一种利用黄姜生产皂素和有机酸的方法

专利名称：一种利用黄姜生产皂素和有机酸的方法
技术领域：
本发明属于生物工程领域，具体涉及一种利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，采用发酵与膜分离耦合预处理黄姜原料，清洁生产皂素和有机酸。
背景技术：
黄姜，学名盾叶薯蓣，多年生草本植物，是我国特有的药材，含2 3%的皂素(薯 蓣皂苷元)；皂素是留体激素药物的初级原料，可加工成180多种药物，被称为药中黄金。黄 姜还含有30 40%的淀粉，40 50%的纤维，用途极其广泛。利用黄姜提取皂素的传统 工艺，是将黄姜淀粉同纤维素、果胶等一起用酸水解，不仅淀粉难以再利用，且用酸量大，导 致废水废渣排放量也大，每生产1吨皂素会产生至少5吨废水和8 9吨废渣，废水中化学 需氧量(COD)浓度高达30000 50000mg/L，污染极其严重。我国黄姜的主要种植和皂素 生产加工地区是湖北省十堰市，位于南水北调的源头，大量未经处理高糖高酸废水的排放 会威胁到南水北调的水质安全，引起社会各界的广泛关注。为减少污染，人们试图将皂苷同 淀粉、纤维素以及果胶等分开，以减少酸的用量和废水废渣的排放，由于现有技术将皂苷同 淀粉、纤维素以及果胶等分开难度较大，故目前尚未应用于工业化生产。我国每年黄姜皂素 的产量约1500吨，能提供至少75000吨淀粉，对于黄姜淀粉的综合利用，也逐渐引起人们的 关注，如黄进和张声华从黄姜中提取葡萄糖副产品(“一种黄姜水解废液中提取与精制葡萄 糖的工艺”，专利号ZL00131274. X)，余盛树利用黄姜原料同时生产出皂素和酒精两个产品 (“利用鲜黄姜发酵联产白酒和皂素的方法”，专利号ZL 02138773. 7)，刘慧、王焰新和鲍建 国利用黄姜酶解糖液制备保健糖浆(“黄姜生产皂素副产酶解糖液生产保健糖浆的方法”， 专利号ZL 200510018758.9)。目前没有发现以黄姜为原料清洁生产皂素同时联产有机酸 的报道。

发明内容
本发明提供一种利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，解决现有利用黄姜原料提取 黄姜皂素废水和废渣排放量大、不能有效利用黄姜淀粉的问题。本发明的一种利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于，包括以下步骤一 .黄姜皂苷释放步骤；干黄姜块根粉碎后，加入3 5倍重量的水，得到黄姜与水的混合物；或鲜黄姜块 根磨浆后，加入2 3倍重量的水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与水的混合物依次进 行如下处理在温度120 130°C、压力0. 1 0. 2MPa条件下，蒸汽爆破15 20min，冷却至室 温；加入黄姜与水的混合物2 4倍重量的水混勻，按每克干黄姜加入果胶酶80 120U、 纤维素酶160 250U ；或每克鲜黄姜加入果胶酶25 40U、纤维素酶50 80U ；混合均勻， 在pH值4. 0 5. 0、温度45 55°C条件下搅拌20 30h，得到黄姜淀粉溶液；二 .黄姜淀粉糖化步骤；
向所述黄姜淀粉溶液中先按每克干黄姜加入α -淀粉酶8 15U，或每克鲜黄姜加 入α -淀粉酶3 5U ；在ρΗ值5. 0 7. 0、温度50 95°C条件下搅拌20 40min，冷却至 室温；再按每克干黄姜加入糖化酶80 150U，或每克鲜黄姜加入糖化酶25 50U ；在温度 50 65°C搅拌20 30h，得到黄姜糖化液；或者向所述黄姜淀粉溶液中同时按每克干黄姜加入α-淀粉酶8 15U、糖化酶 80 150U，或每克鲜黄姜加入α -淀粉酶3 5U、糖化酶25 50U ；混合均勻后，在温度 50 65°C搅拌20 30h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到90 100°C，保温5 lOmin，然后冷却至室温，离心 分离收集上清液，或者过滤分离收集滤液，所收集上清液或滤液即为黄姜酶解糖液；三.发酵培养基配制步骤；配制生产乳酸的发酵培养基或生产琥珀酸的发酵培养基，生产乳酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖150 200g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉5 10g、氮源10 20g、K2HP042 5g，调PH值 至 5. 5 7. O ；生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖 100 150g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉2 5g、氮源5 10g、K2HP04l 2g，调PH 值至5. 5 7. O ；所述氮源为玉米浆过滤液、麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液中的一种、二 种或者三种的组合；四.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比5 10%的种子液，于ρΗ值 5 7、温度30 55°C条件下，按速度0 lL/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速50 200rpm,当发酵液中还原糖浓度低于5g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产 有机酸菌细胞送回发酵罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行 下一批次发酵，如此循环2 15批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截 留液收集备用，得到的纳滤透过液为有机酸溶液；五.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中，加入薯蓣皂苷酶10 15U，在ρΗ值4. 5 7. 0、温度30 40°C条件下搅拌30 40min，得到黄姜皂素粗液； 或者每升纳滤截留液中，加入硫酸，使硫酸终浓度为0. 8 1. 2mol/L,在95 105°C温度下搅拌4 6h，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以石油醚或汽油为萃取溶剂，在85 95°C温度下萃取4 6h， 在压力0. 01 0. 05Mpa、温度60 80°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶 体。所述的利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于所述发酵培养基配制步骤中，所述氮源采用的麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液按如下方法制备干麸皮或者干豆粕加入3 5倍重量的水，混合均勻，再加入硫酸至 终浓度0. 8 1. 2mol/L,在95 105°C温度下搅拌40 60min，冷却至室温，过滤后所收集滤液即为麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液。所述的利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于所述有机酸发酵及皂苷富集步骤中，所述种子液按如下方法制备每升水加入葡 萄糖10 20g、蛋白胨10 20g、酵母粉5 10g，混合成种子培养基并灭菌，冷却至室温， 得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子培养基，在PH值5 7、温度30 50°C条件下搅拌，搅拌速度50 200rpm，时间10 24h，得到种子液；所述产有机酸菌种是 产有机酸杆菌或产有机酸酵母菌；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氢氧化钙溶 液、氢氧化钠溶液、氨水或纯氨气中的一种；氢氧化钙溶液浓度为400 500g/L，氢氧化钠 溶液浓度为400 500g/L，氨水浓度为250 280g/L ；所述的利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于所述有机酸发酵及皂苷富集步骤中，所述微滤装置是装有孔径为0. 