薯蓣皂素清洁生产关键技术及盾叶薯蓣资源化利用研究

【摘要】：薯蓣皂素是合成皮质激素、肾上腺激素、蛋白质同化激素的基础原料，被誉为“20世纪医药工业的第二大发现”。Rothrok法以其工艺简单，设备投资少，成本低而备受生产企业的青睐。近年来，随着环境的不断恶化，Rothrok法造成的污染问题引起人们的极大关注，其工艺受到挑战。本论文以盾叶薯蓣为研究对象，围绕薯蓣皂素生产过程中的污染及薯蓣皂素生产成本，就薯蓣皂素清洁生产关键技术及盾叶薯蓣资源化利用进行研究，主要研究内容如下： 1采用各类分析方法，测定了盾叶薯蓣中的淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、薯蓣皂苷、薯蓣皂素的含量，为资源化利用盾叶薯蓣奠定了基础。 2以盾叶薯蓣为原料，以乙醇为萃取剂，以薯蓣皂苷、薯蓣皂素得率为评价指标，采用单因素实验法、正交试验法优化了超声波辅助乙醇萃取薯蓣皂苷的条件。结果表明，当乙醇体积分数为75v/v，料（盾叶薯蓣）液（萃取剂）比为1:5，超声波频率为35.74KHz，超声时间为30min，盾叶薯蓣被连续萃取3次时，薯蓣皂苷、薯蓣皂素的得率为14.49%及3.29%，分别为传统常温浸提法的1.36倍及1.13倍，萃取效率为传统常温浸提法的48倍。 3在超声条件（频率、时间）一定的情况下，研究了表面活性剂类型、结构、亲水亲油平衡值（HLB）、临界胶团浓度（cmc）等对薯蓣皂苷得率的影响。在此基础上，研究了以表面活性剂对薯蓣皂苷摩尔增溶率（MSR）作为薯蓣皂苷萃取时表面活性剂选择标准的可行性，为其它天然产物有效成分萃取时表面活性剂的选择提供理论依据。 4研究了絮凝剂种类、加量、絮凝温度、絮凝时间等对薯蓣皂苷分离因数的影响，确定了薯蓣皂苷最佳絮凝条件，为以絮凝薯蓣皂苷法替代传统热富集薯蓣皂苷法提供理论依据。研究了硫酸加量、硫酸浓度、硫酸回用次数，薯蓣皂苷水解温度、水解时间、薯蓣皂素萃取时间等对薯蓣皂素得率的影响。 5在实验室小试的基础上，以50Kg盾叶薯蓣为原料，进行5次放大实验，对薯蓣皂素生产的原料成本、废水排放量、废水性质进行综合评价，结果表明，该方法能够达到控制污染，降低成本的目标。 6采用现代生物技术，优化了以萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣废渣为原料发酵乙醇的条件。在此基础上，以30Kg萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣废渣为原料，进行放大实验，此发酵醪的酒精度为10.5v/v，淀粉利用率为90.6%。该技术可资源化地利用盾叶薯蓣中的淀粉资源，进一步地降低了薯蓣皂素的生产成本，符合低碳、环保的发展要求。 本论文的创新之处： 1系统研究了以表面活性剂增溶方法、薯蓣皂苷絮凝方法为核心的薯蓣皂素清洁生产工艺。在实验室小试的基础上，研究了该工艺生产过程中废水排放及废水性质，比较了采用该工艺与传统工艺生产薯蓣皂素时的原料成本，进一步证实该工艺能够达到控制污染，降低成本，实现薯蓣皂素清洁生产的目的。 2采用多种方法研究了表面活性剂结构对薯蓣皂苷萃取的影响，为薯蓣皂苷萃取时科学选择表面活性剂奠定了基础。测试了各表面活性剂对薯蓣皂苷摩尔增溶率（MSR）的大小，在此基础上，分析了超声条件下，以MSR值作为薯蓣皂苷萃取时表面活性剂选择的可行性。 3比较了以盾叶薯蓣、盾叶薯蓣废渣为原料进行乙醇发酵时发酵醪的酒精度、淀粉利用率及酒糟的扫描电镜图（SEM），发现萃取薯蓣皂苷后的盾叶薯蓣废渣更适合乙醇发酵，该技术符合循环经济的发展模式，为其它含淀粉类植物的综合利用奠定了基础。