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靈芝孢子粉破壁技術[節選]

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發表時間:2021-04-19 15:06

馬 超 1,馬傳貴 2,戚 俊 3,張博華 1

(1.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院,山東 濟南 250014;2.北京京誠生物科技有限公司,北京 102629; 3.中國食用菌協會,北京 100801)


摘要:綜述了靈芝孢子常用的破壁方法,分析了各種破壁方法的特點,多種破壁方法組合的復合破壁技術,同時兼顧經濟、高效、環保的破壁技術將是靈芝孢子破壁技術的發展趨勢。闡述了靈芝類在保健食品中的注冊情況,包括不同劑型、不同功能聲稱等保健食品注冊的占比等情況的現狀、存在的問題及前景展望。為靈芝孢子粉產品的推廣應用提供參考。

關鍵詞:靈芝孢子;破壁技術;保健食品

中圖分類號:S646.9 文獻標志碼:A 文章編號:1003 - 8310(2020)12-0008-06


20201023


近年來,探討靈芝孢子粉的藥理作用及功效成分含量的研究較多,但對比靈芝孢子的破壁技術,分析破壁前后靈芝孢子粉質量情況及以靈芝類為主要原料的保健食品注冊情況等論述較少。本研究主要綜述了靈芝孢子粉的破壁方法,破壁前后主要質量變化,分析了各種破壁方法的特點,認為多種方法組合的復合破壁技術,同時兼顧經濟、高效、環保的破壁技術將是靈芝孢子破壁技術的發展趨勢。因此,闡述了靈芝類在保健食品中注冊的情況,包括不同劑型、不同功能聲稱等保健食品注冊的占比情況等現狀、存在的問題及前景展望。

靈芝孢子粉破壁技術

靈芝孢子細胞壁主要由堅硬的幾丁質構成,人的消化系統不易分解該物質,導致未經破壁處理的靈芝孢子粉的功效成分很難被消化吸收[4],因此有必要對靈芝孢子粉進行破壁處理,以達到其有效成分被充分利用的目的。目前,國內外的破壁技術工藝多種多樣,若按破壁原理來分,大致分為機械法、物理法、化學法、生物法、組合法等[5]

1.1機械破壁法

機械破壁法指借助設備設施的擠壓、撞擊、高速剪切等外部作用力使得靈芝孢子的幾丁質殼破裂的方法[6]

1.1.1研磨式超微粉碎破壁法

研磨式粉碎是靈芝孢子借助與研磨介質之間所產生的擠壓以及剪切、碰撞等的相互作用力,完成靈芝孢子細胞壁粉碎的過程[6]。研磨式粉碎過程主要為碰撞力、擠壓與剪切作用[6]。破壁的效果取決于研磨介質的長短、外形輪廓、體積比、研磨方式、靈芝孢子物料的裝填量、相互作用的力學特性等。研磨式粉碎的典型設備有對輥式擠壓破碎機、攪拌研磨和振動研磨等。常用的研磨式靈芝孢子超微粉碎破壁方法有球磨式干法超微粉碎破壁、濕法高速剪切破壁、高壓均質破壁等[6]。該方法的特點是破壁率高,但很容易造成磨介之間的碰撞摩擦導致物料中夾雜金屬碎屑。

1.1.2氣流式超微粉碎破壁法

氣流式超微粉碎的原理是借助高壓空氣或過熱蒸汽,當氣流通過噴嘴會受阻產生更高壓力湍流高壓氣流,以該氣流作為靈芝孢子的載體,孢子與孢子之間或孢子與腔體之間發生高強度撞擊或擠壓等作用,導致堅硬的細胞壁破裂,完成粉碎破壁的目的[7]。肖鑫等[8]先將靈芝孢子粉進行纖維素酶預處理,再進行高壓氣流粉碎,粉碎率可達到99%以上。

1.1.3擠壓膨化破壁法

擠壓膨化破壁的原理是物料通過旋轉的螺桿產生擠壓、剪切以及設備腔體的加熱作用,物料受熱、高壓及剪切作用實現細胞壁的破裂,達到破壁的目的[9]。該方法工藝操作簡單,易于連續大量的進行破壁處理,但由于高壓及加熱等作用會導致物料的部分功效成分受熱變性,影響產品的品質。劉靜雪[10]等采用雙螺桿擠出技術對靈芝孢子粉進行破壁處理,利用響應面優化得出當擠出溫度110°C、物料含水量27%、螺桿轉速640r·min-1時,靈芝孢子粉破壁率可達到96.48%。

1.2物理破壁法

1.2.1超聲波破壁法

超聲波破壁技術是利用超聲波的輔助作用結合特定溶劑進行靈芝孢子破壁的方法,超聲波能夠產生高頻的強力空化效應和沖撞作用,從而使靈芝孢子之間產生強烈的撞擊和剪切,實現破壁的目的[5]。該方法能夠縮短破壁時間,提高破壁效率。單獨使用超聲波破壁效率較低,容易產生局部高熱而使靈芝孢子中的熱敏性成分變性失活[5]。在靈芝子實體的提取中,Alzorqi等[11]借助超聲波破壁輔助提取其多糖組分,在工藝優化的條件下,該多糖組分得率明顯提高。

1.2.2微波破壁法

微波輔助破壁技術是利用微波輻射能產生的高頻電磁場,透過萃取介質深入靈芝孢子細胞內部的過程。微波所產生的高頻電磁場,可使得靈芝孢子組分的分子由固體內部向固液界面擴散的速率加快。此過程中會產生大量熱能,從而使細胞內部壓力變大,細胞壁由于內外壓差的作用而破裂。但該方法容易導致靈芝孢子的部分功效成分受熱破壞[12]。楊連威[13]先將靈芝孢子進行微波處理,再在低溫下深加工,靈芝孢子的破壁率可達99%以上。

