CN110105463A - 一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的循环提取工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁皮石斛加工领域，具体涉及一种使用循环溶剂提取铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的工艺，其采用脱脂、醇提、水提、浓缩、醇沉的工艺。本发明有效地循环利用了生产过程中的水和乙醇，同时达到了节能的效果。

Description

一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的循环提取工艺

技术领域

本发明涉及铁皮石斛加工领域，更具体的说是一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的提取工艺，特别涉及一种使用循环溶剂提取铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的工艺。

背景技术

石斛作为药用最早载于2000年以前的《神农本草经》和东汉的《名医别录》，许多古今名师和经典的良方多有石斛。我国常见的有金钗石斛、铁皮石斛、樱石斛、棒节石斛、大苞鞘石斛、细茎石斛、春石斛等。

铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura.et Migo)是兰科石斛属多年生草本植物，其主要药用部位是新鲜或干燥茎，主要分布于安徽、浙江、广西、湖南、云南、贵州等地，是传统名贵中药材。《神农本草经》将其列为上品，道家养生经典《道藏》将它誉为“中华九大仙草”之首。民间称铁皮石斛为“救命仙草”、“寸金草”，作为养生保健的极品，历代医家推崇信至。

传统医学认为铁皮石斛具有益胃生津，滋阴清热之功效。现代药理研究证明，石斛属植物具有抗肿瘤、增强机体免疫力、抗血小板聚集、治疗白内障等作用；其有效成分主要为石斛多糖、石斛碱、毛兰素等。

其中石斛多糖具有提高免疫力、抗肿瘤作用；可改善造血、凝血功能，对降低血糖也有一定功效；对治疗中枢神经系统、肝脏、肾脏、胃肠道病变有效；对烫伤、病毒、细菌感染也有显著疗效。石斛生物碱可用于预防和治疗关节炎，保护消化道粘膜急性或慢性损伤，特别用于防治急性的慢性消化道溃疡，此外还有报道石斛生物碱具有调节雌性激素分泌和促进卵泡发育、降低心率、抑菌、镇痛、改善记忆力减退等作用。石斛毛兰素的功效研究则集中在抗肿瘤方面。

石斛多糖目前较为广泛地作为保健品或保健食品的添加成分，具有较高的经济价值；石斛生物碱在产业上也有应用；只有石斛毛兰素虽然对于肿瘤细胞有抑制作用，但是目前尚未在临床上应用，仅仅作为对照品有一定销路，加之含量较低不易纯化，因此，不具有大规模提取的产业价值。

目前文献报道的铁皮石斛提取物的制备方法大多围绕多糖开展研究，活性成分单一，提取方式主要有加热浸提法、酶解法、超声辅助提取法、微波辅助提取法等，且都采用水作为提取溶剂。虽然也有文献记载了石斛有效成分的综合提取，但是工艺过于复杂，或是使用膜分离等工艺，导致生产周期长、成本高，或是使用超声、微波提取等实验室方法，难以大规模生产。

石斛多糖的纯化多采用醇沉方法，水提液浓缩后加醇沉淀出多糖。该方法采用的时间较长，一般需要冷却条件下醇沉1-2天，存在能源耗费、溶剂浪费和母液中多糖浪费的问题，经济效益较低。石斛生物碱的纯化现有技术研究较少，一般使用大孔树脂，并未有使用离子交换树脂的报道。

发明内容

本发明提供一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的提取工艺，基本沿袭水提醇沉石斛多糖的工艺，溶剂实现了循环利用，热能使用进行了合理优化，有效降低了生产成本，减少了污染，同时有利于车间进行连续化生产。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：步骤(1)：脱脂；步骤(2)：醇提石斛生物碱；步骤(3)：多糖水提；步骤(4：)水提液浓缩；步骤(5)：多糖醇沉。

根据本发明一个实施方案，一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的提取方法，其包括以下步骤：

步骤(1)：将铁皮石斛粉末回流脱脂，得到脱脂石斛粉末；

步骤(2)：将脱脂石斛粉末加入乙醇浸提，过滤，得到滤液和滤渣；滤液使用阳离子交换树脂吸附，清洗阳离子交换树脂，降温结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀；