10 0. 45 μ m 滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留分子量为150 400道尔顿滤膜的过滤装置。本发明通过蒸汽爆破和多种酶联合处理黄姜原料，在利用微生物消耗淀粉发酵生 产有机酸的同时，采用膜技术富集、浓缩溶解在其中的黄姜皂苷，然后使用少量的薯蓣皂苷 酶或硫酸将黄姜皂苷转化为黄姜皂素，充分地利用黄姜原料清洁生产皂素及有机酸。本发明用高压蒸汽爆破黄姜原料，再采用果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和糖化酶处 理，将黄姜皂苷与淀粉、纤维素和果胶分离，分散到糖化液水相，易于提取，避免使用大量的 酸；将糖化液中的还原糖、氨基酸和维生素等营养物质转化成有机酸，充分利用原料；在发 酵生产有机酸的同时，采用多级滤膜截留菌体，富集并回收黄姜皂苷，得到黄姜皂苷的浓缩 液，能大大减少将黄姜皂苷转化为黄姜皂素(皂苷元)时酸的用量，或直接不用酸而是用少 量薯蓣皂苷酶转化，大大减少废水废渣排放；黄姜酶解糖化后的纤维素和果胶部分没有被 污染，可用于制备膳食纤维食品或饲料；在生产黄姜皂素的同时，除了生产有机酸，也可以 利用其它菌种发酵生产其它物质，如乙醇、丁二醇等。黄姜皂素提取率高，黄姜淀粉利用充 分，黄姜皂素生产废水量少且污染小，过程清洁，在黄姜产业中有极大的工业应用价值。
具体实施例方式以下各实施例所用的测量方法如下(1)有机酸的定量测定方法采用液相色谱法(HPLC)，单位为g/L，参见0h，H.， Wee, Y. J. , Yun, J. S. , Han, S. H. , Jung, S. W. , Ryu, H. W. , 2005. Lactic acidproduction from agricultural resources as cheap raw materials.Bioresour.Technol.96 1492-1498 禾口 Meynial-Salles, I. , Dorotyn, S. , Soucaille, P. A new process for thecontinuous production of succinic acid from glucose at high yield, titer, andproductivity[J]. Biotechnology and Bioengineering. 2008,99(1) :129-135.(2)还原糖的定量测定方法采用3，5-二硝基水杨酸法(DNS法)，单位为g/L， 参见 Miller，G. L. , 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination ofreducing sugar. Anal. Chem. 31 :426_4290(3)黄姜皂素(皂苷元)的定量测定方法液相色谱法，参见Song，J. , Tao W.Y. and Chen，W. Y. ,2008. Ultrasound-accelerated enzymatic hydrolysis of solidleatherwaste. Journal of Cleaner Production. 16 :591-597.实施例1包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；300克干黄姜块根粉碎后，加入900克水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与水 的混合物依次进行如下处理在温度120°C、压力0. IMPa条件下，蒸汽爆破15min，冷却至室温；加入2400克水 混勻，加入果胶酶2. 4 X IO4. U、纤维素酶4. 8 X IO4 ；混合均勻，在pH值4. 0、温度45°C条件下 搅拌20h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中加入α -淀粉酶2400U，在pH值5. 0、温度50°C条件下搅拌 20min，冷却至室温；再加入糖化酶2. 4X IO4. U，在温度50°C搅拌20h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到90°C，保温5min，然后冷却至室温，离心分离收集上 清液，所收集上清液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产乳酸的发酵培养基生产乳酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖150g/ L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉5g、氮源10g、K2HP042g,调PH值至5. 5 ；所述氮源为麸皮水解液过滤液；所述麸皮水解液过滤液按如下方法制备干麸皮加入3倍重量的水，混合均勻，再 加入硫酸至终浓度0. 8mol/L，在95°C温度下搅拌40min，冷却至室温，过滤后所收集滤液即 为麸皮水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比5%的种子液，于pH值5、温度 30°C条件下，搅拌转速50rpm，当发酵液中还原糖浓度为4g/L时，发酵结束，用微滤装置过 滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌 的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环2批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装 置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖10g、蛋白胨10g、酵母粉5g，混合 成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子 培养基，在PH值5、温度30°C条件下搅拌，搅拌速度50rpm，时间10h，得到种子液；所述产有 机酸菌种是产有机酸杆菌(鼠李糖乳酸杆菌L. rhamnosus HG 09F5-27)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氢氧化钙溶 液；氢氧化钙溶液浓度为400g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 10 μ m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为150道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中，加入薯蓣皂苷酶10U，在pH值4. 5、温度30°C条件下搅拌 30min，得到黄姜皂素粗液；
