[发明专利]一种利用挥发性酸水解黄姜联产薯蓣皂素、葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用挥发性酸亚硫酸水解盾叶薯蓣（黄姜）联产葡萄糖、木糖、阿拉伯糖清洁高效的皂素生产工艺。

背景技术

薯蓣皂素也称薯蓣皂甙元，简称皂素，属异螺旋甾烯烷的衍生物，为薯蓣科薯蓣属植物根茎中薯蓣皂苷的水解产物。薯蓣皂素是重要的医药中间体，用它可以进一步合成孕甾双烯醇酮( 通称双烯酮) 及奥氏物，300多种医药产品可由皂素作为前体半合成制得。

除了作为医药中间体，皂素本身亦有一些重要的药理活性。甾体激素具有很强的抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克的药理作用，是治疗风湿、心血管、淋巴白血病、细胞性脑炎、皮肤病、抗肿瘤和抢救危重病人的重要用药，因此市面上对甾体激素和薯蓣皂素的需求量日益增大。

黄姜，又名盾叶薯蓣，系单子叶植物薯蓣科薯蓣属，为薯蓣科植物盾叶薯蓣Dioscorea zingiberensis C.H.Wright的根茎，是多年生缠绕草本，有地下块茎，含丰富淀粉，是著名淀粉植物，也是滋补食品，又是药用植物。因黄姜中含有大量的薯蓣皂素，是制药工业中生产皂素的主要原料。

直接酸解法是薯蓣皂素生产工艺中最古老的方法。该法是在酸溶液中直接对药材粗粉进行水解，常用的稀酸溶液为盐酸或硫酸水溶液。水解可破坏植物细胞壁，断开糖苷键使薯蓣皂苷水解为皂苷元，再用亲脂性溶剂将游离的皂苷元提取出来。在酸水解的过程中需要大量的清水进行洗涤，从而产生大量废水，形成巨大的污染源。由于这些废水中有机物含量高，酸度大，难以治理，有“污水之王”的称号，如果不经治理直接排放，严重污染水源和生态环境。同时，由于直接酸水解过程中，薯蓣皂甙3-位上结合的支链糖存在着位阻，再加上原料中大量存在的淀粉等干扰，直接用酸水解往往不够彻底，所以该法皂素提取率较低。

经过不断的尝试与创造，也产生了一些改良的生产工艺，如：

自然发酵法；在进行酸解之前加水浸泡，利用黄姜植物内源酶自然发酵。

酶解法；在酸水解之前，利用α-淀粉酶，纤维素酶和糖化酶对原料进行糖化，使淀粉分解为葡萄糖，尽量与皂甙分离。这样既可以减少酸的用量，又能明显提高皂素的收获率和质量。

磨浆超声法；鲜黄姜经过磨浆将植物组织打碎，使富集皂甙的细小纤维等组分释放出来，有利于薯蓣皂素的提取分离。磨浆超声完成以后，再进行酸解。

超临界CO₂萃取法；酸解之后，使用超临界CO₂萃取盾叶薯蓣醇提物中的薯蓣皂素，不存在有机溶剂残留问题，具有环境友好、生产周期短、生产环境安全的优点。

生物转化法；利用米曲霉、黑曲霉等产苷酶的真菌属微生物对黄姜植物进行直接微生物转化，促使皂苷脱糖生成皂素。

另外也公布了采用复配酶制剂辅助酸解工艺的专利（201010217451.2），该法采用由木聚糖酶等7种酶制剂复配得到的混合酶先期对黄姜植物进行酶解，再将料液过滤使其固液分离，固形物经酸解、水洗酸、压滤，烘干后得皂素水解物，然后按照常规工艺萃取、结晶得到皂素成品。

上述的多数生产工艺，不同程度上提高了皂素的得率，但大多仍然涉及到硫酸的使用，污染仍然不能得到最有效的控制。而且由于超声、磨浆、酶水解等单元操作的加入，使工艺过于复杂而不实用。微生物转化法完全不依赖硫酸的酸解作用，但原始菌种酶活力低，发酵时间过长，皂素得率低。发酵过程中产生大量且多种的次级苷，使体系变得复杂不可控。

之前的一些工艺确实也考虑到高值化利用植物资源，例如采用淀粉酶、糖化酶等水解淀粉得到葡萄糖。但材料中同时存在半纤维素，由半纤维素降解生成的木糖和阿拉伯糖具有重大的经济价值，而这两种糖的回收利用一直不被提及。

发明内容

本发明以挥发性酸解替代不可挥发的硫酸传统酸解工艺。首先利用亚硫酸的酸性酸解植物材料，生成皂素和三种单糖，再利用SO₂受热易挥发的特性，使酸解液中的酸含量下降到适当范围，从而省去大量水洗或中和过程，而又不会引起污染。挥发出的SO₂将通过特定的处理技术，重新溶于水中，形成亚硫酸，以便循环使用。脱气后的料液直接过滤，滤饼按照常规工艺萃取、结晶得到皂素成品，滤液经本实验室已经建立起的分离方法分离得到三种单糖。

一种利用挥发性酸水解黄姜联产薯蓣皂素、葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的工艺方法，其特征在于：

(1)原料的预处理：清洗黄姜表面，烘干后粉碎；