步骤(3)：将步骤(2)得到的滤渣用水提取，得到水提液；

步骤(4)：将水提液浓缩，得多糖浓缩液；

步骤(5)：向多糖浓缩液加入醇，过滤、洗涤、干燥，得到铁皮石斛多糖。

根据本发明一个实施方案，本发明涉及一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的提取方法，其包括以下步骤：

步骤(1)：将铁皮石斛粉末用石油醚回流脱脂，得到脱脂石斛粉末；

步骤(2)：脱脂石斛粉末加入乙醇浸提，过滤，得到滤液和滤渣。滤液浓缩回收乙醇，使用阳离子交换树脂颗粒吸附石斛生物碱。以稀盐酸清洗阳离子交换树脂颗粒，降温结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀，过滤、洗涤、干燥得石斛生物碱盐酸盐沉淀。

步骤(3)：向滤渣中加入水，提取1-3次，过滤得到水提液。

步骤(4)：将水提液减压浓缩至10-60％体积，得多糖浓缩液。

步骤(5)：多糖浓缩液冷却后3-5倍浓缩液体积的乙醇进行醇沉，离心、过滤、洗涤、干燥，得到铁皮石斛多糖产品。

根据本发明一个具体实施方案，本发明涉及一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的提取方法，其包括以下步骤：

步骤(1)：脱脂。取铁皮石斛粉末，以石油醚回流脱脂，得到脱脂石斛粉末。

步骤(2)：醇提石斛生物碱。步骤(1)得到的脱脂石斛粉末加入乙醇浸提，过滤，得到滤液和滤渣。滤液浓缩回收乙醇，在弱酸性条件下使用阳离子交换树脂颗粒吸附石斛生物碱。以盐酸清洗阳离子交换树脂颗粒，降温结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀，过滤、洗涤、干燥得产品。

步骤(3)：多糖水提。向步骤(2)所得的滤渣1中加入水，调节pH至8-11，加热至80-90℃，提取1-3次，过滤得到水提液和滤渣。

步骤(4)：水提液浓缩。将水提液减压浓缩至10-60％体积，得多糖浓缩液。

步骤(5)：多糖醇沉。将步骤(4)多糖浓缩液冷却后进行醇沉，加入3-5倍浓缩液体积的乙醇，调节乙醇含量至70-85％，静置8-12h，离心、过滤、洗涤、干燥，得到铁皮石斛多糖产品。

以Sigma购得的纯度大于98.0％的石斛碱为标准品，使用HPLC方法，测得本发明实施例中石斛生物碱的主要成分为石斛碱，含量约为92％。

依据《中国药典》第一部铁皮石斛项下多糖含量检测方法，测得本发明实施例中铁皮石斛多糖产品的多糖含量为96.2-98.3％。

根据本发明的一个实施方案，步骤(1)中每千克铁皮石斛加入3-5升石油醚提取0.5-2h，重复2-3次。石油醚可回收循环利用。

根据本发明的一个实施方案，步骤(2)使用质量浓度为60-80％乙醇溶液浸提8-12h，反复两次。两次浸提得到的滤液合并，或者第二次浸提得到的滤液用作新一批物料的第一次浸提，仅使用第一次浸泡得到的较高浓度的滤液进行后续的阳离子交换树脂吸附步骤。

根据本发明的一个实施方案，在进行后续的阳离子交换树脂吸附步骤之前，将滤液浓缩并回收乙醇，直至水相基本无醇味，降至室温，调整至ph4.5-5.5。

根据本发明的一个实施方案，阳离子交换树脂可以使用弱酸性或强酸性阳离子交换树脂，例如D152和732型，用量为铁皮石斛的30-50％重量。

阳离子交换树脂吸附可以使用常规方法装柱，也可以向溶液中加入阳离子交换树脂颗粒，浸泡使充分吸附，滤过。吸附后残留水溶液中主要含有部分醇溶性糖类，成分驳杂且经济价值不高，作废水处理后排放。

以树脂体积1/3至1倍的0.1％-1.0％盐酸清洗阳离子交换树脂颗粒，洗脱液(装柱法)/洗涤液(浸泡法)冷却至0℃结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀，滤出的强酸性母液pH<1.5时可以用于清洗下一批物料的阳离子交换树脂，但是最多不要超过5次，否则影响石斛碱纯度。该步骤产生的酸性和碱性废水中和，调整pH中性并无害化处理后可以排放。

