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盾叶薯蓣的乙醇发酵与皂苷双水相萃取的集成

孔珊  
【摘要】:盾叶薯蓣是用来生产甾体激素类药物前体薯蓣皂苷元的重要植物资源,其根茎中不仅含有1.1~16.5%的甾体皂苷,还含有40-50%的淀粉和40-50%的木质纤维素,传统酸水解法生产薯蓣皂苷元是直接将盾叶薯蓣根茎与酸混合进行水解反应,其中的淀粉和纤维素不仅没有得到利用而且其产物对环境造成了极大的污染。本论文针对传统酸水解法浪费资源、污染环境等问题,先将盾叶薯蓣中的淀粉和纤维素进行糖化和酒精发酵,再采用新型双水相体系对发酵液中的皂苷进行提取,整个工艺操作简单易行,达到了资源综合利用和清洁生产的目的。 首先对盾叶薯蓣根茎中的淀粉和木质纤维素的含量进行了测定,测定结果:淀粉含量38.7%,木质纤维素含量40.9%,其中纤维素含量15.9%。 其次对盾叶薯蓣淀粉的两种水解方式分别进行了考察,酸水解的最优条件为:盾叶薯蓣与酸液的料液比1:4,硫酸浓度1.2%,浸泡20h左右,高温蒸汽灭菌锅中130℃,处理50min。在此条件下葡萄糖浓度达到了89g/L,而且此过程没有对皂苷产生明显影响。采用文献报道的双酶法处理盾叶薯蓣后得到的葡萄糖浓度也为89g/L,与酸解淀粉法得到的葡萄糖浓度相同。 再次,采用摇瓶实验对同步糖化发酵工艺进行了初步优化,结果表明盾叶薯蓣经淀粉水解后可直接作为酿酒酵母的发酵培养基,无需额外添加N源;发酵培养基的最佳初始pH为5.0;同步糖化发酵中纤维素酶的最佳加入时间为12h。采用酸解法和双酶法水解盾叶薯蓣淀粉后,在同步糖化发酵中纤维素酶的最佳用量分别为大于或等于120和100U/g盾叶薯蓣,发酵液中乙醇浓度分别为39.2和39.5g/L。所以在以后的实验中我们选择采用双酶法水解淀粉。 在发酵罐实验中,进一步优化纤维素酶的加入时间为16h,纤维素酶的最佳用量为100U/g盾叶薯蓣,此时发酵液的乙醇浓度达到了50.6g/L,比对照提高了36.4%。纤维素到乙醇的转化率为33.9%,为理论转化率的59.8%。 最后考察了微波辅助对乙醇-硫酸铵双水相萃取盾叶薯蓣乙醇发酵液中皂苷成分的影响,实验证明单纯使用双水相即能达到同微波辅助同样的效果;而对于盾叶薯蓣药材中皂苷成分,微波辅助双水相则比单纯双水相提取率提高了25.9%。发酵液的皂苷得率比盾叶薯蓣药材的皂苷得率高17.6%,而且在淀粉、纤维素的水解和发酵过程中,高级皂苷实现了逐步向低级皂苷的转化。


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