專利名稱：廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種藥物的基礎原料和起始中間體的提取技術，尤其涉及 廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝。
背景技術：
盾葉薯蕷常用名黃姜，為薯蕷科多年生纏繞性草質藤本植物。其根莖中含 有薯蕷皂甙(也稱皂苷)水解產物薯蕷皂甙元(俗稱薯蕷皂素)，薯蕷皂素是合 成甾體激素藥物的基礎原料和起始中間體。應用薯蕷皂素可以合成生產所有的 甾體激素藥物，腎上腺皮激素、性激素、蛋白激素等幾百種藥物，故有"激素 之母"之稱，黃姜是一種理想的提取甾體激素的藥源植物，故又擁有藥用"黃 金"之美譽。
一、傳統薯蕷提取皂素工藝存在的問題
薯蕷中含40。％—50%淀粉，40—50%的纖維素及其他微量化學成份。薯蕷 卓武與纖維素結合存在于細胞質中，用物理方法很難將兩者分開，傳統薯蕷提 取皂素方法主要為鹽酸水解法和硫酸水解法，兩種酸水解工藝都存在嚴重的缺 點，原料黃姜淀粉水解不徹底，料液中葡萄糖因酸水解時間長、溫度高易焦糖 化產生不可發酵的焦糖，不利廢水后續資源化開發。每生產1噸皂素，需黃姜 130噸一180噸，工業鹽酸(35%) 15 20噸，或硫酸(98%) 7 — 8噸，平均 要排放廢水450噸，廢水指標超過國家標準4一70倍，嚴重污染江河。

發明內容
黃姜提取皂素工業由于產生大量廢水，工藝有"廢水王"之稱，為此發明 了糖化薯蕷淀粉提取皂甙元工藝，綜合利用廢水，變廢為寶，讓我們從黃姜中 提取皂素同時，可以不排出嚴重污染環境的巨量廢水，本發明完成了糖化薯蕷 淀粉提取皂甙元無廢污水排放工藝。
廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，是采用以下的技術方案來實 現的廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，將黃姜配料經過加酶發酵、 酸水解分離得到的固液混合液，通過過濾后得到的固體部分，經過中和得到含 皂甙濾餅，把含皂甙濾餅烘干破碎后，用乙醇提取皂甙一提純結晶物的化學名
稱為5 —異螺旋烯一 3 P醇；提取皂甙后再分離后的濾餅主要為植物纖維、木質 素，它們經過加壓為塊狀或顆粒狀，作為產品燃料出售；通過過濾后得到的液 體部分是含多糖分的可發酵料液過濾料液經過中和、配料、調pH、滅菌、接 種、發酵、口味調配、罐裝得到用含糖料液發酵生產的飲料。
上述廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，①配料，把黃姜的根莖 破碎磨細， 一般為過20 30目篩，按料水比l: 4 35裝進攪拌式水解罐，再 加a—淀粉酶，淀粉酶劑的加入量，隨酶活力的高低而定， 一般控制5—8單位
/g粉料，料液經攪拌均勻后，調pH在5—5. 7之間，加入0.15%的氯化鈣作 為保護劑和激活劑；②糊化在水解罐常壓煎煮升溫到95—97。C保溫60min，加
