專利名稱：生物酶階梯催化提取薯蕷皂苷元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用生物酶階梯催化提取薯蕷皂苷元的方法。屬于由薯蕷屬植物提取薯蕷皂苷元的技術(shù)。
背景技術(shù)：
薯蕷皂苷元是制備甾體激素類藥物的起始原料，由它經(jīng)裂解、氧化的產(chǎn)物再經(jīng)消除反應(yīng)后生成的醋酸孕甾雙烯醇酮產(chǎn)物是制備甾體激素類藥物和甾體口服避孕藥的重要的醫(yī)藥中間體，因此薯蕷皂苷元被醫(yī)藥界稱為是“藥用黃金”。
我國植物工作者于1957年開始進(jìn)行薯蕷資源的調(diào)查研究和開發(fā)利用，1958年開始就建立了以薯蕷皂苷元為主要原料的甾體激素藥物工業(yè)，80年代后期開始大量生產(chǎn)薯蕷皂苷元。目前，國內(nèi)有眾多廠家生產(chǎn)甾體激素類藥物和甾體口服避孕藥，由于甾體類藥物消耗量巨大，作為原料的薯蕷皂苷元的需求量也日益增加。近年來，由于過度采挖，重采收，輕保護(hù)，使薯蕷資源破壞十分嚴(yán)重；同時(shí)因?yàn)橐吧硎毑赏谥芷诘目s短，使資源恢復(fù)期延長(zhǎng)，不僅使質(zhì)量降低，而且也使種質(zhì)退化嚴(yán)重。因此加強(qiáng)對(duì)薯蕷資源的人工栽培和薯蕷皂苷元成分的最大限度的提取分離技術(shù)的研究是擺在各國科學(xué)工作者面前的重要課題。
我國用于生產(chǎn)薯蕷皂苷元的植物中以盾葉薯蕷(Dioscorea zingiberensis Wight)和穿龍薯蕷(Dioscorea nipponica Makino)品質(zhì)最好。在盾葉薯蕷和穿龍薯蕷的根莖中薯蕷皂苷元的含量分別大約是2.5％和1.5％。傳統(tǒng)的提取薯蕷皂苷元的方法——直接酸水解法是采用直接酸水解后再用有機(jī)溶劑萃取的方法。該法由于水解的不徹底性，只能提取出薯蕷植物中50％的皂苷元成分，且具有能耗高、綜合利用性差、污染嚴(yán)重等問題，最終導(dǎo)致薯蕷皂苷元的生產(chǎn)成本提高，經(jīng)濟(jì)效益很難進(jìn)一步提高。有人研究了分離法提取薯蕷皂苷元，該法從理論上講是比較完美的，但在分離薯蕷淀粉的過程中大量的泡沫使得分離不易進(jìn)行，水溶性皂苷容易流失，致使薯蕷皂苷元的收率不高。國內(nèi)外不少廠家采用預(yù)發(fā)酵法提取薯蕷皂苷元，就是在酸水解之前先進(jìn)行自然發(fā)酵。但是該法也僅能提取出薯蕷中60％左右的薯蕷皂苷元，并且由于由于發(fā)酵條件的不確定性，導(dǎo)致收率不穩(wěn)定。國內(nèi)外工作者在預(yù)發(fā)酵的啟發(fā)下，研究了單一的外加生物酶制劑(例如，纖維素酶、淀粉酶等)對(duì)薯蕷皂苷元提取收率的影響。研究表明，生物酶的加入能促使薯蕷植物中的薯蕷皂苷向薯蕷皂苷元的轉(zhuǎn)化，從而在提取時(shí)可以提高薯蕷皂苷元的收率。但是由于薯蕷中組成成分和皂苷結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使用單一的外加酶制劑針對(duì)性不強(qiáng)，限制了皂苷元收率的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用生物酶階梯催化提取薯蕷植物中的薯蕷皂苷元的方法，以該方法從薯蕷中提取薯蕷皂苷元的提取率可達(dá)95％以上，且生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。一種生物酶階梯催化提取薯蕷植物中的薯蕷皂苷元的方法，其特征在于包括以下過程，以盾葉薯蕷、穿龍薯蕷為原料，粉碎成20～50目加入到生物反應(yīng)器中，按照原料質(zhì)量克數(shù)與酶液的毫升體積比為1000∶1～1000∶3，依次地在60～80℃加入活性為20000μ/g的淀粉酶處理1～3h，在60～70℃加入活性為100000μ/g的糖化酶處理1～3h，及在50～60℃加入活性為15000μ/g的果膠酶處理1～3h；或者依次地在70～80℃加入活性為10000μ/g的苦杏仁酶處理1～3h，60～70℃加入活性為5000μ/g的粗橙皮苷酶和活性為100000μ/g的糖化酶處理1～3h；或者依次地在40～50℃加入活性為15000μ/g的復(fù)合纖維素酶處理1～3h，50～60℃加入活性為2500μ/g的戊聚糖復(fù)合酶處理1～3h，60～70℃加入活性為100000μ/g的糖化酶處理1～3h；然后按照1g原料加濃度為1～5mol/L的酸溶液2～6mL的酸溶液，并于18～30℃進(jìn)行酸水解1～6h；采用2～5％的堿式鹽水溶液洗滌至中性；采用非極性溶劑并按水解產(chǎn)物質(zhì)量與非極性溶劑體積的比值為1∶15～60的溶劑量回流浸取4～10h；最后蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶得到產(chǎn)品。
