本發(fā)明涉及一套鐵皮石斛多糖提取、純化，并將其制成速溶粉的工藝。
背景技術(shù)：
鐵皮石斛為名貴中藥材，多糖為其公認(rèn)有效成分之一，其在鐵皮石斛中含量高達(dá)30％左右。目前，針對(duì)鐵皮石斛多糖的研究主要集中于其結(jié)構(gòu)解析和生理活性篩選。但是，鐵皮石斛作為一種明確的優(yōu)良的免疫調(diào)節(jié)劑，卻鮮見有針對(duì)鐵皮石斛多糖深加工產(chǎn)品上市。為了充分利用鐵皮石斛藥用價(jià)值，本專利針對(duì)鐵皮石斛多糖深加工開展研究。開發(fā)出了有效的提取工藝，高效的獲得鐵皮石斛多糖；優(yōu)選出純化工藝和噴霧干燥制速溶粉技術(shù)。
超聲波技術(shù)在中藥制劑和天然產(chǎn)物提取方面有著廣泛的應(yīng)用，其中《中國(guó)藥典》收載的超聲波輔助提取方法就有近250種。因此，超聲波技術(shù)用于天然產(chǎn)物有效成分的提取是一種前景廣闊的非常有效的方法和手段。
負(fù)壓空化提取技術(shù)(Negative pressure cavitation extraction)是一種利用氣泡理論在氣-液-固三相的混純體系中的作用而開發(fā)出的提取方法。負(fù)壓空化效應(yīng)會(huì)在提取過程中產(chǎn)生負(fù)壓氣泡，這些氣泡與物料在液－固體系中產(chǎn)生多重效應(yīng)，包括空化空蝕效應(yīng)、端動(dòng)效應(yīng)、界面效應(yīng)及混旋效應(yīng)。這些效應(yīng)能有效地促進(jìn)物料巧提取溶劑間發(fā)生快速傳質(zhì)，形成動(dòng)態(tài)的強(qiáng)化傳質(zhì)體系。其中，空蝕效應(yīng)能夠有效地破壞物料的機(jī)械結(jié)構(gòu)，釋放物料內(nèi)部的活性成分。
NKA-2樹脂為從20多種樹脂中優(yōu)選出來(lái)的一種具有對(duì)多糖選擇性純化作用強(qiáng)的樹脂。
噴霧干燥目前被廣泛運(yùn)用于制藥和食品加工行業(yè)。噴霧干燥由于其操作簡(jiǎn)單、干燥速率快、能顯著改善物料的溶解性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明首次將減壓超聲波法運(yùn)用于植物多糖的提取，并對(duì)提取純化工藝進(jìn)行了優(yōu)化篩選。首次利用噴霧干燥技術(shù)將鐵皮石斛多糖進(jìn)行干燥制速溶粉，通過對(duì)干燥配方和干燥參數(shù)優(yōu)化，制得鐵皮石斛速溶粉多糖產(chǎn)品。本發(fā)明，從多糖的提取、純化和噴霧干燥制速溶粉，均進(jìn)行了工藝參數(shù)優(yōu)化，是一套完整的制備鐵皮石斛多糖速溶粉的技術(shù)體系。本技術(shù)體系具有高效、穩(wěn)定、節(jié)能，產(chǎn)品性能高等特點(diǎn)。
為了優(yōu)化上述工藝參數(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
1)通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)負(fù)壓超聲輔助空化法提取鐵皮石斛多糖的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，最終得出最佳提取工藝如下：第一步，先將鐵皮石斛藥材，烘干，粉碎，過60目篩；第二步，將藥材于非極性溶劑按照液固質(zhì)量體積比8-12ml:1g，進(jìn)行回流提取2-4小時(shí)，對(duì)藥材進(jìn)行脫脂處理；第三步，將脫脂后藥材使用蒸餾水按照液固質(zhì)量體積比為8-12ml:1g負(fù)壓超聲提取，提取溫度為68-72℃，超聲提取時(shí)間0.8-1.2h，超聲頻率45-55kHz，負(fù)壓強(qiáng)度-0.03Mpa至-0.07Mpa，提取兩遍，收集水提液，并將水提液濃縮至提取體積的十分之一后，烘干，得粗多糖樣品；
