不同破壁技術(shù)對桑黃功能性成分提取率的影響

錢 驊，陳 斌，黃曉德，朱羽堯，趙伯濤*

（南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 210042）

不同破壁技術(shù)對桑黃功能性成分提取率的影響

錢 驊，陳 斌，黃曉德，朱羽堯，趙伯濤*

（南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 210042）

以桑黃干燥子實體為原料，比較普通粉碎、雙螺桿擠壓膨化和流化床對撞式氣流超微粉碎對桑黃顆粒粒徑、形貌和功能性成分提取的影響。結(jié)果表明，與普通粉碎相比，雙螺桿擠壓膨化和流化床對撞式氣流超微粉碎細胞破壁徹底，平均粒徑（D50）分別為7.44 μm和5.53 μm，粉碎后的桑黃粉對黃酮、多酚、粗多糖的提取率分別比普通粉碎提高60.4%、73.4%、72.8%和53%、69.5%、68%，普通粉碎樣品的功能性成分提取不完全。

桑黃子實體；雙螺桿擠壓膨化；流化床對撞式氣流超微粉碎；提取率

桑黃（Phellinus linteus）因其獨特的抗癌功效，是目前國際公認的生物治癌藥劑中效率最高的一種藥用真菌[1]。自然界的桑黃子實體為多年生，菌蓋硬而木質(zhì)化，菌肉一般為軟木栓質(zhì)或硬木質(zhì)。一般的真菌細胞壁厚約100～250 nm，其占細胞干物質(zhì)約30%～60%[2]。細胞壁主要由幾丁質(zhì)（甲殼質(zhì)）、纖維素、葡聚糖、甘露聚糖等結(jié)構(gòu)性多糖組成。幾丁質(zhì)不溶于水、稀酸、堿、乙醇或其他有機溶劑。由于桑黃子實體結(jié)構(gòu)堅硬、致密，普通粉碎（ordinary grinding，OG）難以使其細胞破裂完全，影響了桑黃功能性成分（多糖、黃酮及其衍生物和三萜類物質(zhì)）的浸出，提取前須經(jīng)破壁處理，以提高功能性成分的浸出率。

超微粉碎是將3 mm以上的物料顆粒粉碎至10～25 μm以下的粉碎技術(shù)，粒徑在5～10 μm以內(nèi)，可使植物細胞達95%以上的破壁率，從而提高有效成分的溶出和釋放[3-4]。雙螺桿擠壓膨化（twin-screw extrusion puffed process，TSEPP）技術(shù)通過擠壓、摩擦、剪切等作用，加上高溫、高壓、蒸汽，可使細胞間及細胞壁內(nèi)

各層木質(zhì)素熔化，部分氫鍵斷裂，木質(zhì)素、纖維素、半纖維素發(fā)生高溫降解，而使細胞壁破碎疏松，利于功能性物質(zhì)提取[5-6]。目前，螺桿擠壓技術(shù)在以蛋白類、淀粉類、纖維類為原料（豆類、谷類、薯類等）的食品擠壓膨化和膳食纖維改性方面應(yīng)用較多，在功能性成分提取應(yīng)用報道較少。流化床對撞式氣流超微粉碎（fluidized bed opposed jet mill，F(xiàn)BOJM）是利用噴射空氣將被粉碎的顆粒加速到聲速，粒子之間產(chǎn)生劇烈的沖擊碰撞、摩擦、剪切而使物料粉碎。粉碎后的細料隨上升氣流傳送到分級區(qū)，并從分級口出來，避免物料過粉碎現(xiàn)象，這部分為細粉，而未被分級器分選的粗料重新返回對撞粉碎區(qū)繼續(xù)粉碎，結(jié)晶體或脆性材料更適合氣流粉碎[7-8]。經(jīng)氣流粉碎后的物料平均粒徑（D50）細，粒徑可達1～75 μm，粒徑分布較窄，顆粒表面光滑，顆粒形狀規(guī)整，適合熱敏性及生物活性材料的粉碎，可提高功能性成分的浸出率[9-10]。

掃描電子顯微鏡在觀察桑黃顆粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢，但是它在測定顆粒大小分布方面有缺陷，本研究采用激光粒徑分析儀測定桑黃細粉的粒徑。激光粒徑儀利用計數(shù)法測量實驗樣品懸浮液中顆粒散射后的光線圖獲得試樣粒徑分布，散射方式由顆粒的粒徑?jīng)Q定，故激光粒徑分析儀能從整體上反映桑黃顆粒組成與分布數(shù)據(jù)，可測量粒徑為0.2～1 000 μm的顆粒[11-12]。

