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黄姜是薯蓣科薯蓣属植物,其根茎中含有大量的具有药理活性的皂素(学名:薯蓣皂苷元),皂素作为甾体类激素药物的重要中间体,在抗肿瘤、抗衰老、抗过敏、降血脂等方面发挥着重要作用。目前,皂素的生产主要采用直接酸水解法,该法存在提取率低、成本高、资源利用率低、环境污染严重等问题。本文旨在优化生物法提取黄姜皂素的工艺以达到提高皂素收率,实现资源的高效利用、降低环境污染的目的。具体内容如下:(1)对黄姜皂素提取过程的预发酵条件(温度和时间)进行优化,其最优条件为先45℃发酵24 h,再52℃发酵12 h,最后62℃发酵36 h;通过单因素试验和正交试验,分别研究了纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶三种外加酶对黄姜皂素得率的影响,优化了三种酶的酶量,其最佳的酶量分别为纤维素酶50 U/g,木聚糖酶100 U/g,果胶酶120 U/g。在最优温度和时间组合与三种酶最优酶量的共同作用下,黄姜皂素得率为0.845%,比58 ~oC恒温预发酵的黄姜皂素得率提高了69%。(2)对黄姜淀粉中直链淀粉的含量进行测定,其值为31.11%。通过α-淀粉酶与普鲁兰酶添加顺序的对比试验,确定了在液化过程中先添加α-淀粉酶再添加普鲁兰酶时,酶解效果较优。通过单因素试验和正交试验对黄姜淀粉的酶解工艺进行优化,确定最优条件为α-淀粉酶酶量80U/g、α-淀粉酶酶解时间2.0h、普鲁兰酶酶量50U/g、普鲁兰酶酶解时间2.0h、糖化酶酶量190U/g、糖化酶酶解时间2.0h。在此最优条件下,淀粉水解率为91.87%。(3)利用平板筛选分离法从土壤样品中筛选出一株产将黄姜皂苷转化为黄姜皂素的酶(又称黄姜皂苷转化酶)的菌株,经摇瓶发酵后测定酶活性,其初始酶活为8.414U/mL。测定该菌株生长曲线,其对数生长期为4-19h。(4)通过单因素试验对该菌株产酶的发酵条件进行优化,其最佳条件为接种量5%(v/v)、装液量50mL/250mL、初始培养基pH6.5、发酵温度31℃、摇床转速180r/min、发酵周期48h。通过单因素试验、Plackett-Burman设计试验、最陡爬坡试验和中心复合设计试验对发酵培养基的最优结果进行预测,其结果为葡萄糖17.8g/L、蛋白胨16g/L、磷酸二氢钠6.4g/L、硫酸锰6.2g/L、磷酸二氢钾3.0g/L、硫酸镁1.0g/L。在此条件下进行重复性验证试验,得到的平均酶活为79.985U/mL,与预测值基本吻合。