2)通過靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)各種樹脂對(duì)除蛋白率和除色素率，和多糖回收率，對(duì)不同類型的大孔樹脂進(jìn)行篩選，然后依次優(yōu)化上樣濃度、上樣體積、流出速度和洗脫體積，得出鐵皮石斛多糖的純化工藝如下：首先優(yōu)選出大孔樹脂為NKA-2樹脂。具體操作步驟為：第一步，大孔樹脂的預(yù)處理，將NKA-2樹脂浸沒于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的鹽酸溶液處理3h，處理后用去離子水沖洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水處理3h后，再用去離子水沖洗至水洗液呈中性，然后將樹脂裝入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反復(fù)洗涂至醇溶液透明且無(wú)明顯雜質(zhì)；最后用純水反復(fù)洗脫至水洗液清晰透明且沒有醇味，備用；第二步，上樣，將步驟1)中所得粗多糖樣品，每次稱取1g，溶解于2-3BV的蒸餾水中，作為上樣液，反復(fù)上樣4-5次后，將NKA-2樹脂浸泡在上樣液中，多糖與樹脂比例3-5:1W/W，靜態(tài)吸附兩小時(shí)后，開始洗脫；第三步，洗脫流速為1-3BV/h，用純水沖洗NKA-2樹脂10BV得洗脫液，重復(fù)洗脫5-8次，合并洗脫液，將合并后的洗脫液減壓濃縮得粗多糖；
3)首先篩選出一種優(yōu)良的噴霧干燥助干劑，依次通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出優(yōu)化后的鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝如下：將步驟(2)所得粗多糖配成物料濃度為0.05-0.2g/ml的水溶液，并控制物料溫度為55-65℃，按照粗多糖和助干劑質(zhì)量比1:1加入助干劑，以進(jìn)料速度8-10ml/min，噴霧干燥室進(jìn)風(fēng)溫度155-165℃進(jìn)行干燥，得到鐵皮石斛多糖速溶粉。
其中，步驟1)中的非極性溶劑為石油醚、環(huán)己烷、乙醚中的一種。
其中，步驟3)中的助干劑為β環(huán)糊精、麥芽糊精的一種。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、負(fù)壓輔助超聲波提取多糖：相對(duì)常壓超聲波，提取時(shí)間縮短，提取溫度降低；相對(duì)于熱水回流，提取時(shí)間縮短，提取溫度降低，此外，還能保持多糖結(jié)構(gòu)的完整性，提高多糖的生物活性；
2、經(jīng)過篩選出的NKA-2樹脂，對(duì)鐵皮石斛多糖具有較高的選擇性吸附作用，飽和劑量大，洗脫速率大，多糖回收率高，除蛋白和除色素效果顯著，特別洗脫溶劑環(huán)保經(jīng)濟(jì)；
3、經(jīng)過優(yōu)化后的鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝，通過升高了進(jìn)料溫度，明顯降低了噴霧溫度；
4、噴霧干燥制得顆粒勻稱，分散性和流動(dòng)性良好；
5、實(shí)現(xiàn)了鐵皮石斛多糖樣品在15秒內(nèi)速溶。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
超聲波輔助負(fù)壓空化法提取鐵皮石斛多糖及其速溶粉的制備工藝如下：
(1)鐵皮石斛多糖超聲波輔助負(fù)壓空化法提取工藝：取鐵皮石斛干燥莖100g，粉碎過60目篩，按照液固質(zhì)量體積比10ml:1g，使用石油醚對(duì)其進(jìn)行回流提取3小時(shí)，得脫脂處理后的藥材，將所得脫脂后藥材使用蒸餾水按照液固質(zhì)量體積比為10ml:1g負(fù)壓超聲提取，提取溫度為70℃，超聲提取時(shí)間1h，超聲頻率50kHz，負(fù)壓強(qiáng)度-0.05Mpa，提取兩遍，收集水提液，并將水提液濃縮至提取體積的十分之一后，烘干，得粗多糖樣品；
(2)鐵皮石斛多糖的純化工藝：將大孔樹脂預(yù)處理，將NKA-2樹脂浸沒于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的鹽酸溶液處理3h，處理后用去離子水沖洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水處理3h后，再用去離子水沖洗至水洗液呈中性，然后將NKA-2樹脂裝入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反復(fù)洗涂至醇溶液透明且無(wú)明顯雜質(zhì)，最后用純水反復(fù)洗脫至水洗液清晰透明且沒有醇味，備用；稱取步驟(1)所得粗多糖樣品，每次稱取1g，溶解于2BV蒸餾水中，作為上樣液。反復(fù)上樣4次后，將NKA-2樹脂浸泡在上樣液中，多糖與樹脂比例3:1W/W，靜態(tài)吸附兩小時(shí)后，開始洗脫。洗脫流速為2BV/h，用純水沖洗NKA-2樹脂10BV得洗脫液，重復(fù)洗脫5次，合并洗脫液，將合并后的洗脫液減壓濃縮得粗多糖，依次，檢查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的純度及粒度分布；
