摘要：以盾叶薯蓣为原料研发的清洁生产新工艺。本工艺采用溶剂提取法将黄姜中的皂甙溶解与淀粉、纤维素等成分分离，然后将皂甙水解，中和、干燥、纯化、结晶、重结晶，而得到高纯度的皂甙元晶体。研究表明;采用破壁技术配合溶剂提取工艺，溶剂损耗低于2%，酸解时的工作条件可在常压下完成，酸度1mol/L，酸解时间5h。本工艺的生产用酸为传统工艺的10%，加工吨产品（皂素）的酸液排放量仅为200公斤。原料直接作业加工，省略发酵过程节约生产周期，皂甙元收率为原料的1.1%，并且经提取后的淀粉和纤维成分无损失、可进行其它深加工。

    关键词：黄姜；破壁工艺；薯蓣皂甙元；酸解；提取工艺；纯化工艺；

    概述：

    1.1皂素的用途

    黄姜因富含甾体类激素皂甙；广泛的应用于医药行业，从黄姜或穿山龙中提取的皂素（即薯蓣皂甙元），是甾体激素类药物的前体，在合成甾体药物的原料中占70%。甾体激素药物是仅次于抗菌素的第二大类药物据统计目前生产的甾体激素药物品种达300种左右。甾体激素药物具有很强抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克的药理作用，在国内外临床医药上广为应用，不仅是治疗风湿病、心血管病、胶原性病症、淋巴白血病、人体器官移植、抗肿瘤、细菌性脑炎、皮肤病及内分泌失调、老年性疾病和抢救危重病症的重要用药，而且在调节人体机能，防病抗衰老、调节脑神经、减肥、补钙保健用品及日用化学工业和养殖业也得到应用。。至今薯蓣皂素仍是合成这类药物最理想的原料。

    1.2传统工艺及现状

    目前国内生产加工皂素的工艺一直是使用延续了50年的发酵-盐酸水解-汽油提取工艺----将黄姜根茎粉碎后发酵进行酸水解，在２Ｍ的酸度、120摄氏度温度、0.18ＭＰ压力的条件下反应，然后将酸解后的固体物进行清洗，得到水解物，干燥后用汽油在水解物里提取皂素。提取时间长，原料浪费大，环境污染大，产品质量较低，生产成本高无附加值。随着国家对生态环境的监察力度加大，生产厂家纷纷停产，整改。

    皂素生产存在的根本问题是技术上没有突破所得皂素品质较低。由于生产工艺落后技数含量低，导致加工过程中资源消耗浪费巨大污染严重。黄姜酸解废液含酸高、胶质重、色素浓其污染程度相当于造纸废水的12倍，污染治理非常困难。不但污染了地表水和地下水，造成人畜引水困难，农作物减产，重者导致土壤酸化植被破坏、地下水水源枯竭。按照ＧＢ8978－1996《污水综合排放标准》一级标准，黄姜水解物产生的综合废水中COD高达30000mg／L超标300倍，BOD8000mg／L超标750倍，PH值1.0—2.5超标3－4倍。ＮＨ3－Ｎ超标20倍。若按照现有的方法来治理黄姜加工过程中产生的污染，极难达标。

    2.新工艺的研发

    通过对传统工艺的深入研究和实践，研发了及能解决环境污染，又能提高产值和经济效益的一套拥有自主知识产权的新工艺，在生产环境和加工工艺上均能达到GMP标准，排放达到国家环保总局要求的《皂素工业污染物排放标准及测量方法》研究课题初审确定污染物ＣＯＤ的排放允许浓度３５０mg／Ｌ。改变传统工艺提取7-10天为24小时内完成全部提取的新工艺流程。

    2.1工艺介绍：

    选取2-3年生优质黄姜为原料清洗干净，去除附着的泥沙杂物后进行干燥；降低含水率使之达到7%以下。原料粉碎并作细胞开核的处理。溶剂采用连续回流濅提溶解皂甙；将皂甙酸解直接得到粗品皂甙元---即皂素。纯化吸附杂质，浓缩蒸馏后可得到针状结晶。（酸解前分离淀粉和纤维可增加副产品收益）

