黄姜（DioscoreazingiberensisC.H.Wright），学名为盾叶薯蓣，是我国特有的药用植物资源。黄姜主要用于生产黄姜皂素，黄姜皂素可用于合成数百种甾体激素类药物，被誉为“药用黄金”。黄姜皂素以黄姜皂苷的形式存在于黄姜根状茎中，黄姜皂苷是在黄姜皂素的C3和C26位连接有糖基的两亲性化合物，工业上通常将黄姜水悬液中所有组分一起酸解来生产黄姜皂素，存在“污染大、收率低、成本高”等瓶颈。为突破瓶颈，实现黄姜皂素清洁生产，需要采用一种方法将皂苷与黄姜水悬液中其他组分分开，富集固相中的皂苷于水相，再利用微生物菌株转化水相中的皂苷为黄姜皂素。因此，如何保证黄姜中水溶性皂苷含量的稳定以及如何高效地促进黄姜固相中的皂苷释放到水相是亟需研究的关键问题。本文围绕以上关键问题开展系统研究，取得如下研究成果：
　　（1）研究确定影响黄姜中水溶性皂苷含量稳定的因素并建立相应的控制方法，确保大量的黄姜皂苷富集于水相。
　　研究发现内源酶和四个属的微生物菌株会影响黄姜中水溶性皂苷含量的稳定，即内源酶仅会少量降解水溶性皂苷，而香味菌属（Myroides）、肠球菌属（Enterococcus）、产碱杆菌属（Alcaligenes）和寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）的菌株可能通过共同作用大量降解水溶性皂苷；据此建立了相应的过程优化控制方法，即在黄姜采收和储藏过程中应保持黄姜组织结构完整，可避免黄姜内源酶及上述种属的菌株与黄姜皂苷接触；黄姜粉碎匀浆后应立即采取措施（如高温处理）抑制黄姜内源酶的活性以及匀浆液中各种杂菌的代谢活动。采用以上控制方法可以有效避免黄姜鲜姜在采收、储藏及粉碎匀浆过程中水溶性皂苷的水解，确保大量的黄姜皂苷富集于水相。
　　（2）对促进黄姜中皂苷释放到水相的关键因素及其控制技术开展了研究，发现分别添加淀粉水解酶、木质纤维素降解酶和表面活性剂可以促进黄姜干粉水悬液的固相中皂苷释放到水相。
　　研究发现，淀粉水解酶、木质纤维素降解酶和表面活性剂是促进黄姜中皂苷释放到水相的关键因素；对这些关键因素的控制技术开展研究，发现在特定的条件下，淀粉水解酶和复合木质纤维素降解酶（主要为纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、果胶酶和漆酶）处理黄姜干粉水悬液可以促进水悬液的固相中皂苷的释放；通过向水悬液中添加50g/L的十二烷基硫酸钠，可以有效促进水悬液的固相中的皂苷溶解或分散于水相中，从而实现黄姜干粉水悬液的固相中的皂苷向水相中富集。
　　（3）筛选获得促进黄姜中皂苷释放到水相的微生物，对其作用效果进行评价分析，揭示了该菌株促进黄姜干粉水悬液的固相中皂苷释放到水相的机制。
　　定向筛选获得了1株促进黄姜干粉水悬液的固相中皂苷释放到水相的芽孢杆菌HG224，该菌株在二阶段变温发酵条件下处理黄姜干粉水悬液，可以促进水悬液的固相中的皂苷释放，有效提高水悬液的水相中的黄姜皂苷含量。对该菌株的作用效果进行评价分析，发现该菌株分泌的降解木质纤维素和淀粉的酶系有效促进了水悬液的固相中皂苷的释放，同时，该菌株还分泌脂肽类表面活性物质，进一步促进了固相中的皂苷向水相释放，从而大幅提高了水悬液的水相中皂苷的含量，较未用该菌株处理的水悬液水相中皂苷的含量（占总皂苷含量的50.85%）提高了30.25%，达到66.23%，实现了大量黄姜皂苷向水相中富集。
　　（4）建立微生物法生产黄姜皂苷新工艺，并开展了新工艺生产性试验研究，在工业化规模实现富集水悬液的固相中的皂苷于水相，并获得大量可高值化利用的富营养糖液和固体残渣。
　　建立了微生物法生产黄姜皂苷新技术及工艺，即利用芽孢杆菌HG224处理黄姜干粉或鲜姜匀浆的水悬液，再采用双酶法水解水悬液中的淀粉，固液分离获得含皂苷的黄姜糖化液，随后经膜过滤获得皂苷浓缩液，从而实现富集水悬液的固相中的黄姜皂苷于水相；开展了40m3发酵罐新工艺生产性试验研究，结果显示，新工艺生产时间短，将水悬液中91.7%的皂苷释放到皂苷浓缩液中，利用该浓缩液生产的黄姜皂素纯度高、品质好，且收率与企业自然发酵工艺相当；同时，新工艺还产生大量未受传统酸解法污染的富营养糖液和固体残渣，可以通过高值化利用生产其他副产品。
　　本研究为微生物发酵提取黄姜皂苷提供了全新的研究思路，同时为微生物法生产黄姜皂苷工艺的产业化应用奠定了坚实基础，也为富含淀粉的药用植物的储藏和加工方式提供了重要的指导和参考依据。