再对黄姜皂素粗液以石油醚为萃取溶剂，在85°C温度下萃取4h，在压力0. OlMpa, 温度60°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。 生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 10克，乳酸34. 09克。实施例2包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；1千克干黄姜块根粉碎后，加入5千克水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与水 的混合物依次进行如下处理在温度130°C、压力0. 2MPa条件下，蒸汽爆破20min，冷却至室温；加入24千克水 混勻，加入果胶酶1. 2 X IO5. U、纤维素酶2. 5 X IO5U ；在pH值5. 0、温度55°C条件下搅拌30h， 得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中加入α -淀粉酶1. 5 X IO4U,在pH值7. 0、温度95°C条件下 搅拌40min，冷却至室温；再加入糖化酶1. 5 X IO5U,在温度65°C搅拌30h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到100°C，保温lOmin，然后冷却至室温，过滤分离收集 滤液，所收集滤液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产乳酸的发酵培养基，生产乳酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖200g/ L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉10g、氮源20g、K2HP045g,调PH值至7. O ；所述氮源为玉米浆过滤液和麸皮水解液过滤液的组合；所述麸皮水解液过滤液按如下方法制备1千克干麸皮加入5千克水，混合均勻， 再加入硫酸至终浓度1. 2mol/L，在105°C温度下搅拌60min，冷却至室温，过滤后所收集滤 液即为麸皮水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比10%的种子液，于PH值7、温 度55°C条件下，搅拌，搅拌转速200rpm，当发酵液中还原糖浓度达到3g/L时，发酵结束，用 微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵罐继续使用，同时再向发酵罐中泵 入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环15批次；每批次微滤装置的滤过 液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖20g、蛋白胨20g、酵母粉IOgJg 合成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种 子培养基，在PH值7、温度50°C条件下搅拌，搅拌速度200rpm，时间24h，得到种子液；所述 产有机酸菌种是产有机酸杆菌(德氏乳酸杆菌Ldelbrueckii HG 07)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氢氧化钙溶 液；氢氧化钙溶液浓度为500g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 45 μ m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为400道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；
所述每升纳滤截留液中，加入薯蓣皂苷酶15U，在pH值7. 0、温度40°C条件下搅拌 40min，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以汽油为萃取溶剂，在95°C温度下萃取6h，在压力0. 05Mpa、温 度80°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 23克，乳酸35. 09克。实施例3包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；5千克干黄姜块根粉碎后，加入20千克水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与水 的混合物依次进行如下处理在温度125°C、压力0. 15MPa条件下，蒸汽爆破17min，冷却至室温；加入75千克水 混勻，加入果胶酶5 X 105U、纤维素酶1 X IO6U ；在pH值4. 5、温度50°C条件下搅拌25h，得到
黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中加入α -淀粉酶5Χ 104U，在pH值6. 0、温度70°C条件下搅 拌30min，冷却至室温；再加入糖化酶5 X IO5U,在温度60°C搅拌25h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到95°C，保温8min，然后冷却至室温，过滤分离收集滤 液，所收集滤液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产乳酸的发酵培养基，生产乳酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖180g/ L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉Sg、氮源18g、K2HP043g，调PH值至6. 0 ；所述氮源为玉米浆过滤液和麸皮水解液过滤液的组合；所述麸皮水解液过滤液按如下方法制备干麸皮加入4倍重量的水，混合均勻，再 加入硫酸至终浓度1. Omol/L，在IOCTC温度下搅拌50min，冷却至室温，过滤后所收集滤液 即为麸皮水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比8%的种子液，于pH值6、温度 32°C条件下，搅拌，搅拌转速lOOrpm，当发酵液中还原糖浓度达到2g/L时，发酵结束，用微 滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入 已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环10批次；每批次微滤装置的滤过液 再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖15g、蛋白胨15g、酵母粉6g，混合 成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子 培养基，在PH值5. 5、温度32°C条件下搅拌，搅拌速度lOOrpm，时间15h，得到种子液；所述 产有机酸菌种是产有机酸酵母菌(产乳酸工程酵母菌S.cerevisiae HG-006)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氢氧化钠溶 液；氢氧化钠溶液浓度为400g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 22 μ m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留分子量为300道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中，加入薯蓣皂苷酶13U，在pH值6. 0、温度32°C条件下搅拌 35min，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以石油醚为萃取溶剂，在90°C温度下萃取5h，在压力0. 02Mpa、 温度70°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 36克，乳酸34. 01克。