[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用微生物技術(shù)清潔生產(chǎn)黃姜皂素的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210559060.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103060416A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余龍江;魏蜜;余潘潘;敖明章;金文聞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12P33/20
• 分類(lèi)號(hào): C12P33/20;C12P7/06;C12P7/64;C12P7/46;C12P7/56
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物工程和生物化工領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物技術(shù)清潔生產(chǎn)黃姜皂素的方法，該方法以分泌纖維素酶、果膠酶、半纖維素酶、木聚糖酶活力高且淀粉酶活力低的微生物預(yù)處理黃姜原料，然后利用雙酶法高溫水解淀粉得到水解糖并同時(shí)滅活預(yù)處理用的微生物；再結(jié)合膜分離清潔生產(chǎn)水解糖和黃姜皂素，或者利用產(chǎn)胞內(nèi)產(chǎn)物的微生物發(fā)酵直接利用掉水解糖，在得到胞內(nèi)產(chǎn)物的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)黃姜皂苷與水解糖分離。?

背景技術(shù)

黃姜，學(xué)名盾葉薯蕷，多年生草本植物，是我國(guó)特有的藥材，含2～3％的黃姜皂素(薯蕷皂苷元)。黃姜皂素是甾體激素藥物合成的初級(jí)原料，可加工成180多種藥物，被稱(chēng)為藥物中的黃金。黃姜還含有30～40％的淀粉，40～50％的纖維素，用途廣泛。黃姜皂素是薯蕷屬植物中黃姜皂苷的配基，以黃姜皂苷的形式存在，其中水溶性皂苷占90％左右，脂溶性皂苷占10％左右。自然狀態(tài)下，黃姜皂苷被黃姜細(xì)胞壁中大量的纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等物質(zhì)所包裹，并伴有木質(zhì)素存在，其結(jié)構(gòu)緊密，機(jī)械強(qiáng)度大，難以破壞。?

傳統(tǒng)的黃姜皂素生產(chǎn)采用直接酸解法，這一工藝不僅酸用量大，導(dǎo)致廢水廢渣排放量大，每生產(chǎn)1噸黃姜皂素會(huì)產(chǎn)生至少500噸廢水和8～9噸廢渣，廢水中COD濃度高達(dá)30000～50000mg/L，污染極其嚴(yán)重，而且淀粉也難以再利用，此法黃姜皂素收率較低，大量使用溶劑汽油，易燃易爆，十分危險(xiǎn)。我國(guó)湖北省十堰市是黃姜的主要種植和黃姜皂素生產(chǎn)加工地區(qū)，位于南水北調(diào)的源頭，大量未經(jīng)處理高糖高酸廢水的排放將嚴(yán)重威脅到南?水北調(diào)的水質(zhì)安全，引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。?

為減少黃姜皂素生產(chǎn)帶來(lái)的污染，人們?cè)噲D將黃姜皂苷同淀粉、纖維素以及果膠等分開(kāi)，以減少酸的用量和廢水廢渣的排放量，我國(guó)每年黃姜皂素的產(chǎn)量約1500噸，同時(shí)能生產(chǎn)至少75000噸淀粉副產(chǎn)品，因此，對(duì)于黃姜淀粉的綜合利用，逐漸引起人們的關(guān)注，如黃進(jìn)和張聲華從黃姜中提取葡萄糖副產(chǎn)品(申請(qǐng)?zhí)枺?0131274.X)，余盛樹(shù)利用黃姜原料同時(shí)生產(chǎn)出皂素和酒精兩個(gè)產(chǎn)品(申請(qǐng)?zhí)枺?2138773.7)，劉慧、王焰新和鮑建國(guó)利用黃姜酶解糖液制備保健糖漿(黃姜生產(chǎn)皂素副產(chǎn)酶解糖液生產(chǎn)保健糖漿的方法(申請(qǐng)?zhí)枺?00510018758.9)等。這些研究都綜合利用了黃姜淀粉，但尚存在黃姜皂素收率較低、污染依然較嚴(yán)重等問(wèn)題，黃姜皂素的清潔生產(chǎn)工藝研究顯得尤為迫切。?

