本发明涉及一套铁皮石斛多糖提取、纯化，并将其制成速溶粉的工艺。
背景技术：
铁皮石斛为名贵中药材，多糖为其公认有效成分之一，其在铁皮石斛中含量高达30％左右。目前，针对铁皮石斛多糖的研究主要集中于其结构解析和生理活性筛选。但是，铁皮石斛作为一种明确的优良的免疫调节剂，却鲜见有针对铁皮石斛多糖深加工产品上市。为了充分利用铁皮石斛药用价值，本专利针对铁皮石斛多糖深加工开展研究。开发出了有效的提取工艺，高效的获得铁皮石斛多糖；优选出纯化工艺和喷雾干燥制速溶粉技术。
超声波技术在中药制剂和天然产物提取方面有着广泛的应用，其中《中国药典》收载的超声波辅助提取方法就有近250种。因此，超声波技术用于天然产物有效成分的提取是一种前景广阔的非常有效的方法和手段。
负压空化提取技术(Negative pressure cavitation extraction)是一种利用气泡理论在气-液-固三相的混纯体系中的作用而开发出的提取方法。负压空化效应会在提取过程中产生负压气泡，这些气泡与物料在液－固体系中产生多重效应，包括空化空蚀效应、端动效应、界面效应及混旋效应。这些效应能有效地促进物料巧提取溶剂间发生快速传质，形成动态的强化传质体系。其中，空蚀效应能够有效地破坏物料的机械结构，释放物料内部的活性成分。
NKA-2树脂为从20多种树脂中优选出来的一种具有对多糖选择性纯化作用强的树脂。
喷雾干燥目前被广泛运用于制药和食品加工行业。喷雾干燥由于其操作简单、干燥速率快、能显著改善物料的溶解性。
技术实现要素：
本发明首次将减压超声波法运用于植物多糖的提取，并对提取纯化工艺进行了优化筛选。首次利用喷雾干燥技术将铁皮石斛多糖进行干燥制速溶粉，通过对干燥配方和干燥参数优化，制得铁皮石斛速溶粉多糖产品。本发明，从多糖的提取、纯化和喷雾干燥制速溶粉，均进行了工艺参数优化，是一套完整的制备铁皮石斛多糖速溶粉的技术体系。本技术体系具有高效、稳定、节能，产品性能高等特点。
为了优化上述工艺参数，本发明的技术方案如下：
1)通过单因素实验和正交实验，分别对负压超声辅助空化法提取铁皮石斛多糖的工艺参数进行了优化，最终得出最佳提取工艺如下：第一步，先将铁皮石斛药材，烘干，粉碎，过60目筛；第二步，将药材于非极性溶剂按照液固质量体积比8-12ml:1g，进行回流提取2-4小时，对药材进行脱脂处理；第三步，将脱脂后药材使用蒸馏水按照液固质量体积比为8-12ml:1g负压超声提取，提取温度为68-72℃，超声提取时间0.8-1.2h，超声频率45-55kHz，负压强度-0.03Mpa至-0.07Mpa，提取两遍，收集水提液，并将水提液浓缩至提取体积的十分之一后，烘干，得粗多糖样品；
2)通过静态吸附和动态吸附实验，评价各种树脂对除蛋白率和除色素率，和多糖回收率，对不同类型的大孔树脂进行筛选，然后依次优化上样浓度、上样体积、流出速度和洗脱体积，得出铁皮石斛多糖的纯化工艺如下：首先优选出大孔树脂为NKA-2树脂。具体操作步骤为：第一步，大孔树脂的预处理，将NKA-2树脂浸没于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的盐酸溶液处理3h，处理后用去离子水冲洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水处理3h后，再用去离子水冲洗至水洗液呈中性，然后将树脂装入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反复洗涂至醇溶液透明且无明显杂质；最后用纯水反复洗脱至水洗液清晰透明且没有醇味，备用；第二步，上样，将步骤1)中所得粗多糖样品，每次称取1g，溶解于2-3BV的蒸馏水中，作为上样液，反复上样4-5次后，将NKA-2树脂浸泡在上样液中，多糖与树脂比例3-5:1W/W，静态吸附两小时后，开始洗脱；第三步，洗脱流速为1-3BV/h，用纯水冲洗NKA-2树脂10BV得洗脱液，重复洗脱5-8次，合并洗脱液，将合并后的洗脱液减压浓缩得粗多糖；
3)首先筛选出一种优良的喷雾干燥助干剂，依次通过单因素实验和正交实验，对铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺进行优化，得出优化后的铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺如下：将步骤(2)所得粗多糖配成物料浓度为0.05-0.2g/ml的水溶液，并控制物料温度为55-65℃，按照粗多糖和助干剂质量比1:1加入助干剂，以进料速度8-10ml/min，喷雾干燥室进风温度155-165℃进行干燥，得到铁皮石斛多糖速溶粉。
