专利名称：薯蓣根状茎的循环加工利用方法
技术领域：
本发明涉及一种薯蓣根状茎的循环加工利用方法，属于农产品加工领域。
背景技术：
薯蓣根状茎是生产薯蓣皂素的原料。薯蓣皂素也称薯蓣皂苷元，简称皂 素，属异螺旋留烯烷的衍生物，为薯蓣科薯蓣属植物根状茎中薯蓣皂苷的水解产物，其以糖 苷的形式广泛存在于自然界植物中，其中尤以薯蓣科含量最多。薯蓣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。它可用作留体抗炎药、性激素、女用避孕药的半合成原 料。我国薯蓣资源丰富，是世界上主要的薯蓣皂苷元生产国，但目前国内所采 用的工艺大多是常规酸水解法，水解、提取等过程均存在很多问题。所以，长期以来研究人 员一直致力于对常规酸水解法的生产工艺进行改进或寻找新的工艺方法。生产薯蓣皂素的原料主要有盾叶薯蓣(黄姜)、穿龙薯蓣(穿地龙)、黄山 药、粉背薯蓣、叉蕊薯蓣及细柄薯蓣等。根茎类圆柱形，常具不规则分枝，分枝长短不一，直 径1.5 3cm，表面褐色，粗糙，有明显纵皱纹和白色圆点状根痕，其中盾叶薯蓣是生产皂 素的最主要的植物。盾叶薯蓣(干基)植物纤维占35-45%，淀粉占40-45%，水溶性皂苷占 0. 5-0. 8%，果胶占2-3%，皂素占1-2. 5%。黄姜中皂素含量高(黄姜皂素含量可达2. 5%，穿地 龙含量为1. 2%)，生产周期较短(黄姜为2年，穿地龙为4-5年)，黄姜是生产薯蓣皂素的主要 原料。薯蓣皂苷元是薯蓣属植物中薯蓣皂苷的配基，主要以薯蓣皂苷的形式与 纤维素通过木质素结合存在于细胞壁中。薯蓣皂苷元是异螺旋留烷的衍生物，在植物体内 是以薯蓣皂苷配基形式存在的，即在C3位通过皂苷键与糖链相连进而与植物细胞壁紧密 连接。薯蓣淀粉、薯蓣皂苷存在于薯蓣根状茎薄壁细胞中，且被纤维、木质素包埋，当薯蓣根 状茎磨到一定细度，细胞壁破坏，纤维、淀粉、皂苷解离出来，细胞壁的厚度通常不足5 μ m。 薯蓣淀粉的颗粒大小适中，形态为椭圆形，粒径范围为5 50 μ m，平均粒径为19. 5 μ m。按人工种植的黄姜生产统计，现有工艺每生产1吨皂素，需鲜黄姜130 180吨，工业盐酸(30%) 15 20吨(或98%硫酸7 8吨)，产生废水400 500吨。综合 废水中，因含未被利用的淀粉、糖份直接排放，致使实测COD值高达30000mg/L左右(B0D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。由于薯蓣皂苷元的结构特征和它在植物体内的存在形式，决定了提取它 的步骤首先必须使薯蓣皂苷元与植物细胞壁分开，再断开薯蓣皂苷元与糖基连接的苷键， 使薯蓣皂苷元游离出来，利用它的亲脂性，用丙酮或石油醚把它提取出来，工业上用高标号
3的汽油来提取。1、直接酸水解法
酸水解是使苷键断裂生成苷元和单糖。传统提取薯蓣皂苷元直接将盾叶薯蓣根 茎用硫酸水解成苷元，然后用有机溶剂提取薯蓣皂苷元。有报道，用盐酸作为水解酸比硫酸 好，工艺简单，效果差异不大，同时以盐酸为水解液时，加压法比常压法水解苷元收率高，缺 点是盐酸对不锈钢设备有严重腐蚀。薯蓣皂苷元在植物体内存在形式的复杂性，使直接酸 水解法仅能提取1/4的皂苷元，且此法费时很多，薯蓣皂素收率较低，由于使用溶剂汽油， 易发生危险；另外，盾叶薯蓣中的淀粉和纤维素等其它成分也在酸水解过程中被破坏而不 能利用，因此该工艺不够理想。2、预发酵法
一般认为预发酵法可提高薯蓣皂苷元的收率。预发酵法有自然发酵法、酶解法、 微生物发酵法。用蒸馏水浸泡薯蓣干粉，置于39°C的恒温箱中发酵发酵48 h，水解4 h， 抽提物PH=7，回流速度25min/次，皂苷元的提取率达到最佳值为3. 358%。另有报道，在发 酵过程中加入果胶酶、苦杏仁酶和纤维素酶，均可提高产率。还有用黑曲霉菌株对盾叶薯蓣 发酵也可提高产率。这样的工艺既提高了皂苷收率，反应条件也比较温和，保持了有效成分 的本来理化性质。但自然发酵法影响因素较多，产品质量不稳定。3、分离法加工薯蓣植物
从薯蓣中首先分离出植物纤维和淀粉，剩余部分再经自然发酵提取薯蓣皂苷 元。该法比不分离出植物纤维和淀粉而直接进行自然发酵的常规方法能将薯蓣皂苷元的收 率提高5%。4、C02超临界萃取薯蓣皂苷元的工艺研究