(3)鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝：將步驟(2)所得粗多糖配成物料濃度為0.1g/ml的水溶液，并控制物料溫度為60℃，按照粗多糖和麥芽環(huán)糊精質(zhì)量比1:1加入麥芽環(huán)糊精作為助干劑，以進(jìn)料速度10ml/min，噴霧干燥室進(jìn)風(fēng)溫度160℃進(jìn)行干燥，得到鐵皮石斛多糖速溶粉，取2g鐵皮石斛多糖速溶粉溶于蒸餾水中，測(cè)量至完全溶解時(shí)間、流動(dòng)性和堆積密度。
實(shí)施例2：
超聲波輔助負(fù)壓空化法提取鐵皮石斛多糖及其速溶粉的制備工藝如下：
(1)鐵皮石斛多糖超聲波輔助負(fù)壓空化法提取工藝：取鐵皮石斛干燥莖100g，粉碎過60目篩，按照液固質(zhì)量體積比8ml:1g，使用環(huán)己烷對(duì)其進(jìn)行回流提取2小時(shí)，得脫脂處理后的藥材，將所得脫脂后藥材使用蒸餾水按照液固質(zhì)量體積比為8ml:1g負(fù)壓超聲提取，提取溫度為68℃，超聲提取時(shí)間0.8h，超聲頻率45kHz，負(fù)壓強(qiáng)度-0.03Mpa，提取兩遍，收集水提液，并將水提液濃縮至提取體積的十分之一后，烘干，得粗多糖樣品；
(2)鐵皮石斛多糖的純化工藝：將大孔樹脂預(yù)處理，將NKA-2樹脂浸沒于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的鹽酸溶液處理3h，處理后用去離子水沖洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水處理3h后，再用去離子水沖洗至水洗液呈中性，然后將NKA-2樹脂裝入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反復(fù)洗涂至醇溶液透明且無(wú)明顯雜質(zhì)，最后用純水反復(fù)洗脫至水洗液清晰透明且沒有醇味，備用；稱取步驟(1)所得粗多糖樣品，每次稱取1g，溶解于3BV蒸餾水中，作為上樣液。反復(fù)上樣5次后，將NKA-2樹脂浸泡在上樣液中，多糖與樹脂比例5:1W/W，靜態(tài)吸附兩小時(shí)后，開始洗脫。洗脫流速為3BV/h，用純水沖洗NKA-2樹脂10BV得洗脫液，重復(fù)洗脫8次，合并洗脫液，將合并后的洗脫液減壓濃縮得粗多糖，依次，檢查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的純度；
(3)鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝：將步驟(2)所得粗多糖配成物料濃度為0.2g/ml的水溶液，并控制物料溫度為65℃，按照粗多糖和β環(huán)糊精質(zhì)量比1:1加入β環(huán)糊精作為助干劑，以進(jìn)料速度10ml/min，噴霧干燥室進(jìn)風(fēng)溫度165℃進(jìn)行干燥，得到鐵皮石斛多糖速溶粉，取2g鐵皮石斛多糖速溶粉溶于蒸餾水中，測(cè)量至完全溶解時(shí)間、流動(dòng)性和堆積密度。
實(shí)施例3：
超聲波輔助負(fù)壓空化法提取鐵皮石斛多糖及其速溶粉的制備工藝如下：
(1)鐵皮石斛多糖超聲波輔助負(fù)壓空化法提取工藝：取鐵皮石斛干燥莖100g，粉碎過60目篩，按照液固質(zhì)量體積比12ml:1g，使用乙醚對(duì)其進(jìn)行回流提取4小時(shí)，得脫脂處理后的藥材，將所得脫脂后藥材使用蒸餾水按照液固質(zhì)量體積比為12ml:1g負(fù)壓超聲提取，提取溫度為72℃，超聲提取時(shí)間1.2h，超聲頻率55kHz，負(fù)壓強(qiáng)度-0.07Mpa，提取兩遍，收集水提液，并將水提液濃縮至提取體積的十分之一后，烘干，得粗多糖樣品；
