專利名稱：綜合利用薯蕷屬植物清潔化生產(chǎn)皂素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬植物化學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及綜合利用穿地龍或黃姜等薯蕷屬植物清潔化生產(chǎn)皂素的方法。
背景技術(shù)：
薯蕷屬植物，其根莖中的薯蕷皂甙不僅是生產(chǎn)甾體激素的重要原料，同時還是心腦血管活性藥物，故一直被譽(yù)為“藥用黃金”。以生產(chǎn)薯蕷皂素常用薯蕷屬植物黃姜或穿地龍為例，黃姜除含4～5％皂甙外，還含45％纖維，40％淀粉，2％果膠及少量蛋白、色素、木脂素等物質(zhì)。穿地龍含30％淀粉、55％纖維，其余物質(zhì)含量與黃姜相當(dāng)。黃姜和穿地龍是用來生產(chǎn)薯蕷皂素的最廣泛的原料。
我國生產(chǎn)薯蕷皂素一直沿用傳統(tǒng)的酸解工藝，將原料整體粉碎，自然發(fā)酵，在高溫、高壓、高酸條件下水解，僅提取2％的皂素，其余物質(zhì)未被利用，特別是其中的淀粉纖維經(jīng)酸解后產(chǎn)生大量、高濃度、高酸難處理的可生化性差的廢水，其后果是既浪費(fèi)大量資源，又造成嚴(yán)重環(huán)境污染。
由于目前的技術(shù)條件下，原料加工工藝中酸解過程無法替代或取消，而大量的研究與實(shí)踐已證明單靠治理未端廢水是無出路的，所以唯一的方法是千方百計把原料中皂甙分離出來單獨(dú)水解，而不讓在分離皂甙的過程中得到的大量纖維與淀粉參加水解，這樣既可使薯蕷資源得到充分利用，又可減少大量廢水，并且對薯蕷中的果膠、蛋白、色素、水溶性皂甙也逐一加以分離提取，不讓它們水解。
國內(nèi)近年相繼研究并試用于皂素生產(chǎn)的工藝大體可分三類1、先轉(zhuǎn)化淀粉其方法是將原料粉碎后糖化，再經(jīng)過濾、超濾及反滲透等方法僅將原料中淀粉的70％轉(zhuǎn)化成淀粉糖，再將含皂甙糖渣與皂甙糖漿一起進(jìn)行水解。此工藝設(shè)備投資大，工藝繁鎖，生產(chǎn)成本未降低，除部分淀粉得到利用外，大量纖維與30％淀粉仍參加了酸解，廢水量僅減少30％，因此它不是完整的清潔生產(chǎn)工藝。
2、先分離纖維其方法是將原料粉磨成漿后，再進(jìn)行篩分，由于原料漿液理化性質(zhì)，使得纖維與皂甙分離困難要想洗盡纖維中皂甙需20～30倍水，分離纖維后的淀粉皂甙漿仍難分離，其皂甙漿更難濃縮，因此該工藝方法不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
3、先分離皂甙針對傳統(tǒng)皂素生產(chǎn)工藝弊端及上述新工藝的不足，本人發(fā)明了《無污染直接提取皂甙生產(chǎn)薯蕷皂素的方法》專利公開號CN1616480A。但該發(fā)明中使用的分離設(shè)備旋流器穩(wěn)定性較差，僅僅一次旋流皂甙分離不徹底，而且除纖維、淀粉得到分離利用外，果膠、蛋白、色素均未被分離利用。

發(fā)明內(nèi)容
針對傳統(tǒng)工藝中生產(chǎn)皂素，其中果膠、蛋白、色素均未被分離利用，廢水沒有徹底處理的問題，本發(fā)明在發(fā)明專利CN1616480A基礎(chǔ)上對生產(chǎn)薯蕷皂素的方法進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新，提出綜合利用薯蕷屬植物清潔化生產(chǎn)皂素的方法。
