專利名稱：生物酶階梯催化提取薯蕷皂苷元的方法
技術領域：
本發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。
背景技術：
薯蕷皂苷元是制備甾體激素類藥物的起始原料，由它經裂解、氧化的產物再經消除反應后生成的醋酸孕甾雙烯醇酮產物是制備甾體激素類藥物和甾體口服避孕藥的重要的醫藥中間體，因此薯蕷皂苷元被醫藥界稱為是“藥用黃金”。
我國植物工作者于1957年開始進行薯蕷資源的調查研究和開發利用，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，80年代后期開始大量生產薯蕷皂苷元。目前，國內有眾多廠家生產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，使薯蕷資源破壞十分嚴重；同時因為野生薯蕷采挖周期的縮短，使資源恢復期延長，不僅使質量降低，而且也使種質退化嚴重。因此加強對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的研究是擺在各國科學工作者面前的重要課題。
我國用于生產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、污染嚴重等問題，最終導致薯蕷皂苷元的生產成本提高，經濟效益很難進一步提高。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行，水溶性皂苷容易流失，致使薯蕷皂苷元的收率不高。國內外不少廠家采用預發酵法提取薯蕷皂苷元，就是在酸水解之前先進行自然發酵。但是該法也僅能提取出薯蕷中60％左右的薯蕷皂苷元，并且由于由于發酵條件的不確定性，導致收率不穩定。國內外工作者在預發酵的啟發下，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化，從而在提取時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構的復雜性，使用單一的外加酶制劑針對性不強，限制了皂苷元收率的進一步提高。

發明內容
本發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95％以上，且生產成本低。
本發明是通過下述技術方案加以實現的。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目加入到生物反應器中，按照原料質量克數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的復合纖維素酶處理1～3h，50～60℃加入活性為2500μ/g的戊聚糖復合酶處理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物質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；最后蒸發濃縮，結晶得到產品。
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、正戊烷或環己烷。
本發明的優點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化為薯蕷皂苷元，從而使薯蕷皂苷元的提取率達到95％以上，并且生物酶階梯催化的生產周期可縮短為現有方法的十分之一，能耗低，生產成本低。
具體實施例方式
實施例一將50g盾葉薯蕷粉碎成40～50目置于生物反應器中，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；調節溫度為60～70℃后加入0.05ml活性為100000μ/g的糖化酶處理2h；調節料液溫度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，然后用減壓蒸發器回收石油醚并將產物結晶，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95％。產品經紅外光譜測定，結果與文獻相吻合(IR(KBr)v cm～11235，1044，975，912，895，862)；熔點為201℃；元素分析結果為C77.94％，H10.15％與計算值(78.21％和10.21％)一致。
實施例二將100g穿地龍粉碎成20～30目置于生物反應器中，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；調節溫度為60～70℃后加入0.10ml活性為5000μ/g的粗橙皮苷酶處理2h；調節溫度為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的環己烷和正戊烷復合溶劑(體積配比為1∶1)在提取罐中回流6h，然后用減壓蒸發器濃縮提取液并將產物結晶，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96％。產品經紅外光譜測定，結果與文獻相吻合(IR(KBr)vcm～11232，1046，980，921，896，859)；熔點為203℃；元素分析結果為C78.15％，H10.12％與計算值(78.21％和10.21％)一致。
實施例三將50g盾葉薯蕷粉碎成20～30目置于生物反應器中，加定量的水在溫度40～50℃下加入0.05ml活性為15000μ/g的復合纖維素酶處理2h；維持溫度為50～60℃后加入0.05ml活性為2500μ/g的戊聚糖復合酶處理2h；調節溫度為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，然后用減壓蒸發器回收汽油并將產物結晶，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97％。產品經紅外光譜測定，結果與文獻相吻合(IR(KBr)v cm～11240，1045，975，917.899，863)；熔點為204℃；元素分析結果為C79％，H10.01％與計算值(78.21％和10.21％)一致。
權利要求
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目加入到生物反應器中，按照原料質量克數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的復合纖維素酶處理1～3h，50～60℃加入活性為2500μ/g的戊聚糖復合酶處理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物質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；最后蒸發濃縮，結晶得到產品。
2.按權利要求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、正戊烷或環己烷。
全文摘要
本發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。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；或者依次加入復合纖維素酶、戊聚糖復合酶和糖化酶處理一定的時間，進行階梯酶催化反應；然后加入一定濃度的酸溶液進行酸水解；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間；最后蒸發濃縮，結晶得到產品。本發明的優點在于，薯蕷皂苷元的提取率達到95％以上，生物酶階梯催化生產周期可縮短為現有方法的十分之一，能耗低，生產成本低。
文檔編號C12P33/00GK1724685SQ20051001445
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月11日 優先權日2005年7月11日
發明者張裕卿, 王東青 申請人:天津大學