本研究將TSEPP和FBOJM應(yīng)用于桑黃子實體破壁，探討兩者的破壁效果和對功能性成分提取的影響，并采用激光粒徑儀、掃描電鏡技術(shù)對顆粒粒徑、形貌變化進行研究，試圖從組織和細胞結(jié)構(gòu)方面分析原因，以期為桑黃子實體的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

桑黃（Phellinus linteus） 亳州藥材市場。

蘆?。ɑ瘜W(xué)對照品，批號080-9303） 中國食品藥品檢定研究院；亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、一水沒食子酸、焦性沒食子酸、葡萄糖、硫酸、苯酚均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SJSl20雙螺桿擠壓機 南京永杰化工機械廠；BRKL型FBOJM機 昆山博瑞凱粉碎設(shè)備有限公司；9FZ-35A多用粉碎機 四川國營簡陽機械廠；LS-POS（Ⅵ）激光粒徑分析儀 珠海歐美克儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 粉碎條件

桑黃子實體切成約2 cm×2 cm小塊，用OG機粉碎，過10 目篩，得粗粉（OG樣品）。TSEPP方法：調(diào)節(jié)粗粉含水量在10%～14%之間，用TSEPP設(shè)備擠壓，擠壓過程中控制螺桿轉(zhuǎn)速40～70 r/min，擠壓機末端溫度為60～110 ℃，得桑黃細粉（TSEPP樣品）。FBOJM方法：所得粗粉含水量控制在4%以內(nèi)，粗粉在FBOJM機中粉碎，用冷凍式壓縮空氣干燥機提供壓縮空氣，壓力控制在0.6 MPa，用布袋收集氣流微粉，得到桑黃細粉（FBOJM樣品）。

1.3.2 加熱回流提取及浸出物功能性成分含量測定

將FBOJM、TSEPP和OG樣品以70%乙醇溶液提?。ㄌ崛? 次、料液比分別1∶12和1∶10、提取時間2 h/次）、過濾、減壓濃縮、真空干燥，得富含黃酮和多酚類的醇提物；所得殘渣揮干乙醇后熱水浸提，過濾得水提液和殘渣（殘渣干燥后計殘渣得率），水提液減壓濃縮、真空干燥得水提物；水提液減壓濃縮、醇沉、離心、真空干燥得粗多糖。分別采用亞硝酸鈉-硝酸鋁法[13]、酒石酸亞鐵法[14]和硫酸-苯酚法[15]測定黃酮、多酚和多糖含量。提取率計算如下式所示：

1.3.3 粒徑分布測定

1.3.3.1 篩分法

稱取相同質(zhì)量（10 g）的樣品，依次通過從大孔徑至小孔徑的各個篩網(wǎng)，測定各孔徑篩網(wǎng)樣品的濾過率和截留率。由于顆粒能否通過篩網(wǎng)與顆粒的取向和篩分時間等因素有關(guān)，本實驗通過每個篩網(wǎng)時間定為5 min。

1.3.3.2 激光粒徑分析[16]

委托昆山博瑞凱粉碎設(shè)備有限公司，采用激光粒徑分析儀測定粒徑和分布，濕法，測定范圍在0.2～500 μm，取1 g桑黃粉加入10 mL去離子水，得到懸浮液，并用去離子水稀釋至300 mL，用攪拌和超聲使懸浮液充分分散，實驗過程中轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，超聲2 min，此時無氣泡出現(xiàn)，各級顆粒體積、D50、中位徑等由軟件自動分析得出，重復(fù)3 次，結(jié)果取平均值。

1.3.4 掃描電子顯微鏡觀察[17]

取經(jīng)戊二醛固定24 h以上的桑黃粉，磷酸鹽緩沖溶液清洗3～5 次，使用30%、50%、70%、90%、100%乙醇溶液梯度脫水，臨界點干燥，鍍金處理，掃描電鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)分析

方差分析應(yīng)用軟件采用Statistica 6.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粉碎技術(shù)對桑黃子實體粒徑分布影響

2.1.1 篩分法測定結(jié)果

圖1 篩分法粒徑分布Fig. 1 The particle size distribution of three powders measured by the sieving method

