直接分離法黃姜提取皂素的工藝的製作方法
2023-10-29 01:45:32 1
專利名稱：直接分離法黃姜提取皂素的工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬植物化學工程領域，具體涉及一種從黃姜中提取皂素的工藝。
背景技術：
(一)黃姜提取皂素產業背景黃姜又名為盾葉薯蕷，為我國特有種，是薯蕷屬(Dioscrea.L)野生草質藤本植物，其根莖中含有一定量的薯蕷皂甙(dioscin)及其水解產物薯蕷皂甙元(disogenin)。薯蕷皂甙元俗稱薯蕷皂素，該化合物具有溶血、降血脂、抗菌、消炎等作用，它是合成甾體激素類(steroid hormone)藥物和甾體避孕藥的重要醫藥化工原料，甾體激素藥物應用廣泛，常用於治療風溼性關節炎、心腦血管疾病等，甾體避孕藥對我國計劃生育的基本國策的執行有著重要作用。此外，國內外許多學者近年來報告薯蕷皂甙有抗腫瘤作用，還有學者報告治療高血脂和冠心病的中成藥—地奧心血康膠囊的有效成分實為薯蕷皂甙元。因此，從黃姜中提取薯蕷皂素具有很大的藥物價值和市場潛力。目前國內有眾多廠家生產甾體激素藥物和甾體避孕藥，是藥品生產中僅次於抗生素的一個重要領域。
然而在黃姜生產皂素的過程中，也給環境造成了巨大的威脅。據統計，每生產一噸皂素，需鮮黃姜130~180噸，工業鹽酸(35％)15-20噸，產生廢水400~500噸，廢水COD高達30000mg/l(BOD 8000mg/l)，廢水pH1.0~2.5。由於用水量大，大部分皂素生產企業建在靠近水源的地方，外排廢水給水體造成較大的汙染。黃姜皂素生產過程所造成的水體汙染已引起各級領導的重視和關注。
(二)相關領域國內外技術現狀1.黃姜提取皂素產業誕生半個多世紀以來，國內外圍繞皂素回收率提高及降低成本多方改進，近年來，開始重視汙染治理。目前存在主要問題(1)生產工藝落後，皂素回收率低，一般在85％以下。
(2)資源化程度低，黃姜(乾重)中50％的纖維、40％的澱粉沒有回收利用。部分企業也作了資源化嘗試，但由於關鍵技術沒有解決，仍沒有企業能做到高程度資源化。
(3)汙染嚴重。
從目前情況看，黃姜加工中酸水解廢水是與造紙廢水一樣難以處理。目前，沒有一個企業在工業生產中能做到廢水處理後達標(一級)排放，不少企業花了錢，安裝了設備，也只能作「安慰性」的、「演示生」的用途。
(4)生產過程中使用大量汽油，易燃、易爆。
(5)生產的高勞動強度，高成本。
2.舉例湖北省目前有90家黃姜提取皂素生產企業，目前採用工藝流程，如圖1所示。圖1所示的工藝，黃姜資源化最終利用低，同時產生大量廢棄物，在錯誤理論指導下及關鍵技術沒有解決，因而是一種非常落後並將遭淘汰的工藝。
3.其他工藝目前有研究用乙醇、丙酮直接從黃姜中提取皂素方法，但因其回收率低，皂素品質差而無法應用，其仍在研究階段。
發明內容
針對上述不足，本發明的目的在於提供一種皂素回收率高、提取成本低、高程度資源化、環保的直接分離法黃姜提取皂素的工藝。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是直接分離法黃姜提取皂素的工藝，其特徵是由如下步驟實現1)粉碎取黃姜，清洗、粉碎，黃姜粉碎後經帶水磨細至60~100目；2)分離a.纖維分離，將上述60~100目的黃姜過篩，用110-130目篩孔的轉葉壓濾機，分離出纖維；b.將剩餘混合物在10~25℃條件下加入CaO，沉澱2-4小時，混合物分成上下兩層，下層為澱粉，上層為含皂混合物，分離出澱粉；3)皂素的提取皂素混合物自然發酵2-4天，然後用2M鹽酸煮沸水解3-5小時，濾去酸液，加CaO中和至中性，清洗、脫水烘乾，再用120號汽油提取，得皂素。
本發明可採用乙醇或丙酮或超臨界CO2代替120號汽油提取皂素。
本發明在黃姜提取皂素時，改革了現有生產工藝，首先將黃姜中纖維、澱粉與果膠、皂甙直接分離，然後再將含皂甙的混合物水解，提取皂素。這樣佔乾薑重量50％的纖維，40％的澱粉不參與酸水解過程，可以分離後回收利用，故名「直接分離法」。
1.以湖北鄖縣產2年生黃姜(鮮)為例，其中含70％的水、15％纖維、11％澱粉、1％的皂素、果膠、其他化學物質。現在生產工藝都是將纖維、澱粉在生產過程中最後排除(前面已有表述)，因而要消耗大量化工原料、動力、勞力。特別是用酸量大大增加，水洗的用水量也會大大增加，環境治理任務也會加重。同時，纖維和澱粉變成有害廢物，也浪費了資源。
2.黃姜中纖維與薯蕷皂甙結合存在於細胞壁中，由於其特定的結合形態，當黃姜磨到一定細度，細胞壁遭到破壞，纖維與皂甙即可達到單體解離，用物理方法可以將其分離。