    工艺优点：

    ①超微粉碎使物料达到微粉处理降低颗粒单体的体积增大其表面积。

    ②濅提液采用薄膜蒸发器蒸馏；可以成倍提高蒸发效率。加快浓缩速度。

    ③溶剂的蒸馏回收采用制冷冷凝工艺，可降低50%以上损失。

    ④采用微孔膜过滤清除提取液夹带杂质提高产品纯度。

    ⑤酸解前提前濅提出有效物质并分离淀粉和纤维，节约生产资料增加副产品收益

    ⑥降低用酸量同时降低了污染排放，裂解后的酸液蒸馏回收循环使用。减低污染治理费用。

    ⑦降低生产周期，在24h时间内即可完成从原料到皂甙元成品的加工工艺。

    ⑧污染排放ＣＯＤ的排放浓度３５０mg／Ｌ。

    2.2社会效益

    通过对传统工艺的研究在分析传统工艺的基础上，围绕提取时间，生产工艺，产品收率，污染排放等问题；研发了及能解决环境污染又能提高产值和经济效益的一套新工艺，采用新概念新理论新工艺为依托，通过大量的理论和实验研究。成功的解决了皂素生产的污染问题，①改变传统工艺提取7-10天为24小时完成全部提取的新方法；缩短了提取时间。②改变工艺并同时，在酸解前分离出纤维和淀粉增加了产品附加收益；③由于改善了酸水解条件用酸量仅为传统工艺的1/20回收率为85%。④经过新技术组合处理，更充分的提取出皂素，质量和收率也得到相应提高。⑤在生产环境和加工工艺上均能达到GMP标准，排放达到国家环保总局要求的《皂素工业污染物排放标准及测量方法》研究课题初审确定污染物COD的排放允许浓度350mg／L的一套新型工艺。经由“中国科学院过程研究所采用液相色谱检验”可以确定新工艺具有的实用性，采用该技术投入工业化生产，产生的污染排放将彻底解决。困扰国家建设的南水北调工程污染问题将被彻底攻克，具有一江清水向京流的确切保障。不但解决因环保面临的企业生存危机，还能带动周边经济的整体发展。

    2.3工艺过程及条件

    ①原料的选用：采用2-3年生盾叶薯蓣（黄姜）干片，清洗后晾晒含水率降至7%，并去除根须。

    ②粉碎：经由粗粉碎后，在作超微粉碎使颗粒单体达到100-150目

    ③细胞破壁：采用超生波技术对粉碎的黄姜细粉进行处理，超声波在超声提取过程中主要有三方面的作用。

    ⑴、超声波在媒质中传播可使媒质质点在其传播空间内进入振动状态强化溶质扩散、传质，即超声波机械机制。

    ⑵、超声波在媒质质点传播过程中其能量不断被媒质质点吸收变成热能，导致媒质质点温度升高，即超声波热学机制。

    ⑶、同时当大能量的超声波作用于提取介质，在振动处于稀疏状态时，介质被撕裂成许多小空穴，这些小空穴瞬时即闭合，闭合时产生高达几千大气压的瞬时压力，即空化现象。在超声场中液体中的微小气泡首先经历气泡的振荡及生长过程，既稳态空化；然后是气泡的压缩和崩溃过程，既瞬态空化。空化中微小气泡的爆裂产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破裂过程在瞬间完成，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解。

    ④回流提取：称取破壁后的原料干粉100g装入500ml的烧瓶中，加入溶剂400ml，连接冷凝管，用电热套加热回流提取。

    ⑤溶剂回收：再完成2-4h的提取后，蒸馏回收溶剂（下次试验可重复利用），溶质部分干燥，因只针对目标物质--皂甙的提取，溶质内的淀粉和纤维部分无损失，可进行其它的深加工。例如酿造酒或提取淀粉等。

    经蒸馏后的溶剂采用旋转膜蒸发器，去除残余的水份和溶剂。

    ⑥酸解：浓度1mol/L；酸解时间5h；温度103-116℃

    ⑦水解物的处理：在布氏漏斗中放一块与漏斗内径吻合的耐酸滤布用水润湿，将黄姜皂甙水解物进行减压抽滤，用温水（约80℃）洗涤水解物至滤液呈中性（用PH值试纸测试）。先将水解物过滤，分离酸性物质；然后用水清洗去除水解物的含酸量后，干燥；干燥的温度不应高于80℃，温度过高会使水解物异变。

    ⑧酸解水的处理：经分离的酸溶液液体经吸附色素后导回酸解容器，重复使用。中和清洗的用水因含酸率较低，后经吸附色素后排放。COD的浓度可达350mg／L的标准。

    ⑨皂甙元的纯化提取：经干燥的水解物样品移入滤纸筒中，筒径略小于索氏抽提器内径，筒口折叠封闭，将装有皂甙水解除物的滤纸筒置入索氏提取器，连接冷凝器后在电热套上加热回流提取皂甙元，时间4h，溶剂可采用120＃汽油，石油醚，乙醇等有机溶剂。在提纯的烧瓶底部加入水解物等重的活性碳粉剂，可在提纯的同时完成杂质吸附。

    ⑩浸提后的滤氏筒连同筒中的渣弃去，溶剂回收蒸馏至近干，将蒸发瓶冷却，放置使皂素结晶，弃去母液，用5-10ml溶剂漂洗皂素晶体至白色为止。将蒸发瓶连同提取的皂素移入鼓风干燥箱中烘干至恒重，取出放入干燥器中冷却至室温，称准至0.001g。

    皂甙元的得率：采用破壁技术的得率可达1.1%，比传统工艺得率高25%；

    生产周期：传统工艺的周期为7-10天，新工艺在24h以内即可完成，缩短了生产周期。

    每生产1吨皂素排放的污水含酸总量不足0.2吨，较传统工艺减少95%，排放污水色度清澈达到2级污水排放标准。

    结论：新工艺在作到清洁生产降低污染排放的同时，快速的完成了提取纯化的工艺，成倍的缩短了提取的时间，并充分的利用原料的内标物增加副产值、提高收益。从各综合指标的显示均超越目前国内同行业的任何一种提取工艺。