上述的酸溶液為鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸的水溶液。
上述的堿式鹽水溶液為碳酸鈉、碳酸鉀、磷酸鈉、磷酸氫鈉或磷酸氫鉀的水溶液。
上述的非極性溶劑為正己烷、石油醚、汽油、丁烷、正戊烷或環(huán)己烷。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于生物酶階梯催化作用可使植物中薯蕷皂苷最大限度的轉(zhuǎn)化為薯蕷皂苷元，從而使薯蕷皂苷元的提取率達(dá)到95％以上，并且生物酶階梯催化的生產(chǎn)周期可縮短為現(xiàn)有方法的十分之一，能耗低，生產(chǎn)成本低。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一將50g盾葉薯蕷粉碎成40～50目置于生物反應(yīng)器中，加定量的水在溫度60～80℃下加入0.05ml活性為20000μ/g的淀粉酶處理1h；調(diào)節(jié)溫度為60～70℃后加入0.05ml活性為100000μ/g的糖化酶處理2h；調(diào)節(jié)料液溫度50～60℃后加入0.05ml活性為15000μ/g的果膠酶處理2h；過濾后置于定量的3mol/L的鹽酸中，并于25℃進(jìn)行酸水解5h；水解后的盾葉薯蕷粉體再用3％的碳酸鈉水溶液洗滌至中性，而后于50～60℃干燥；將干燥后的水解物用300mL的石油醚在提取罐中回流6h，然后用減壓蒸發(fā)器回收石油醚并將產(chǎn)物結(jié)晶，最后在80～100℃真空干燥箱中干燥得薯蕷皂苷元1.25g，提取率可達(dá)95％。產(chǎn)品經(jīng)紅外光譜測(cè)定，結(jié)果與文獻(xiàn)相吻合(IR(KBr)v cm～11235，1044，975，912，895，862)；熔點(diǎn)為201℃；元素分析結(jié)果為C77.94％，H10.15％與計(jì)算值(78.21％和10.21％)一致。
實(shí)施例二將100g穿地龍粉碎成20～30目置于生物反應(yīng)器中，加定量的水在溫度70～80℃下加入0.10ml活性為10000μ/g的苦杏仁酶處理2h；調(diào)節(jié)溫度為60～70℃后加入0.10ml活性為5000μ/g的粗橙皮苷酶處理2h；調(diào)節(jié)溫度為60～70℃后加入0.10ml活性為100000μ/g的糖化酶處理2h；過濾后置于400mL的3mol/L的硫酸中，并于30℃進(jìn)行酸水解5h；然后用3％的磷酸氫鈉水溶液將水解物洗滌至中性，而后于50～60℃干燥；將干燥后的穿地龍粉體用800mL的環(huán)己烷和正戊烷復(fù)合溶劑(體積配比為1∶1)在提取罐中回流6h，然后用減壓蒸發(fā)器濃縮提取液并將產(chǎn)物結(jié)晶，最后在80～100℃真空干燥箱中干燥后得薯蕷皂苷元1.35g，提取率可達(dá)96％。產(chǎn)品經(jīng)紅外光譜測(cè)定，結(jié)果與文獻(xiàn)相吻合(IR(KBr)vcm～11232，1046，980，921，896，859)；熔點(diǎn)為203℃；元素分析結(jié)果為C78.15％，H10.12％與計(jì)算值(78.21％和10.21％)一致。
