一種新的綜合法破壁靈芝孢子技術

葉坤+左金+黃昊宇

摘要：以微波預處理對靈芝孢子進行脆化，采用正交試驗法對影響靈芝孢子含水量、脆化率的因素進行了試驗和分析，獲得了微波的最佳工藝組合，并結合氣流粉碎進行破壁。結果發現，當溫度為40 ℃、功率為9 kW、處理時間達到30 min時微波預處理的效果最好。與預處理前相比，經過預處理后的靈芝孢子采用氣流粉碎的破壁率明顯提高，而粉碎所用時間大大縮短。氣流破壁靈芝孢子的多糖和三萜含量較破壁前顯著增加，同時不會引入重金屬雜質。

關鍵詞：靈芝孢子；微波預處理；正交試驗；脆化；氣流粉碎；破壁

中圖分類號： S567.3+10.9 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）01-0178-03

靈芝孢子即靈芝的種子，是靈芝在生長成熟時期從菌蓋彈射出來的極為細小的顆粒，內含豐富的生物活性成分，其中多糖類和三萜類化合物被看作是主要活性物質，具有抗腫瘤、抗心血管疾病、增強免疫等作用[1-2]，其有效成分含量高出靈芝75倍[3]。

靈芝孢子具有堅韌的雙層外壁結構，研究表明孢壁成分中幾丁質含量為52.08%～57.64%，無機元素構成以硅（19.01%）、鈣（24.31%）為主，硅、鈣摻入幾丁質使得孢壁更加結實堅韌、耐酸堿，極難氧化分解[4]。因此，利用一般的物理、化學方法很難將靈芝孢子壁打破。研究表明，人體對不破壁孢子內的營養成分很難吸收，生物利用率低[5]。未破壁的靈芝孢子有效成分進入體內的消化利用率僅為12%，破壁后的靈芝孢子有效成分的消化吸收率可達95%，而且破壁前后孢子的活性成分是有差異的，研究結果顯示，破壁靈芝孢子的多糖與三萜含量明顯高于未破壁靈芝孢子[6-7]。因此，為了充分利用靈芝孢子內的有效成分，必須對其進行破壁。目前，國內的研究人員已經對靈芝孢子的破壁方法進行了大量的研究。這些破壁方法可以歸納總結為生物法[8]、化學法[9]、物理法[10]、機械法[11]4種類型，但是這些方法普遍存在生產成本高、破壁率低、產品中的有害殘留較高、生產效率較低等缺點。為了彌補靈芝孢子現有破壁技術的不足，充分利用其中的營養成分，本試驗研究了一種對靈芝孢子進行預處理后采用氣流粉碎破壁的綜合方法，該方法易于實現、操作簡單，既可以保證靈芝孢子破壁完全，又可以完整保留其中的有效成分，而且不會引入重金屬雜質。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料來自安徽省金寨縣提供的大別山靈芝孢子（未破壁），平均粒徑為4～6 μm，水分含量約為10%。

自制真空低溫微波預處理設備；自制CP-20型超微氣流粉碎分級機；XSP-24N生物顯微鏡，南京江南永新光學有限公司生產；S-4800掃描電子顯微鏡，日本日立公司生產。1.2 試驗方法

1.2.1 靈芝孢子的預處理 取1 kg靈芝孢子原料，在真空條件下分別用3、6、9 kW功率的微波處理10～30 min。在微波處理過程中保持相對較低的環境溫度，溫度調節為 30～50 ℃。

1.2.2 靈芝孢子的破壁 將預處理過后已經干燥、脆化的靈芝孢子加入自制CP-20型超微氣流粉碎分級機進行破壁，破壁時間控制在10～30 min。

1.2.3 靈芝孢子成品破壁率的測定 采用血球計數板法計算破壁率[12]。

1.2.4 靈芝孢子成品中所含有效成分及重金屬的測定 多糖和三萜含量由中國農業部食用菌產品質量監督檢驗測試中心（上海）負責檢測，重金屬含量由綿陽市產品質量監督檢驗所負責檢測。

