专利名称：黄姜加工皂素清洁化生产方法
技术领域：
本发明涉及一种黄姜加工皂素的方法。
背景技术：
黄姜为我国特有品种，其根茎中含有一定量的皂甙及其水解产物皂素。皂素具有溶血、降血脂、抗菌、消炎等多种药理作用，是合成甾体激素类药物和甾体避孕药的重要医药化工原料。因此，从黄姜中提取皂素具有很大的药理合适长价值。从上世纪70年代以来，黄姜加工皂素普遍采用的是，对黄姜先进行清洗、粉碎成浆料，然后对浆料自然发酵，再对发酵产物加酸水解使皂甙水解出皂素，然后清洗掉酸水后烘干，再用120号汽油抽提皂素的工艺。这种工艺沿用多年，其主要存在的问题是生产工艺落后；生产周期长；原料消耗大，皂素的提取率低，鲜黄姜提取皂素率为0.6-0.8％，干黄姜皂素提取率为1.8-2.0％；产品质量差，产品皂素的熔点一般在193-195℃；工人劳动强度大；资源化程度低，干黄姜中的50％纤维、40％淀粉和少量果胶没有得到回收利用；污染严重，据统计，每生产1吨皂素，需黄姜130-180吨，35％的工业盐酸15-20吨，产生废水400-500吨，废水COD高达30000mg/l，BOD8000mg/l，废水pH值1.0-2.5，由于用水量大，大部分皂素生产企业建造在靠近水源的地方，外排废水给水体环境造成很大的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现黄姜加工皂素的生产过程中，使所有的污染物都达标排放的清洁化生产方法；能够提高资源利用率，回收黄姜中淀粉、纤维等有用物质，制取副产品乙醇、果胶；使整个加工工艺的综合经济效益显著提高。
针对上述目的，本发明提出一种黄姜加工皂素清洁化生产方法，其特征在于按下面方法进行皂素提取流程先将黄姜原料清洗；粉碎；磨浆；分离，所述分离为将磨浆后的黄姜原浆过18目筛截留较大粗纤维，过40目筛截留较小粗纤维，分离出粗纤维，得不含粗纤维的生料浆，再沉淀生料浆，真空抽滤生料浆上层部分清水，得淀粉和皂甙混合液；然后对所述淀粉和皂甙混合液进行多酶生化工艺，所述多酶生化指对进料加热至95～100℃使其糊化同时加质量比0.0001～0.0005的淀粉酶，再降温至65～70℃添加0.0005～0.0010的糖化酶得葡萄糖皂甙浆液；再分离，此时分离方法为沉淀所述葡萄糖皂甙浆液，分离出沉淀液中层的皂甙浆、下层的葡萄糖，除去上层的清水；对分离出的皂甙浆进行浓缩，浓缩方法为加无机酸调整PH值在3-4之间并加热至80～90℃；然后自然沉淀至沉淀物自然分层；再分离出上层胶体物和下层皂甙液；对皂甙液按常规皂甙水解方法取得皂素和酸性废水，即加酸水解、清洗、烘干、加120号汽油或乙醇或丙酮或超临界CO2提取皂素，并产生含有机物酸性废水；果胶的提取对所述皂甙浆进行分离工艺过程中产生的上层胶体物进行浓缩去水，再加50％～55％乙醇溶液进行萃取提纯出果胶；制取乙醇对多酶生化后分离出来的所述下层的葡萄糖先后进行发酵、蒸馏后取得酒精，并产生有机物废水；废水处理方法对制取乙醇过程中产生的所述有机物废水，在控制pH值在3-4.5、温度在60-70℃情况下，流经铁床进行有机物氧化处理；再进入厌氧挡板反应器中作有机物酸化处理；然后经UBF复合厌氧处理器中进行有机物厌氧降解处理；再进行CASS循环式活性污泥系统作去污泥、去有机底物处理；最后是采用活性吸附水中大分子悬浮物的生物活性炭作复合型深度处理以进一步沉淀水中污染物，再达标排放；对皂甙水解过程中产生的所述含有机物酸性废水需先加石灰中和酸水，然后加入酵母进行发酵，再分离出酵母尸体，废水再在控制pH值在3-4.5、温度在60-70℃情况下，流经铁床进行有机物氧化处理；再进入厌氧挡板反应器中作有机物酸化处理；然后经UBF复合厌氧处理器中进行有机物厌氧降解处理；再进行CASS循环式活性污泥系统作去污泥、去有机底物处理；最后是采用活性吸附水中大分子悬浮物的生物活性炭作复合型深度处理以进一步沉淀水中污染物，再达标排放。
本发明相对已经沿用数十年的传统黄姜加工皂素的工艺，回收了粗纤维，并通过生物酶催化淀粉制造乙醇副产品，提炼副产品果胶，黄姜皂素收率相比传统工艺提高50-60％，熔点可提高2-4℃即197-199℃，在水解皂甙前分离了纤维和淀粉，由此降低用酸量80-85％，废水经过处理使废水量下降86-90％，COD化学耗氧量为原来的三分之一到四分之一。
