擠壓膨化工藝在中藥及其產品加工領域中的應用研究

李芳蕊，楊佳彤，張瑞，王英平

（吉林農業大學，吉林 長春 130118）

擠壓膨化技術作為一種可實現多單元連續操作的新型加工技術，其操作集混合、攪拌、加熱、膨化及成型等為一體。基于其操作過程簡易、生產效率高、原料適用性廣、生產成本低、產品性狀多樣化和原料營養損失少等特點，已被廣泛應用于食品、發酵、油脂加工、飼料和醫藥等行業。目前，膨化技術已逐步延伸應用到中藥及其食品保健領域，特別是中藥材的加工生產方面早在20世紀就已開始深入實踐。

中藥材膨化原理是將中藥材送入擠壓膨化機中，藥材進入機筒內部后，在螺桿相互推動擠壓下成軸向性向前移動。隨著機腔內部溫度、壓力及剪切力度的不斷加大，機筒內外產生巨大壓力差，當機筒內部到達一定高壓時便會降到低壓狀態，隨即物料被擠出。此時藥物內部水蒸氣會瞬間膨脹，使細胞壁破碎，擠出物質地疏松，表面呈現空心網狀結構，此為膨化效應。據探究，其在此期間藥物內部一些大分子物質會產生變性、結構重組和糊化反應等，相應小分子也會產生美拉德反應，產生膨化效應[1]。

中藥在擠壓膨化過程中產生一系列物理和化學反應，使得膨化后的中藥材在內部質構、表觀特征和化學組成等理化及藥理活性、營養方面均產生了很大改變。有研究表明，經膨化后的中藥材不僅內部結構和外部形態變得更加膨脹疏松，而且有效成分更易于浸出，部分有效成分含量有所提高，自身的營養價值也得到了很大的改善[2]。

1 擠壓膨化技術在中藥材加工中的應用

早在20世紀末，已有人申請了“中草藥膨化加工方法”專利[3]，該中藥加工方法立足于傳統中醫學理論的指導，結合現代擠壓膨化加工技術對中藥材進行加工，徹底改革并更新了我國中藥材在加工、炮制領域中的傳統工藝理念，為其增添了新的生命力，并使其向著更現代化更科學的方向發展。

表1 擠壓膨化技術在中藥材加工中的影響Table 1 The effect of extrusion technology on the processing of Traditional Chinese Medicines

1.1 對藥材內部組織結構及質地的影響

一些質地堅硬的中藥材在膨化過程中，其內部薄壁細胞的破壁率高達90%以上，體積增大3~9倍，致使膨化后的中藥材由內而外變“大”，即細胞孔隙增多、表面積增大，質地也變得更加疏松[4]。

袁葉飛等[5,6]分別對骨碎補、金毛狗脊等質地堅硬且表面含有鱗片或茸毛等難以加工的中藥材進行膨化研究，發現通過膨化法進行炮制后，其質地更為疏松，且更有利于去毛，為其進一步加工利用提高了生產效率。名貴中藥材紅參生品經膨化炮制后，藥材斷面由原來的致密狀態變為疏松多孔的蜂窩狀，質地由堅硬變為蓬松且可達到用手輕輕捏即碎的程度，但關于其機理并未有進一步說明[7]。程芬、薛軍等[8,9]分別對淀粉含量較高的中藥材半夏、蓮子等進行膨化加工，經膨化后由于淀粉顆粒結構的消失，內部組織中細胞壁破碎，使組織空隙變大，表面呈空心網狀結構，且質地變疏松。

由于藥材組織內部細胞壁被破碎，細胞內部結構減少了對溶媒的屏障作用，使得細胞內有效成分充分暴露出來，從而易被溶媒溶解出來，故膨化使中藥材質地變疏松，表面形成空心網狀結構[10]。

1.2 對藥材有效成分含量的影響

藥材成分的溶出率直接影響著其有效成分含量的變化，隨著藥物成分溶出率的提高，部分有效成分含量也會隨之增加。如經膨化后，骨碎補有效成分柚皮苷、半夏中的多糖以及山藥中的薯蕷皂苷元含量等較生品及其他炮制方法均有顯著性提高[6,11-15]。然而，郭海霞等[16]對淀粉含量較高的何首烏進行膨化炮制，發現經擠壓膨化加工的何首烏中所含游離型蒽醌和結合型蒽醌的含量都有所下降，且后者含量比前者下降更為明顯。故通過擠壓膨化加工技術對中藥材進行炮制加工，會對部分中藥材的有效成分溶出度產生不同的影響，相應的對其有效成分含量的影響也是有正面和負面之分，即擠壓膨化技術并不是對所有的中藥材都適用。