3.在細胞壁中也有大量澱粉，其存在形式與皂甙是一種特定的共生關係。由於皂素只佔黃姜1％，澱粉佔11％，現有公認理論錯誤認為，皂甙是被澱粉所包裹。在生產工藝上，只有將澱粉酶化成糖，或酸水解將澱粉碳化、糖化，才能「釋放」出皂素。當黃姜磨到一定細度，澱粉與皂甙就單體解離(這是一個重大發現)，利用澱粉的物化特性，用物理方法將其分離出來。
4.本發明的有益效果(以年產100噸皂素廠產廠規模計算)(1)最大程度資源化可回收纖維2000噸，回收澱粉1300噸，增收300萬元。
(2)皂素回收率達95％，提高皂素回收率10％，增收400萬元。
(3)減少生產成本。耗鹽酸(35％)25噸、120號油15噸。
(4)少產生工業汙水40000噸。廢水量僅相當於現有工藝1/10。
圖1是現有技術工藝流程2是本發明工藝流程圖具體實施方式
直接分離法黃姜提取皂素的工藝，由如下步驟實現1)粉碎取黃姜，清洗、粉碎，黃姜粉碎後經帶水磨細至60~100目；2)分離a.纖維分離，將上述60~100目的黃姜過篩，用110-130目篩孔的轉葉壓濾機，分離出纖維；b.將剩餘混合物在10~25℃條件下加入CaO，沉澱2-4小時，混合物分成上下兩層，下層為澱粉，上層為含皂混合物，分離出澱粉；3)皂素的提取皂素混合物自然發酵2-4天，然後用2M鹽酸煮沸水解3-5小時，濾去酸液，加CaO中和至中性，清洗、脫水烘乾，再用120號汽油或乙醇或丙酮或超臨界CO2提取，得皂素。
工業化生產的主要設備有粉碎機、雙盤磨、纖維分離機、澱粉分離機等。
本發明的工藝流程，如圖2所示。
用實驗驗證本工藝1.實驗材料與儀器原料湖北省鄖縣產2年生鮮黃姜3kg。
實驗儀器冷凝管、錐形瓶、試管、酒精燈、電爐、研缽、高速萬能粉碎機、布氏抽濾器、真空泵、燒瓶、鐵架臺、溫度計、量杯、烘箱。
化學試劑無水乙醇、丙酮、120號汽油、CaO、碘酒、鹽酸(35％)2.實驗(1)取黃姜2kg，清洗、粉碎、研磨(60~100目)，過篩，分離出佔鮮姜15％的纖維。
(2)將剩餘混合物裝入量杯，控溫(10~25℃)加入試CaO，沉澱3h。混合物分成上下兩層，將上下兩層分裝在兩個試管中，經測試，下層為澱粉，上層為含皂素混合物。
(3)將纖維、澱粉、混合物分別自然發酵3天(25℃)，然後用2M鹽酸煮沸水解4小時，濾去酸液，水洗至中性，脫水烘乾，再用120號汽油(或乙醇或丙酮)提取，其結果為纖維中皂素為零，澱粉中皂素為零，混合液中含皂素。
以上說明，分離出的纖維、澱粉不含皂素，分離法在實驗中是可行的。
(4)各取1000g鮮黃姜均分成2份。一份用本發明方法，分出纖維、澱粉後，從混合液中提取皂素，得到5g。
一份用現在生產工藝。黃姜(300g)→粉碎→發酵→酸水解→清洗烘乾→120號汽油提取→皂素產品。得到皂素4.5g。
以上實驗證明，新工藝較現有工藝回收率提高10％。
(5)將上述(4)兩種方法獲得皂素，按照1985-10-12發布的陝西省地方薯芋皂素標準陝DB2184-85要求進行鑑定，直接分離法皂素在外觀、熔點、色澤、純度、乾燥失重全部5個指標上均達標。
幾項技術具體說明(1)黃姜粉碎後經帶水磨細至60~100目後，纖維與其他成份與單體解離，用篩孔120目壓濾機可將纖維分出。
(2)分離出纖維後的黃姜混合液經加入CaO，並在10~25℃條件下，注入的沉澱塔中，在沉澱塔中澱粉沉澱，從而分離出來。
(3)在含有澱粉的混合液(含固體物)在本工藝中要控溫。
權利要求
1.直接分離法黃姜提取皂素的工藝，其特徵是由如下步驟實現1)粉碎取黃姜，清洗、粉碎，黃姜粉碎後經帶水磨細至60~100目；2)分離a.纖維分離，將上述60~100目的黃姜過篩，用110-130目篩孔的轉葉壓濾機，分離出纖維；b.將剩餘混合物在10~25℃條件下加入CaO，沉澱2-4小時，混合物分成上下兩層，下層為澱粉，上層為含皂混合物，分離出澱粉；3)皂素的提取加酸水解，清洗、烘乾，再用120號汽油提取，得皂素。
2.根據權利要求1所述的直接分離法黃姜提取皂素的工藝，其特徵是所述的皂素的提取，可採用乙醇或丙酮或超臨界CO2代替120號汽油提取皂素。
全文摘要
本發明涉及一種從黃姜中提取皂素的工藝。直接分離法黃姜提取皂素的工藝，其特徵是由如下步驟實現1)粉碎取黃姜，清洗、粉碎，黃姜粉碎後經帶水磨細至60~100目；2)分離a.纖維分離，將上述60~100目的黃姜過篩，用110－130目篩孔的轉葉壓濾機，分離出纖維；b.將剩餘混合物在10~25℃條件下加入CaO，沉澱2－4小時，混合物分成上下兩層，下層為澱粉，上層為含皂混合物，分離出澱粉；3)皂素的提取加酸水解，清洗、烘乾，再用120號汽油或乙醇或丙酮或超臨界CO
文檔編號C07J71/00GK1488640SQ0312538
公開日2004年4月14日 申請日期2003年9月4日 優先權日2003年9月4日
發明者郭湘芬, 張榮太, 晁念英, 盛紹基, 寇文國, 李國強 申請人:中國地質大學(武漢)