一种薯蓣皂苷的连续水解反应设备及水解反应方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工领域，涉及一种薯蓣皂苷的连续水解反应设备及水解反应方法， 具体涉及一种薯蓣皂苷的连续高效化学反应器及利用薯蓣皂苷高效零污染水解生产薯蓣 皂素的方法。
【背景技术】
[0002] 薯蓣皂苷元是重要的医药原料。利用薯蓣皂苷元可以合成两百多种药物，用途极 为广泛。薯蓣皂苷元主要以薯蓣皂苷的形式存在于薯蓣属植物的根状茎中。我国主要栽培 盾叶薯蓣，收获盾叶薯蓣的根状茎来制备薯蓣皂苷元。从盾叶薯蓣根状茎中制备薯蓣皂苷 元的关键技术在于采用合适的方法断裂薯蓣皂苷的糖苷键脱糖来获得薯蓣皂苷元，反应原 理如图1所示。
[0003] 目前关于薯蓣皂苷元的制备方法主要有酸水解法、生物水解法（酶促水解）和稀 有元素催化水解法。其中，生物水解法和稀有元素催化水解法仍就停留在实验室阶段，由于 其生产效率低下以及成本高昂，无法应用到大生产；酸水解法有固体酸催化水解法和液体 酸催化水解法。在生产上成功应用的是液体酸水解法。目前生产应用的液体酸水解工艺落 后，其基本工序为：薯蓣干粉（也可以先加水自然预发酵）一加硫酸或盐酸高温（95°C)水 解一碱水中和、清水冲洗一烘干残渣一120号汽油提取残渣中的薯蓣皂苷元一浓缩结晶得 到薯蓣皂苷元。在这个过程中，减水中和和清水冲洗步骤排放大量的酸性污水。
[0004] 目前我国已经形成了三大黄姜产业基地：陕西安康、湖北十堰和湖南湘西。均是采 用如上所述的传统的酸水解法提取皂素。从黄姜中提取薯蓣皂素导致的环境污染问题一直 是该产业的瓶颈。其污染现状触目惊心：从安康到十堰和湘西一带，黄姜皂素生产企业有 200余家，大都分布在丹江口水库入库支流所在的各县市，黄姜产业是当地农民的主要经济 来源。但是由于生产工艺落后，传统酸水解工艺产生大量高浓度强酸性有机废水，污染严 重。被誉为"药用黄金"的黄姜，又有"废水之王"之称。每生产一吨皂素会产生大约500吨 强酸废水，废水中C0D浓度约为32000毫克/升，其污染程度超过造纸废水的12倍，经过处 理后，废水中C0D含量虽能够降至500至800毫克/升左右，但是这仍远远达不到企业污水 综合排放一级标准所规定的C0D含量100毫克/升。常年的污水轻则导致人畜饮水困难， 农作物减产，重则破坏森林、植被、导致土壤酸化、影响地下水，污染水源。一个小皂素厂污 染一条河在原本山清水秀的秦巴山区已屡见不鲜，很多河流中鱼虾不见，河边寸草不生。这 些高污染黄姜加工企业密布在南水北调中线水源地一丹江口水库的上游，严重威胁着南 水北调的水质，又束缚了地方的经济发展。南水北调工程已经竣工并投入运行，地方政府 已经果断关停了几乎所有的黄姜皂素生产企业，由此大大减少了当地经济来源。因此，研究 高效无污染薯蓣皂素生产工艺是黄姜产业继续发展的关键。
[0005] 针对目前的薯蓣皂素生产工艺，需解决的核心技术在于：（1)高效的薯蓣皂苷脱 糖技术，酶促脱糖存在着成本高昂的缺陷，无机酸水解脱糖是唯一的实用途径；（2)酸水排 放的控制或治理或回收技术。
【发明内容】
[0006] 针对【背景技术】中存在的不足，本发明提供了一种无需排放酸水、低生产成本以及 生产效率高的薯蓣皂苷的连续水解反应设备及水解反应方法。
[0007] 为了如上目的，本发明采取了如下技术方案：
[0008] -种薯蓣皂苷的连续水解反应设备，其特征在于：所述薯蓣皂苷的连续水解反应 设备包括高压反应釜、浓缩罐、沉淀罐、过滤罐、酸水储存罐、酸水接管、封口管、双向高压 栗、搅拌电机、搅拌叶轮、加热器、水浴加热器以及冷凝器；所述双向高压栗设置在高压反应 釜的外部并与高压反应釜的内部相贯通；所述高压反应釜依次通过开设在高压反应釜侧壁 上的高压反应釜排放口与浓缩罐和沉淀罐相连通；所述浓缩罐的顶部设置有冷凝器并通过 冷凝器反馈至高压反应釜内部；所述浓缩罐外壁的底部设置有水浴加热器；所述高压反应 釜依次通过设置在高压反应釜底部的底部通孔与过滤罐和酸水储存罐相连通；所述高压反 应釜外壁的底部设置有加热器；所述酸水储存罐依次通过酸水接管和封口管反馈至高压反 应釜内部；所述搅拌电机设置在高压反应釜内部并驱动高压反应釜内部的搅拌叶轮进行搅 拌作业。
