陕西省黄姜皂素行业存在的问题及对策

陕西省黄姜皂素行业存在的问题及对策摘要：本文从陕西省黄姜皂素行业发展、污染现状出发，提出了现阶段黄姜皂素行业存在的4个问题，并针对这些问题，提出了促使黄姜产业健康发展的对策。

关键词：黄姜皂素；问题；对策中图分类号：x22 文献标识码：a1 前言黄姜，学名盾叶薯蓣，俗名火藤根、粉黄姜，属薯蓣科，为多年生草质缠绕藤本植物。

其有效成份是根状茎内丰富的皂甙配基（即皂素），以皂素为基础几乎可以合成所有的甾体激素药物，故有“激素之母”之称。

世界黄姜产地主要集中在中国和墨西哥。

黄姜在我国陕西、湖北、河南、湖南、四川、云南、甘肃、山西、重庆及贵州等地均有生长。

陕西省黄姜种植和皂素生产集中分布在陕南汉、丹江流域，目前该区域黄姜种植量已占全国的50%左右，面对陕南山多地少、农民致富门路少的现实，黄姜种植和加工成为当地农民增收的重要产业，该区域也是举世瞩目的南水北调中线工程取水地。

丹江口水库总入库水量中有70％来自该地区，并已经成为保障“一江清水送北京”的重要地区，环境极为敏感。

然而，随着黄姜皂素加工企业迅速增加，皂素加工废水已经成为影响汉丹江水质污染的最大工业污染源，对南水北调中线工程构成了重大威胁[1]。

因此，加强黄姜皂素行业的污染防治和管理迫在眉睫。

2 黄姜皂素行业发展现状近年我国薯蓣皂素年产量约5000t，区约占全世界总产量的60%，其中陕南约占我国年产量的50%。

我国对黄姜资源开发利用始于20世纪50年代，经过多年发展，我国甾体激素药产业已初具规模，全国皂素、双烯生产企业已达到200家左右，大中型激素制药厂达100多家，已利用薯蓣皂素合成了100多种药物，年产值超过60亿元，占医药工业总产值的4%，成为我国医药工业体系中的重要组成部分[2]。

2.1陕西省黄姜种植和皂素企业分布陕西省两江（汉江、丹江）流域是黄姜最佳适生区。

在当地政府倡导和暴利诱导下，从20世纪90年代末开始，这一区域的农民在产业结构调整中，开始大规模种植黄姜。

陕西省黄姜种植地区主要分布在陕南的安康、汉中（主要是城固）和商洛（主要是山阳）。

截至2004年底，黄姜种植面积已达77.8万亩，其中：安康29.3万亩；汉中25万亩；商洛23.5万亩。

涉及50万农户。

陕西省曾有全国50％以上的黄姜皂素加工企业，其中主要分布在安康、汉中、商洛地区，据统计，全省过去有黄姜加工企业约110余家。

由于一些企业不符合国家产业政策和污水排放不达标被关停，目前在生产的不到20家。

2.2黄姜皂素企业现行生产工艺我国科技工作者对皂素提取工艺的研究大体经历了以下阶段：直接酸解法——皂素得率低的阶段[3]；自然发酵+酸解法——皂素得率提高的阶段；发酵+酸解法+综合利用（清洁生产工艺）——降低皂素生产成本的阶段，这个阶段主要工艺有酶解—酸水解工艺、淀粉酒精发酵—酸水解工艺和淀粉及纤维素预分离工艺。

除此之外，目前研究的热点有酶解法和直接提取皂甙法[4]，还处于实验室研究阶段。

目前陕西省黄姜皂素加工企业采用的工艺有传统工艺、淀粉酒精发酵—酸水解工艺和淀粉及纤维素预分离工艺。

传统工艺：目前，由于陕西省大多数皂素生产企业规模小、资金缺乏，黄姜皂素加工企业基本采取的都是“酸水解—溶剂提取”的传统工艺[5]。

其工艺流程为：黄姜→浸泡→粉碎→发酵→水解过滤→中和→漂洗过滤→粉碎烘干→汽油提取→结晶→过滤→干燥→皂素。

淀粉酒精发酵一酸水解工艺：从黄姜生产皂素的废液中提取酒精的方法，该法将水解后的废液，或者将其浓缩液加入碱性物质中和，控制ph值在4～7之间，在28℃～33℃下接入培养好的酵母菌种，也可以在接种前或接种后加入含氮化合物、镁盐和磷酸盐，在28℃～40℃温度下发酵60～80h，废液即成为成熟发酵醪，然后将其蒸馏分离获得酒精。