本發(fā)明的理論依據(jù)黃姜或穿地龍中含有淀粉、纖維、皂甙、果膠原、蛋白、色素等物質(zhì)，其中淀粉、皂甙、色素存在于細(xì)胞內(nèi)，纖維、果膠組成細(xì)胞壁，要想使各種成份游離出來，必須把黃姜或穿地龍粉碎到一定程度，使細(xì)胞壁破壞，各種成份游離出來后，再根據(jù)黃姜或穿地龍細(xì)胞液比重(1.1)小于纖維(1.3)與淀粉(1.6)，采用旋流分離、離心分離方法分次將細(xì)胞液與纖維、淀粉分離開來，然后將纖維與淀粉分離，再根據(jù)細(xì)胞液中各種物質(zhì)的理化性質(zhì)不同分別將其中的色素、蛋白、水溶性皂甙及果膠分離處來，且對生產(chǎn)過程中少量廢水進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下綜合利用薯蕷屬植物清潔化生產(chǎn)皂素的方法，逐步依次把黃姜或穿地龍等薯蕷植物中各種成份分離出來加以利用，且對生產(chǎn)過程中少量廢水進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放。具體由如下工藝步驟實(shí)現(xiàn)A、原料預(yù)處理清洗原料，然后用粉碎機(jī)粉碎，使其最大顆粒小于5mm，再用磨機(jī)細(xì)磨，使細(xì)度達(dá)20～100目，漿料濃度達(dá)5～15％；B、分離細(xì)胞液采用離心分離或旋流分離，將細(xì)胞液與纖維、淀粉混合物分離；C、分離淀粉與纖維將得到的淀粉、纖維混合物料用100～300目的篩子篩分，將纖維與淀粉分離，得到的淀粉漿經(jīng)離心分離或旋流分離或自然沉淀得到合格的淀粉，其上清液回收用于原料粉碎工步；D、濃縮細(xì)胞液將得到的細(xì)胞液用1～20萬分子量的超濾膜或0.1～0.2um的微濾膜，壓力為2～5mpa進(jìn)行濃縮，得到濃度為8～25％濃縮液及透過液；E、分離蛋白與色素將上述膜處理產(chǎn)生的透過液用壓力2～5mpa，200個分子量的納濾膜或反滲透進(jìn)行脫水濃縮到5-15％的濃度，再用分子量1000的超濾膜回收其中蛋白質(zhì)或用加熱沉淀法回收其中蛋白質(zhì)；回收蛋白質(zhì)后的黃色液體再經(jīng)用壓力2～5mpa，200個分子量的納濾膜納濾或反滲透進(jìn)行脫水濃縮蒸發(fā)干燥得色素；F、提取水溶性皂甙將第4步得到的濃縮皂甙漿離心分漿，得下部的沉淀和上清液；上清液中含水溶性皂甙，經(jīng)納濾后反滲透脫水，再真空干燥得水溶性皂甙；
G、提取果膠把第6步得到的下部的沉淀進(jìn)行弱酸水解或生物酶解，然后過濾得濾渣和含果膠的濾液；H、提取皂素經(jīng)第7步得到的濾渣按常規(guī)工藝方法，至少經(jīng)過酸水解、提取、濃縮、結(jié)晶得到成品；I、提取果膠把第7步得到的含果膠的濾液采用活性碳脫色、脫鹽、脫糖，再經(jīng)常規(guī)鹽析、醇沉提取果膠或超濾、電滲析提取果膠在溫度25℃，壓力1.5mpa，膜孔直徑10000-20000分子量超濾，再用電滲透脫酸、脫鹽，最后干燥得到果膠；J、廢液、廢水處理(1)分離淀粉的過程水含有少許皂甙及淀粉，用于粉碎磨漿；(2)膜處理透過液回用于清洗原料；(3)提取果膠與皂素過程中廢水，經(jīng)常規(guī)理化預(yù)處理后與清洗原料廢水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器進(jìn)行深度處理達(dá)標(biāo)排放；(4)提取皂素廢水還可經(jīng)中和后超濾濃縮得到糖液，可用于生產(chǎn)飼料或發(fā)酵原料。有益效果與傳統(tǒng)工藝相比1、頭道廢水減少90％，其余末端廢水經(jīng)治理達(dá)標(biāo)排放。
2、耗水量減少80％，耗酸量減少90％，耗汽油量減少60％，耗煤減少70％。