[0009] 作为优选，本发明所采用的薯蓣皂苷的连续水解反应设备还包括设置在高压反应 釜排放口与浓缩罐之间的汽油阀门以及设置在高压反应釜的底部通孔与过滤罐之间的酸 水阀门。
[0010] 作为优选，本发明所采用的薯蓣皂苷的连续水解反应设备还包括设置在酸水接管 上的酸水循环阀门以及设置在浓缩罐与沉淀罐之间的浓缩汽油阀门。
[0011] 作为优选，本发明所采用的过滤罐的顶部设置有过滤罐盖；所述过滤罐的侧壁设 置有与高压反应釜的底部通孔相贯通的侧壁开口；所述过滤罐的底部设置有与酸水储存罐 相连通的底部开口；所述过滤罐的罐体中设置有活动滤板。
[0012] 作为优选，本发明所采用的薯蓣皂苷的连续水解反应设备在酸水接管与封口管之 间设置有安全阀。
[0013] 作为优选，本发明所采用的冷凝器顶部设置有冷凝管出口；所述冷凝器通过冷凝 管出口反馈至高压反应釜内部。
[0014] 作为优选，本发明所采用的沉淀罐的顶部开设有排气口。
[0015] 作为优选，本发明所采用的薯蓣皂苷的连续水解反应设备还包括设置在高压反应 釜上的温度计插孔以及压力表。
[0016] -种基于如前所述的薯蓣皂苷的连续水解反应设备的薯蓣皂苷的连续水解反应 方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
[0017] 1)将薯蓣根状茎加水磨衆，所述薯蓣根状茎和水的重量比为1 :1_1 :5 ;用孔径为 0. 5-2mm的滤网粗过滤去掉粗纤维和桨渣，然后得到浆液，对浆液进行静置沉淀，自然分为 上层清液、中层悬浮层以及下层沉淀层，将中层悬浮层作为薯蓣皂苷液备用；
[0018] 将中层悬浮层烘干作为薯蓣皂苷粉并直接用水饱和正丁醇溶液、表面活性剂溶 液、水饱和乙酸乙酯溶液或50-95V/V%的乙醇溶液提取薯蓣皂苷，将提取液浓缩干燥得到 薯蓣皂苷粉末；所述表面活性剂溶液所采用的表面活性剂包括但不限于0P-10 ;
[0019] 或者，
[0020] 将中层悬浮层直接用水饱和正丁醇溶液、表面活性剂溶液、水饱和乙酸乙酯溶液 或50-95v/v%的乙醇溶液提取薯蓣皂苷，将提取液浓缩干燥得到薯蓣皂苷粉末，所述表面 活性剂溶液所采用的表面活性剂包括但不限于0P-10 ;
[0021] 或者，
[0022] 将薯蓣根状茎直接加水以及正丁醇磨浆；或者将薯蓣根状茎直接加水以及表面活 性剂磨浆；或者将薯蓣根状茎直接加水以及乙酸乙酯磨浆，所述薯蓣根状茎和水、正丁醇或 表面活性剂或乙酸乙酯的重量比为1 :5 :0. 001-1 :50 :0. 05,磨浆搅拌后静置1-20小时，浆 液自上而下自然分为正丁醇层、水层以及沉淀层；或者浆液自上而下自然分为表面活性剂 层、水层以及沉淀层；或者浆液自上而下自然分为乙酸乙酯层、水层以及沉淀层，抽取正丁 醇层、表面活性剂层或乙酸乙酯层浓缩烘干并回收正丁醇、表面活性剂或乙酸乙酯，得到薯 蓣皂苷粉末，所述表面活性剂包括但不限于0P-10 ;
[0023] 将如上所述方法制备的薯蓣皂苷粉末或薯蓣皂苷液加入到高压反应釜中进行酸 水解；
[0024] 2)向高压反应釜中加入盐酸或硫酸或亚硫酸或硝酸或亚硝酸和自来水，获得酸水 相，调节酸水相pH值在0. 1-5之间；调节pH值后的酸水相的液面在高压反应釜排放口的下 方1-10厘米处；所述的薯蓣皂苷以悬浮或沉淀的形式位于酸水相下层；
[0025] 3)向高压反应釜中加注120号汽油；所述120号汽油与高压反应釜中已经调节pH 值后的薯蓣皂苷悬浮液的体积比为1 :〇. 1-1 :1〇 ;
[0026] 4)开启高压反应釜底部的加热器，使高压反应釜内的温度达到70-120°C，同时启 动双向高压栗使高压反应釜内的压力控制在〇. 5-100Mpa之间，开启搅拌叶轮；酸解反应进 行1-10小时后，关闭搅拌叶轮、加热器以及双向高压栗，静置自然冷却1-10小时后高压反 应釜的反应液自上而下依次分为汽油相A、悬