基于超声波对传统预发酵工艺提取薯蓣皂素的优化

徐竟一+江金永+李姗珊

摘 要：本文将超声波技术应用于传统预发酵-酸水解法提取薯蓣皂素的工艺中，通过选取对薯蓣皂素得率有显著影响的预发酵时间、盐酸浓度和超声时间为因素，以薯蓣皂素的得率为指标，进行正交实验。结果表明最优工艺条件为盐酸的浓度为3moL/L，预发酵时间24h，超声提取时间45min。

关键词：黄姜 薯蓣皂素 超声波 预发酵

黄姜皂素（Diosgenin），又称薯蓣皂苷元，有“药用黄金”的美称，可作为多种甾体类激素药物的基础物，其主要成分是从黄姜的根状茎中提取出来的，是一种具有开发潜力的生物资源。黄姜学名盾叶薯蓣，又称火头根，被子植物门，单子叶植物纲，薯蓣科薯蓣属草质缠绕性藤本植物，是世界上薯蕷皂苷（元）含量最高的物种，也是目前最好的激素类药源植物。黄姜皂苷在黄姜根状茎中的含量大多集中在1%～4%之间，其它成分包括 40%淀粉、50%纤维素、还有少许色素等[1，2]。

目前，工业上黄姜皂素的传统提取思路主要为预发酵-酸水解法：先将黄姜粉碎后进行预发酵，再把含有皂苷的混合物进行酸水解，最后用有机溶剂将皂素从水解物中提取出来。该种工艺操作简便，成本低廉，但其工艺主要存在以下问题是原料直接水解不彻底，皂素得率低。如何提高其水解效果成为该种生产工艺的瓶颈所在。

超声波是物质介质中的一种弹性机械波。植物高分子存在的无定形区、孔隙和空洞在超声波的作用下，其表面会发生微观滑移，形成疲劳源，导致弹性模量下降，增强了化学活性。近年来，超声波技术已广泛应用于中草药的提取，并且用于黄姜中薯蓣皂素的提取亦有相关文献与报道。笔者参照企业工艺现状，将超声与预发酵结合，共同作用于黄姜中薯蓣皂素的提取，以期获得更高提取率，为实际生产提供参考[3]。

1 材料与方法

1.1 材料

实验材料：黄姜（盾叶薯蓣根茎），河南南阳产，市售。

仪器设备：KJ-1340AL超声发生器；恒温箱；电子天平；可控温加热套；旋转蒸发器；真空泵。

试剂：盐酸（AR），乙醇（AR）。

1.2 工艺流程

主要操作条件：（1）预发酵：准确秤取20g黄姜，粉碎，按照1：2的料液比加水，搅匀，恒温发酵48h；（2）酸水解：将发酵完的料液加浓盐酸至50ml，置于1000ml的圆底烧瓶中，水解4h；（3）超声提取：确定超声功率400W，超声温度65℃进行超声提取；（4）中和、干燥：用新制蒸馏水洗涤滤渣至中性，置于烘箱中干燥；（5）提取：将经过前处理的固体样品用乙醇回流提取4h；（6）浓缩，恒温箱内烘干浓缩，即得到黄姜皂素。可根据所的固体计算得率。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 单一预发酵条件的选择

影响薯蓣皂素的得率的预发酵因素包括预发酵温度和预发酵时间，这里我们固定预发酵温度，只改变时间条件，设定3个预发酵时间条件24h、36h、48，实验结果见图2。

由图2可知，薯蓣皂素的得率随着发酵时间的延长而降低，其中以发酵24h为最好。这主要是由于，黄姜在预发酵期间，如果发酵时间过长，生成其他杂质，反而会造成薯蓣皂素的得率降低[4，5]。

2.1.2 单一水解条件的选择

影响薯蓣皂素的得率的水解因素包括盐酸的浓度和水解时间，这里我们固定水解时间，只改变浓度条件，设定1mol/L、2mol/L、3mol/L三个浓度，实验结果见图3。

由图3可知，薯蓣皂素的得率随着水解酸浓度的升高而升高，酸浓度越高，其得率越高[6，7]。

2.1.3 单一超声提取条件的选择

影响影响薯蓣皂素的得率的超声提取因素包括超声时间、超声功率、和超声温度，这里我们固定超声功率和超声温度，只改变超声时间，设定30min、45min、60min，实验结果见图4。

由图4可知，薯蓣皂素的得率随着超声时间的升高而升高，超声提取时间越长，其得率越高[8，9]。

2.2 正交实验

根据上述单因素实验结果，综合考虑预发酵时间（A）、水解盐酸浓度（B）、超声提取时间（C）的影响，进行薯蓣皂素提取的正交实验。正交实验的设计及结果和数据分析如表1.

有表1正交实验结果的直观分析可得出：实验因素的主次顺序为盐酸的浓度〉预发酵时间〉超声提取时间。因此一定要控制水解酸的浓度在最优水平上，正交实验结果分析的出的最优水平为A1B3C2，要使的薯蓣皂素得率高，应选择盐酸的浓度为3mol/L，预发酵时间24h，超声提取时间45min。

3 结论

用超声提取优化了传统的预发酵提取薯蓣皂素工艺，得到了薯蓣皂素提取最优工艺条件，即盐酸的浓度为3mol/L，预发酵时间24h，超声提取时间45min。在此条件下薯蓣皂素的得率最好。

基金项目：本文系南阳市科技攻关项目“黄姜中提取薯蓣皂素的工艺条件研究”（项目编号：KJGG-56）研究成果之一。

参考文献

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