CN105238840A - 酶解制备薯蓣皂素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薯蓣皂素的制备方法，是以黄姜为原料经酶解制取薯蓣皂素的方法，属于酶工程领域。一种酶解制备薯蓣皂素的方法，将粉碎的黄姜浸泡在乙酸-乙酸钠缓冲溶液中依次进行纤维素酶I酶解、β-葡萄糖苷酶I酶解，收集酶解残渣、提纯即制得薯蓣皂素。这种提取薯蓣皂素的方法，提取工艺简单，环境污染小，适合大范围推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种薯蓣皂素的制备方法，是以黄姜为原料经酶解制取薯蓣皂素的方法，属于酶工程领域。
背景技术
薯蓣皂素，简称皂素，亦称薯蓣皂苷元、地奥配基，英文名diosgenin(CASNo.512-04-9)，是合成甾体激素和甾体避孕药的重要前体化合物，被冠以“药用黄金”及“激素之母”的称号。薯蓣皂素为起始母体加以修饰，可合成性激素、肾上腺皮质激素及其他甾族化合物等多达300种化合物。除作为药物前体外，薯蓣皂素本身亦具有抑菌，抗病毒，抗血栓，抗骨质疏松、促进骨生成，治疗心血管疾病、糖尿病，抗癌、抗氧化等生物活性和药用功能。
目前工业生产广泛使用传统的酸解法，该法又称为Rothrok法。该工艺使用高浓度的酸水解薯蓣皂苷，促使皂苷元与糖基分离，产物经大量水冲洗至中性，再对薯蓣皂素进行有机溶剂提取。该方法虽然工艺过程简单，操作方便，设备投资少。但该工艺中使用高浓度的酸作为水解催化剂，过程中产生的污水若不经处理直接排放，会造成严重的环境污染。并且该方法亦不考虑黄姜中其他成分(淀粉、纤维素、半纤维素)的利用，使得植物资源利用不充分，不能很好地产生经济价值。另一方面，酸解用酸一般使用硫酸和盐酸，这两种酸催化的过程都有副反应发生：硫酸容易使生成的皂素发生脱水，形成3,5-二烯结构，也容易使皂素的F环开环，造成皂素母体结构的破环；盐酸催化容易发生羟基卤代化反应，引起副产物的生成。近年来，国家加倍关注环保问题，薯蓣皂素不环保的传统工艺导致我国部分薯蓣皂素生产厂家关闭。因此传统工艺急需有切实可行的新环保生产工艺的取代。
在已知生物制备薯蓣皂素方法领域中，原料要求严格，生产工艺复杂，工艺控制点繁多，严重制约了薯蓣皂素的提取制备。例如，中国专利CN1441059A介绍了生物酶催化协同浸取提取薯蓣皂素的方法，其中涉及到的部分酶来源为黄姜内源酶，受黄姜原料产地、生长状况、运输条件影响较大，对稳定生产有比较大的影响；再如中国专利CN101397582A介绍了一种环保无污染全酶法生产薯蓣皂素的方法，其中所使用的复配酶制剂成分多，酶配比复杂，有两个复配酶，所涉及到的酶有8种之多，操作环节较多，这在一定程度增大了生产难度。
发明内容
针对现有提取方法得率低及复杂工艺等问题，本发明的目的在于提供一种简易可行的制备方法，以提高薯蓣皂素的收率。
本发明采用如下技术方案：一种酶解制薯蓣皂素的方法，将粉碎的黄姜浸泡在乙酸-乙酸钠缓冲溶液中依次进行纤维素酶I酶解、β-葡萄糖苷酶I酶解，收集酶解残渣、提纯制得薯蓣皂素。
黄姜按1:10～1:30固液比浸于乙酸-乙酸钠缓冲溶液中。
纤维素酶I较适宜的用量优选为1％～10％黄姜重量，β-葡萄糖苷酶I加入量以液体体积计100～600U/ml。
在酶解过程中：
酶解过程优选在pH值4～6酸性条件下为宜。
纤维素酶I酶解的温度条件优选40～55℃，酶解时间优选24～48小时。
β-葡萄糖苷酶I酶解的温度条件优选40～50℃，酶解时间优选30～48小时。
提纯可以参考如下方法进行：将残渣以60℃烘干，加入浓度为50％～80％乙醇加热回流提取，残渣质量与乙醇体积比为1:15～1:25，50～70℃提取20～60min，根据用途，可以将所得的含有薯蓣皂素成分的滤液保持原状，或浓缩到适当浓度后在液体状态下使用。当需要获得的薯蓣皂素成分为粉末形式时，可将滤液用冷冻干燥等方法进行干燥。
本发明提供的酶法制备薯蓣皂素的方法具有以下特点：