其中，步骤1)中的非极性溶剂为石油醚、环己烷、乙醚中的一种。
其中，步骤3)中的助干剂为β环糊精、麦芽糊精的一种。
本发明具有如下优点：
1、负压辅助超声波提取多糖：相对常压超声波，提取时间缩短，提取温度降低；相对于热水回流，提取时间缩短，提取温度降低，此外，还能保持多糖结构的完整性，提高多糖的生物活性；
2、经过筛选出的NKA-2树脂，对铁皮石斛多糖具有较高的选择性吸附作用，饱和剂量大，洗脱速率大，多糖回收率高，除蛋白和除色素效果显著，特别洗脱溶剂环保经济；
3、经过优化后的铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺，通过升高了进料温度，明显降低了喷雾温度；
4、喷雾干燥制得颗粒匀称，分散性和流动性良好；
5、实现了铁皮石斛多糖样品在15秒内速溶。
具体实施方式
实施例1：
超声波辅助负压空化法提取铁皮石斛多糖及其速溶粉的制备工艺如下：
(1)铁皮石斛多糖超声波辅助负压空化法提取工艺：取铁皮石斛干燥茎100g，粉碎过60目筛，按照液固质量体积比10ml:1g，使用石油醚对其进行回流提取3小时，得脱脂处理后的药材，将所得脱脂后药材使用蒸馏水按照液固质量体积比为10ml:1g负压超声提取，提取温度为70℃，超声提取时间1h，超声频率50kHz，负压强度-0.05Mpa，提取两遍，收集水提液，并将水提液浓缩至提取体积的十分之一后，烘干，得粗多糖样品；
(2)铁皮石斛多糖的纯化工艺：将大孔树脂预处理，将NKA-2树脂浸没于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的盐酸溶液处理3h，处理后用去离子水冲洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水处理3h后，再用去离子水冲洗至水洗液呈中性，然后将NKA-2树脂装入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反复洗涂至醇溶液透明且无明显杂质，最后用纯水反复洗脱至水洗液清晰透明且没有醇味，备用；称取步骤(1)所得粗多糖样品，每次称取1g，溶解于2BV蒸馏水中，作为上样液。反复上样4次后，将NKA-2树脂浸泡在上样液中，多糖与树脂比例3:1W/W，静态吸附两小时后，开始洗脱。洗脱流速为2BV/h，用纯水冲洗NKA-2树脂10BV得洗脱液，重复洗脱5次，合并洗脱液，将合并后的洗脱液减压浓缩得粗多糖，依次，检查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的纯度及粒度分布；
(3)铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺：将步骤(2)所得粗多糖配成物料浓度为0.1g/ml的水溶液，并控制物料温度为60℃，按照粗多糖和麦芽环糊精质量比1:1加入麦芽环糊精作为助干剂，以进料速度10ml/min，喷雾干燥室进风温度160℃进行干燥，得到铁皮石斛多糖速溶粉，取2g铁皮石斛多糖速溶粉溶于蒸馏水中，测量至完全溶解时间、流动性和堆积密度。
实施例2：
超声波辅助负压空化法提取铁皮石斛多糖及其速溶粉的制备工艺如下：
(1)铁皮石斛多糖超声波辅助负压空化法提取工艺：取铁皮石斛干燥茎100g，粉碎过60目筛，按照液固质量体积比8ml:1g，使用环己烷对其进行回流提取2小时，得脱脂处理后的药材，将所得脱脂后药材使用蒸馏水按照液固质量体积比为8ml:1g负压超声提取，提取温度为68℃，超声提取时间0.8h，超声频率45kHz，负压强度-0.03Mpa，提取两遍，收集水提液，并将水提液浓缩至提取体积的十分之一后，烘干，得粗多糖样品；
(2)铁皮石斛多糖的纯化工艺：将大孔树脂预处理，将NKA-2树脂浸没于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的盐酸溶液处理3h，处理后用去离子水冲洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水处理3h后，再用去离子水冲洗至水洗液呈中性，然后将NKA-2树脂装入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反复洗涂至醇溶液透明且无明显杂质，最后用纯水反复洗脱至水洗液清晰透明且没有醇味，备用；称取步骤(1)所得粗多糖样品，每次称取1g，溶解于3BV蒸馏水中，作为上样液。反复上样5次后，将NKA-2树脂浸泡在上样液中，多糖与树脂比例5:1W/W，静态吸附两小时后，开始洗脱。洗脱流速为3BV/h，用纯水冲洗NKA-2树脂10BV得洗脱液，重复洗脱8次，合并洗脱液，将合并后的洗脱液减压浓缩得粗多糖，依次，检查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的纯度；