2 結果與分析

2.1 預處理

采用真空低溫微波對靈芝孢子原料進行預處理有以下三大好處：（1） 微波通過水分子的振動使靈芝孢子壁的幾丁質纖維素斷裂，從而達到提高靈芝孢子壁脆性的目的。（2） 在預處理的過程中微波會向靈芝孢子輻射能量，從而導致溫度上升，使靈芝孢子的有效成分受到破壞和流失，而低溫環境有效克服了微波對靈芝孢子的加熱作用產生的熱破壞，保存了有效成分。（3） 在真空環境下對靈芝孢子進行微波處理可以有效避免靈芝孢子的氧化，減少空氣中的氧氣對靈芝孢子中的營養物質的影響，同時還可以進一步提高增加孢子壁脆性的效果。

在對靈芝孢子進行氣流粉碎時，其含水量越低，越容易破壁；孢子壁的脆化程度越高，破壁的效果越好。以預處理后靈芝孢子的含水量、影響破壁的脆化率作為指標，選取微波處理溫度、處理時間、微波的功率3個影響因素進行正交設計優選工藝試驗（表1）。

脆化率測定：采集預處理后的靈芝孢子，對其進行掃描電鏡分析。按照式（1）統計脆化率。

脆化率=1-預處理后未脆化的完整靈芝孢子個數預處理前完整靈芝孢子個數×100%。（1）

每次分別取3組樣品進行試驗，結果采用3次試驗的平均值（表2）。

因素A對靈芝孢子含水量的影響最為顯著，經過分析可以得出，最佳干燥工藝組合為A3B3C3；而A、B、C這3個因素對靈芝孢子脆化率的影響程度大小依次為C>B>A， 對試驗結果進行分析后可以確定，最佳脆化工藝組合為A2B3C3（表2）。綜合分析含水量和脆化率指標的影響因素及優水平組合，確定A2B3C3為試驗的最佳水平組合，即微波處理溫度40 ℃、微波功率9 kW、處理時間30 min。

2.2 試驗驗證

取1 kg靈芝孢子原料，經過測定可知其含水量為10.23%，按照最佳工藝進行3次驗證試驗，經過微波預處理后其含水量為4.70%，脆化率達到95%，驗證試驗結果與正交試驗結果基本相符靈芝孢子原料在預處理前表面光滑，形態完整，萌發孔較小；而經過微波預處理后，靈芝孢子絕大部分萌發孔變大，有內容物溢出，部分已經脆化出現破裂（圖1）。

2.3 氣流粉碎

氣流粉碎采用超聲速氣流對撞原理對靈芝孢子實現超微粉碎與破壁，整個粉碎過程在低溫、瞬間條件下進行。研究發現，未經過微波預處理的靈芝孢子采用氣流粉碎法進行破壁的效果不理想，經過30 min粉碎之后破壁率才達到20%左右；而經過預處理后，其破壁率明顯提高，經過 30 min 的氣流粉碎后，其破壁率可以超過99%（圖2、表3）。與原料相比，破壁后的靈芝孢子多糖和三萜含量都有了顯著提高，當破壁率達到99%以上時，其多糖、三萜含量分別是原料的1.6、1.42倍；而重金屬Fe、Cr、Ni、Mn的含量幾乎沒有變化（其值的少許變化是測定過程中的誤差所造成的）（圖2、表1），這是由于在氣流粉碎的過程中，靈芝孢子由于相互之間進行碰撞達到破壁的目的，不銹鋼容器對靈芝孢子顆粒的影響基本可以忽略。

3 結論與討論

以靈芝孢子為原料，采用微波進行預處理，并用正交試驗法分析影響靈芝孢子含水量和脆化率的因素， 結合氣流粉碎進行破壁。結果表明，當處理溫度為40 ℃、功率為 9 kW、處理時間為30 min時，微波預處理的效果最好。與靈芝孢子原料相比， 經過預處理后的靈芝孢子采用氣流粉碎的破壁率明顯提高，而粉碎所用時間大大縮短。靈芝孢子破壁后的多糖與三萜含量較破壁前顯著提高，同時由于氣流粉碎的特性，不會引入重金屬雜質。本試驗初步研究了微波與氣流粉碎相結合的破壁技術對于靈芝孢子的破壁率以及多糖、三萜和重金屬含量的影響，但是靈芝孢子破壁后容易發生氧化，形成酸敗生成有害物質并對人體產生危害，因此采用綜合法破壁技術對靈芝孢子的過氧化值和酸值的影響有待進一步研究。

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