根据本发明的一个实施方案，步骤(3)中每千克铁皮石斛加入20-30升的水提取1次，时间为6-8h。或者进行连续生产，加入5-15升的水提取2-3次，每次2-4h。

根据本发明的一个优选实施方案，所述提取方法进行连续生产。步骤(3)水提步骤进行2-3次，以节省水和热能。如水提两次，则使用每千克铁皮石斛10-15L水，第一次的水提液直接进入步骤(4)，第二次的水提液不经冷却直接用于新一批原料的第一次提取。如水提三次，则使用每千克铁皮石斛5-10L水，第一次的水提液直接进入步骤(4)，第二次的水提液则不经冷却直接用于新一批原料的第一次提取，第三次的水提液用于新一批原料的第二次提取和更后一批原料的第一次提取。提取后的滤渣不具有经济价值，且呈弱碱性，可与酸性废水中和处理，无害化处理后排放。

根据本发明的一个优选实施方案，步骤(3)得到的水提液趁热过滤后不待冷却立刻开始浓缩，步骤(4)中采用60-80℃减压浓缩，根据步骤(3)中使用的方法不同，浓缩比例也有区别，最终浓缩液体积为每千克铁皮石斛对应3-5L浓缩液。

根据本发明的一个实施方案，浓缩产生的水蒸汽可以作为热源给步骤(2)除醇过程供热，也可直接导入步骤(3)的水提装置为新一轮提取提供部分热量和水。

根据本发明的一个优选实施方案，步骤(3)水提所用的水，可以利用步骤(2)、(5)降温中的溶液，通过热交换器进行预热。

根据本发明的一个实施方案，步骤(5)中，步骤(4)得到的多糖浓缩液冷却后使用3-5倍浓缩液体积的工业乙醇或者步骤(2)回收的乙醇进行醇沉，室温下静置8-16h，过滤，滤液为乙醇水溶液，中和后投入步骤(2)循环利用。

本发明的优点：

实现了溶剂(水和乙醇)的循环利用，提高了收率，降低了成本，减少了废物排放。

实现了能源的充分利用，例如通过换热装置回收了热量，以及，例如当需要连续生产时，步骤(3)中第n次提取的提取液，可以直接趁热加入下一批物料进行第n-1次提取，第1次提取的提取液则可以继续加热进行浓缩。通过该循环过程，保证了水提液中多糖具有较高的浓度，相比提取三次后合并水提液，可以减少70％以上的浓缩工艺能耗。

水提步骤通过调节pH为碱性，抑制了多糖的水解，减少了损耗，同时碱性条件下抑制了蛋白的溶出，无需使用Sevage试剂或者膜分离除去蛋白，没有引入有毒物质氯仿，也没有使用昂贵的膜分离。

综合考虑生产成本和生产效率，我们发现步骤(5)醇沉可以不用沉淀特别充分，既不需要消耗能源进行冷却，也不需要太长的醇沉时间，常温15-25℃醇沉8-16h已经可以实现经济效益最大化；如有必要，还可以在步骤(2)重复利用之后使用膜分离方法截留回收溶液中的多糖。

本发明的技术方案在实际生产中非常有利于操作，例如，某日早上开始进行步骤(3)-(4)，一般下午进行步骤(5)，加入醇之后，可以关闭能源安全离开，第二天早上进行过滤工作即可。第二天将步骤(5)过滤得到的母液用于浸提脱脂铁皮石斛粉末，下午进行第二次浸提，两次浸提之后正好第三天尚无进行步骤(3)-(4)。由于夜间进行的沉淀、浸提等工艺都不需要加热或降温，因此，不需要夜班人员专门值守；同时，由于涉及加热的操作基本安排在工作人员精力集中的上午，且多数为常压操作，也能够有效地避免生产事故。