a—淀粉酶對薯蕷淀粉進行糊化；③加H2S04水解糊精糖化，從攪拌式水解罐 進料口再加入用水量3%的98。/。H2S04,開動攪拌器攪拌均勻，加壓0.23MPa — 0.485MPa升溫超過溶媒沸點至120—15(TC，徹底殺死耐高溫a—淀粉酶； 酸水解糖化糊精過濾分離酸水解料液和皂甙元，經l小時左右的酸水解，打開水解 罐底出液口，酸水解料液從水解罐底閥流出，流經壓濾器濾出不溶于水的纖維 素雜質皂甙元濾餅，用石灰乳中和漂洗，其中一、二次洗液合并到過濾料液中 進行處理，其后中和漂洗液放入循環洗液池中，再次使用；烘干濾餅，粉碎后， 用70% 95%乙醇加熱回流3 4小時，分離出熱乙醇，再加入乙醇，重復3 4 次操作，皂甙溶解于熱乙醇中，用合并的提取液提取皂甙元；分離出來的濾餅
殘渣，將它們干燥后制造成燃料產品。
上述廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，用過濾后含多糖分的料
液發酵生產飲料；中和用石灰乳與料液中的硫酸反應生成硫酸鈣，沉降于儲罐
底部，分離去石膏，得到中性的澄清的薯蕷料液，調節料液甜度為20。B6 30。B6， 低于上述值加入蔗糖調高；調pH為6.2 6.8，料液加熱到9CTC 95。C ， 10min 20min滅菌，自然冷卻到30'C 35'C接種，菌種為臺灣396號酵母和德氏乳干 菌，要求接種后每毫升發酵液的菌數要達到lX105 5Xl(f個；發酵發酵溫度 25。C 40。C,發酵時間20h 35h，當發酵pH值達到4 5，乙醇含量0.5%時， 終止發酵；飲料風味是甜香。口味調配發酵終止后，經過檢驗無有害物質， 可以直接飲用，也可根據口味要求添加鹽和蔗糖，薯蕷汁飲料進行裝瓶，或罐 裝后，巴氏滅菌包裝。滅菌條件為115。C， 10min,然后冷卻包裝入庫。
本發明的有益效果薯蕷皂甙元的生產部分是在加酸加a —淀粉酶發酵水 解成熟技術基礎上進行改進，對工藝條件進行了一些優化，主要對濾餅、殘渣 固體廢棄物資源化處理一作工業和民用燃料，原來過濾后必須排放到環境中的 大量含糖料液，經過含多糖分的料液發酵生產飲料工藝過程，變廢為寶，使這 個工藝起死回生，不但提供薯蕷皂素是合成甾體激素藥物的基礎原料和起始中
6間體，而且又得到了飲料。解決了環境污染的問題，本發明的工業化實施和完 善將有重大的經濟效益和社會效益。


圖1本發明工藝流程方框示意圖。
在圖1中其標記為01.黃姜配料，1.加酶發酵，2.酸水解，3.過濾分 離，4.固體殘渣中和洗滌，5.濾餅烘干，6.粉碎，7.乙醇提取苣甙，8.殘渣制 燃料，9.第3道洗液進入循環池，10.含糖過濾料液，11.澄清石灰水中和， 12.配料，13.調pH， 14.滅菌，15.接種，16.發酵，17. 口味調配，18.罐 裝。
具體實施方式
實施例
1) 黃姜配料，把黃姜的根莖破碎磨細， 一般為過20 30目篩，按料水比l: 4 35裝進攪拌式水解罐，再加ci一淀粉酶，淀粉酶劑的加入量，隨酶活力的高 低而定， 一般控制5—8單位/ g粉料，料液經攪拌均勻后，調pH在5—5. 7 之間，加入0.15%的氯化鈣作為保護劑和激活劑。 .