如圖1所示，F(xiàn)BOJM和TSEPP樣品的粒徑分布曲線相似，在篩網(wǎng)為100 目時仍有90%的樣品能通過，大于100 目時，截留率迅速增加，至250 目時，累計截留率分別為34.7%和38.5%；OG在20目（孔徑840 μm）時，樣品的15.7%已被截留，至60 目（250 μm）時，91%的樣品已被截留，只有9%的樣品能通過。由于篩分法容易造成糊篩等不利影響，導(dǎo)致人為的操作誤差。激光粒徑法具有簡單快速、重復(fù)性好、粒徑測定范圍寬等優(yōu)點（本實驗儀器測定范圍為0.2～500 μm，超過500 μm不能進入樣品池），故OG樣品不適合做激光粒徑分析。為進一步比較FBOJM樣品和TSEPP樣品的粒徑分布，需進行激光粒徑測定。

2.1.2 激光粒徑法測定結(jié)果

圖2 激光粒徑分布圖Fig. 2 The particle size distribution of TSEPP and FBOIM powders measured by laser diffraction method

表1 不同粉碎方法所得樣品的粒徑特征Table 1 Particle size characteristics of TSEPP and FBOIM powdersTable 1 Particle size characteristics of TSEPP and FBOIM powdersμm

從圖2和表1可見，與TSEPP樣品相比，F(xiàn)BOJM樣品的粒徑、粒徑分布范圍、D（3,2）和D（4,3）均更小或更窄，如FBOJM樣品D50為5.53 μm（TSEPP樣品為7.44 μm），顆粒分布2.24～9.85 μm（TSEPP樣品為2.35～15.52 μm），即FBOJM粉碎的細粉更多。

對于激光粒徑儀來說，一般當(dāng)D（4,3）接近且顆粒是實心球體時，D（3,2）小則比表面積大。當(dāng)D（3,2）和D（4,3）的值越接近，則樣品顆粒的形狀越規(guī)則，越接近于圓球形，粒徑分布也越集中；其差值越大，粒徑分布越寬。反之，越近似圓球型的顆粒，測量的結(jié)果就越準確。

2.2 粉碎方法對桑黃子實體浸提物提取率的影響

表2 功能性成分提取率和方差分析Table 2 Analysis of variance of the extraction yields of functional components

如表2所示，3 種不同粉碎度的桑黃粉功能性成分（黃酮、多酚、多糖）提取率由高到低順序為：TSEPP＞FBOJM＞＞OG。與OG樣品相比，TSEPP（FBOJM）樣品的黃酮、多酚、多糖的提取率分別提高60.4%（53%）、73.4%（69.5%）和72.8%（68%），差異極顯著（P＜0.01），殘渣減少了17.4%（15.1%），差異顯著（P＜0.05），即OG桑黃粉功能性成分未被充分提取出來，但TSEPP和FBOJM各提取物的得率差異不明顯（P＞0.05）。

2.3 粉碎方法對桑黃子實體組織細胞結(jié)構(gòu)的影響

圖3 桑黃子實體TSEPP（A）、FBOJM（B）和OG（C）樣品掃描電鏡圖（×100）100Fig. 3 Scanning electron microscopic photographs of TSEPP, FBOJM and ordinary powders of Phellinus linteus fruit bodies (× 100)

由圖3可見，OG樣品的桑黃粉菌肉和菌管組織顆粒大小不勻，組織結(jié)構(gòu)完整，有較多的大塊組織存在，大塊組織顆粒徑大于100 μm；TSEPP樣品和FBOJM樣品顆粒均勻，不存在較大組織塊，顆粒徑遠小于100 μm；FBOJM樣品存在較多的絲狀物，TSEPP樣品則無絲狀物，但可見疏松的小團塊。

圖4 桑黃子實體TSEPP（A）、FBOJM（B）和OG（C）樣品掃描電鏡圖（×5 000） 000Fig. 4 Scanning electron microscopic photographs of TSEPP, FBOJM and ordinary powders of Phellinus linteus fruit bodies (× 5 000)

由圖4可見，TSEPP樣品菌管粉碎較徹底，只有個別仍有管狀樣，多數(shù)菌管的致密結(jié)構(gòu)被破壞，表面凹凸不平，呈不規(guī)則細小碎片，且細小碎片黏結(jié)成團塊狀；FBOJM樣品菌管基本粉碎，完整菌管很少，但菌管碎片的結(jié)構(gòu)致密、表面光滑，仍呈片狀條形；OG樣品菌管結(jié)構(gòu)完整、致密，未見菌管殘片，菌管長度遠大于5 μm。

