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黄姜皂素清洁生产工艺对皂素收率的影响研究认领

作者：

彭红霞

学位授予单位：

中国地质大学(武汉)

摘要：

黄姜，学名盾叶薯蓣(DioscoreaZingiberensisC.H.Wright)，是薯蓣科薯蓣属多年生草本植物，为我国特有的一个品种，也是世界上薯蓣属植物中薯蓣皂甙含量较高的种类。由盾叶薯蓣提取的薯蓣皂甙元，是合成甾体激素类药物和甾体避孕药的重要医药化工原料，以其为原料可以合成肾上腺皮质激素、性激素、蛋白同化激素等药物可达300余种。目前，薯蓣皂甙元生产厂家所采用的传统生产工艺极为落后，不但皂素的收率低，而且产生了大量含酸量高，胶质重、色素浓的酸性废水，对黄姜产区环境造成极大的污染。　　为了解决环境问题，在推行清洁生产工艺发展黄姜皂素循环经济建设的现阶段，保证或者提高薯蓣皂甙元收率对黄姜产业循环经济的发展至关重要。本文通过对微生物发酵，酶水解，超声萃取，物理分离等多种清洁生产工艺进行研究，探讨了清洁生产工艺对皂素收率的影响，并对各个工艺中具体的工艺条件进行了优化，利用GC-MS对黄姜水解过程中的副产物进行了定性分析，同时还对工艺中提高薯蓣皂甙元收率的作用机理进行了初步探讨，以期为薯蓣皂甙元的实际生产提供技术理论依据。　　微生物发酵有利于提高薯蓣皂甙元的收率。实验结果表明，黄姜在30℃条件下自然发酵48h能达到最佳效果。发酵过程中添加酵母也能提高薯蓣皂甙元的收率，但其增幅与自然条件下30℃发酵48h相差不大，生产过程中为节约生产成本可采用30℃条件下自然发酵48h。另外，黄姜利用接种土曲霉进行发酵可以转化薯蓣皂甙制备薯蓣皂甙元，发酵之后薯蓣皂甙元的总收率也会随之显著提高。　　酶水解法提取薯蓣皂甙元工艺结果表明：利用α-淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、糖化酶5种酶对黄姜材料进行处理均可以提高黄姜中薯蓣皂甙元的收率，酶水解作用效果依次为：纤维素酶>糖化酶>果胶酶>木聚糖酶>α-淀粉酶。同时，本文还对这5种酶的作用机理作了初步探讨。实验结果还发现，在传统的双酶法生产薯蓣皂甙元工艺之前增加自然发酵过程有利于薯蓣皂甙元收率的提高，后发酵则会造成薯蓣皂甙元收率降低。　　采用超声萃取-酸水解工艺提取黄姜中的薯蓣皂甙元，实验结果表明，超声萃取能将薯蓣皂甙提取更加完全，薯蓣皂甙元收率比直接酸水解法提高了近32％。对超声萃取-酸水解工艺进行单因素考察，进行了超声提取时间，提取次数，提取溶剂，料液比，硫酸浓度，硫酸催化水解时间对薯蓣皂甙元收率的影响考察，确定最佳提取工艺条件为：以甲醇为提取溶剂，料液比为1:20，对黄姜中的总皂甙超声提取3次，每次20min，合并提取液之后，加入1.5mol/L的硫酸，在100℃下恒温密闭水解4h，然后用石油醚萃取出薯蓣皂甙元。利用GC-MS对硫酸催化水解过程中的副产物进行定性分析，实验结果发现黄姜在水解时间过长时，薯蓣皂甙元会脱水生成二烯(△3，5-脱氧替告皂甙元)。　　将黄姜粉碎料经20-200筛网进行物理分离，并测定不同目数的粉碎料中薯蓣皂甙元含量，实验结果表明，理论上只有当黄姜被磨碎到过200目筛的时候，才不会夹带甾体皂甙。证明文献报道中提出的采用物理分离法提取黄姜皂素时，分离粒径为100-120目，会造成薯蓣皂甙元的损失。　　同时，本文还对黄姜不同部位薯蓣皂甙元含量进行测定，实验结果表明，根茎中薯蓣皂甙元含量为1.69％，黄姜芽，表皮和不定根中薯蓣皂甙元含量相对较低，分别为0.19％，0.15％和0.36％，说明黄姜的根茎是生产薯蓣皂甙元的最佳原料，同时黄姜其他部位也具有利用一定的利用价值。对发霉黄姜薯蓣皂甙元含量进行了测定，实验结果发现其含量显著降低。因此，为了保证生产过程中薯蓣皂甙元的收率和质量，重视黄姜原料的保存，避免其发霉具有很重要的意义。

摘要译文

学位年度：

2010

学位类型：

硕士

学科专业：

环境工程

导师：

鲍建国

中图分类号：

X383[清洁工艺技术(无污染工艺)的研究];X787[制药工业⑨]

学科分类号：

080604[资源循环工程];083002[环境工程]