(3)铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺：将步骤(2)所得粗多糖配成物料浓度为0.2g/ml的水溶液，并控制物料温度为65℃，按照粗多糖和β环糊精质量比1:1加入β环糊精作为助干剂，以进料速度10ml/min，喷雾干燥室进风温度165℃进行干燥，得到铁皮石斛多糖速溶粉，取2g铁皮石斛多糖速溶粉溶于蒸馏水中，测量至完全溶解时间、流动性和堆积密度。
实施例3：
超声波辅助负压空化法提取铁皮石斛多糖及其速溶粉的制备工艺如下：
(1)铁皮石斛多糖超声波辅助负压空化法提取工艺：取铁皮石斛干燥茎100g，粉碎过60目筛，按照液固质量体积比12ml:1g，使用乙醚对其进行回流提取4小时，得脱脂处理后的药材，将所得脱脂后药材使用蒸馏水按照液固质量体积比为12ml:1g负压超声提取，提取温度为72℃，超声提取时间1.2h，超声频率55kHz，负压强度-0.07Mpa，提取两遍，收集水提液，并将水提液浓缩至提取体积的十分之一后，烘干，得粗多糖样品；
(2)铁皮石斛多糖的纯化工艺：将大孔树脂预处理，将NKA-2树脂浸没于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的盐酸溶液处理3h，处理后用去离子水冲洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水处理3h后，再用去离子水冲洗至水洗液呈中性，然后将NKA-2树脂装入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反复洗涂至醇溶液透明且无明显杂质，最后用纯水反复洗脱至水洗液清晰透明且没有醇味，备用；称取步骤(1)所得粗多糖样品，每次称取1g，溶解于2BV蒸馏水中，作为上样液。反复上样4次后，将NKA-2树脂浸泡在上样液中，多糖与树脂比例3:1W/W，静态吸附两小时后，开始洗脱。洗脱流速为1BV/h，用纯水冲洗NKA-2树脂10BV得洗脱液，重复洗脱5次，合并洗脱液，将合并后的洗脱液减压浓缩得粗多糖，依次，检查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的纯度；
(3)铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺：将步骤(2)所得粗多糖配成物料浓度为0.05g/ml的水溶液，并控制物料温度为55℃，按照粗多糖和麦芽糊精质量比1:1加入麦芽糊精作为助干剂，以进料速度8ml/min，喷雾干燥室进风温度155℃进行干燥，得到铁皮石斛多糖速溶粉，取2g铁皮石斛多糖速溶粉溶于蒸馏水中，测量至完全溶解时间、流动性和堆积密度。
实施例4：
超声波辅助负压空化法提取铁皮石斛多糖及其速溶粉的制备工艺如下：
(1)铁皮石斛多糖超声波辅助负压空化法提取工艺：取铁皮石斛干燥茎100g，粉碎过60目筛，按照液固质量体积比10ml:1g，使用石油醚对其进行回流提取3小时，得脱脂处理后的药材，将所得脱脂后药材使用蒸馏水按照液固质量体积比为10ml:1g常压超声提取，提取温度为70℃，超声提取时间1h，提取两遍，收集水提液，并将水提液浓缩至提取体积的十分之一后，烘干，得粗多糖样品；
(2)铁皮石斛多糖的纯化工艺：将大孔树脂预处理，将NKA-2树脂浸没于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的盐酸溶液处理3h，处理后用去离子水冲洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水处理3h后，再用去离子水冲洗至水洗液呈中性，然后将NKA-2树脂装入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反复洗涂至醇溶液透明且无明显杂质，最后用纯水反复洗脱至水洗液清晰透明且没有醇味，备用；称取步骤(1)所得粗多糖样品，每次称取1g，溶解于2BV蒸馏水中，作为上样液。反复上样4次后，将NKA-2树脂浸泡在上样液中，多糖与树脂比例3:1W/W，静态吸附两小时后，开始洗脱。洗脱流速为2BV/h，用纯水冲洗NKA-2树脂10BV得洗脱液，重复洗脱5次，合并洗脱液，将合并后的洗脱液减压浓缩得粗多糖，依次，检查多糖的除蛋白率和除色谱率，多糖的纯度；