3、資源得到最大限度的開發(fā)，綜合利用率提高，傳統(tǒng)工藝原料利用率僅3％，新工藝原料利用率達(dá)95％。除皂素外，還開發(fā)出大量淀粉、纖維及果膠，深度開發(fā)可得到蛋白、色素、水溶性皂甙。
4、產(chǎn)品質(zhì)量提高皂素熔點(diǎn)提高1～3℃，收率提高5～10％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出特點(diǎn)在于首先分離出含皂甙的細(xì)胞液，便于纖維與淀粉的分離，有利于細(xì)胞液的濃縮，可最大限度的減少廢水產(chǎn)生。


圖1是本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合圖1描述綜合利用薯蕷屬植物清潔化生產(chǎn)皂素的方法，具體由如下工藝步驟實(shí)現(xiàn)A、原料預(yù)處理清洗黃姜或穿地龍，然后用粉碎機(jī)粉碎，使其最大顆粒小于5mm，再用磨機(jī)細(xì)磨，使細(xì)度達(dá)20～100目，漿料濃度達(dá)5～15％；
B、分離細(xì)胞液采用臥式螺旋沉淀分離機(jī)分離或旋流器分離，將細(xì)胞液與纖維、淀粉混合物分離；C、分離淀粉與纖維將得到的淀粉、纖維混合物料用100～300目的篩子篩分，將纖維與淀粉分離，得到的淀粉漿經(jīng)離心分離或旋流分離或自然沉淀得到合格的淀粉，其上清液回收用于原料粉碎工步；D、濃縮細(xì)胞液將得到的細(xì)胞液用1～20萬分子量的超濾膜或0.1～0.2um的微濾膜，壓力為2～5mpa進(jìn)行濃縮，得到濃度為8～25％濃縮液及透過液；E、分離蛋白與色素將上述膜處理產(chǎn)生的透過液用壓力2～5mpa，200個分子量的納濾膜或反滲透進(jìn)行脫水濃縮到5-15％的濃度，再用分子量1000的超濾膜回收其中蛋白質(zhì)或用加熱沉淀法回收其中蛋白質(zhì)；回收蛋白質(zhì)后的黃色液體再經(jīng)用壓力2～5mpa，200個分子量的納濾膜納濾或反滲透進(jìn)行脫水濃縮蒸發(fā)干燥得色素；F、提取水溶性皂甙將第4步得到的濃縮皂甙漿離心分漿，得下部的沉淀和上清液；上清液中含水溶性皂甙，經(jīng)納濾后反滲透脫水，再真空干燥得水溶性皂甙；G、提取果膠把第6步得到的下部的沉淀進(jìn)行弱酸水解或生物酶解，然后過濾得濾渣和含果膠的濾液；H、提取皂素經(jīng)第7步得到的濾渣按常規(guī)工藝方法，至少經(jīng)過酸水解、提取、濃縮、結(jié)晶得到成品；I、提取果膠把第7步得到的含果膠的濾液采用活性碳脫色、脫鹽、脫糖，再經(jīng)常規(guī)鹽析、醇沉提取果膠或超濾、電滲析提取果膠在溫度25℃，壓力1.5mpa，膜孔直徑10000-20000分子量超濾，再用電滲透脫酸、脫鹽，最后干燥得到果膠；J、廢液、廢水處理(1)分離淀粉的過程水含有少許皂甙及淀粉，用于粉碎磨漿；(2)膜處理透過液回用于清洗原料；(3)提取果膠與皂素過程中廢水，經(jīng)常規(guī)理化預(yù)處理后與清洗原料廢水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器進(jìn)行深度處理達(dá)標(biāo)排放；(4)提取皂素廢水還可經(jīng)中和后超濾濃縮得到糖液，可用于生產(chǎn)飼料或發(fā)酵原料。
其中，所述的理化預(yù)處理為中和、過濾、沉淀，濾液是廢水。
權(quán)利要求