图为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
参考图，本发明黄姜加工皂素清洁化方法举例如下。
将黄姜原料清洗、粉碎、磨浆后，先后过18目筛和40目筛，除去占原料量1/3的粗纤维，得生料浆。然后用真空抽滤器对生料浆进行真空抽滤，抽滤分离掉清水。剩余的淀粉和皂甙浆加热至100℃(一般不低于95℃)使其糊化同时加质量比0.0001的淀粉酶，经过目测如果淀粉糊非常粘稠时可将淀粉酶的质量比最高可提高到0.0005；然后降温至70℃加质量比为0.0005的糖化酶，经过目测前一步骤里如果淀粉糊非常粘稠的情况下可将糖化酶的质量比最高可提高到0.0010；制得葡萄糖皂甙浆液。
在常温下将制得的葡萄糖皂甙浆液进行沉淀，直至浆液分为上中下层。分离上层清水、中层皂甙浆、下层葡萄糖。
对分离出的葡萄糖液进行发酵，发酵产生大量的二氧化碳，对产生的大量二氧化碳进行收集回收。对发酵剩下的乙醇溶液进行蒸馏，可得高纯度酒精。对蒸馏后剩下的含有固体物的酒糟进行沉淀分离，分离出固体有机物酶可作为蛋白饲料进行回收，分离剩下的液体为含有机物的废水，对其需进行处理后才能排放。
对分离出的皂甙浆进行浓缩分离，加盐酸或硫酸调整pH值在3-4之间并加热，使温度在80-90℃之间。通过自然沉淀的方法使上层胶体物与下层皂甙分离，取得下层皂甙液。得到的皂甙液按照常规方法加酸水解、清洗、分离，得到半成品的高含量水解物，并产生大量含有机物的酸性废水。半成品的水解物中的主要成分是皂素，提取皂素分方法取用常规烘干、加120号汽油萃取、分离汽油得皂素产品的方法。果胶的提取对皂甙浆进行分离工艺过程中产生的上层胶体物进行浓缩去水，再加50％～55％乙醇溶液进行萃取提纯出果胶。生产提纯果胶过程中产生的工业废水可以直接用来清洗黄姜。
对上面提纯酒精过程中产生含有机物的废水和清洗皂素过程中产生的含有机物的酸性废水必须进行污水处理才能排放。对废水进行处理的工艺如下所述。
对制取乙醇过程中产生的有机物废水，先让废水在pH值在3-4.5之间、温度在60-70℃的情况下流经铁床进行有机物氧化处理，此工艺可以达到破坏原有机物的分子结构、降低COD的目的。对于污水处理过程中用到的铁床，为近年来在处理色度高、含盐量大、可生化性差、组分复杂多变的有机废水中污水处理领域较为成熟的一种应用。铁床主要是利用铁、炭组合的填料与原水反应，破坏原水中有机物的分子结构及其性质。其原理是铁与炭的腐蚀电位不同，铁作阳极、炭作阴极、原水作电解质而形成千千万万个原电池。电极反应如下
当有氧存在时阴极反应如下
从上述反应可知，原水在酸性、充氧的条件下以一定流速流经铁炭填料时，有机物被氧化，硝基还原为氨基，偶氮键断裂，这为下一步处理提供了可靠有效的条件。在设计时因考虑到充氧的重要性，所以可以在原水进入铁床前设置溶气罐，并采用空压机供气。从铁床的处理原理分析，其形成的原电池可将多环化合物分解成单环化合物。铁床填料因表面被固着而使处理效果降低，产生铁床的钝化现象，因此采用盐酸或硫酸调整pH值在3-4之间并加热，使温度在80-90℃之间对铁床进行持续浸洗活化。铁床结构可采用专利号98242534.1和02220440.7公开的结构。
流经铁床的废水后再进入厌氧挡板反应器中作有机物酸化处理。厌氧挡板反应器ABR和复合式厌氧反应器HABR均可用于此处有机物酸化处理。此步骤是利用酸化菌对有机物进行水解酸化，使炭氧和炭水化合物降解为可挥发性脂肪酸、VFA、CO2、NH3等。HABR和ABR工艺，适用于各类低浓度有机废水的处理，作为污水厌氧前处理。
接下来进行的废水厌氧处理在UBF复合厌氧处理器内进行。通常采用耐酸性高负荷型杆菌、pH值3-4.5的情况下进行厌氧降解，降有机物分解为甲烷、二氧化碳等气体。这一工艺主要是高效、稳定的处理高浓度、难降解的有机废水，一般在此环境下四天左右废水中污染物可下降80-90％。
经过UBF处理过的废水再进行CASS循环式活性污泥系统作去污泥、去有机底物处理。CASS是在SBR基础上，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器。此步工艺主要在一个CASS反应池内进行，主要是解决污泥膨胀问题，可以过滤掉絮凝性生物、沉淀污泥。除磷、脱氮、去有机底物，出水质量好。
