蜂花粉破壁技術的研究進展

劉功良，唐漢良，謝銳均，陳嘉玲，白衛東

（仲愷農業工程學院輕工食品學院，廣東廣州510225）

花粉是有花植物的雄性的生殖細胞，含有豐富的營養物質。蜂花粉是蜜蜂在采集花粉時，通過口器的濕潤以及在雄蕊上收集和自身絨毛黏附花粉，通過傳遞，最后在后足形成花粉團[1-2]。蜂花粉細胞壁分為內壁和外壁，內壁一般由纖維素構成，內壁上存在萌發孔和萌發溝，是物質交換和管萌發的起點，通常萌發孔的閉鎖點是閉鎖的[3-4]。花粉的外壁主要由孢粉素、纖維素等成分組成，具有耐酸、耐堿、耐壓，對消化酶也具有穩定的抗性[5-6]。蜂花粉的內容物含20多種氨基酸，100多種酶和輔酶，多種維生素、核酸、不飽和脂肪酸以及黃酮類化合物等[7-9]，被譽為“濃縮的營養庫”、“濃縮的微星天然藥劑”和“完全營養食品”，具有抗衰老，提高免疫力，護肝及調理腸胃，調節神經系統，美容養顏等功能[10-11]。

蜂花粉的破壁是指通過破壞細胞壁或其萌發孔等，讓壁內的營養物質能釋放出以便利用和深加工。蜂花粉營養成分豐富，并多存在于花粉粒內部，花粉壁的存在限制了蜂花粉的開發和利用。因此，在不影響蜂花粉營養成分的前提下，采用科學合理的方法進行破壁處理，對蜂花粉綜合利用和深加工具有重要意義。本文綜述了蜂花粉破壁的常見方法——機械破壁法、物理破壁法、生物破壁法等，并對其發展趨勢作一展望。

1 物理方法

1.1 機械破壁法

機械破壁法是通過機械運動所產生的剪切力作用來破碎花粉壁。吳玲等采用β-環糊精、微晶纖維素等作為破壁添加劑，與松花粉共研磨，破壁率可以達到99%[12]。李麗等利用高剪切分散乳化技術進行破碎油菜蜂花粉細胞壁的研究，在高速剪切3 min、轉速22 000 r/min、液料比為 1 ∶3（g/mL）的條件下，花粉破壁率達到99%，且黃酮含量為3.60 mg/g[13]。機械破壁法操作簡單，易實現工業化生產，但機械破壁過程中摩擦力、剪切力和擠壓力能產生熱量，導致溫度升高，營養物質損失嚴重。

1.2 超聲波破壁法

超聲波破壁法是利用超聲波發生器產生的聲波或超聲波，讓細胞壁產生空穴作用，從而使花粉破碎，釋放出內容物。王文艷等利用超聲波法提取油菜蜂花粉中的黃酮，在80%乙醇、料液比為55 mL/g、超聲提取25 min的條件下，黃酮的提取率是3.17%[14]。超聲波破壁法具有簡單、快捷等優點，但破壁率不高，并且不易實現工業化生產。

1.3 溫差破壁法

溫差破壁法是利用熱漲冷縮的原理，使蜂花粉壁冷熱交替，發生破裂，再輔以超聲波作用，可提高破壁效果。楊芙蓮等采用溫差并結合超聲波輔助對花粉進行破壁，在溫差100℃、水浴時間7 h、料液比1∶10、冷凍時間24 h的條件下，花粉的破壁率為61.61%。然后，再經功率為200 W、超聲溫度60℃、時間30 min、溶液濃度5%的處理，花粉的破壁率提高至88.53%[15]。采用超聲波進行輔助破壁不但能進一步提高花粉的破壁率，而且能較好地保留營養物質，同時操作簡便，可以大大節約時間。

1.4 壓差破壁法

壓差破壁法是指在高溫、高壓條件下，蜂花粉原料被過熱液體潤脹，孔隙充滿蒸汽，當瞬間解除高壓時，原料孔隙中的過熱液體迅速氣化，體積急劇膨脹而使細胞“爆破”。倪輝等研究了花粉蒸汽爆破技術并確定其工藝條件：用0.05 mol/L的檸檬酸液調制40%的花粉漿，拌勻，并放入物料室，維持飽和蒸汽壓為0.15 MPa作用11 s；充入高溫飽和蒸汽并保持一定的時間，關閉蒸汽閥門，通入壓縮空氣穩定物料室的壓力并打開料液出口閥門，花粉液從物料室中噴出，收集噴出的花粉液即為破壁的花粉液。破壁后，花粉營養物質的溶出率超過86%，VA、VC和粗脂肪量顯著增加，細菌總數、大腸桿菌和霉菌總數顯著減少；破壁率、A280值及營養物質溶出率在工藝放大過程中無顯著差異[16]。該方法安全高效、穩定性好、花粉漿濃度高、容易放大，產業化前景良好，但高溫條件下，蜂花粉的營養物質損失嚴重。