实施例4包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；10千克鲜黄姜块根磨浆后，加入20千克的水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜 与水的混合物依次进行如下处理在温度120°C、压力0. IMPa条件下，蒸汽爆破15min，冷却至室温；加入60千克 水，加入果胶酶2. 5 X 105U、纤维素酶5 X IO5U,混合均勻，在pH值4. 0、温度45°C条件下搅拌 20h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中先加入α -淀粉酶3Χ 104U，在pH值5. 0、温度50°C条件下 搅拌20min，冷却至室温；加入糖化酶2. 5 X IO5U,在温度50°C搅拌20 30h，得到黄姜糖化 液；再将所述黄姜糖化液升温到90°C，保温5min，然后冷却至室温，离心分离收集上 清液，所收集上清液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产琥珀酸的发酵培养基，生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖 100g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉2g、氮源5g、K2HPO4Ig,调PH值至5. 5 ；所述氮源为玉米浆过滤液、麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液的组合；所述麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液按如下方法制备干麸皮或干豆粕加 入3倍重量的水，混合均勻，再加入硫酸至终浓度0. 8mol/L,在95°C温度下搅拌40min，冷却 至室温，过滤后所收集滤液即为麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比5%的种子液，于pH值5、温度 33°C条件下，按速度0. 5L/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速50rpm，当发酵液中还原糖浓 度达到0. 5g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵罐 继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环8 批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透过 液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖10g、蛋白胨10g、酵母粉5g，混合 成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子 培养基，在PH值5、温度30°C条件下搅拌，搅拌速度50rpm，时间10h，得到种子液；所述产有机酸菌种是产有机酸杆菌(产琥珀酸杆菌Actinobacillus succinogenes HGLZD-103)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氨水；氨水浓 度为 250g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. IOym滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为150道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中，加入薯蓣皂苷酶10U，在PH值4. 5、温度30°C条件下搅拌 30min，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以汽油为萃取溶剂，在85°C温度下萃取6h，在压力0. OlMpaJ^ 度60°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 09克，琥珀酸23. 61克。实施例5包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；20千克鲜黄姜块根磨浆后，加入60千克水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与 水的混合物依次进行如下处理在温度130°C、压力0. 2MPa条件下，蒸汽爆破20min，冷却至室温；加入320千克水 混勻，加入果胶酶8 X 105U、纤维素酶1. 6 X IO6U,混合均勻，在pH值5. 0、温度55°C条件下搅 拌30h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中α -淀粉酶1 X IO5U,在pH值7. 0、温度95°C条件下搅拌 40min，冷却至室温；再加入糖化酶IX IO6U,在温度65°C搅拌30h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到100°C，保温lOmin，然后冷却至室温，离心分离收集 上清液，或者过滤分离收集滤液，所收集上清液或滤液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产琥珀酸的发酵培养基，生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖 150g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉5g、氮源10g、K2HP042g,调PH值至7. 0 ；所述氮源为麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液的组合；所述麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液按如下方法制备干麸皮或干豆粕加 入5倍重量的水，混合均勻，再加入硫酸至终浓度1. 2mol/L，在105°C温度下搅拌60min，冷 却至室温，过滤后所收集滤液即为麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比10%的种子液，于PH值7、温 度33°C条件下，按速度lL/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速200rpm，当发酵液中还原糖 浓度达到lg/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵罐 继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环12 批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透过 液为有机酸溶液；
