靈芝孢子粉破壁技術及靈芝類保健食品開發(fā)研究進展*

馬 超，馬傳貴，戚 俊，張博華

（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(xié)會，北京 100801）

靈芝所含功效活性成分十分豐富，主要包括多糖類、三萜類、核苷酸、甾醇、生物堿、脂肪酸等[1]。靈芝孢子作為靈芝子實體的有性生殖細胞，具有子實體的全部遺傳活性成分，其主要有效成分含量高出靈芝75倍[2]，另外其還具有抑制腫瘤、提升免疫力、抗氧化、保肝護肝和調節(jié)血糖等藥理作用[3]。

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(huán)保的破壁技術將是靈芝孢子破壁技術的發(fā)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(xiàn)狀、存在的問題及前景展望。

1 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(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(xù)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(yōu)化得出當擠出溫度110℃、物料含水量27%、螺桿轉速640 r·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(xiàn)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(yōu)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(fā)生器、脆化系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)和觀察系統(tǒng)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(tài)[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(yōu)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(yōu)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500 mL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(fā)揮破壁作用[5]。夏志蘭等[19]利用3.0%濃度溶壁酶Ⅲ，在38℃條件下對靈芝孢子酶解4 h，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(fā)破壁法

萌發(fā)破壁法是在適宜的萌發(fā)條件下，誘導新鮮飽滿的靈芝孢子萌發(fā)，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℃、pH 5、供氧、黑暗條件下培養(yǎng)48 h，萌發(fā)率可達70%，且0.1 mg·mL-1濃度范圍的MgSO4、CaCl2、FeCl3能促進孢子萌發(fā)。萌發(fā)破壁法除受外部培養(yǎng)條件影響外，靈芝孢子的保存狀態(tài)對破壁率有很大影響?？卤箝诺萚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(yǎng)基中萌發(fā)。

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(fā)酵過程產生的微生物蛋白酶可協(xié)同強化靈芝孢子粉的功效。

1.5 組合破壁法

在工業(yè)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1 h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(yè)及行業(yè)情況數據，發(fā)現(xiàn)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1 h左右，且易產生揚塵。為了更高效地實現(xiàn)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℃，維持30 min對靈芝孢子進行高壓破壁；然后在65℃烤箱里烤干，再放置冰箱冷凍12 h～24 h，取出于65℃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(tài)深層培養(yǎng)發(fā)酵液對靈芝孢子粉進行浸潤式萌發(fā)培養(yǎng)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。

2 靈芝孢子破壁前后主要成分分析

靈芝孢子所含功效成分種類多，營養(yǎng)比較豐富，其中多種成分具有較好生理活性物質，如靈芝多糖類、三萜類、生物堿、甾醇類等[1]。靈芝孢子粉作為中藥飲片或保健食品主要是以靈芝多糖和三萜類含量作為功效評價指標[26]。

2.1 破壁對靈芝孢子粉多糖影響

破壁對靈芝孢子粉多糖的溶出和檢測有較大的影響。目前靈芝孢子粉粗多糖的測定主要參照2015版《中華人民共和國藥典》中靈芝多糖的檢測方法[5]。黃曉蘭等[27]采用氣相色譜-質譜（GC-MS）、高效液相色譜（HPLC）比較了破壁與不破壁靈芝孢子粉多糖的差異，用凝膠滲透色譜（GPC） 分析了靈芝孢子粉多糖的相對分子質量及其分布，研究表明靈芝孢子粉多糖得率因提取方法的不同而有差異，破壁后靈芝孢子粉多糖是破壁前的1.7倍；破壁前后多糖的組成完全相同，只是相對質量分數略有差異，都是由鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖等組成的雜多糖，破壁后增加了一些相對分子質量較小的多糖。王方等[28]參照2015版《中華人民共和國藥典》四部通則測定了靈芝孢子粉破壁前后粗多糖含量，結果顯示10批破壁與未破壁孢子粉粗多糖平均含量分別為1.54%和0.99%，破壁處理明顯提升了靈芝孢子粉多糖的浸出率。