总之，本发明的技术方案非常适应铁皮石斛产量有限，产地分散，适合中小规模企业进行提取的现状，同时兼顾了安全生产的要求。

具体实施方式

原料：戴传勇等测定了不同产地铁皮石斛的多糖含量，参见《食品工业》2017年第38卷第7期。考虑原料获取方便，我们选用了市售的浙江温州所产的铁皮石斛进行实验，其文献报道多糖含量为6.90％。需要指出的是，尽管本发明单位重量铁皮石斛中提取得到的多糖量少于部分现有技术报道的得率，但是这是由于原料选择造成的，并不影响本发明技术方案的先进性。本领域技术人员容易将本发明的方法用于提取不同产地和品质的铁皮石斛，并依据多糖和石斛碱的含量对溶剂添加量等参数做出等比例调整，同样能够解决降低成本，减少污染的技术问题。

由于铁皮石斛烘干时表面会有粘液包裹，影响提取效率，因此，本发明采用阴干的铁皮石斛粉末；也可以使用新鲜铁皮石斛茎部，低温粉碎后直接进行提取。

在实施例中，我们仅进行了溶剂的回收利用，并未涉及热量的利用。这主要是受限于实验室条件，对本领域技术人员而言容易理解的是，实验室条件下各种换热并不方便，也不易测量能耗，但是工业生产中各种换热器是常见的设备。此外，在实施例1-2中由于并未进行连续生产，水提步骤我们进行了3次，合并了提取液并进行浓缩，以便计算多糖收率，实施例3中模拟进行了3次连续生产，可以看出，连续生产时的多糖收率和实施例1-2中收率是接近的，这证明了实际生产中本领域技术人员可以采用发明内容部分记载的方法节约浓缩工艺的能耗。

实施例1

(1)取阴干的铁皮石斛粉末100g，加入石油醚400mL，加热回流脱脂1h，反复3次，得到脱脂石斛粉末。石油醚蒸馏后可回收循环利用。

(2)步骤(1)得到的脱脂石斛粉末加入400mL70％乙醇浸提8h*两次，过滤，两次滤液合并为滤液，最终固相为滤渣。滤液减压浓缩回收乙醇，调节pH至约5.0，使用732型阳离子交换树脂颗粒30g，加入溶液中，浸泡2h吸附石斛生物碱。滤出树脂，以15mL0.4％盐酸清洗阳离子交换树脂颗粒，清洗液降温到0℃，搅拌下过夜结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀，过滤、乙醇洗涤、干燥得产品1.52g，经HPLC检测，其中石斛碱的含量为92.25％。

(3)向步骤(2)所得的滤渣中加入0.8L水，调节pH至9-10，加热至80℃，提取4h，过滤得到水提液。再重复提取两次，合并水提液。

(4)将所得约2.4L水提液70℃下减压浓缩至约300mL。

(5)加入1.2L工业乙醇，常温下醇沉过夜(13h)，离心，过滤，干燥得到石斛多糖6.80g，多糖含量为96.2％。

实施例2

(1)取阴干的铁皮石斛粉末100g，加入石油醚300mL，加热回流脱脂1h，反复3次，得到脱脂石斛粉末。石油醚蒸馏后可回收循环利用。

(2)步骤(1)得到的脱脂石斛粉末加入实施例(1)中步骤(5)过滤出多糖后剩余的溶液，每次400mL(pH调为6-8)浸提8h*两次，过滤，两次滤液合并为滤液，固相为滤渣。滤液减压浓缩回收乙醇，调节pH至约5.0，使用732型阳离子交换树脂颗粒30g，加入溶液中，浸泡2h吸附石斛生物碱。滤出树脂，以10mL0.5％盐酸清洗阳离子交换树脂颗粒，清洗液降温到0℃，搅拌下过夜结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀，过滤、乙醇洗涤、干燥得产品1.49g，经HPLC检测，其中石斛碱的含量为92.75％。吸附石斛生物碱之后的水溶液使用3000道尔顿的超滤膜截留浓缩，冷冻干燥后，得到0.13g多糖，含量96.3％。回收得到的多糖量较少，超滤膜耗时较长，冻干设备投入较大，回收并不经济。

