[发明专利]一种基于酶法辅提和微波酸解的黄姜薯蓣皂苷元清洁生产工艺

说明书

【技术领域】

本发明技术属于中药活性成分的提取制备领域。 

【背景技术】

黄姜，学名盾叶薯蓣(Dioscorea Zingiberensis C.H.Wright)，又名火头根，为多年生草质缠绕藤本植物，主产于河南、湖北、湖南、陕西、甘肃、四川等地。中国是盾叶薯蓣的原产地，两千多年前的《山海经》中就有“景山、北望少泽，其草多薯蓣”的记载。盾叶薯蓣是世界上薯蓣皂苷元含量最高的物种，其根状茎主要成分为45-50％的淀粉、40％的纤维素，2％左右的薯蓣皂苷以及一些水溶性苷类、生物碱类、黄酮苷类等化学成分。其中薯蓣皂苷(Dioscin)经水解获得的薯蓣皂苷元(Diosgenin)是合成多种甾体激素类和避孕类药物的重要原料，可以合成双烯醇酮醋酸酯、黄体酮、强的松、可的松、催产素、性激素等数千种药物，是目前世界上最好的甾体药物生产原料之一。 

薯蓣皂苷元是薯蓣皂苷的配基，在C3位通过苷键与糖链相连，主要以薯蓣皂苷的形式存在黄姜根茎中，并与纤维素紧密结合于细胞壁中。传统提取薯蓣皂苷元的方法是采用Rothrock法，直接将盾叶薯蓣根茎用强酸(硫酸或盐酸)水解使苷键断裂生成苷元和糖，然后用有机溶剂提取薯蓣皂苷元。这种方法较为简单，适合小规模和产地加工，但生产中产生大量废水和废渣，环境污染十分严重，其主要原因是黄姜根茎中的大量淀粉和纤维素同时需要加酸水解，一方面耗用大量酸，另一方面产生大量废水，是典型的高投入高污染工艺。此外，这种工艺的皂苷收率普遍较低，一般提取率低于60％。直接水解法是我国过去普遍采用的主要方法，近年来很多地方仍在使用。受节能减排的产业政策影响，很多地方关停了一批这样的生产企业，。薯蓣皂苷元的稳定供应因此受到很大的影响，一些研究机构和企业也纷纷致力于开发黄姜薯蓣皂苷元的清洁生产工艺。 

溶剂提取法是用乙醇等有机溶剂，在热回流等特定的条件下，或借助超声波的作用，直接从黄姜中提取出薯蓣皂苷，进而使用少量的酸水解进行皂苷元的制备(如中国专利02153997.9)。这种方法比起直接酸解法，酸耗量大幅度降低，但由于大量采用有机溶剂，对生产企业的规模和管理要求较高，因工艺的经济性不高，实际上应用并不广泛。 

与此同时，围绕节能减排和资源的高效利用，开发了众多薯蓣皂苷元的清洁生产工艺，尽管在具体方法和参数控制上不尽相同，但核心技术思想包括三个部分。一是有效分离黄姜根茎中的淀粉，或采用酶法水解，再利用膜法等工艺进行水解糖的分离，这些分离出的淀粉、水解糖可作为发酵工业、饲料工业的原料，从而实现资源的高效利用(如中国专利200810048708.9，200910084843.3，200410060679.X，00131274.X，02138773.7)；二是在皂 苷元水解环节，主要是利用微生物、酶或其他方法高效水解薯蓣皂苷获得皂苷元，减少酸碱用量(如中国专利200410013355.0，200510042680.4，200310111250.4，200710127623.5，200910067353.2)；三是溶剂品种、提取方式等方面进行皂苷元的优化提取，提高收率，减少有机溶剂用量(如中国专利200510049787.1)。此外，还有一些专利对黄姜纤维素、黄姜废水提出了高效利用的技术措施。 

上述清洁生产工艺促进了我国黄姜皂苷元产业的可持续发展，有些技术得到有效推广和应用，但仍有一些工艺环节不太理想，需要改进，其产品纯度、提取率以及生产成本仍有大幅度提高的空间。如黄姜淀粉的酶法水解效率不高，一般需要采用复合淀粉酶并进行长时间水解，其成本及能耗投入偏大；生物法水解薯蓣皂苷，无论是自然发酵法还是真菌发酵法，都至少需要5天以上；选用特定的糖苷酶进行水解，存在选择性差、水解不完全等缺点，而实际上目前发现的活性较高、选择性较好的糖苷酶菌种并不多。为此，皂苷的高温催化技术也是该领域的又一个研发热点。 

本发明专利致力于开发一种能够实现资源高效利用，具有较好的清洁生产效果和较高产品质量和产业经济性能的黄姜薯蓣皂苷元生产工艺。其工艺技术思想主要如下： 

1.分离淀粉：对黄姜进行湿法粉碎打浆，通过静置分层，分离出游离淀粉颗粒。通过物理法进行分离，而不必使用淀粉酶水解。 

2.释放皂苷：黄姜的薯蓣皂苷与纤维素、半纤维素以及一些淀粉颗粒结合紧密，通过加入淀粉酶、半纤维素酶的作用，能够起到释放薯蓣皂苷的作用。将皂苷附着的纤维素、半纤维素以及淀粉水解去除，能够大幅度减少后道工序酸耗量。