全 文 ：第 34卷
黄姜，又名盾叶薯蓣，是我国特有的药用植物品
种，其野生资源薯蓣皂甙元含量在世界薯蓣属植物中
居高[1]。薯蓣皂素（薯蓣皂甙元）是甾体激素药物和甾
体避孕药的前体化合物，在医药生产中具有十分重要
的应用价值。目前生产存在的主要问题是皂索企业规
模小、资源利用率低、皂素收率低、污染严重等现象，
严重抑制了皂素产业的发展[2]，特别是污染问题影响
我国南水北调的工程的水源问题，如何有效解决黄姜
深加工过程中技术难题，不仅给企业带来显著经济效
益，促进我国黄姜产业的发展，也解决了南水北调工
程的水源的污染问题。
目前针对皂素废水污染以及资源综合利用问题
开展的研究比较多，多数研究都是从生产末端着手解
决，也有部分研究以淀粉的去除为突破点，如：华中农
业大学研究出从黄姜水解液中回收葡萄糖工艺等[3]，
也有用糖化酶或淀粉酶进行研究，如邹煜平等进行的
双酶法提取皂素新工艺的研究[4]，这些研究都是进行
淀粉的初步降解。目前皂素生产研究还是主要采用酸
水解提取，这种方法存在水解不完全、收获率低、提取
中用水量大，同时生产过程中废水排量大，污染严重。
本文采用生物法进行皂素的提取，不仅有效降解
淀粉，同时降解糖苷键，有利于皂素分离，大大减少酸
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http://fjks.chinajournal.net.cn（电话）027-87643502（电子信箱）hjkxyjs@126.com
收稿日期：2010-02-01；修回 2010-05-27
作者简介：徐升运（1970-），男，副研究员，硕士，主要从事生物酶制剂的开发应用研究工作，（手机）13519152510（电子信箱）xshy1389@163.com。
应用生物酶法提取黄姜皂素的清洁工艺研究
徐升运， 赵文娟， 陈卫锋
（陕西省科学院酶工程研究所，陕西 西安 710600）
摘 要：文章采用生物复合酶法对薯蓣皂素进行提取研究，使黄姜淀粉和纤维素得到充分降解，促进葡萄糖与皂素的分离，从而有利于
黄姜皂素的提取。通过正交实验进行试验确定复合酶处理黄姜皂素的工艺，即最适酶解条件为温度 55 ℃，pH值 4.0，时间 6 h，每克黄姜酶用
量为 0.03 g，通过该条件进行试验发现，黄姜皂素收率提高 26%。同时该工艺与传统的直接酸水解法相比，用量酸减少了 74.7%，废水总量和
COD浓度分别下降了 64.1%、89.6%，且产品熔点高。该工艺具有作用条件温和，减少污水排放量、提高皂素得率、污染小、节约能源的特点，可
显著降低黄姜皂素生产中污水排放造成的环境污染难题，是一项清洁生产工艺，具有较好发展前景。
关键词：复合酶； 黄姜； 皂素； 提取
中图分类号：X703 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2011.02.036 文章编号：1003-6504(2011)02-0162-03
Application of Complex Enzyme in Extraction of Yam Sapogenins
XU Sheng-yun， ZHAO Wen-juan， CHEN Wei-feng
（Enzyme Engineering Institute，Shaanxi Academy of Sciences，Xi’an 710600，China）
Abstract：Application of complex enzyme in extraction of Dioscorea sapogenins was studied. The starch and cellulose in
yam were completely hydrolyzed and easily separated for the extraction of diosgenin from glucose catabolizing solution.
Technical parameters of the complex enzyme extraction by the orthogonal test were determined，with the optimal parameter
for extraction as hydrolysis temperature 55 ℃，pH of solution 4.0，time of enzymatic hydrolysis 6 h and amount of enzymatic
hydrolysis 0.03 g per Dioscorea zingiberensis. Results showed that diosgenin extraction ratio of such method was raised by
26%. Compared with the traditional method，acid quantity decreased by 74.7%，wastewater quantity and COD concentration
declined by 64.1% and 89.6% respectively，with high melting point for diosgenin product. Results showed that the technology
is featured by gentle function condition，higher efficiency，less pollution and energy saving，which would remarkably
decrease the sewage quantity and successfully solve environment pollution in yam diosgenin production. The technology is a
cleaner process and has a bright prospective.