1.綜合利用薯蕷屬植物清潔化生產(chǎn)皂素的方法，逐步依次把黃姜或穿地龍等薯蕷植物中各種成份分離出來加以利用，且對生產(chǎn)過程中少量廢水進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放。具體由如下工藝步驟實(shí)現(xiàn)A、原料預(yù)處理清洗原料，然后用粉碎機(jī)粉碎，使其最大顆粒小于5mm，再用磨機(jī)細(xì)磨，使細(xì)度達(dá)20～100目，漿料濃度達(dá)5～15％；B、分離細(xì)胞液采用離心分離或旋流分離，將細(xì)胞液與纖維、淀粉混合物分離；C、分離淀粉與纖維將得到的淀粉、纖維混合物料用100～300目的篩子篩分，將纖維與淀粉分離，得到的淀粉漿經(jīng)離心分離或旋流分離或自然沉淀得到合格的淀粉，其上清液回收用于原料粉碎工步；D、濃縮細(xì)胞液將得到的細(xì)胞液用1～20萬分子量的超濾膜或0.1～0.2um的微濾膜，壓力為2～5mpa進(jìn)行濃縮，得到濃度為8～25％濃縮液及透過液；E、分離蛋白與色素將上述膜處理產(chǎn)生的透過液用壓力2～5mpa，200個分子量的納濾膜或反滲透進(jìn)行脫水濃縮到5～15％的濃度，再用分子量1000的超濾膜回收其中蛋白質(zhì)或用加熱沉淀法回收其中蛋白質(zhì)；回收蛋白質(zhì)后的黃色液體再經(jīng)用壓力2～5mpa，200個分子量的納濾膜納濾或反滲透進(jìn)行脫水濃縮蒸發(fā)干燥得色素；F、提取水溶性皂甙將第4步得到的濃縮皂甙漿離心分漿，得下部的沉淀和上清液；上清液中含水溶性皂甙，經(jīng)納濾后反滲透脫水，再真空干燥得水溶性皂甙；G、提取果膠把第6步得到的下部的沉淀進(jìn)行弱酸水解或生物酶解，然后過濾得濾渣和含果膠的濾液；H、提取皂素經(jīng)第7步得到的濾渣按常規(guī)工藝方法，至少經(jīng)過酸水解、提取、濃縮、結(jié)晶得到成品；I、提取果膠把第7步得到的含果膠的濾液采用活性碳脫色、脫鹽、脫糖，再經(jīng)常規(guī)鹽析、醇沉提取果膠或超濾、電滲析提取果膠在溫度25℃，壓力1.5mpa，膜孔直徑10000-20000分子量超濾，再用電滲透脫酸、脫鹽，最后干燥得到果膠；J、廢液、廢水處理(1)分離淀粉的過程水含有少許皂甙及淀粉，用于粉碎磨漿；(2)膜處理透過液回用于清洗原料；(3)提取果膠與皂素過程中廢水，經(jīng)常規(guī)理化預(yù)處理后與清洗原料廢水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器進(jìn)行深度處理達(dá)標(biāo)排放；(4)提取皂素廢水還可經(jīng)中和后超濾濃縮得到糖液，可用于生產(chǎn)飼料或發(fā)酵原料。
全文摘要
一種綜合利用薯蕷屬植物清潔化生產(chǎn)皂素的方法，逐步依次把黃姜或穿地龍等薯蕷植物中各種成份分離出來加以利用，首先使細(xì)胞壁破壞，各種成份游離出來后，再根據(jù)細(xì)胞液比重(1.1)小于纖維(1.3)與淀粉(1.6)，采用旋流分離、離心分離方法分次將細(xì)胞液與纖維、淀粉分離開來，然后將纖維與淀粉分離，再根據(jù)細(xì)胞液中各種物質(zhì)的理化性質(zhì)不同分別將其中的色素、蛋白、水溶性皂甙及果膠分離處來，且對生產(chǎn)過程中少量廢水進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出特點(diǎn)在于首先分離出含皂甙的細(xì)胞液，便于纖維與淀粉的分離，有利于細(xì)胞液的濃縮，可最大限度的減少廢水產(chǎn)生。
文檔編號C08B30/00GK1962686SQ200610125088
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月19日
發(fā)明者王元華, 郭敏霞 申請人:王元華, 郭敏霞