所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖20g、蛋白胨20g、酵母粉10g， 混合成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无 菌种子培养基，在PH值7、温度50°C条件下搅拌，搅拌速度200rpm，时间24h，得到种子 液；所述产有机酸菌种是产有机酸杆菌(产琥珀酸杆菌Actinobacillus succinogenes HGLZD-103)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氨水；氨水浓 度为 280g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 45 y m滤膜的过滤装置；所述纳 滤装置是装有截留 分子量为400道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中，加入薯蓣皂苷酶15U，在pH值7. 0、温度40°C条件下搅拌 40min，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以石油醚为萃取溶剂，在95°C温度下萃取6h，在压力0. 05Mpa、 温度80°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 11克，琥珀酸24. 01克。实施例6包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；50千克鲜黄姜块根磨浆后，加入125千克水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与 水的混合物依次进行如下处理在温度124°C、压力0. 18MPa条件下，蒸汽爆破17min，冷却至室温；加入350千克 水混勻，加入果胶酶1. 5X 106U、纤维素酶3X 106U，混合均勻，在pH值4. 4、温度47°C条件下 搅拌27h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中先加入a -淀粉酶1. 75X 105U，在pH值5. 6、温度80°C条 件下搅拌34min，冷却至室温；加入糖化酶2 X 106U，在温度60°C搅拌27h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到97°C，保温8min，然后冷却至室温，离心分离收集上 清液，或者过滤分离收集滤液，所收集上清液或滤液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产琥珀酸的发酵培养基，生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖 115g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉2. 6g、氮源6. 7g、K2HP04l. 2g，调PH值至5. 9 ；所述氮源为玉米浆过滤液和豆粕水解液过滤液的组合；所述豆粕水解液过滤液按如下方法制备干豆粕加入3. 6倍重量的水，混合均勻， 再加入硫酸至终浓度1. lmol/L，在103°C温度下搅拌48min，冷却至室温，过滤后所收集滤 液即为豆粕水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比8%的种子液，于pH值5. 7、温 度35°C条件下，按速度0. 6L/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速120rpm，当发酵液中还原糖浓度低于4. 6g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发 酵罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循 环13批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳 滤透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖16g、蛋白胨16g、酵母粉6g，混合 成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子 培养基，在PH值6、温度35°C条件下搅拌，搅拌速度130rpm，时间16h，得到种子液；所述产 有机酸菌种是产有机酸杆菌(产琥珀酸杆菌Actinobacillus succinogenes HGLZD-103)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为纯氨气；所述微滤装置是装有孔径为0. 22 y m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为300道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；每升纳滤截留液中，加入硫酸，使硫酸终浓度为0. 8mol/L，在95°C温度下搅拌4h， 得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以汽油为萃取溶剂，在90°C温度下萃取4. 5h，在压力0. 03Mpa、 温度65°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 17克，琥珀酸25. 26克。实施例7包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；1千克干黄姜块根粉碎后，加入3千克水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与水 的混合物依次进行如下处理在温度120°C、压力0. IMPa条件下，蒸汽爆破15min，冷却至室温；加入12千克水 混勻，加入果胶酶8 X 104U、纤维素酶1. 6 X 105U ；混合均勻，在pH值4. 0、温度45°C条件下搅 拌20h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中同时加入a -淀粉酶8X 103U、糖化酶8X 104U，混合均勻 后，在温度50°C搅拌20h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到90°C，保温5min，然后冷却至室温，过滤分离收集滤 液，所收集滤液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产乳酸的发酵培养基，生产乳酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖150g/ L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉5g、氮源10g、K2HP042g,调PH值至5. 5 ；所述氮源为玉米浆过滤液；4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比5%的种子液，于pH值5、温度 30°C条件下，搅拌，搅拌转速50rpm，当发酵液中还原糖浓度达到1. lg/L时，发酵结束，用微 滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环4批次；每批次微滤装置的滤过液再 用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖10g、蛋白胨10g、酵母粉5g，混合 成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子 培养基，在PH值5、温度30°C条件下搅拌，搅拌速度50rpm，时间10h，得到种子液；所述产有 机酸菌种是产有机酸杆菌(鼠李糖乳酸杆菌L. rhamnosus HG 09F5-27)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氢氧化钙溶 液；氢氧化钙溶液浓度为450g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 10 y m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为150道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中，加入硫酸，使硫酸终浓度为1. 