1.3 對藥材生物活性的影響

半夏多糖有抗腫瘤的藥理作用，經膨化后，隨著多糖含量的增加其抗腫瘤活性也顯著提高[11,17]。經加壓膨化方法來處理后的桔梗、甘草和金毛狗脊等中藥材的鎮痛效果顯著提高[5,18]，白芍的肝保護作用增強[19]，靈芝由于膳食纖維的改性，增強了其水溶性效果，在和胃健脾、潤腸通便方面的功能也增強[20]。張瑛等[21]發現，膨化人參不僅可以增強動物的細胞免疫功能，還可改善其記憶獲得、鞏固及記憶再現障礙等藥理活性。對于前者功能影響，膨化人參稍優于人參生品，對于后者藥理活性作用卻無顯著性差異。藥材麥冬經膨化加工后，其免疫功能活性也沒有任何改變[22]。夏光輝等[23]發現經擠壓膨化法處理后的玉竹黃酮樣品中的黃酮含量純度高于其他加工方法。但是可能由于膨化過程中玉竹中黃酮的分子結構發生變化，或是黃酮中酚羥基與其內部其他物質發生反應，從而使得玉竹中有效成分黃酮的清除自由基能力下降最多，導致玉竹抗氧化活性能力下降嚴重。

擠壓膨化加工技術的應用，可使部分中藥材達到增效減毒的作用，使其藥理活性往更有利于人體利用的方向發展。但也有一部分中藥材經擠壓膨化加工后其某些藥理活性并未發生改變，有的甚至往不利的方向發展，故在膨化時應注意該方法的使用對中藥材的藥理活性產生的不同影響。

1.4 對藥材口感風味變化的影響

隨著人們生活水平的提高，“良藥可口”成為我們追求的新目標。最新版2020年《中國藥典》中記載中藥材2 711種，其中大部分中藥材含有不同程度的不良氣味，這種中藥固有的不良口感成為其發展的最大障礙[24]。為解決這一難題，有學者從藥材的源頭炮制階段入手，通過擠壓膨化技術改變其口感不好的狀態。

銀杏治療咳嗽、哮喘療效較好，但口感很差，影響患者對藥物服用的依從性。王琴等[25]發現經膨化后的銀杏中淀粉發生糊化現象，使得銀杏口感更酥脆，且保留了白果特有的香味，掩蓋其原有的苦澀味。膨化后的銀杏不僅口感風味變好，還在很大程度上提高其營養價值。王榮梅等[26]發現膨化后的枸杞質地變得更加酥脆，在口中更易被嚼碎，其中的糖分容易迅速溶入人體唾液，進而使人感覺到甜味，加上膨化過程中美拉德反應的產生，使膨化枸杞產生獨特焦香味而摒棄原有的中藥味。另外，枸杞在膨化過程中經高溫脫水，使得其內部種子被熟制而變酥脆，且咀嚼時無沙粒感，提高了藥材的風味和口感。

經擠壓膨化后的中藥材，不僅質地及結構發生了變化，還在一定程度上改變了其口感風味，其口感更酥脆，氣味更醇香，一改中藥材原有的難以令人接受的獨特氣味，使其被接受性更強。

2 擠壓膨化技術在中藥食品加工中的應用

為改善并增強以往膨化食品在日常食療養生、促進健康方面的作用，改進普通食品成分組成粗泛且不夠嚴謹科學的狀態，科學工作者們嘗試將食品原料與一定比例中草藥配合，以擠壓膨化技術為技術指導對中藥材進行擠壓加工，既可保證食品成分的綠色天然無公害，又可保證食品豐富的營養成分和摒棄中藥材的不良口感，使該加工產品更加美味可口且具有一定的功能性[27]。通過選用人參、茯苓、葛根、白芷、板藍根和枸杞等中藥材及其他營養食療植物原料組成配方，制成健康營養的新型膨化食品[28]。常見的中藥膨化食品有薏苡仁膨化食品、速溶阿膠粉及調節血脂的固體飲料等。

劉瑞林[29]首次提出采用食品膨化加工的方法，將中藥材粉碎或提取后與膨化原料（口感好的動植物原料，如谷類、淀粉等）混合，按膨化加工工藝生產出不同的膨化中藥產品，此工藝技術不僅解決了中藥口感不好的難點，還使得加工出的產品有利于人體吸收，更便于貯藏。相應產品有板藍根玉米條、藿香正氣散玉米條等。金鐵、岳佳和薛張芝等[30-32]分別以大米-人參、薏苡仁-玉米、白果-糯米粉等的混合膨化物作為原料，進一步加工制備出滿足人們需求的膨化產品，不僅口感與功效俱佳，還達到利于攜帶、食用方便及便于保存的即食目的。鄭秀蓮等[33]證明，經擠壓膨化方法加工后的黃精營養粉不僅口感較之前倍增，解決了人們對中藥不良氣味的排斥感，而且對高血糖和高血脂患者有顯著的降糖、降脂療效。