其工艺流程为：黄姜→粉碎→发酵→水解→中和→过滤→滤饼干燥→抽提→脱色→减压浓缩→皂素，过滤后的滤液→发酵→蒸馏分离→酒精。

淀粉及纤维素预分离工艺：在传统的皂素生产工艺中，黄姜中40%的淀粉、50%的纤维素和其他物质被水解并和大量的酸水一起排放，不但污染了环境而且造成了大量资源的浪费。

淀粉、纤维素的预分离不仅可以节省酸用量、减少废水量，还可以获得副产物黄姜淀粉，因此此法在皂素生产过程中起着积极的作用。

其工艺流程为：黄姜→浸泡→冲洗→喷淋清洗→破碎→研磨→压榨分离纤维素→分离淀粉→（固相）淀粉除砂→热风干燥→淀粉，（液相）皂素有效成份→澄清→浓缩→加酸水解→（固相）皂素有效成份→水洗→皂素水解物。

三种工艺对比如表1所示。

表1 三种工艺对比工艺名称优点缺点传统工艺操作简单、易于生产废水清浊不分、浓度高、排放量大，污染环境的问题严重、水解不彻底、皂素收率低、纤维渣消耗提取剂、没有综合利用淀粉酒精发酵—酸水解工艺减少了水、酸、汽油等的用量，副产酒精，黄姜淀粉资源利用率提高皂素收率低、酒精发酵条件难以控制、制成的酒精纯度不高淀粉及纤维素预分离工艺利用了黄姜中的有用物质淀粉、资源利用率大大提高、减少了污染物的产生总量、实现了资源综合利用皂素收率低、水解废液没有循环再利用、排放量较大、加重了废水处理系统的负担、排放水不能满足排放标准的要求2.3黄姜皂素行业污染治理及研究现状随着黄姜加工业的发展，皂素生产废水的污染也逐渐严重。

黄姜皂素废水具有废水量大、色度大、有机物浓度高、酸度高、盐度高等特点，是一种非常难处理的废水[6]。

经粗略统计，每生产1t 皂素需要消耗150～180t黄姜，平均排放污水2000～3000t，cod 30～35t。

按照原陕西省年产皂素4000t的规模计算，全省皂素加工企业年排放污水近800×104～1200×104t，cod12×104～14×104t。

目前陕西省黄姜皂素生产废水一般采用厌氧—好氧相结合的生物处理工艺，辅以中和、催化氧化等化学、物化方法。

在主体工艺中，其重要区别在于厌氧方式的不同，又分为单级厌氧、两相厌氧和三段式两相厌氧并与sbr或生物接触好氧法组合成三种不同的处理工艺。

两相厌氧是在厌氧前面加入酸化阶段。

单级厌氧、两相厌氧工艺的运行效果均不理想，尤其是单级厌氧。

目前废水处理工艺有如下缺点：由于废水中有机物浓度高、含盐量大，加大了生化处理的难度，经处理的废水往往难以达到国家规定的排放标准；此废水处理工艺是针对黄姜皂素生产过程中的综合废水进行处理，而不是根据不同的废水分别进行处理，这样就使本来较易处理的黄姜清洗废水和水解物清洗废水也变得难以处理，从而加重了废水处理负荷。