1.2.3超低溫液氮脆化破壁法

超低溫液氮脆化破壁是指利用液氮的超低溫將靈芝孢子快速凍結后再迅速解凍,從而達到破壁效果的方法[14]。一般超低溫液氮脆化設備由液氮發生器、脆化系統、信息采集系統和觀察系統四大部分組成[14]。周順華等[14]試驗證明,超低溫液氮能夠有效提高細胞壁的脆化破裂效果;采用超低溫液氮進行脆化破壁具有破壁率高,設備操作簡便及功效成分破壞小等特點。吳映明等[15]采用超聲波和超低溫冷凍處理結合的方法進行靈芝孢子粉的破壁處理,結果顯示隨著凍結、解凍次數的增加可一定程度上提高靈芝多糖的得率,本方法具有能耗低、破壁效果好,操作簡單等特點,但作用時間長。

1.2.4真空壓差膨化破壁法

真空壓差膨化又稱氣流膨化、變溫壓差膨化等,該方法的膨化過程中,膨化的溫度和干燥過程中的溫度有溫差,在膨化過程中物料的溫度不斷變化;壓差是指物料在膨化的過程中由腔體中的高壓與真空罐連通時變成低壓的過程;該過程導致物料內部水分瞬間汽化,使得物料形成蓬松的結構狀態[16]。周萍等[17]研究了真空壓差脆化破壁靈芝孢子的工藝,以靈芝孢子的硬度和含水率為指標,選取膨化溫度、抽真空干燥溫度、抽真空干燥時間等為考察主要因素,經正工藝優化試驗得到真空壓差膨化結合超微粉碎技術可提高靈芝孢子破壁率。

1.3化學法

化學法是利用溶劑浸提靈芝孢子粉中有效成分或利用酸、堿等試劑降解靈芝孢子細胞壁結構,使得靈芝孢子粉中的功效成分溶出[5]。該法的優點是設備投入少,能耗低;缺點是提取或破壁時間長,容易造成溶劑殘留等。Lee等[18]采用25%乙醇溶劑提取靈芝中的功效成分,最終減壓濃縮并定容至500mL保存,通過靈芝的25%乙醇提取物,研究其通過激活Nrf2/HO-1通路增強細胞的抗氧化作用,該方法對靈芝孢子的提取率較好。

1.4生物法

1.4.1酶解破壁法

酶解破壁法是通過添加溶壁酶,包括纖維素酶、幾丁質酶和葡糖苷酶等,具有1種或2種以上的酶活性,通常是將2種以上的酶混合使用,能更好地發揮破壁作用[5]。夏志蘭等[19]利用3.0%濃度溶壁酶III,在38°C條件下對靈芝孢子酶解4h,靈芝孢子粉破壁率達到80%以上。此方法與超聲波處理技術相結合,靈芝孢子粉破壁率達到98%以上。李國平[20]采用復合酶解技術對靈芝孢子粉進行破壁處理,效果明顯。

1.4.2萌發破壁法

萌發破壁法是在適宜的萌發條件下,誘導新鮮飽滿的靈芝孢子萌發,從而達到破壁的目的[21]。王德芝等[21]研究表明,靈芝孢子在28°C、pH5、供氧、黑暗條件下培養48h,萌發率可達70%,且0.1mg·mL-1濃度范圍的MgSO4、CaCl2、FeCl3能促進孢子萌發。萌發破壁法除受外部培養條件影響外,靈芝孢子的保存狀態對破壁率有很大影響。柯斌榕等[22]研究表明,赤芝只有早期彈射的新鮮擔孢子可以在麥芽汁培養基中萌發。

1.4.3微生物破壁法

徐亞敏[23]公開了“一種靈芝孢子粉的微生物破壁方法”。該方法先將靈芝孢子粉滅菌處理,采用灰色鏈霉菌作為溶壁菌對靈芝孢子進行破壁,使靈芝孢子粉的活性物質得到最大程度地保留。有利于人體吸收利用,微生物發酵過程產生的微生物蛋白酶可協同強化靈芝孢子粉的功效。

1.5組合破壁法

在工業化生產中,大多以機械法或物理法為主,早期以球磨式振動磨超微粉碎破壁居多,但該方法存在處理量小,破壁時間長(一般1h左右),溫度過高及金屬棒的相互碰撞導致的金屬碎屑殘留等系列問題[5]。通過實際調研的加工企業及行業情況數據,發現目前以對輥式擠壓破壁居多,該方法金屬輥不會直接接觸產生金屬碎屑,不會造成因金屬直接碰撞而產生的高溫。但若達到95%以上的破壁率也需要反復的進行擠壓破壁處理,一般也需1h左右,且易產生揚塵。為了更高效地實現低溫、短時、高破壁率等指標,很多研究嘗試采用幾種不同方法組合破壁的思路,即綜合破壁法。具體的結合方式往往根據生產實際,通過機械與物理,機械與生物或化學等組合方法破壁。

周萍等[17]采用變溫壓差脆化結合超微粉碎技術進行靈芝孢子破壁研究,破壁率可達到99.5%。吳鐵等[24]將高壓破壁與冷凍破壁相結合,即采用121°C,維持30min對靈芝孢子進行高壓破壁;然后在65°C烤箱里烤干,再放置冰箱冷凍12h~24h,取出于65°C烘干。該組合方法所得靈芝孢子破壁率可達99%以上。郝利民等[25]采用靈芝菌絲體液態深層培養發酵液對靈芝孢子粉進行浸潤式萌發培養和細胞壁酶解,干燥后進行液氮低溫脆化處理,再結合機械破壁,所得靈芝孢子破壁率達到90%以上。


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