黄姜皂素是合成皮质激素、性激素、蛋白同化类激素等1000多种药物的理想原料，占甾体激素药物原料的60％左右，被誉为“药用黄金”。黄姜皂素在薯蓣属植物中以黄姜皂苷形式存在，被黄姜细胞壁中大量的木质纤维素、半纤维素和果胶质等物质包裹，一直以来，黄姜皂素的生产提取技术均离不开大量酸水解，对周围环境尤其是南水北调工程水质造成了极其严重的污染。为解决黄姜皂素产业“污染大、收率低、成本高”等瓶颈问题，本研究建立了一种利用微生物技术清洁生产黄姜皂素的新工艺，并对其过程机理及工程化应用展开了详细研究。　　（1）首次对储藏过程中鲜黄姜的有用成分如水解糖和黄姜皂素的含量变化规律展开研究，确定了室外全天露天这种储藏方式下水解糖含量及黄姜皂素含量最高，且储藏期为27天时黄姜皂素积累最高，这时进行黄姜皂素生产加工较为理想。并确定了影响黄姜储藏过程中皂素含量变化的主要因素是糖基转移酶、糖苷酶等一系列植物内源酶的转化作用，能分泌相关酶的根际微生物也会起到类似作用，且本实验结果表明植物内源酶所起到的转化作用大于根际微生物的作用。　　（2）通过对比分析微波、超声、低压蒸汽膨化这三种预处理方式对黄姜皂苷释放百分数及其对应的皂素提取率的影响，表明了低压蒸汽膨化预处理技术最能促进黄姜中皂苷释放，提高皂素提取率。并通过原子力显微镜（AFM）及扫描电镜图片（SEM）对比分析三种预处理技术对黄姜颗粒微观结构的影响，揭示了低压蒸汽膨化预处理对皂苷释放具有更好效果的机理：AFM与SEM结果表明低压蒸汽膨化预处理对黄姜颗粒表面结构破坏程度最大，它不仅可以从一定程度上瓦解黄姜颗粒的细胞壁层，还能最大程度分散并破坏淀粉颗粒等，从而显著提高后续酶解效率及细胞内黄姜皂苷释放百分数。　　（3）根据不同酶处理对黄姜皂苷释放百分数及对应皂素提取率的影响的研究结果，筛选并纯化获得了6株能有效降解黄姜组织并释放黄姜皂苷的菌株，将其中效果最好的19＃菌株进行菌种鉴定并命名为Bacillus pumilus HR19。采用响应面分析方法优化得到其最佳微生物处理条件是：处理时间4.21 h，接种量15.58％，发酵温度为34.14℃。此时，黄姜皂苷的释放百分数达到85.60±1.34％，对应的皂素提取率为3.25g/100g黄姜干粉。另外，通过对微生物处理过程机理的研究，确定了微生物处理比复合酶处理更能促进黄姜皂苷释放的原因：其一，微生物处理过程中因自身代谢需要及时利用了降解产物从而解除了产物抑制作用，使分泌的酶活一直处于较高水平；其二，微生物能根据环境中底物组成及代谢需要合理分泌各种酶以高效降解黄姜原料；第三，微生物对黄姜原料的趋向性也增强了酶降解效率。在此基础上，本研究首次建立了利用微生物技术清洁生产黄姜皂素及可发酵糖的新工艺，与传统工艺对比，新工艺黄姜皂素提取率增加了6.21％，提取过程中的水，酸和有机溶剂用量分别减少了92.5％，97.0％和97.0％以上，具有较强的产业化应用潜力。　　（4）采用微生物技术清洁生产黄姜皂素新工艺分别在200L和3T发酵罐的中试规模下展开工程化应用研究，由中试生产得到的黄姜皂素产品为白色结晶粉末，其皂素含量在94％以上，达到了薯蓣皂素控制项目指标（DB42/T2277-2004）。同时，本工艺还得到一种含多种氨基酸和维生素的可发酵糖液，它可作为发酵生产众多发酵产品的优质碳源，提供比普通葡萄糖更丰富的营养元素。更重要的是，该新工艺的中试放大研究证实了微生物技术清洁生产黄姜皂素工艺能从源头解决黄姜皂素产业酸用量大、废水量大，污染严重等重大问题。与传统工艺对比可知，新工艺技术在提高黄姜皂素收率的同时，极大地减少了生产过程中水和酸的用量（用水量不到传统方法的10％），并最大限度地减少了废水的排放，大大降低了废水COD、BOD、总氮、总磷等各项指标，表现出了显著的经济效益和环境效益。