用C02超临界萃取法从盾叶薯蓣中提取薯蓣皂苷元的研究，其萃取薯蓣皂苷元 的条件为萃取压力29 MPa，温度55°C ；分离方法一为压力lOMPa，温度60°C ；分离方法二 为压力5. 6 MPa，温度45°C ；分离柱压力18 MPa，温度为70°C，C02流量为每千克原料每小 时12kg ；萃取时间3h ；夹带剂为药用酒精。和传统的汽油法比较，收率提高很多，生产周期 大大缩短，避免了使用汽油引起易燃易爆的危险，且成本相差不大。但存在设备一次投资过 大的缺点。此外，利用超声波破碎细胞壁也可提高薯蓣皂苷元的收率。用盐酸一丙酮 /乙醇混合液直接加热提取薯蓣皂苷元的工艺虽可节约物料，缩短工艺过程，但对资源的综 合利用不足，在实际生产中应用该工艺的还未见报道。中国专利 CN1199984C、CN1232529C、CN1325510C、CN1962686A、 CN101294189A、CN101402669A对薯蓣根状茎的加工均采用破碎机破碎、磨浆机磨浆过 100 (150 μ m) -200 目(75 μ m)筛；CN1177058C、CN1255549C、CN101333552A 对薯蓣根状 茎的加工仅粉碎到粒径为0. 5-1. 5mm, CN100451029C要求将薯蓣干根状茎磨50-500目， CN100460149C将薯蓣根状茎切片、微波破细胞壁、加乙醇剪切乳化至400目。由于薯蓣根状茎含有大量淀粉、果胶和纤维，薯蓣根状茎细胞壁的厚度通 常不足5 μ m，上述方法对薯蓣根状茎的加工中存在起沫影响淀粉与皂苷的分离困难、薯蓣 皂苷沉降时间长、薯蓣根状茎细胞壁破坏不彻底浪费资源、设备投资大、污水多的缺点。
发明内容
针对薯蓣根状茎的加工中存在起沫影响淀粉与皂苷的分离、薯蓣根状茎 细胞壁破坏不彻底，资源浪费、设备投资大、污水多的缺点，本发明提出循环使用加工薯蓣 根状茎的澄清液以降低污水产生量；采用多级金属辊压榨、末级压榨辊间距小于5微米的 压榨设备，来彻底地破坏薯蓣根状茎的细胞壁，使淀粉、皂苷与纤维解离，来提取薯蓣淀粉、 薯蓣皂苷；在生产中，添加聚丙烯酰胺絮凝剂可以薯蓣皂苷快速沉降，提高生产效率。本发明的描述如说明书附图，图1是本发明的薯蓣根状茎的循环加工利 用流程图。本发明包括如下步骤
(1)薯蓣根状茎清洗除杂薯蓣根状茎用清水或沉降池和螺旋卸料沉降离心机 分离的澄清液清洗；
(2)多级压榨将清洗的薯蓣根状茎用多级金属辊压榨设备压榨，金属压榨辊末 级的辊间距小于5微米；
(3)压榨浆料配制来自金属压榨辊的压榨料与5-20倍水制成浆料；
(4)筛分过滤压榨浆料通过孔径不大于75微米的筛网进行过滤，分离出薯蓣 固渣，澄清液可循环制浆；
(5)滤液沉降经筛网过滤的浆料与聚丙烯酰胺絮凝剂混合搅拌后，进入沉降 器中沉降分层，下层分离出薯蓣淀粉，上层为皂苷悬浮液；
(6)皂苷分离将上层皂苷悬浮液充分沉降，下部皂苷浆用泵送入螺旋卸料沉 降离心机，分离出浓缩薯蓣皂苷和沉降清液，沉降清液循环使用。其中金属压榨辊设备采用铁或铁合金加工成圆柱形，每两个为一组，表面 为相互配合的齿形或粗糙面。末级压榨根据需要可以对薯蓣固渣进行多次循环压榨，来彻 底地破坏薯蓣根状茎的细胞壁。过滤浆料中添加的聚丙烯酰胺絮凝剂是阴离子型、阳离子 型或非离子型聚丙烯酰胺溶液，或其混合物，添加量为1-50毫克/升。薯蓣根状茎经过本发明的循环加工，薯蓣细胞彻底破碎，破碎率达到98% 以上，薯蓣皂苷与薯蓣淀粉分离变得十分容易，薯蓣淀粉得到充分回收利用，薯蓣淀粉收率 达到90%以上，沉降分离的薯蓣皂苷达到80-90%。由于薯蓣细胞彻底破碎，薯蓣固渣虽然 含少部分薯蓣皂苷，提取也相对容易，不再需要发酵处理。沉降清液循环使用，在连续生产 中基本不需要添加新鲜水，大大降低了污水的数量。皂苷悬浮液充分沉降，用泵送入螺旋卸 料沉降离心机浓缩，得到的皂苷浆固含量达到15-30%，提供了生产效率，降低了皂苷酸解次 数。同时，沉降清液还可以各种水溶性物质，提高了薯蓣根状茎的利用价值。