(3)向步骤(2)所得的滤渣中加入0.7L水，调节pH至10-11，加热至85℃，提取3h，过滤得到水提液。再重复提取两次，合并水提液。

(4)将所得约2.1L水提液75℃下减压浓缩至约300mL。

(5)加入1.2L工业乙醇，常温下醇沉过夜(9h)，离心，过滤，干燥得到石斛多糖6.75g，多糖含量为98.0％。

实施例3

取第一批阴干的铁皮石斛粉末100g，加入石油醚500mL，加热回流脱脂40min，反复3次，得到脱脂石斛粉末。石油醚蒸馏后可回收循环利用。

使用实施例(1)步骤(2)相同的方法醇提得到石斛生物碱1.48g，石斛碱含量为91.84％。

水提，向滤渣1中加入0.6L水，调节pH至10-11，加热至80℃，提取2h，过滤得到水提液，共提取三次，仅将第一次水提液投入步骤(4)，第二次和第三次水提液用于水提后续物料。

取第二批各100g铁皮石斛粉末，重复步骤(1)和步骤(2)，以第一批物料步骤(3)中第二次水提液对第二批物料进行一次提取，之后进行步骤(4)-(5)。

以第一批物料步骤(3)中第三次水提液对第二批物料进行第二次提取，之后对第三批物料进行第一次提取，得到水提液，之后进行步骤(4)-(5)。

将所得600mL水提液70℃下减压浓缩至约350mL。

向第一批物料的浓缩液中加入步骤(2)蒸馏回收的乙醇1.4L，常温下醇沉14h，离心，过滤，干燥得到石斛多糖6.25g，多糖含量为98.3％。

第二批物料同样操作，得到石斛多糖6.69g，多糖含量为96.9％。

第三批物料同样操作，得到石斛多糖6.75g，多糖含量为97.3％。

可见，连续操作时，使用的水提液更少，有效减少了浓缩工艺的能耗，同时整体收率与提取三次合并水提液基本相当。

Claims (10)

1.一种铁皮石斛中石斛多糖与石斛碱的提取方法，其包括以下步骤：

(1)：将铁皮石斛粉末回流脱脂，得到脱脂石斛粉末；

(2)：将脱脂石斛粉末加入乙醇浸提，得到滤液和滤渣；滤液使用阳离子交换树脂吸附，清洗阳离子交换树脂，降温结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀；

(3)：将步骤(2)得到的滤渣用水提取，得到水提液；

(4)：将水提液浓缩，得多糖浓缩液；

(5)：向多糖浓缩液加入醇，过滤、洗涤、干燥，得到铁皮石斛多糖。

2.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤(1)使用石油醚回流脱脂，每千克铁皮石斛加入3-5升石油醚回流提取0.5-2h，重复2-3次；石油醚回收循环利用。

3.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤(2)使用质量浓度为60-80％的乙醇浸提8-12h，重复两次；所得滤液回收乙醇，降至室温，调整至ph4.5-5.5；阳离子交换树脂为弱酸性或强酸性阳离子交换树脂，例如D152和732型，用量为铁皮石斛的30-50％重量；以树脂体积1/3至1倍的稀盐酸清洗阳离子交换树脂颗粒，清洗液降温到0℃，搅拌下结晶得到石斛生物碱盐酸盐沉淀。

4.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤(3)中每千克铁皮石斛加入20-30升的水提取1次，时间为6-8h；或者，每千克铁皮石斛加入5-15升的水提取2-3次，每次2-4h。

5.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤(3)水提两次，每千克铁皮石斛使用10-15L水，第一次的水提液直接进入步骤(4)，第二次的水提液不经冷却直接用于新一批原料的第一次提取；或者，步骤(3)水提三次，每千克铁皮石斛使用5-10L水，第一次的水提液直接进入步骤(4)，第二次的水提液则不经冷却直接用于新一批原料的第一次提取，第三次的水提液用于新一批原料的第二次提取和更后一批原料的第一次提取。

6.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤(4)中，水提液在60-80℃减压浓缩，最终浓缩液体积为每千克铁皮石斛对应3-5L浓缩液。

7.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：浓缩产生的水蒸汽作为热源给步骤(2)供热，或者直接导入步骤(3)为提取提供热量和水。

8.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：水提所用的水利用步骤(2)、(5)降温中的溶液，通过热交换器进行预热。

9.如权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤(5)中，浓缩液使用3-5倍浓缩液体积的工业乙醇或者步骤(2)回收的乙醇进行醇沉，过滤后的滤液中和后投入步骤(2)循环利用。

10.根据权利要求1-9任一项制备得到的石斛多糖或石斛生物碱。