在做过CASS处理后流出的水再采用活性吸附水中大分子悬浮物的生物活性炭BAC作复合型深度处理以进一步沉淀水中污染物，再达标排放。
对皂甙水解过程中产生的含有机物酸性废水需先加石灰中和酸水，然后加入酵母进行发酵，再分离出酵母尸体。酵母尸体可作蛋白饲料回收利用。发酵分离出来的废水再作和上面对制取乙醇过程中产生的有机物废水处理方法一样的方法进行处理，即在控制pH值在3-4.5、温度在60-70℃情况下，流经铁床进行有机物氧化处理；再进入厌氧挡板反应器中作有机物酸化处理；然后经UBF复合厌氧处理器中进行有机物厌氧降解处理；再进行CASS循环式活性污泥系统作去污泥、去有机底物处理；最后是采用活性吸附水中大分子悬浮物的生物活性炭作复合型深度处理以进一步沉淀水中污染物，再达标排放。
权利要求
1.黄姜加工皂素清洁化生产方法，其特征在于按下面方法进行皂素提取流程先将黄姜原料清洗；粉碎；磨浆；分离，所述分离为将磨浆后的黄姜原浆过18目筛截留较大粗纤维，过40目筛截留较小粗纤维，分离出粗纤维，得不含粗纤维的生料浆，再沉淀生料浆，真空抽滤生料浆上层部分清水，得淀粉和皂甙混合液；然后对所述淀粉和皂甙混合液进行多酶生化工艺，所述多酶生化指对进料加热至95～100摄氏度使其糊化同时加质量比0.0001～0.0005的淀粉酶，再降温至65～70摄氏度添加0.0005～0.0010的糖化酶得葡萄糖皂甙浆液；再分离，此时分离方法为沉淀所述葡萄糖皂甙浆液，分离出沉淀液中层的皂甙浆、下层的葡萄糖，除去上层的清水；对分离出的皂甙浆进行浓缩，浓缩方法为加无机酸调整PH值在3-4之间并加热至80～90摄氏度；然后自然沉淀至沉淀物自然分层；再分离出上层胶体物和下层皂甙液；对皂甙液按常规皂甙水解方法取得皂素和酸性废水，即加酸水解、清洗、烘干、加120号汽油或乙醇或丙酮或超临界CO2提取皂素，并产生含有机物酸性废水；果胶的提取对所述皂甙浆进行分离工艺过程中产生的上层胶体物进行浓缩去水，再加50％～55％乙醇溶液进行萃取提纯出果胶；制取乙醇对多酶生化后分离出来的所述下层的葡萄糖先后进行发酵、蒸馏后取得酒精，并产生有机物废水；废水处理方法对制取乙醇过程中产生的所述有机物废水，在控制pH值在3-4.5、温度在60-70摄氏度情况下，流经铁床进行有机物氧化处理；再进入厌氧挡板反应器中作有机物酸化处理；然后经UBF复合厌氧处理器中进行有机物厌氧降解处理；再进行CASS循环式活性污泥系统作去污泥、去有机底物处理；最后是采用活性吸附水中大分子悬浮物的生物活性炭作复合型深度处理以进一步沉淀水中污染物，再达标排放；对皂甙水解过程中产生的所述含有机物酸性废水需先加石灰中和酸水，然后加入酵母进行发酵，再分离出酵母尸体，废水再在控制pH值在3-4.5、温度在60-70摄氏度情况下，流经铁床进行有机物氧化处理；再进入厌氧挡板反应器中作有机物酸化处理；然后经UBF复合厌氧处理器中进行有机物厌氧降解处理；再进行CASS循环式活性污泥系统作去污泥、去有机底物处理；最后是采用活性吸附水中大分子悬浮物的生物活性炭作复合型深度处理以进一步沉淀水中污染物，再达标排放。
全文摘要
本发明黄姜加工皂素清洁化生产方法，其特征在于先将黄姜原料清洗；粉碎；磨浆；过筛分离粗纤维，再沉淀生料浆，对所得淀粉和皂甙混合液进行多酶生化工艺，再分离出皂甙浆和葡萄糖，并对皂甙浆进行浓缩、自然沉淀，再分离提纯果胶，对皂甙液按常规皂甙水解方法取得皂素和酸性废水；对皂素生产过程中产生的含有机物酸性废水中和后流经铁床、进入厌氧挡板反应器、经UBF复合厌氧处理器、进行CASS循环式活性污泥系统处理、采用生物活性炭处理再达标排放。本发明相对传统工艺，回收提炼了粗纤维、果胶和酒精，黄姜皂素收率相比传统工艺提高50－60％，熔点可提高2－4℃即197－199℃，降低用酸量80－85％，废水量下降86－90％，COD为原来的1/3到1/4。
文档编号C12P33/00GK1814784SQ200510019899
公开日2006年8月9日 申请日期2005年11月24日 优先权日2005年11月24日
发明者吴晓进, 陈全志, 陈安章 申请人:郧西县怡江生物化工有限公司