Key words：complex enzyme；yam；diosgenin；extraction
Environmental Science & Technology
第 34卷 第 2期
2011年 2月
Vol. 34 No.2
Feb. 2011
徐升运,赵文娟,陈卫锋. 应用生物酶法提取黄姜皂素的清洁工艺研究[J]. 环境科学与技术, 2011, 34(2):162- 164. Xu Sheng- yun, Zhao Wen- juan,
Chen Wei- feng. Application of complex enzyme in extraction of yam sapogenins[J]. Environmental Science & Technology, 2011, 34(2):162- 164.
第 2期
的用量，以提高黄姜皂素的得率和减小环境污染，解
决环境污染难题。
1 材料和方法
1.1 实验材料和仪器
纤维素酶活力单位 1 500 U/g，淀粉酶活力单位
2 000 U/g，复合酶（由纤维素酶、淀粉酶质量比 1： 1
组成）（以上酶制剂均由本所提供）；黄姜为陕西旬阳
县人工种植收购品。
UV640 型紫外可见分光光度计，贝克曼公司；
PHS-4S型 pH计，上海精密分析仪器厂；高速连续流
冷冻离心机，贝克曼公司，旋片式真空泵。
1.2 实验方法
将黄姜洗净、烘干、粉碎后，称取 100 g的黄姜粉
末，置于一定的 pH值 4.0~5.5的缓冲溶液中，分别加
入一定量的酶，于 45~60 ℃温度下恒温进行一定时间
酶解后，90 ℃ 酶灭活 10 min，离心分离，取滤渣烘干。
用 2.0 mol/L HCL在 90 ℃恒温水浴中水解 4 h，抽滤洗
涤，100 ℃烘干，用石油醚萃取 6 h，浓缩结晶，105 ℃
烘干，得白色粉末，重结晶粉末，得白色针状晶体，即
为薯蓣皂素产品，称重。
工艺流程为：黄姜干料-粉碎-酶解-离心分离-酸
水解-中和-水洗-抽滤-浓缩-干燥-产品。
工艺流程见图 1。
1.3 测定方法
按文献[5]方法采用紫外分光光度法检测，以样品
浓度 C为纵坐标，吸光值 A为横坐标作线形回归得方
程：C=0.168A+0.001 51；R：0.999 5，其线性范围为
1.48×10-6~10.21×10-6g/L，C为质量浓度，A为吸光度，r
为回归系数。对照此方程换算出产品收率。收率：（薯
蓣皂素质量/黄姜干质量）×100%。
1.4 熔点测定方法
熔点测定采用显微熔点测定法[6]。
1.5 试验设计
以复合酶酶解温度、时间、用量和 pH值作为试验
因素，各因素设 3个水平，以皂素得率作为考察目标，
按照 L9（34）正交试验方法设计试验[7]，其因素水平组
合见表 1。
2 结果与讨论
2.1 最适酶解条件的选择
本文选用了 L9（34）正交试验方法，试验结果见表 2。
从正交试验结果表 2分析可知，复合酶解时酶用
量、pH值、温度和时间对薯蓣皂苷元收率的影响先后
顺序为：酶用量>酶解温度>酶解时间>酶解 pH值，酶解
最优条件为 A2B2C3D1。从表中 9种组合可以看出，最
佳组合 A2B2C3D1条件下收率最高，所以确定最优条件
组合为：每克黄姜酶用量为 0.03 g、酶解初始时间 6 h、
温度 55 ℃和 pH值为 4.0。
按照上述条件，我们做了重复试验，试验结果见
表 3，平均收率为 1.685%。
从表 3可以看出，正交试验确定的适宜酶解条件
所得产品收率较高，说明该工艺是稳定的。通过产品
熔点可知产品纯度高，说明该技术是可靠可行的。
2.2 直接酸水解法与生物复合酶酶解法皂素得的比较
采用生物复合酶解法与酸水解法提取皂素的试
验结果比较，试验结果如表 4。
从表 4 可以看出，生物复合酶法比直接酸水解
表 4 酸水解法与复合酶解法试验结果比较
Table 4 The compare of acidolysis and conbined enzymolysis