王苗苗、趙立春等[34,35]以山楂、荷葉、薏米、火麻仁、桑葉和山藥等藥食同源中藥材作為主要膨化原料，經二次加工得到的一種新型調節血脂的固體飲料，經驗證所得成品感官評分較高且穩定性好。隨著含中藥原材料膨化食品的不斷生產，宋歡等[36]以名貴中藥人參為主料，配伍藥食同源著稱的中藥材——山藥，將其復合粉進行擠壓膨化加工，得到了理化性質較佳的新型人參山藥膨化產品，為人參資源的開發與利用提供了新的方向。

在當代社會情況下，由于人們生活方式和喜好的變化，對具有功能成分的食用產品的需求量不斷增加。擠壓膨化技術的發展為中藥膨化食品的加工提供了有力的發展前景，既可使豐富的中藥資源得以合理地開發利用，又可生產出符合人們需求的高質量功能性食品。

3 擠壓膨化技術在中藥飼料加工中的應用

為開創具有中國特色的“綠色”畜牧業生產體系，我國于2020年1月1日起，農業農村部發布第194號公告，將除去中藥以外的所有促生長類的藥物飼料添加劑，自此釋放了前所未有的中藥政策紅利。發展綠色畜牧業新理念，同時將食藥同源的養生理念貫穿于動物的飲食、生產及保健等各個環節，逐步實現了從替抗、無抗到綠色生產。目前，已有大量實例證明，擠壓膨化處理加工技術不僅能夠有效提升飼料的利用率，還能增強飼料中營養分子的存活率，進而延長飼料原料的壽命，提高了畜牧繁殖質量，從而提升動物的生長性能[37]。

胡兵等[38]將由中草藥組成的免疫促長劑加入鯽魚膨化飼料中，不僅提高了飼料的營養品質，增進鯽魚的食欲，提高其攝食量，使魚形體更好，肉質更佳，還強化了鯽魚的免疫功能，從而降低魚的發病率，提高生產效率，增加經濟效益[39]。吳咸領等[40]研制出適用于鰱魚食用的膨化飼料，此種鰱魚飼料香味飽滿，適口性好，可有效刺激動物食欲，促進其生長發育，使魚的肉質更好。由于膨化過程使物料內部蛋白質發生變性，使得其結構得以改變，故飼料在動物腸道中的水解時間變短；膨化加工過程將該飼料中原料分子的囊化油脂不斷釋放出來，提高了脂肪熱能值；膨化反應還將淀粉與脂肪相結合為脂多糖或脂蛋白，進而降低游離脂肪酸含量，減少酸敗現象的發生，提高飼料產品質量。

將先進的擠壓膨化技術與中藥飼料發展理念相結合，不僅可以將中藥資源開拓到邊沿產品領域，豐富中藥產品資源，還可以保證飼料的質量，加之膨化技術的應用可使中藥飼料的有效成分及營養物質發揮其最大作用，改善飼料中的不良氣味，增強其蓬松感，不僅適口性好，糊化度高，還具有很好的誘食效果。

4 總結與展望

擠壓膨化技術的使用給中藥及其產品帶來了新的發展方向，不僅豐富了藥材多樣性，還增添了人類對新興產品的需求，從而推動了我國傳統中藥的應用與發展。中藥經擠壓膨化法炮制加工后，部分藥材有效成分溶出率顯著提高，有效成分含量也有所增加，生物利用度得到提高，進而減少患者的服用計量，同時經膨化后的藥材口感變酥脆，味道更醇香；目前，中藥膨化食品以其獨特的營養功能及特殊口感在食品行業已掀起新的食品需求浪潮，不斷滿足當下人們的生活需求，豐富中藥食品多樣性；另外，中藥飼料經擠壓膨化加工后，不僅完美地保存了其有效成分及營養物質，達到保健、疾病預防效果，還提高了飼料產品適口性，增加誘食效果。

目前為止，膨化技術并非適用于所有中藥材，應該科學地對適用于膨化技術生產的中藥材進行系統合理的分類（例如藥材淀粉含量、有效成分溶出條件和生物活性物質的利用度等）；積極地將擠壓膨化技術應用于中藥功能性食品中，開發膨化中藥系列保健產品，例如保健茶和飲料等；在開發膨化中藥產品的同時，應結合中藥藥理知識，根據中藥配伍理論科學地研制出具有特定功能的中藥膨化食品，以保證人們吃得健康、安全；接下來應注重復合中藥膨化產品的開發，著手于藥食同源中藥材，立足于經典方劑，以中藥配伍理論為基礎，逐步開拓出具有藥食兩用的純中藥膨化產品的發展道路，在更科學的方式上將中藥資源的利用與開發發揮到最大限度；在生產中藥膨化產品時應考慮到名貴中藥材與普通中藥材的資源問題，針對不同群體合理開發對人們有益的產品。