(2)鐵皮石斛多糖的純化工藝：將大孔樹脂預(yù)處理，將NKA-2樹脂浸沒于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的鹽酸溶液處理3h，處理后用去離子水沖洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水處理3h后，再用去離子水沖洗至水洗液呈中性，然后將NKA-2樹脂裝入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反復(fù)洗涂至醇溶液透明且無(wú)明顯雜質(zhì)，最后用純水反復(fù)洗脫至水洗液清晰透明且沒有醇味，備用；稱取步驟(1)所得粗多糖樣品，每次稱取1g，溶解于2BV蒸餾水中，作為上樣液。反復(fù)上樣4次后，將NKA-2樹脂浸泡在上樣液中，多糖與樹脂比例3:1W/W，靜態(tài)吸附兩小時(shí)后，開始洗脫。洗脫流速為1BV/h，用純水沖洗NKA-2樹脂10BV得洗脫液，重復(fù)洗脫5次，合并洗脫液，將合并后的洗脫液減壓濃縮得粗多糖，依次，檢查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的純度；
(3)鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝：將步驟(2)所得粗多糖配成物料濃度為0.05g/ml的水溶液，并控制物料溫度為55℃，按照粗多糖和麥芽糊精質(zhì)量比1:1加入麥芽糊精作為助干劑，以進(jìn)料速度8ml/min，噴霧干燥室進(jìn)風(fēng)溫度155℃進(jìn)行干燥，得到鐵皮石斛多糖速溶粉，取2g鐵皮石斛多糖速溶粉溶于蒸餾水中，測(cè)量至完全溶解時(shí)間、流動(dòng)性和堆積密度。
實(shí)施例4：
超聲波輔助負(fù)壓空化法提取鐵皮石斛多糖及其速溶粉的制備工藝如下：
(1)鐵皮石斛多糖超聲波輔助負(fù)壓空化法提取工藝：取鐵皮石斛干燥莖100g，粉碎過60目篩，按照液固質(zhì)量體積比10ml:1g，使用石油醚對(duì)其進(jìn)行回流提取3小時(shí)，得脫脂處理后的藥材，將所得脫脂后藥材使用蒸餾水按照液固質(zhì)量體積比為10ml:1g常壓超聲提取，提取溫度為70℃，超聲提取時(shí)間1h，提取兩遍，收集水提液，并將水提液濃縮至提取體積的十分之一后，烘干，得粗多糖樣品；
(2)鐵皮石斛多糖的純化工藝：將大孔樹脂預(yù)處理，將NKA-2樹脂浸沒于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的鹽酸溶液處理3h，處理后用去離子水沖洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水處理3h后，再用去離子水沖洗至水洗液呈中性，然后將NKA-2樹脂裝入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反復(fù)洗涂至醇溶液透明且無(wú)明顯雜質(zhì)，最后用純水反復(fù)洗脫至水洗液清晰透明且沒有醇味，備用；稱取步驟(1)所得粗多糖樣品，每次稱取1g，溶解于2BV蒸餾水中，作為上樣液。反復(fù)上樣4次后，將NKA-2樹脂浸泡在上樣液中，多糖與樹脂比例3:1W/W，靜態(tài)吸附兩小時(shí)后，開始洗脫。洗脫流速為2BV/h，用純水沖洗NKA-2樹脂10BV得洗脫液，重復(fù)洗脫5次，合并洗脫液，將合并后的洗脫液減壓濃縮得粗多糖，依次，檢查多糖的除蛋白率和除色譜率，多糖的純度；
(3)鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝：將步驟(2)所得粗多糖配成物料濃度為0.1g/ml的水溶液，并控制物料溫度為60℃，按照粗多糖和麥芽環(huán)糊精質(zhì)量比1:1加入麥芽環(huán)糊精作為助干劑，以進(jìn)料速度10ml/min，噴霧干燥室進(jìn)風(fēng)溫度160℃進(jìn)行干燥，得到鐵皮石斛多糖速溶粉，取2g鐵皮石斛多糖速溶粉溶于蒸餾水中，測(cè)量至完全溶解時(shí)間。
實(shí)施例5：
超聲波輔助負(fù)壓空化法提取鐵皮石斛多糖及其速溶粉的制備工藝如下：
(1)鐵皮石斛多糖超聲波輔助負(fù)壓空化法提取工藝：取鐵皮石斛干燥莖100g，粉碎過60目篩，按照液固質(zhì)量體積比7ml:1g，使用石油醚對(duì)其進(jìn)行回流提取3小時(shí)，得脫脂處理后的藥材，將所得脫脂后藥材使用蒸餾水按照液固質(zhì)量體積比為13ml:1g負(fù)壓超聲提取，提取溫度為70℃，超聲提取時(shí)間1h，超聲頻率60kHz，負(fù)壓強(qiáng)度-0.02Mpa，提取兩遍，收集水提液，并將水提液濃縮至提取體積的十分之一后，烘干，得粗多糖樣品；