experimental result
提取方式
皂素得率/%
提高率/%
1 2 3 平均值
复合酶解法 1.684 1.678 1.681 1.681
酸解法 1.346 1.325 1.331 1.334
26
表 2 L9（34）正交试验结果的极差分析
Table 2 Range analysis of orthogonal test
因素 A B C D 皂素得率/%
1 1 1 1 1 1.161
2 1 2 2 2 1.176
3 1 3 3 3 1.298
4 2 1 2 3 1.358
5 2 2 3 1 1.594
6 2 3 1 2 1.429
7 3 1 3 2 1.412
8 3 2 1 3 1.325
9 3 3 2 1 1.314
K1 3.635 3.931 3.915 4.069
K2 4.381 4.095 3.848 4.017
K3 4.051 4.041 4.304 3.981
R 0.746 0.164 0.186 0.088
表 1 L9（34）因素水平表
Table 1 Level of factors in L9（34）orthogonal test
因素 A酶用量/g
B酶解时间
/h
C酶解温度
/℃
D酶解
pH值
1 1 3 45 4.0
2 3 6 50 4.5
3 5 12 55 5.0
表 3 重现性试验结果
Table 3 Repeated experimental results
项目 鲜黄姜/g
皂苷元产量
/g
皂素得率
/%
熔点
/℃
1 100 1.687 1.687 202.85
2 100 1.689 1.689 203.15
3 100 1.678 1.678 202.98
徐升运，等 应用生物酶法提取黄姜皂素的清洁工艺研究 163
第 34卷
法得率提高 26%，因此，生物复合酶法提取皂素的效
果好。
2.3 生物复合酶法与直接酸水解法废水 COD的比较
生物复合酶处理专一性强，作用条件相对温和，
与传统直接酸水解用酸量少，从源头减少污染量。表 5
比较了生物复合酶法与直接酸水解法的废水 COD、
用酸量等，结果见表 5。
通过表 5可计算出生物复合酶工艺与直接酸水
解工艺相比较，酸用量减少了 74.7%，废水减少了 64.1%，
废水 COD总量下降了 89.6%。由于生物酶的专一性，
能够有效地酶解底物，有利于皂素的提取，而酶制剂
作为可以重复利用的生物制剂，并可自身降解，不会
产生环境污染问题，这为薯蓣皂素的清洁化生产奠定
基础。
3 结论
（1）确定生物复合酶法提取黄姜中皂素的最佳酶
解工艺条件为：每克黄姜酶用量为 0.03 g、酶解初始
时间 6 h、温度 55 ℃和 pH值为 4.0。
（2）通过复合酶法与直接酸水解法比较，发现生
物复合酶法提取黄姜皂素收率提高 26%，熔点高，在酶
解条件方面还具有时间短、温度低等方面作用条件温
和。因此，生物复合酶法较直接酸解法具有明显优势。
（3）生物复合酶工艺与传统工艺相比较，酸用量
少了 74.7%，废水减少了 64.5%，废水 COD总量下降
了 89.6%，因此，生物酶应用于薯蓣皂素提取工艺是一
项新工艺，它能有效解决传统生产方法产生废水量
大、污染严重的问题，这为黄姜的清洁加工开辟新的
思路和途径。
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表 5 生物复合酶法与直接酸水解法的比较
Table 5 comparison between the acidolysis and the conbined
enzymolysis
直接酸水解法 生物复合酶法
黄姜/g 100 100
硫酸用量/mL 375 95
废水 COD/mg·L－1 279 34 8 111
废水体积/mL 1950 700
废水 COD总量/mg 54 472 5 678
164