2mol/L，在105°C温度下搅 拌6h，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以石油醚为萃取溶剂，在85°C温度下萃取4h，在压力0. OlMpa、 温度60°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 03克，乳酸33. 20克。实施例8包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；5千克干黄姜块根粉碎后，加入18千克水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与水 的混合物依次进行如下处理在温度127°C、压力0. 18MPa条件下，蒸汽爆破17min，冷却至室温；加入46千克的 水混勻，加入果胶酶5X105U、纤维素酶1. 25X 106U ；混合均勻，在pH值4. 8、温度48°C条件 下搅拌28h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中先加入同时加入a -淀粉酶7. 5X104U、糖化酶7. 5X105U， 混合均勻后，在温度65°C搅拌30h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到96°C，保温6min，然后冷却至室温，离心分离收集上 清液，所收集上清液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产琥珀酸的发酵培养基，生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖 130g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉3g、氮源6g、K2HP041. 7g，调PH值至6. 8 ；所述氮源为玉米浆过滤液和豆粕水解液过滤液的组合；所述豆粕水解液过滤液按如下方法制备干豆粕加入4倍重量的水，混合均勻，再 加入硫酸至终浓度0. 9mol/L，在98°C温度下搅拌48min，冷却至室温，过滤后所收集滤液即 豆粕水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比6%的种子液，于pH值6. 5，34°C条件下，按速度0. 8L/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速180rpm，当发酵液中还原糖 浓度达到0. 5g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵 罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环 9批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透 过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖16g、蛋白胨18g、酵母粉7g，混合 成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子 培养基，在PH值6. 6、温度34°C条件下搅拌，搅拌速度70rpm，时间18h，得到种子液；所述产 有机酸菌种是产有机酸杆菌(产琥珀酸杆菌Actinobacillus succinogenes HGLZD-103)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氢氧化钠溶 液；氢氧化钠溶液浓度为500g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 22 y m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为200道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中加入硫酸，使硫酸终浓度为1. lmol/L，在102°C温度下搅 拌5. 5h，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以汽油为萃取溶剂，在88°C温度下萃取4. 5h，在压力0. 04Mpa、 温度68°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 05克，琥珀酸22. 67克。实施例9包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；10千克鲜黄姜块根磨浆后，加入20千克的水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜 与水的混合物依次进行如下处理在温度130°C、压力0. 2MPa条件下，蒸汽爆破20min，冷却至室温；加入120千克水 混勻，每克鲜黄姜加入果胶酶4 X 105U、纤维素酶8 X 105U,混合均勻，在pH值4. 4、温度55°C 条件下搅拌29h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中同时加入a -淀粉酶3 X 104U、糖化酶2. 5 X 105U,混合均勻 后，在温度50°C搅拌20h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到96°C，保温7min，然后冷却至室温，离心分离收集上 清液，所收集上清液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产琥珀酸的发酵培养基，生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖 140g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉4g、氮源6g、K2HP041. 8g，调PH值至7. 0 ；所述氮源为玉米浆过滤液、麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液的组合；所述麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液按如下方法制备干麸皮或者干豆粕 加入3倍重量的水，混合均勻，再加入硫酸至终浓度0. 8mol/L，在105°C温度下搅拌60min， 冷却至室温，过滤后所收集滤液即为麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液。
4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比10%的种子液，于PH值5、温 度35°C条件下，按速度0. 8L/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速170rpm，当发酵液中还原 糖浓度低于2g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵 罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环 11批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤 透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖15g、蛋白胨10g、酵母粉IOgJg 合成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种 子培养基，在PH值7、温度50°C条件下搅拌，搅拌速度50rpm，时间24h，得到种子液；所述产 有机酸菌种是产有机酸杆菌(产琥珀酸杆菌Actinobacillus succinogenes HGLZD-103)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氨水；氨水浓 度为 270g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 10 μ m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为400道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中加入硫酸，使硫酸终浓度为l.Omol/L，在100°C温度下搅 拌5h，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以汽油为萃取溶剂，在88°C温度下萃取5h，在压力0. 