實(shí)施例三將50g盾葉薯蕷粉碎成20～30目置于生物反應(yīng)器中，加定量的水在溫度40～50℃下加入0.05ml活性為15000μ/g的復(fù)合纖維素酶處理2h；維持溫度為50～60℃后加入0.05ml活性為2500μ/g的戊聚糖復(fù)合酶處理2h；調(diào)節(jié)溫度為60～70℃后加入0.05ml活性為100000μ/g的糖化酶處理2h；過濾后置于300mL的3mol/L的硝酸中，并于25℃進(jìn)行酸水解5h；然后用3％的磷酸鈉水溶液將盾葉薯蕷粉體洗滌至中性，而后于50～60℃干燥；將干燥后的水解物用400mL的120汽油在提取罐中回流8h，然后用減壓蒸發(fā)器回收汽油并將產(chǎn)物結(jié)晶，最后在80～100℃真空干燥箱中干燥得薯蕷皂苷元1.30g，提取率可達(dá)97％。產(chǎn)品經(jīng)紅外光譜測(cè)定，結(jié)果與文獻(xiàn)相吻合(IR(KBr)v cm～11240，1045，975，917.899，863)；熔點(diǎn)為204℃；元素分析結(jié)果為C79％，H10.01％與計(jì)算值(78.21％和10.21％)一致。
權(quán)利要求
1.一種生物酶階梯催化提取薯蕷皂苷元的方法，其特征在于包括以下過程，以盾葉薯蕷(Dioscorea zingiberensis Wight)和穿龍薯蕷(Dioscorea nipponica Makino)為原料，粉碎成20～50目加入到生物反應(yīng)器中，按照原料質(zhì)量克數(shù)與酶液的毫升體積比為1000∶1～1000∶3，依次地在60～80℃加入活性為20000μ/g的淀粉酶處理1～3h，在60～70℃加入活性為100000μ/g的糖化酶處理1～3h，及在50～60℃加入活性為15000μ/g的果膠酶處理1～3h；或者依次地在70～80℃加入活性為10000μ/g的苦杏仁酶處理1～3h，60～70℃加入活性為5000μ/g的粗橙皮苷酶和活性為100000μ/g的糖化酶處理1～3h；或者依次地在40～50℃加入活性為15000μ/g的復(fù)合纖維素酶處理1～3h，50～60℃加入活性為2500μ/g的戊聚糖復(fù)合酶處理1～3h，60～70℃加入活性為100000μ/g的糖化酶處理1～3h；然后按照1g原料加濃度為1～5mol/L的酸溶液2～6mL的酸溶液，并于18～30℃進(jìn)行酸水解1～6h；采用2～5％的堿式鹽水溶液洗滌至中性；采用非極性溶劑并按水解產(chǎn)物質(zhì)量與非極性溶劑體積的比值為1∶15～60的溶劑量回流浸取4～10h；最后蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶得到產(chǎn)品。
2.按權(quán)利要求1所述的生物酶階梯催化提取薯蕷植物中的薯蕷皂苷元的方法，其特征在于酸溶液為鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸的水溶液。
3.按權(quán)利要求1所述的生物酶階梯催化提取薯蕷植物中的薯蕷皂苷元的方法，其特征在于堿式鹽水溶液為碳酸鈉、碳酸鉀、磷酸鈉、磷酸氫鈉或磷酸氫鉀的水溶液。
4.按權(quán)利要求1所述的生物酶階梯催化提取薯蕷植物中的薯蕷皂苷元的方法，其特征在于非極性溶劑為正己烷、石油醚、汽油、丁烷、正戊烷或環(huán)己烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用生物酶階梯催化提取薯蕷皂苷元的方法，屬于由薯蕷屬植物提取薯蕷皂苷元的技術(shù)。該方法包括將粉碎的盾葉薯蕷或穿龍薯蕷加入到生物反應(yīng)器中，在一定溫度條件下再依次加入淀粉酶、糖化酶和果膠酶；或者依次加入苦杏仁酶、粗橙皮苷酶和糖化酶；或者依次加入復(fù)合纖維素酶、戊聚糖復(fù)合酶和糖化酶處理一定的時(shí)間，進(jìn)行階梯酶催化反應(yīng)；然后加入一定濃度的酸溶液進(jìn)行酸水解；采用堿式鹽水溶液洗滌至中性；采用非極性溶劑回流浸取一定的時(shí)間；最后蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶得到產(chǎn)品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，薯蕷皂苷元的提取率達(dá)到95％以上，生物酶階梯催化生產(chǎn)周期可縮短為現(xiàn)有方法的十分之一，能耗低，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C12P33/00GK1724685SQ20051001445
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者張?jiān)Ｇ? 王東青 申請(qǐng)人:天津大學(xué)