(3)铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺：将步骤(2)所得粗多糖配成物料浓度为0.1g/ml的水溶液，并控制物料温度为60℃，按照粗多糖和麦芽环糊精质量比1:1加入麦芽环糊精作为助干剂，以进料速度10ml/min，喷雾干燥室进风温度160℃进行干燥，得到铁皮石斛多糖速溶粉，取2g铁皮石斛多糖速溶粉溶于蒸馏水中，测量至完全溶解时间。
实施例5：
超声波辅助负压空化法提取铁皮石斛多糖及其速溶粉的制备工艺如下：
(1)铁皮石斛多糖超声波辅助负压空化法提取工艺：取铁皮石斛干燥茎100g，粉碎过60目筛，按照液固质量体积比7ml:1g，使用石油醚对其进行回流提取3小时，得脱脂处理后的药材，将所得脱脂后药材使用蒸馏水按照液固质量体积比为13ml:1g负压超声提取，提取温度为70℃，超声提取时间1h，超声频率60kHz，负压强度-0.02Mpa，提取两遍，收集水提液，并将水提液浓缩至提取体积的十分之一后，烘干，得粗多糖样品；
(2)铁皮石斛多糖的纯化工艺：将大孔树脂预处理，将NKA-2树脂浸没于95％V/V的乙醇溶液中24h，再用4％V/V的盐酸溶液处理3h，处理后用去离子水冲洗至水洗液呈中性；用5％W/V的氨水处理3h后，再用去离子水冲洗至水洗液呈中性，然后将NKA-2树脂装入玻璃柱后，用95％V/V己醇溶液反复洗涂至醇溶液透明且无明显杂质，最后用纯水反复洗脱至水洗液清晰透明且没有醇味，备用；称取步骤(1)所得粗多糖样品，每次称取1g，溶解于2BV蒸馏水中，作为上样液。反复上样4次后，将NKA-2树脂浸泡在上样液中，多糖与树脂比例4:1W/W，静态吸附两小时后，开始洗脱。洗脱流速为2BV/h，用纯水冲洗NKA-2树脂10BV得洗脱液，重复洗脱6次，合并洗脱液，将合并后的洗脱液减压浓缩得粗多糖，依次，检查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的纯度；
(3)铁皮石斛多糖喷雾干燥工艺：将步骤(2)所得粗多糖配成物料浓度为0.04g/ml的水溶液，并控制物料温度为60℃，按照粗多糖和麦芽糊精质量比1:1加入麦芽糊精作为助干剂，以进料速度11ml/min，喷雾干燥室进风温度160℃进行干燥，得到铁皮石斛多糖速溶粉，取2g铁皮石斛多糖速溶粉溶于蒸馏水中，测量至完全溶解时间、流动性和堆积密度。
实施例6：
超声波辅助负压空化法提取铁皮石斛多糖及其速溶粉的制备工艺如下：
纯化工艺中常用的大孔树脂除本发明使用的NKA-2树脂外，还有AB-8树脂、S-8树脂、NKA树脂、X-5树脂，分别采用“AB-8树脂、S-8树脂、NKA树脂、X-5树脂”代替NKA-2树脂做为大孔吸附树脂进行实施例对比，其中AB-8树脂、S-8树脂、NKA树脂、X-5树脂、NKA-2树脂均购于宝恩科技有限公司，将所得的粗多糖，依次，检查多糖的除蛋白率和除色素率，多糖的纯度及粒度分布，并经过喷雾干燥后，得到铁皮石斛多糖速溶粉，取2g铁皮石斛多糖速溶粉溶于蒸馏水中，测量至完全溶解时间、流动性和堆积密度，其余同实施例1。实施例7：
上述实施例1-6粗多糖提取量、除蛋白率、除色素率、多糖的纯度、流动性、堆积密度分布如下表：
各实施例至完全溶解时间入下表：
实施例1、实施例2、实施例3采用本发明工艺参数，实施例4工艺参数不在本发明范围内，实施例5所用的大孔树脂不为本发明所提供的树脂，分析上述表中数据，可以看出，相对于实施例1，实施例4在相同的提取时间内，多糖提取率不如实施例1，体现出负压对超声空化的加强作用。此外，实施例1和、实施例2、实施例3粗多糖的提取量、纯度、除蛋白率、除色素率均高于实施例4、实施例5、实施例6，且具有较优的流动性和堆积密度均较大，实施例4、实施例5较实施例1及实施例2和实施例3的粗多糖的提取量、纯度、除蛋白率、除色素率均有明显下降，但所制得的铁皮石斛速溶粉依然具有良好的溶解性，实施例6的粗多糖的提取量、纯度、除蛋白率、除色素率均有明显下降，且所制得的铁皮石斛速溶粉流动性较差和堆积密度小，溶解慢，粒度分布不均匀，可得出结论，采用本发明制备工艺，粗多糖的提取量、纯度、除蛋白率、除色素率高，且所制得的铁皮石斛速溶粉具有优良的流动性和较大堆积密度，具有稳定的分散性和快速溶解性，其中，实施例1为最为优选方案。