02Mpa、温 度70°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素1. 93克，琥珀酸21. 60克。实施例10包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；10千克鲜黄姜块根磨浆后，加入20千克的水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜 与水的混合物依次进行如下处理在温度130°C、压力0. 2MPa条件下，蒸汽爆破20min，冷却至室温；加入120千克水 混勻，每克鲜黄姜加入果胶酶4 X 105U、纤维素酶8 X IO5U,混合均勻，在pH值4. 4、温度55°C 条件下搅拌29h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中同时加入α -淀粉酶5Χ 104U、糖化酶5Χ 105U，混合均勻 后，在温度65°C搅拌30h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到96°C，保温7min，然后冷却至室温，离心分离收集上 清液，所收集上清液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产琥珀酸的发酵培养基，生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖 140g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉4g、氮源6g、K2HPO4L 8g，调PH值至7. 0 ；所述氮源为玉米浆过滤液、麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液的组合；
所述麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液按如下方法制备干麸皮或者干豆粕加入3倍重量的水，混合均勻，再加入硫酸至终浓度0. 8mol/L，在105°C温度下搅拌60min， 冷却至室温，过滤后所收集滤液即为麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比10%的种子液，于pH值5、温 度35°C条件下，按速度0. 8L/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速170rpm，当发酵液中还原 糖浓度低于2g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵 罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环 11批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤 透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖15g、蛋白胨10g、酵母粉IOgJg 合成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种 子培养基，在PH值7、温度50°C条件下搅拌，搅拌速度50rpm，时间24h，得到种子液；所述产 有机酸菌种是产有机酸杆菌(产琥珀酸杆菌Actinobacillus succinogenes HGLZD-103)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氨水；氨水浓 度为 260g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 10 μ m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为400道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中加入硫酸，使硫酸终浓度为l.Omol/L，在100°C温度下搅 拌5h，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以汽油为萃取溶剂，在88°C温度下萃取5h，在压力0. 04Mpa、温 度70°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素1. 97克，琥珀酸21. 40克。实施例11包括以下步骤1.黄姜皂苷释放步骤；10千克鲜黄姜块根磨浆后，加入20千克的水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜 与水的混合物依次进行如下处理在温度130°C、压力0. 2MPa条件下，蒸汽爆破20min，冷却至室温；加入120千克水 混勻，每克鲜黄姜加入果胶酶4 X 105U、纤维素酶8 X IO5U,混合均勻，在pH值4. 4、温度55°C 条件下搅拌29h，得到黄姜淀粉溶液；2.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中同时加入α -淀粉酶4Χ 104U、糖化酶4X IO5U,混合均勻 后，在温度58°C搅拌25h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到96°C，保温7min，然后冷却至室温，离心分离收集上 清液，所收集上清液即为黄姜酶解糖液；3.发酵培养基配制步骤；配制生产琥珀酸的发酵培养基，
生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖140g/L ；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉4g、氮源6g、K2HPO4L 8g，调PH值至7. 0 ；所述氮源为玉米浆过滤液、麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液的组合；所述麸皮水解液过滤液和豆粕水解液过滤液按如下方法制备干麸皮或者干豆粕 加入3倍重量的水，混合均勻，再加入硫酸至终浓度0. 8mol/L，在105°C温度下搅拌60min， 冷却至室温，过滤后所收集滤液即为麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液。4.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输 液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比10%的种子液，于pH值5、温 度35°C条件下，按速度0. 