3 討論與結(jié)論

目前，超微粉碎和OG對原料功能性成分的溶出率影響文獻報道較多，如超微粉碎比OG的桑黃子實體多糖得率提高3.6 倍[18]，超微粉碎有利用相對分子質(zhì)量較大多糖的提取[18-19]。一定程度的微粉化，能促進大青葉中靛玉紅含量的溶出，但D50為24.7 μm時卻比64.9 μm的溶出率低，即中藥的超微粉碎存在一個最佳粒徑范圍[20]。菘藍種子氣流超微粉碎（D50為7.96 μm）比OG（D50為68.26 μm）種子油的提取率提高1 倍。螺桿擠壓對物料粒徑、有效成分提取的報道只有少量報道，如擠壓處理靈芝孢子粉可使破壁率達到78.6%～83.48%，多糖提取率達2.219%～2.37%[21]；大豆豆渣的螺桿擠壓與超微粉碎聯(lián)用（D50為9.16 μm）與直接超微粉碎（D50小于10 μm）粒徑幾無區(qū)別，但分散性明顯優(yōu)于直接超微粉碎的豆渣，其100 目篩網(wǎng)截留物質(zhì)量僅為直接超微粉碎的34%[22]。TSEPP處理后的啤酒酵母細胞破壁率可達79.21%，與未擠壓的對照相比，可溶性蛋白含量增加132%，容重降低55%[23]。

比較TSEPP和FBOJM對植物組織、細胞的破壁和有效成分的溶出之間的差異鮮見報道，本研究以桑黃子實體為材料比較了不同粉碎方式對桑黃細胞的粒徑、形貌和功能性成分提取率。結(jié)果表明，TSEPP樣品和FBOJM樣品菌管粉碎較徹底，TSEPP樣品菌管的致密結(jié)構(gòu)被破壞，而FBOJM樣品菌管碎片的結(jié)構(gòu)致密、光滑；O G樣品的菌管結(jié)構(gòu)完整、致密。激光粒徑分析表明，F(xiàn)BOJM樣品較TSEPP樣品的粒徑分布更窄、粒徑更小。不同粉碎方式所得的桑黃粉在功能性成分提取率反映為：TSEPP樣品功能性成分（黃酮、多酚、粗多糖）提取率高于FBOJM樣品，分別提高18.7%、14.8%和17.73%，但差異不顯著（P＞0.05）；TSEPP（FBOJM）樣品的功能性成分（黃酮、多酚、多糖）提取率比OG樣品分別提高60.4%（53%）、73.4%（69.5%）和72.8%（68%），差異均極顯著（P＜0.01）。

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Effect of Different Cell Wall Disruption Techniques on the Extraction Yields of Functional Components from Fruit Bodies of Phellinus linteus

QIAN Hua, CHEN Bin, HUANG Xiaode, ZHU Yuyao, ZHAO Botao*
(Nanjing Institute for Comprehensive Utilization of Wild Plants, Nanjing 210042, China)

This study compared the effect of ordinary grinding, twin-screw extrusion puffi ng and fl uidized bed opposed jet mill (FBOJM) on the particle size and morphology of powdered fruit bodies of Phellinus linteus and on the extraction of its functional components. In comparison with grinding in an ordinary mill, twin-screw extrusion puffi ng and FBOJM allowed more complete cell disruption, producing powders with a mean particle size (D50) of 7.44 μm and 5.53 μm, respectively, which showed increases of 60.4%, 73.4% and 72.8% as well as 53%, 69.5% and 68% in the extraction yields of fl avonoids, polyphenols and crude polysaccharide compared with those of the ordinary powder, respectively. The functional ingredients could not be completely from the ordinary powder.

Phellinus linteus fruit body; twin-screw extrusion puffi ng; fl uidized bed opposed jet mill; extraction yield

10.7506/spkx1002-6630-201610005

TS209

A

1002-6630（2016）10-0023-05

錢驊, 陳斌, 黃曉德, 等. 不同破壁技術(shù)對桑黃功能性成分提取率的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(10): 23-27. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610005. http://www.spkx.net.cn

QIAN Hua, CHEN Bin, HUANG Xiaode, et al. Effect of different cell wall disruption techniques on the extraction yields of functional components from fruit bodies of Phellinus linteus[J]. Food Science, 2016, 37(10): 23-27. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610005. http://www.spkx.net.cn

2015-08-24

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）項目（2012AA021701）

錢驊（1966—），女，研究員，碩士，主要從事植物資源、植物生理的研究與開發(fā)。E-mail：qianhua1999@126.com

*通信作者：趙伯濤（1962—），男，研究員，本科，主要從事植物資源評價與植物化學(xué)研究。E-mail：zbt_nj@163.com