1.5 超臨界二氧化碳提取法

該法是利用超臨界二氧化碳的流體性質對油菜蜂花粉進行處理，再通過快速卸壓使蜂花粉細胞壁破裂，從而破壁。孫麗萍等利用超臨界二氧化碳對蜂花粉進行破壁，花粉壁自萌發溝處裂開，細胞破碎率隨二氧化碳壓力的增加而提高，經45 MPa破壁后效果極為顯著，電鏡觀察結果表明破壁率達100%[17]。該方法額破壁率高，營養物質損失少，安全性好，但設備投資成本高，操作復雜。

2 生物破壁

2.1 發酵破壁法

發酵破壁法是利用花粉自身的微生物或通過接種酵母、霉菌、乳酸菌等發酵，利用發酵過程產生的酶系水解蜂花粉的細胞壁外壁，使花粉里面的營養物質能釋放出來。馮慧等人采用酵母發酵法破壁油菜蜂花粉，當干性酵母添加量為 1%、料液比 1∶1（g/mL）、發酵時間3 d、發酵溫度32℃，花粉破壁率達到52.30%，破壁花粉含可溶性糖2.74%、游離氨基酸5.10%、總黃酮1.45%、VC156.24 μg/g。該方法能改善破壁花粉的風味，在發酵過程中會產生較多的有機酸，可抑制雜菌的生長[18]。戚薇等先接納豆芽孢桿菌，發酵3 d后再接嗜酸乳桿菌發酵5 d，在接種量為10%，花粉的含水量為35%～40%，發酵溫度為30℃等條件下，采用淺層好氧發酵破壁蜂花粉[19]。研究表明，經混合菌固態發酵后的花粉氣味鮮香，口味酸甜，并含有益生菌，提高了蜂花粉產品的營養價值，但易染雜菌。

2.2 酶解破壁法

酶解破壁法是通過外源酶系來達到破壁目的，包括纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶、蛋白酶、復合酶等。任向楠等用木瓜蛋白酶對油菜花粉細胞壁通透性的研究中，經過木瓜蛋白酶酶解后，蛋白分散指數、溶解指數、可溶性糖含量與空白相比均顯著增加（P＜0.05），而且能對油菜花粉細胞壁通透性有明顯改善[20]。孟良玉等研究纖維素酶對油菜蜂花粉破壁的影響，當油菜蜂花粉的最佳破壁條件為料液比1∶50（g/mL）、加酶量為1.75%、酶解溫度47.5℃、酶解時間5.0 h，此條件下的油菜蜂花粉的破壁率為85.72%，多糖提取率為18.85%[21]。楊文超等利用纖維素酶-果膠酶-木聚糖酶-木瓜蛋白酶4種酶制劑酶解破壁蓮花蜂花粉，當復合酶中各種酶制劑的最適配比為4∶2∶1∶3，酶解作用pH4.0，復合酶的添加量1.2%、酶解溫度45℃、料水比 1 ∶14（g/mL），破壁率可達 89.21%[22]。該方法簡單、環保、高效，但酶制劑價格比較貴，工業化的成本比較高。

3 化學破碎法

化學破碎法是指通過各種化學試劑對破碎細胞壁，使營養物質流出。龔蜜等使用乙醇提取油菜花粉，按固液比1∶8、提取時間2 h、提取溫度55℃、震蕩頻率145 r/min、固液比 1∶8、提取時間2 h、提取溫度65℃，震蕩頻率145 r/min，花粉的平均提取率有著極顯著的提高[23]。林瑾等使用乙醇、酸、堿、H2O2、黃瓜提取液、H2O2和NaOH混和溶液處理花粉，檢測玫瑰花粉的破壁率。研究表明，黃瓜提取液、H2O2和NaOH混和溶液對玫瑰花粉作用效果好，黃瓜提取液對花粉具有明顯的膨脹作用，使用H2O2和NaOH混和溶液處理花粉，破壁率可達90%[24]。該方法成本低，可操作性強，但營養物質的損失和污染較為嚴重，降低了蜂花粉的營養價值。

4 問題與展望

目前，蜂花粉破壁的單一方法種類較多，但各自有不同的特點，破壁效果和成本往往不能兼顧，今后的研究重點是將各種方法相互組合，擇優選擇。在最大程度保持蜂花粉營養物質的前提下，盡可能選擇反應條件溫和、高效、低成本和低能耗的破壁方法。

在衡量蜂花粉的破壁效果時，一般采用鏡檢來計算破壁率，但這種方法人為誤差較大，無法有效反應蜂花粉的破壁程度。有學者利用比表面積、粒度分析、Zet a電位、掃描電鏡與透射電鏡掃描等指標和方法表征評定蜂花粉的破壁效果，從不同角度反映酶法在改善花粉細胞通透性上起到的作用，但不易推廣使用[24-27]。因此，可選擇可溶性總糖、游離氨基酸、總酚、黃酮、VC等營養物質作為衡量指標，以未經破壁處理的蜂花粉作為空白對照，即可真實反映蜂花粉的破壁效果。

我國蜂花粉的產量巨大，蜂花粉產品具有廣闊的市場前景和潛在價值。隨著現代生物技術的不斷發展，可結合基因工程和酶工程等技術，篩選高效的復合酶用以破壁蜂花粉，建立高效、經濟的破壁方法，促進蜂花粉產品的利用及產業發展。

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