國(guó)內(nèi)圍繞黃姜皂素清潔生產(chǎn)技術(shù)研究取得的一些進(jìn)展，主要有：十堰秦嶺中地科技公司的“直接分離法”清潔生產(chǎn)技術(shù)，該工藝是通過(guò)物理方法對(duì)黃姜進(jìn)行粉碎后壓濾沖洗先分離纖維素，再?gòu)牡矸叟c黃姜皂苷混合物中分離出淀粉，再酸解提取皂素，因此，用酸量減少85％，每生產(chǎn)1噸皂素可回收淀粉12噸、纖維素15噸，但此方法酸水解之前需要先濃縮含黃姜皂苷的溶液，耗費(fèi)電量較大，而且還需增加黃姜洗皮去須預(yù)處理步驟，用水量很大，皂素收率較低，且在淀粉和纖維素中殘留的皂苷含量仍然較高，淀粉和纖維素需要進(jìn)一步純化才能被綜合利用，因此，生產(chǎn)成本依然很高。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、竹溪?jiǎng)?chuàng)藝公司發(fā)明的“糖化膜分離水解”清潔生產(chǎn)工藝，即通過(guò)對(duì)黃姜漿料進(jìn)行液化糖化，使黃姜中淀粉轉(zhuǎn)化為糖，再通過(guò)膜分離技術(shù)將糖溶液與渣料分離，淀粉糖得到回收利用，渣料酸解提取皂素。該技術(shù)皂素回收率較高，每生產(chǎn)1噸黃姜皂素酸用量減少60％以上，且廢水排放量小于70噸，但也存在一些突出問(wèn)題需要進(jìn)一步解決，如流失了大量水溶性黃姜皂苷、工藝路線(xiàn)較長(zhǎng)、膜分離需要進(jìn)行三級(jí)分離操作難度大、運(yùn)行成本高等。黃姜皂苷被黃姜細(xì)胞壁中大量的纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等?物質(zhì)所包裹，并伴有木質(zhì)素存在，其結(jié)構(gòu)緊密，機(jī)械強(qiáng)度大，難以破壞。因此，提取它的步驟通常需要采用一些方法使植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)變得松散，促進(jìn)黃姜皂苷釋放出來(lái)。在本發(fā)明的申請(qǐng)人2010年已公布的專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?01010152619.6)技術(shù)中，公布了先使用蒸汽爆破和多種酶協(xié)同處理黃姜原料，得到含黃姜皂苷的淀粉水解糖液，然后采用微生物發(fā)酵利用水解糖生產(chǎn)胞外有機(jī)酸，并將發(fā)酵過(guò)程與多級(jí)膜分離耦合，實(shí)現(xiàn)菌體濃縮回流到發(fā)酵罐高效利用水解糖大量生產(chǎn)有機(jī)酸，同時(shí)膜分離進(jìn)一步將有機(jī)酸和黃姜皂苷分開(kāi)，使黃姜皂苷得到濃縮富集，再使用少量的薯蕷皂苷酶或酸將黃姜皂苷水解為黃姜皂素。這一技術(shù)可以大幅減少酸和有機(jī)溶劑的用量，實(shí)現(xiàn)了利用黃姜原料清潔生產(chǎn)黃姜皂素聯(lián)產(chǎn)有機(jī)酸，但也還存在預(yù)處理時(shí)間偏長(zhǎng)(20～30小時(shí))，乳酸、琥珀酸等胞外發(fā)酵產(chǎn)物與水溶性黃姜皂苷混合存在于發(fā)酵液中增加了膜分離難度等問(wèn)題。?

綜上所述，黃姜皂素清潔生產(chǎn)工藝要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，還需要進(jìn)一步解決上述發(fā)明存在的各種問(wèn)題。?

發(fā)明內(nèi)容