8L/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速170rpm，当发酵液中还原 糖浓度低于2g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵 罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环 11批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤 透过液为有机酸溶液；所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖15g、蛋白胨10g、酵母粉IOgJg 合成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种 子培养基，在PH值7、温度50°C条件下搅拌，搅拌速度50rpm，时间24h，得到种子液；所述产 有机酸菌种是产有机酸杆菌(产琥珀酸杆菌Actinobacillus succinogenes HGLZD-103)；发酵罐中发酵液pH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氨水；氨水浓 度为 270g/L ；所述微滤装置是装有孔径为0. 10 μ m滤膜的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留 分子量为400道尔顿滤膜的过滤装置。5.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中加入硫酸，使硫酸终浓度为l.Omol/L，在100°C温度下搅 拌5h，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以汽油为萃取溶剂，在88°C温度下萃取5h，在压力0. 02Mpa、温 度70°C条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。生产结果每100克干黄姜生产出皂素2. 11克，琥珀酸21. 87。
权利要求
一种利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于，包括以下步骤一.黄姜皂苷释放步骤；干黄姜块根粉碎后，加入3～5倍重量的水，得到黄姜与水的混合物；或鲜黄姜块根磨浆后，加入2～3倍重量的水，得到黄姜与水的混合物；再对黄姜与水的混合物依次进行如下处理在温度120～130℃、压力0.1～0.2MPa条件下，蒸汽爆破15～20min，冷却至室温；加入黄姜与水的混合物2～4倍重量的水混匀，按每克干黄姜加入果胶酶80～120U、纤维素酶160～250U；或每克鲜黄姜加入果胶酶25～40U、纤维素酶50～80U；混合均匀，在pH值4.0～5.0、温度45～55℃条件下搅拌20～30h，得到黄姜淀粉溶液；二.黄姜淀粉糖化步骤；向所述黄姜淀粉溶液中先按每克干黄姜加入α-淀粉酶8～15U，或每克鲜黄姜加入α-淀粉酶3～5U；在pH值5.0～7.0、温度50～95℃条件下搅拌20～40min，冷却至室温；再按每克干黄姜加入糖化酶80～150U，或每克鲜黄姜加入糖化酶25～50U；在温度50～65℃搅拌20～30h，得到黄姜糖化液；或者向所述黄姜淀粉溶液中同时按每克干黄姜加入α-淀粉酶8～15U、糖化酶80～150U，或每克鲜黄姜加入α-淀粉酶3～5U、糖化酶25～50U；混合均匀后，在温度50～65℃搅拌20～30h，得到黄姜糖化液；再将所述黄姜糖化液升温到90～100℃，保温5～10min，然后冷却至室温，离心分离收集上清液，或者过滤分离收集滤液，所收集上清液或滤液即为黄姜酶解糖液；三.发酵培养基配制步骤；配制生产乳酸的发酵培养基或生产琥珀酸的发酵培养基，生产乳酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖150～200g/L；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉5～10g、氮源10～20g、K2HPO42～5g，调PH值至5.5～7.0；生产琥珀酸的发酵培养基组成为将所述黄姜酶解糖液浓度调整为含还原糖100～150g/L；每升黄姜酶解糖液中添加酵母粉2～5g、氮源5～10g、K2HPO41～2g，调PH值至5.5～7.0；所述氮源为玉米浆过滤液、麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液中的一种、二种或者三种的组合；四.有机酸发酵及皂苷富集步骤；将发酵培养基送入发酵罐，对微滤装置、纳滤装置、发酵罐、泵以及连接它们的输液管道高温蒸汽灭菌，冷却到室温后，向发酵罐中接入体积比5～10％的种子液，于pH值5～7、温度30～55℃条件下，按速度0～1L/min通入二氧化碳并搅拌，搅拌转速50～200rpm，当发酵液中还原糖浓度低于5g/L时，发酵结束，用微滤装置过滤发酵液，截留的产有机酸菌细胞送回发酵罐继续使用，同时再向发酵罐中泵入已经灭菌的发酵培养基，进行下一批次发酵，如此循环2～15批次；每批次微滤装置的滤过液再用纳滤装置过滤，纳滤截留液收集备用，得到的纳滤透过液为有机酸溶液；五.皂素制备步骤；所述每升纳滤截留液中，加入薯蓣皂苷酶10～15U，在pH值4.5～7.0、温度30～40℃条件下搅拌30～40min，得到黄姜皂素粗液；或者每升纳滤截留液中，加入硫酸，使硫酸终浓度为0.8～1.2mol/L，在95～105℃温度下搅拌4～6h，得到黄姜皂素粗液；再对黄姜皂素粗液以石油醚或汽油为萃取溶剂，在85～95℃温度下萃取4～6h，在压力0.01～0.05Mpa、温度60～80℃条件下蒸馏萃取液去除萃取溶剂，得到黄姜皂素晶体。
2.如权利要求1所述的利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于所述发酵培养基配制步骤中，所述氮源采用的麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液 按如下方法制备干麸皮或者干豆粕加入3 5倍重量的水，混合均勻，再加入硫酸至终浓 度0. 8 1. 2mol/L,在95 105°C温度下搅拌40 60min，冷却至室温，过滤后所收集滤液 即为麸皮水解液过滤液或豆粕水解液过滤液。
3.如权利要求1所述的利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于所述有机酸发酵及皂苷富集步骤中，所述种子液按如下方法制备每升水加入葡萄糖 10 20g、蛋白胨10 20g、酵母粉5 10g，混合成种子培养基并灭菌，冷却至室温，得到 无菌种子培养基；将产有机酸菌种接种于无菌种子培养基，在PH值5 7、温度30 50°C 条件下搅拌，搅拌速度50 200rpm，时间10 24h，得到种子液；所述产有机酸菌种是产有 机酸杆菌或产有机酸酵母菌；发酵罐中发酵液PH值通过流加碱性中和剂控制，所述碱性中和剂为氢氧化钙溶液、氢 氧化钠溶液、氨水或纯氨气中的一种；氢氧化钙溶液浓度为400 500g/L，氢氧化钠溶液浓 度为400 500g/L，氨水浓度为250 280g/L ；
4.如权利要求1所述的利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，其特征在于所述有机酸发酵及皂苷富集步骤中，所述微滤装置是装有孔径为0. 10 0. 45 μ m滤膜 的过滤装置；所述纳滤装置是装有截留分子量为150 400道尔顿滤膜的过滤装置。
全文摘要
一种利用黄姜生产皂素和有机酸的方法，属于生物工程领域，解决现有利用黄姜原料提取黄姜皂素废水和废渣排放量大、不能有效利用黄姜淀粉的问题。本发明包括黄姜皂苷释放步骤、黄姜淀粉糖化步骤、发酵培养基配制步骤、有机酸发酵及皂苷富集步骤、皂素制备步骤。本发明采用发酵与膜分离耦合预处理黄姜原料，清洁生产皂素和有机酸，黄姜皂素提取率高，黄姜淀粉利用充分，黄姜皂素生产废水量少且污染小，过程清洁，在黄姜产业中有极大的工业应用价值。
文档编号B01D61/14GK101812499SQ201010152619
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者何峰, 何谧, 余龙江, 卢正东, 魏蜜, 鲁明波 申请人:华中科技大学