2) 糊化，在常壓下煎煮升溫到95—97X:保溫60min，加a—淀粉酶對薯蕷 淀粉進行糊化，作用有三A使其纖維與淀粉在水溶媒體中分離；B.使水溶媒 體中的淀粉細胞膨脹破裂，把不溶水的淀粉轉變為可溶于水的淀粉糊精。C.a — 淀粉酶能很快水解為糊精和低聚糖范圍的大分子，將糊液粘度急速降低，而流 動性增高。
3) 力fl H2S04水解糊精糖化從攪拌式水解罐進料口再加入用水量3%的98%的H2S(k開動攪拌器攪拌 均勻加壓升溫，在超過溶媒沸點至120—15(TC時，徹底殺死耐高溫a—淀粉酶， 在相當壓力為0.23MPa — 0.485MPa，薯蕷糊精中未糊化的淀粉細胞破裂，H2S04 水解糊精和淀粉，使其糖化成可發酵的葡萄糖，R基鼠李糖，半乳糖和阿拉白糖 等。因高壓高溫酸水解糖化薯蕷淀粉時間短，只1小時左右，酸水解生成的葡 萄糖不會轉化為不可發酵的焦糖，a—淀粉酶不含葡萄糖苷酶，酸水解糖化也 不會生成不可發酵的異麥芽糖和番糖。本發明酸水解得到的含多糖廢液用于發 酵生產薯蕷汁飲料。
按本方法將黃姜這種甾體植物粉碎后放置在密閉式壓力水解罐中，加入硫 酸催化劑，加壓，夾套加熱水解后過濾，其含多糖的濾液進行中和后過濾，分 離出含糖料液與硫酸鹽，其中濾渣經洗滌、千燥后提取皂素，其提取后的殘渣 主要是纖維素和木質素，用作燃料產品；含糖料液進行微生物發酵轉化，生成 飲料產品。本方法由于在特定的壓力和溫度范圍內，用硫酸作催化劑進行強制 水解，既不破壞皂素的結構，又使甾體植物中各有效組分相互分離，全部轉化， 可分別回收。清洗濾餅的第三次以后的洗水可用于清洗薯蕷用水或加入水解罐 用水，生產用水在整個生產過程中呈閉路循環。
本發明生產工藝過程，基本無廢水、廢渣、廢氣的排放。尤其是生產周期
短，水解反應僅數小時。經濟效益和環境效益顯著。 釆用本方法進行實施結果如下
小試；水解鮮黃姜20000克，得水解物1M0克，提取皂素140克，回 收率7.0%。； -
中試水解鮮黃姜800千克，得水解物61千克，提取皂素5.6千克，回收率7X。
用薯蕷含糖廢液發酵生產薯蕷汁飲料中，沒有將所有的廢液進行試驗，僅 取用其中50千克進行發酵生產薯蕷汁飲料試驗其中，1，菌種取用臺灣396號酵母和德氏乳干菌作發酵菌種，要求接種后每毫 升發酵液的菌數要達到1Xl()5 5Xl(f個；發酵發酵溫度25°C 40°C，發酵 時間20h 35h,當發酵pH值達到4 5，乙醇含量O. 5%時，終止發酵；由于兩 種菌種的協同作用，飲料風味是甜香。然后，進行口味調配發酵終止后，經
過檢驗無有害物質，可以直接飲用，也可根據口味要求添加鹽和蔗糖，薯蕷汁
飲料進行裝瓶，或罐裝后，巴氏滅菌包裝。滅菌條件為115"C， 10min，然后冷卻 包裝入庫。
2，實驗原料薯蕷廢液的成分
總糖18.25%，氨基酸0.063%，硫酸根4.2%,氯根0.45%
3，薯蕷廢液的預處理
由于薯蕷廢液中含有大量的硫酸，對下一步的發酵不利，在實驗前必須進 行處理，將其祛除。方法是在加熱下用石灰與硫酸反應，生成硫酸鈣沉淀，并 用過濾方法去除。即調整pH為6.2 6.8。
4，實驗結果
將薯蕷廢液添加蔗糖，糖度的配制為30%，經滅菌后，接種臺灣396號酵母 和德氏乳干菌作發酵菌種，發酵3天，發酵完成后即可得到具有甜香口味的薯蕷 汁飲料。
權利要求
1、廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，其特征是將黃姜配料經過加酶發酵、酸水解分離得到的固液混合液，通過過濾后得到的固體部分，經過中和得到含皂甙濾餅，把含皂甙濾餅烘干破碎后，用乙醇提取皂甙-提純結晶物的化學名稱為5一異螺旋烯一3β醇；提取皂甙后再分離后的濾餅主要為植物纖維、木質素，它們經過加壓為塊狀或顆粒狀，作為產品燃料出售；通過過濾后得到的液體部分是含多糖分的可發酵料液過濾料液經過中和、配料、調pH、滅菌、接種、發酵、口味調配、罐裝得到用含糖料液發酵生產的飲料。
