基于超聲波對傳統預發(fā)酵工藝提取薯蕷皂素的優(yōu)化

徐竟一+江金永+李姍珊

摘 要：本文將超聲波技術應用于傳統預發(fā)酵-酸水解法提取薯蕷皂素的工藝中，通過選取對薯蕷皂素得率有顯著影響的預發(fā)酵時間、鹽酸濃度和超聲時間為因素，以薯蕷皂素的得率為指標，進行正交實驗。結果表明最優(yōu)工藝條件為鹽酸的濃度為3moL/L，預發(fā)酵時間24h，超聲提取時間45min。

關鍵詞：黃姜 薯蕷皂素 超聲波 預發(fā)酵

黃姜皂素（Diosgenin），又稱薯蕷皂苷元，有“藥用黃金”的美稱，可作為多種甾體類激素藥物的基礎物，其主要成分是從黃姜的根狀莖中提取出來的，是一種具有開發(fā)潛力的生物資源。黃姜學名盾葉薯蕷，又稱火頭根，被子植物門，單子葉植物綱，薯蕷科薯蕷屬草質纏繞性藤本植物，是世界上薯蕷皂苷（元）含量最高的物種，也是目前最好的激素類藥源植物。黃姜皂苷在黃姜根狀莖中的含量大多集中在1%～4%之間，其它成分包括 40%淀粉、50%纖維素、還有少許色素等[1，2]。

目前，工業(yè)上黃姜皂素的傳統提取思路主要為預發(fā)酵-酸水解法：先將黃姜粉碎后進行預發(fā)酵，再把含有皂苷的混合物進行酸水解，最后用有機溶劑將皂素從水解物中提取出來。該種工藝操作簡便，成本低廉，但其工藝主要存在以下問題是原料直接水解不徹底，皂素得率低。如何提高其水解效果成為該種生產工藝的瓶頸所在。

超聲波是物質介質中的一種彈性機械波。植物高分子存在的無定形區(qū)、孔隙和空洞在超聲波的作用下，其表面會發(fā)生微觀滑移，形成疲勞源，導致彈性模量下降，增強了化學活性。近年來，超聲波技術已廣泛應用于中草藥的提取，并且用于黃姜中薯蕷皂素的提取亦有相關文獻與報道。筆者參照企業(yè)工藝現狀，將超聲與預發(fā)酵結合，共同作用于黃姜中薯蕷皂素的提取，以期獲得更高提取率，為實際生產提供參考[3]。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗材料：黃姜（盾葉薯蕷根莖），河南南陽產，市售。

儀器設備：KJ-1340AL超聲發(fā)生器；恒溫箱；電子天平；可控溫加熱套；旋轉蒸發(fā)器；真空泵。

試劑：鹽酸（AR），乙醇（AR）。

1.2 工藝流程

主要操作條件：（1）預發(fā)酵：準確秤取20g黃姜，粉碎，按照1：2的料液比加水，攪勻，恒溫發(fā)酵48h；（2）酸水解：將發(fā)酵完的料液加濃鹽酸至50ml，置于1000ml的圓底燒瓶中，水解4h；（3）超聲提?。捍_定超聲功率400W，超聲溫度65℃進行超聲提?。唬?）中和、干燥：用新制蒸餾水洗滌濾渣至中性，置于烘箱中干燥；（5）提?。簩⒔涍^前處理的固體樣品用乙醇回流提取4h；（6）濃縮，恒溫箱內烘干濃縮，即得到黃姜皂素?？筛鶕墓腆w計算得率。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 單一預發(fā)酵條件的選擇

影響薯蕷皂素的得率的預發(fā)酵因素包括預發(fā)酵溫度和預發(fā)酵時間，這里我們固定預發(fā)酵溫度，只改變時間條件，設定3個預發(fā)酵時間條件24h、36h、48，實驗結果見圖2。

由圖2可知，薯蕷皂素的得率隨著發(fā)酵時間的延長而降低，其中以發(fā)酵24h為最好。這主要是由于，黃姜在預發(fā)酵期間，如果發(fā)酵時間過長，生成其他雜質，反而會造成薯蕷皂素的得率降低[4，5]。

2.1.2 單一水解條件的選擇

影響薯蕷皂素的得率的水解因素包括鹽酸的濃度和水解時間，這里我們固定水解時間，只改變濃度條件，設定1mol/L、2mol/L、3mol/L三個濃度，實驗結果見圖3。

由圖3可知，薯蕷皂素的得率隨著水解酸濃度的升高而升高，酸濃度越高，其得率越高[6，7]。

2.1.3 單一超聲提取條件的選擇

影響影響薯蕷皂素的得率的超聲提取因素包括超聲時間、超聲功率、和超聲溫度，這里我們固定超聲功率和超聲溫度，只改變超聲時間，設定30min、45min、60min，實驗結果見圖4。

由圖4可知，薯蕷皂素的得率隨著超聲時間的升高而升高，超聲提取時間越長，其得率越高[8，9]。

2.2 正交實驗

根據上述單因素實驗結果，綜合考慮預發(fā)酵時間（A）、水解鹽酸濃度（B）、超聲提取時間（C）的影響，進行薯蕷皂素提取的正交實驗。正交實驗的設計及結果和數據分析如表1.

有表1正交實驗結果的直觀分析可得出：實驗因素的主次順序為鹽酸的濃度〉預發(fā)酵時間〉超聲提取時間。因此一定要控制水解酸的濃度在最優(yōu)水平上，正交實驗結果分析的出的最優(yōu)水平為A1B3C2，要使的薯蕷皂素得率高，應選擇鹽酸的濃度為3mol/L，預發(fā)酵時間24h，超聲提取時間45min。

3 結論

用超聲提取優(yōu)化了傳統的預發(fā)酵提取薯蕷皂素工藝，得到了薯蕷皂素提取最優(yōu)工藝條件，即鹽酸的濃度為3mol/L，預發(fā)酵時間24h，超聲提取時間45min。在此條件下薯蕷皂素的得率最好。

基金項目：本文系南陽市科技攻關項目“黃姜中提取薯蕷皂素的工藝條件研究”（項目編號：KJGG-56）研究成果之一。

參考文獻

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