(2)鐵皮石斛多糖的純化工藝：將大孔樹脂預(yù)處理，將NKA-2樹脂浸沒于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的鹽酸溶液處理3h，處理后用去離子水沖洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水處理3h后，再用去離子水沖洗至水洗液呈中性，然后將NKA-2樹脂裝入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反復(fù)洗涂至醇溶液透明且無(wú)明顯雜質(zhì)，最后用純水反復(fù)洗脫至水洗液清晰透明且沒有醇味，備用；稱取步驟(1)所得粗多糖樣品，每次稱取1g，溶解于2BV蒸餾水中，作為上樣液。反復(fù)上樣4次后，將NKA-2樹脂浸泡在上樣液中，多糖與樹脂比例4:1W/W，靜態(tài)吸附兩小時(shí)后，開始洗脫。洗脫流速為2BV/h，用純水沖洗NKA-2樹脂10BV得洗脫液，重復(fù)洗脫6次，合并洗脫液，將合并后的洗脫液減壓濃縮得粗多糖，依次，檢查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的純度；
(3)鐵皮石斛多糖噴霧干燥工藝：將步驟(2)所得粗多糖配成物料濃度為0.04g/ml的水溶液，并控制物料溫度為60℃，按照粗多糖和麥芽糊精質(zhì)量比1:1加入麥芽糊精作為助干劑，以進(jìn)料速度11ml/min，噴霧干燥室進(jìn)風(fēng)溫度160℃進(jìn)行干燥，得到鐵皮石斛多糖速溶粉，取2g鐵皮石斛多糖速溶粉溶于蒸餾水中，測(cè)量至完全溶解時(shí)間、流動(dòng)性和堆積密度。
實(shí)施例6：
超聲波輔助負(fù)壓空化法提取鐵皮石斛多糖及其速溶粉的制備工藝如下：
純化工藝中常用的大孔樹脂除本發(fā)明使用的NKA-2樹脂外，還有AB-8樹脂、S-8樹脂、NKA樹脂、X-5樹脂，分別采用“AB-8樹脂、S-8樹脂、NKA樹脂、X-5樹脂”代替NKA-2樹脂做為大孔吸附樹脂進(jìn)行實(shí)施例對(duì)比，其中AB-8樹脂、S-8樹脂、NKA樹脂、X-5樹脂、NKA-2樹脂均購(gòu)于寶恩科技有限公司，將所得的粗多糖，依次，檢查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的純度及粒度分布，并經(jīng)過噴霧干燥后，得到鐵皮石斛多糖速溶粉，取2g鐵皮石斛多糖速溶粉溶于蒸餾水中，測(cè)量至完全溶解時(shí)間、流動(dòng)性和堆積密度，其余同實(shí)施例1。實(shí)施例7：
上述實(shí)施例1-6粗多糖提取量、除蛋白率、除色素率、多糖的純度、流動(dòng)性、堆積密度分布如下表：
各實(shí)施例至完全溶解時(shí)間入下表：
實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3采用本發(fā)明工藝參數(shù)，實(shí)施例4工藝參數(shù)不在本發(fā)明范圍內(nèi)，實(shí)施例5所用的大孔樹脂不為本發(fā)明所提供的樹脂，分析上述表中數(shù)據(jù)，可以看出，相對(duì)于實(shí)施例1，實(shí)施例4在相同的提取時(shí)間內(nèi)，多糖提取率不如實(shí)施例1，體現(xiàn)出負(fù)壓對(duì)超聲空化的加強(qiáng)作用。此外，實(shí)施例1和、實(shí)施例2、實(shí)施例3粗多糖的提取量、純度、除蛋白率、除色素率均高于實(shí)施例4、實(shí)施例5、實(shí)施例6，且具有較優(yōu)的流動(dòng)性和堆積密度均較大，實(shí)施例4、實(shí)施例5較實(shí)施例1及實(shí)施例2和實(shí)施例3的粗多糖的提取量、純度、除蛋白率、除色素率均有明顯下降，但所制得的鐵皮石斛速溶粉依然具有良好的溶解性，實(shí)施例6的粗多糖的提取量、純度、除蛋白率、除色素率均有明顯下降，且所制得的鐵皮石斛速溶粉流動(dòng)性較差和堆積密度小，溶解慢，粒度分布不均勻，可得出結(jié)論，采用本發(fā)明制備工藝，粗多糖的提取量、純度、除蛋白率、除色素率高，且所制得的鐵皮石斛速溶粉具有優(yōu)良的流動(dòng)性和較大堆積密度，具有穩(wěn)定的分散性和快速溶解性，其中，實(shí)施例1為最為優(yōu)選方案。