 在40°C下发酵3天。
[0022] 2、酸解：将发酵后的黄姜移入水解釜中，加10%盐酸溶液300ml，密闭，升温至 110°C，水解约8小时，过程中间歇放气。之后降温、静置、抽滤； 3、 向滤渣中缓缓加入4%的氢氧化钠溶液，调节pH值为7,静置、抽滤，将所得水解物在 95 °C下干燥，得干燥水解物； 4、 将水解物投入提取器中，加入白汽油，搅拌升温，回流提取10h后降温，浓缩、蒸馏后 得固体蒸馏物，在95 °C下干燥得皂素粗品； 5、 将所得粗品投入石油醚中重结晶，石油醚用量为粗品重量的2~3倍（V/W)。搅拌升温 至回流，回流约2h。之后降温、静置、抽滤，在95°C下干燥得纯品1. 14g。HPLC外标法测含 量约为92%，熔点为203°C~206°C，折干收率为2. 05%。
[0023] 实施例2: 黄姜皂素的提取 1、发酵：将150g(含水量约为63%)黄姜洗净、粉碎，加入纤维素酶7. 5g，搅拌均匀，密 封，在30°C下发酵1天。
[0024] 2、酸解：将发酵后的黄姜移入水解釜中，加入15%的盐酸溶液300ml，密闭，升温至 110°C，水解约8小时，过程中间歇放气。之后降温、静置、抽滤； 3、向滤渣中缓缓加入4%的氢氧化钠溶液，调节pH值为7,静置、抽滤，将所得水解物在 95 °C下干燥，得干燥水解物； 4、 将水解物投入提取器中，加入白汽油，搅拌升温，回流提取lOh后降温，浓缩、蒸馏后 得固体蒸馏物，在95 °C下干燥得皂素粗品； 5、 将所得粗品投入石油醚中重结晶，石油醚用量为粗品重量的2~3倍（V/W)。搅拌升温 至回流，回流约2h。之后降温、静置、抽滤，在95°C下干燥得纯品1. 17g。HPLC外标法测含 量约为92%，熔点为203°C~206°C，折干收率为2. 11%。
[0025] 实施例3 : 黄姜皂素的提取 1、发酵：将600g(含水量约为63%)黄姜洗净、粉碎，加入半纤维素酶48g，搅拌均匀，密 封，在35°C下发酵3天。
[0026] 2、酸解：将发