2、 根據權利要求1所述的廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，其特征是它的生產工藝是，①配料，把黃姜的根莖破碎磨細， 一般為過20 30目篩，按料水比1: 4 35裝進攪拌式水解罐，再加d—淀粉酶，淀粉酶劑的加入量，隨酶活力的高低而定， 一般控制5—8單位/g粉料，料液經攪拌均勻后，調pH在5—5. 7之間，加入0.15%的氯化鈣作為保護劑和激活劑；②糊化即常壓煎煮升溫到95—97'C保溫60min，加a—淀粉酶對淀粉進行糊化；③加H2S04水解糊精糖化，從攪拌式水解罐進料口再加入用水量3%的98。/。H2S04，開動攪拌器攪拌均勻，加壓0.23MPa — 0.485MPa升溫超過溶媒沸點至120—150。C，徹底殺死耐高溫ct一淀粉酶；④酸水解糖化糊精過濾分離酸水解料液和皂甙元，經l小時左右的酸水解，打開水解罐底出液口，酸水解料液從水解罐底閥流出，流經壓濾器濾出不溶于水的纖維素雜質皂甙元濾餅，用石灰乳中和漂洗，其中一、二次洗液合并到過濾料液中進行處理，其后中和漂洗液放入循環洗液池中，再次使用.，烘干濾餅，粉碎后，用70% 95%乙醇加熱回流3 4小時，分離出熱乙醇，再加入乙醇，重復3 4次操作，皂甙溶解于熱乙醇中，用合并的提取液提取皂甙元；分離出來的濾餅殘渣，將它們干燥后制造成燃料產品。
3、根據權利要求1所述的廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，其特征是用過濾后含多糖分的料液發酵生產飲料；中和用石灰乳與料液中的硫酸反應生成硫酸鈣，沉降于儲罐底部，分離去石膏，得到中性的澄清的薯蕷料液，調節料液甜度為20。B6 30。B6，低于上述值加入蔗糖調高；調pH為6.2 `6.8，料液加熱到90。C 95。C， 10min 20 min滅菌，自然冷卻到30。C 35。C接種，菌種為臺灣396號酵母和德氏乳干菌，要求接種后每毫升發酵液的菌數要達到1X10'5 5X106個；發酵發酵溫度25°C 40°C，發酵時間20h 35h，當發酵pH值達到4 5，乙醇含量O. 5%時，終止發酵；口味調配發酵終止，經過檢驗無有害物質，可以直接飲用，根據口味要求添加鹽和蔗糖，薯蕷汁飲料進行裝瓶，或罐裝，巴氏滅菌包裝；滅菌條件為115"C， 10min，然后冷卻包裝入庫。
全文摘要
本發明廢水殘渣資源化利用的薯蕷皂甙元生產工藝，是將黃姜配料經過加酶發酵、酸水解分離得到的固液混合液，固體部分，用乙醇提取皂甙后的濾餅主要為纖維、木質素加工作為產品燃料出售；過濾后得到的含多糖分的可發酵料液經過中和、配料、調pH、滅菌、接種、發酵、口味調配、罐裝飲料。薯蕷皂甙元的生產部分是在加酸加α-淀粉酶發酵水解技術基礎上進行改進，對工藝條件進行了一些優化，對濾餅、殘渣固體廢棄物資源化處理工藝過程，變廢為寶，使這個工藝起死回生，不但提供的薯蕷皂素是合成甾體激素藥物的基礎原料和起始中間體，而且又得到了飲料、燃料。解決了環境污染的問題，本發明的工業化實施和完善將有重大的經濟效益和社會效益。
文檔編號C07J71/00GK101633686SQ20091010276
公開日2010年1月27日 申請日期2009年9月1日 優先權日2009年9月1日
發明者崔黔成 申請人:崔黔成