黄姜皂素行业产污环节有黄姜清洗、水解和水解物清洗工序，水污染源分别为黄姜清洗废水、水解废液、水解物清洗废水。

其中，水解物清洗废水的产生量最大；而水解废液的cod比率最大，占总排放量的83%。

这是因为水解废液的cod浓度很大，达70000～110000mg/l，而水解物清洗废水的cod浓度仅为3000～6000mg/l。

可见，水解废液是黄姜皂素行业最大的污染源，水解废液污染的防治是解决污染的关键。

针对水解废液的特点，采取蒸发焚烧处理。

研究得出水解废液蒸发最佳条件为原始ph=6～7，浓缩比1～7倍不会影响蒸发过程。

水解废液cod原始浓度约在79000～56000mg/l时，浓缩比为4～6，蒸发残渣的cod值可以达到350g/l，满足自给燃烧。

本研究探索出了一条破解水解废液治理难题的途径，可望为黄姜皂素生产污染控制提出一套解决方案。

此外，针对生产工艺重点排污环节，采用黄姜清洗水回用，水解废液多次循环利用、水解物中和清洗等方法，有效地减少了废水产生量，并且对皂素品质没有影响。

3 黄姜皂素行业存在的问题3.1黄姜皂素行业基础研究比较薄弱黄姜加工的治污是一个全国性的难题，也是制约我省黄姜产业发展的关键瓶颈。

目前虽然经过中国环境科学院和陕西省环境科学研究院的3年联合攻关，在黄姜皂素清洁生产工艺上实现了重大突破，成功将淀粉和纤维素分离出来，并且实现了工业化生产，但是，还存在一系列问题：黄姜皂素生产工艺总体上还沿用以往的硫酸水解法，硫酸用量大，以至于后续水解废液的处理很难；黄姜皂素废水处理工艺不成熟，废水处理基础研究不够；绝大多数黄姜皂素企业没有实现资源的综合利用，造成黄姜资源的浪费；副产品如淀粉、纤维素的市场开发欠缺，而且没有相关的标准可循，造成产品生产出来却没有销路。

3.2忽视市场经济规律，农民盲目扩大黄姜种植规模随着甾体激素药物的开发应用，国内外市场对皂素的需求也不断增长，在2001年度皂素价格曾经高达每吨50万元左右。

黄姜随之进入炒种阶段，每kg最高卖价3.6元，一些农户靠卖种子亩纯收入万元以上。

我省两江（汉江、丹江）流域是黄姜最佳适生区，当地农民开始大规模种植黄姜。

在发展的鼎盛阶段，陕南黄姜种植面积超过100万亩。

1998年以前，安康市只有五六万亩黄姜，三四年之后，就迅速飙升到60万亩。

仅旬阳县就种植20万亩，农民人均半亩。

全县28个乡镇中，18个乡镇的种植面积在5000亩以上，出现了不少无粮村。

随后，由于皂素市场供大于求，价格开始持续下跌，一度下跌到每吨不足18万元。

皂素价格的持续下跌严重影响了皂素加工企业的生产积极性，加之政府对皂素污染问题的高度重视和大力整顿，大部分皂素企业处于半停工和停工状态。

随之而来的就是农民“卖姜难”现象，黄姜价格由过去的每kg2.4元下滑至每kg0.5元左右。

卖姜难、价格低，部分姜农急于倾销抛售，个别农户甚至毁姜弃姜，使黄姜跌入愈贱愈抛、愈抛愈贱的恶性态势。

3.3黄姜皂素生产企业“散、乱、小”，低水平重复建设严重目前我省的大部分皂素生产企业为私人投资，临时租用场地或将其他旧厂房加以改建，再增加粉碎机、发酵池、锅炉等设施，延用自然发酵、酸水解的传统生产工艺，生产方式粗放，工艺落后，设备简陋，生产过程中物料损失大，黄姜资源综合利用率低，资源浪费严重，加大了对环境的排污量。

而且，大部分加工企业只生产伴有大量污染的皂素水解物这一初级产品，生产双烯、黄体酮等有一定科技含量产品的企业少之又少，皂素产业附加值不高。

例如，汉中生产双烯、黄体酮等有一定科技含量产品的企业仅三家。

而且，黄姜产业初级产品加工，污染物排放量大且治理投资大、难度大，而双烯、黄体酮等下游产品生产污染反而小，易治理。

除此之外，由于皂素生产企业比较分散，企业往往各自为阵，无序竞争，对整个产业开拓市场、增强竞争力极其不利。

3.4企业污水偷排漏排现象仍然存在虽然陕西省对一些排污不达标的皂素加工企业进行了关停，但是由于多数黄姜加工企业都是一些农村私营个体企业，普遍缺乏环保意识，对国家环保法律法规了解较少，片面追求经济效益，忽视环境污染，一些企业仍然偷偷生产，废水偷排漏排，对当地环境造成了严重的污染。

4 对策和建议4.1加强黄姜皂素生产工艺和废水处理技术研究，解决制约黄姜产业健康发展的技术瓶颈继续加强环保科研单位和我省黄姜皂素加工企业的积极合作，对黄姜加工企业污染治理进行联合攻关，科研部门要加强科研引导，明确产业技术发展方向，解决产业共性技术问题，加快成熟技术转化应用，促进黄姜皂素清洁生产科研工作有序推进。