图1是本发明的薯蓣根状茎的循环加工利用流程图。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并不限制本发明的保护权项。本发明的实施方式采用一组或多组金属压榨辊作为压榨设备，一组金属
压榨辊的间距可调，多组金属压榨辊的辊间距可调也可以调可固定，末级压榨辊间距小于5微米。用孔径为75微米的不锈钢筛网制成过滤筛。用分子量1000万的阴离子型聚丙烯酰胺溶液，配成浓度为0. 5%备用。实施例
采用一组金属压榨辊作为压榨设备 ①新鲜黄姜1500克用新鲜水清洗除杂。②将金属压榨辊的辊间距调为2_3mm，启动电机，加入处理好的1500克新 鲜黄姜进行压榨。③将金属压榨辊的辊间距分别调为0. 3-lmm、0. 05-0. 1 mm,压榨一遍。④将金属压榨辊的辊间距分别调为小于5微米，压榨三遍。⑤将压榨料加入装有到7500克新鲜水的容器中制成浆料，搅拌2分钟。⑥将⑤的浆料通过孔径为75微米的不锈钢过滤筛过滤，并用上部滤液清 夜将滤渣洗涤一遍。⑦将⑥的滤渣用滤布压滤一遍，压出滤渣中的大量水，滤液与⑥的滤液合 并后加入30毫升0. 5%聚丙烯酰胺溶液搅拌2分钟，沉降60分钟，取上部清液5000毫升备用。⑧将⑦的压滤滤渣再经过④压榨三遍，压榨料加入到⑦的5000毫升沉降 清液制成浆料，搅拌2分钟，通过孔径为75微米的不锈钢过滤筛过滤，滤液与⑦的滤液合 并；滤渣用滤布压滤得到薯蓣固渣，压滤液也与⑦的滤液合并，搅拌3分钟，自然沉降。从⑧沉降液下部分离出白色淀粉浆约270毫升，干燥，薯蓣淀粉质量为 121. 2 克。从⑧沉降液上部分离出棕黄色皂苷悬浮液，再自然沉降6小时得到浓缩 皂苷浆1500毫升；皂苷悬浮液皂苷浆泵入沉降离心机，得到的浓缩皂苷浆固含量为20%，干 燥，薯蓣皂苷质量为38. 32克。薯蓣固渣干燥后质量为161. 5克。
权利要求
薯蓣根状茎的循环加工利用方法，其特征在于，包括如下步骤 (1) 薯蓣根状茎清洗除杂薯蓣根状茎用清水或沉降器和螺旋卸料沉降离心机分离的澄清液清洗；(2)多级压榨将清洗除杂的薯蓣根状茎用多级金属辊压榨设备压榨，金属压榨辊末级的辊间距小于5微米； (3) 压榨浆料配制来自金属压榨辊的压榨料与5-20倍水制成浆料；(4) 筛分过滤压榨浆料通过孔径不大于75微米的筛网进行过滤，分离出薯蓣固渣，澄清液可循环制浆； (5) 滤液沉降经筛网过滤的浆料与聚丙烯酰胺絮凝剂混合搅拌后，进入沉降器中沉降分层，下层分离出薯蓣淀粉，上层为皂苷悬浮液；(6) 皂苷分离将上层皂苷悬浮液充分沉降，下部皂苷浆用泵送入螺旋卸料沉降离心机，分离出浓缩薯蓣皂苷和沉降清液，沉降清液循环使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的金属辊压榨设备采用铁 或铁合金加工成圆柱形，每两个为一组，表面为互相配合的齿形或粗糙面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的末级压榨根据需要可以 对薯蓣固渣进行多次循环压榨，直到将薯蓣细胞彻底破碎。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)所述的聚丙烯酰胺絮凝剂是阴 离子型、阳离子型或非离子型聚丙烯酰胺溶液，或其混合物，添加量为1-50毫克/升。
全文摘要
本发明公开了薯蓣根状茎的循环加工利用方法，本方法先将薯蓣属植物根状茎清洗除杂，经过多级金属辊多次压榨，然后循环加水制浆通过筛分过滤设备过滤，分离的薯蓣固渣可再次进行循环压榨；过滤浆料与聚丙烯酰胺絮凝剂混合搅拌进入沉降器中沉降分离，下层分离出薯蓣淀粉；上层悬浮液进入螺旋卸料沉降离心机强制分离，沉降清液、薯蓣皂苷浆料快速分离，得到浓缩的薯蓣皂苷。本发明的薯蓣根状茎的循环加工利用方法中清洗、制浆用水均来自沉降器和螺旋卸料沉降离心机的沉降清液，并循环使用。本发明解决了薯蓣根状茎加工利用的根本问题，大大提高了薯蓣应用的经济价值。
文档编号C08B30/00GK101885750SQ201010119109
公开日2010年11月17日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者张敬丰, 李绍通 申请人:李绍通;张敬丰