1、本发明首次完全利用商品化酶纤维素酶I及β-葡萄糖苷酶I将黄姜转化为薯蓣皂素，纤维素酶I在酶解第一阶段起到了去除包裹在皂苷外层的淀粉果胶等物质的作用，并且断裂了纤维素木质素与皂苷的结合键，使得皂苷从束缚状态转变为游离状态，暴露了皂苷糖苷键，而第二阶段，再加入β-葡萄糖苷酶I，与纤维素酶I起到了协同作用，断裂多种皂苷糖苷键，将皂苷转化为皂素。经过两步酶解，皂素产量最高可达到传统酸解法的90％。
2、以酶解法代替传统酸解工艺，减少了副产品的生成。回收酶解液的上清液可得葡萄糖液，浓缩结晶可得全糖，亦可用以生产酒精，实现了植物资源的完全利用，并且，将经过本发明生产得到的薯蓣皂素用HPLC、MS检测分析，与标准品薯蓣皂素对比，证实得到产物确为薯蓣皂素。
3、本发明中以酶解代替了传统酸解工艺，实现了酸性废水零排放，有效解决了皂素生产中的水污染问题，并在酶解工艺基础上提出一锅法概念，操作工艺简单，为酶法制备薯蓣皂素清洁生产工艺的工业化实现提供理论支持和依据。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明的内容后，本领域的技术人员可以对本发明作各种修改，这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。
以下实施例中，所用材料：
黄姜，洗净，烘干，粉碎，过40～60目筛，备用；
纤维素酶I和β-葡萄糖苷酶I均购于白银赛诺公司；
0.2mol/L乙酸-乙酸钠缓冲溶液
实施例1
将1g黄姜粉置于100ml锥形瓶，加入0.2mol/L乙酸-乙酸钠缓冲液10mL，pH值调节为4.0，加入0.01g纤维素酶I，在水浴摇床条件下，40℃酶解48小时。加入β-葡萄糖苷酶I，加入量以液体体积计100U/ml，40℃酶解48小时。在5000r·min-1条件下离心15min，使固液分离，得上清液和固体残渣。将固体残渣烘干，按1:25固液比加入浓度为50％的乙醇，50℃提取60min。结晶得到薯蓣皂素31.68mg。
实施例2
取1g黄姜粉置于100ml锥形瓶，加入乙酸-乙酸钠缓冲液20mL，pH值调节为5.0，加入0.05g纤维素酶I，在水浴摇床条件下，50℃酶解38小时。加入β-葡萄糖苷酶I，加入量以液体体积计300U/ml，45℃酶解40小时。离心去掉滤液，得残渣。在5000r·min-1条件下离心15min，使固液分离，得上清液和固体残渣。将固体残渣烘干，按1:20固液比加入浓度为60％的乙醇，60℃提取30min。结晶得到薯蓣皂素24.5mg。
实施例3
取1g黄姜粉置于100ml锥形瓶，加入乙酸-乙酸钠缓冲液30mL，pH值调节为6.0，加入0.1g纤维素酶I，在水浴摇床条件下，55℃酶解24小时。加入β-葡萄糖苷酶I，加入量以液体体积计600U/ml，50℃酶解30小时。离心去掉滤液，得残渣。在5000r·min-1条件下离心15min，使固液分离，得上清液和固体残渣。将固体残渣烘干，按1:15固液比加入浓度为70％的乙醇，70℃提取20min。结晶得到薯蓣皂素31.3mg。
此工艺可达到最大薯蓣皂素产量为31.68mg/g，并联产葡萄糖230mg/g。本工艺首次完全的使用商品化酶将黄姜中薯蓣皂苷转化为薯蓣皂素，实现了传统酸解方法90％皂素得率。
Claims (6)
1.一种酶解制备薯蓣皂素的方法，其特征在于：所述方法是将粉碎的黄姜浸泡在乙酸-乙酸钠缓冲溶液中依次进行纤维素酶I酶解、β-葡萄糖苷酶I酶解，收集酶解残渣、提纯制得薯蓣皂素。
2.根据权利要求1所述的酶解制备薯蓣皂素的方法，其特征在于：所述黄姜按1:10～1:30固液比浸于乙酸-乙酸钠缓冲溶液中。
3.根据权利要求1所述的酶解制备薯蓣皂素的方法，其特征在于：所述纤维素酶I用量为1％～10％黄姜重量，β-葡萄糖苷酶I加入量以液体体积计100～600U/ml。
4.根据权利要求1所述的酶解制备薯蓣皂素的方法，其特征在于：所述酶解pH值为4～6。
5.根据权利要求1所述的酶解制备薯蓣皂素的方法，其特征在于：所述纤维素酶I酶解的温度条件为40～55℃，酶解时间为24～48小时。
6.根据权利要求1所述的酶解制备薯蓣皂素的方法，其特征在于：所述β-葡萄糖苷酶I酶解的温度条件为40～50℃，酶解时间为30～48小时。
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