2.2 破壁對靈芝孢子粉總三萜影響

破壁對靈芝孢子粉三萜類化合物含量影響明顯。楊小英等[29]采用分光光度法和HPLC法分別對破壁與不破壁靈芝孢子粉三萜類化合物的含量進行比較，得出破壁與不破壁靈芝孢子粉三萜類化合物的含量分光光度法分別為4.26%、3.71%，HPLC法為2.84%、1.35%，從而得出三萜類化合物含量破壁靈芝孢子粉明顯大于不破壁的靈芝孢子粉。王方等[20]采用紫外-分光光度法對破壁和未破壁靈芝孢子粉中總三萜進行測定，得到總三萜平均含量分別為4.22%和2.32%，破壁處理明顯提高靈芝孢子粉總三萜含量。

3 靈芝類保健食品注冊情況

在國家市場監(jiān)督管理總局特殊食品安全監(jiān)督管理司網站的特殊食品信息查詢平臺上，在保健食品注冊欄目下，搜索靈芝、靈芝孢子和靈芝破壁孢子等關鍵詞，截止2020年4月，以靈芝、靈芝孢子或其提取物為主要原料的保健食品約有1 134個 [其中國食健字（注） 約945個；衛(wèi)食健字約187個；進口保健食品15個]；以靈芝孢子或靈芝破壁孢子為主要原料的搜索關鍵詞得到保健食品注冊數量約有443個，占靈芝類保健食品的39%；保健食品批文名稱中包含靈芝關鍵詞下的保健食品注冊數量約有657個；名稱中包含靈芝孢子或靈芝破壁孢子的保健食品數量約有296個；名稱中包含靈芝孢子或靈芝破壁孢子關鍵詞下的保健食品注冊數量約有290個。

3.1 靈芝類保健食品注冊產品主要劑型情況

靈芝類保健食品注冊的主要產品劑型有硬膠囊、軟膠囊、片劑、口服液、粉劑、顆粒、茶劑等[26]。具體見表1。

表1 靈芝類保健食品的主要產品劑型及數量Tab.1 The main product dosage form and quantity of Ganoderma lucidum health food

由表1可以看出，靈芝類保健食品注冊劑型以膠囊劑型為主（包括硬膠囊、軟膠囊），膠囊劑占比61.64%。以靈芝孢子粉或其提取物為主要原料的保健食品注冊劑型也是以膠囊劑型為主，且膠囊劑占此類產品的89.84%，其次是粉劑占11.96%；以靈芝孢子油為主要原料的產品劑型都為軟膠囊劑型。

3.2 靈芝類保健食品注冊產品主要功能標注情況

靈芝類保健食品主要功能標注及產品數量情況見表2。

表2 靈芝類保健食品主要功能標注及產品數量Tab.2 The main function claim and quantity of Ganoderma lucidum health food

由表2可以看出，靈芝類保健食品注冊的主要保健功能為“增加免疫力”，該類功能產品占比為73.63%；以靈芝孢子粉或其提取物為主要原料的保健食品的主要保健功能也是“增加免疫力”占比為89.62%（其中靈芝孢子油占比92.31%）。

4 討論與結論

隨著科技的發(fā)展和靈芝研究的深入，高產靈芝孢子的靈芝新品種的人工栽培技術更加成熟，靈芝孢子粉的產量越來越大，其用途也不僅是用于入藥或作為保健食品原料，更多的研究使靈芝孢子粉用于普通食品的開發(fā)中，一旦靈芝孢子粉被允許用于普通食品，以靈芝孢子粉為原料的新型食品將如雨后春筍般涌現(xiàn)。因此，靈芝孢子粉的高性價比破壁技術，是拓展靈芝孢子粉用途的重要基礎條件。隨著破壁技術的進一步開發(fā)，多種破壁方法組合的復合破壁技術，同時兼顧經濟、高效、環(huán)保的破壁技術將是靈芝孢子破壁技術的發(fā)展趨勢。

靈芝類保健食品的推廣應用，使靈芝產品的人工栽培技術得到快速發(fā)展，但在靈芝類保健食品的發(fā)展過程中也凸顯了很多的問題[26]。1） 標準不統(tǒng)一，產品質量參差不齊。靈芝類產品的主要功能成分為靈芝多糖和三萜類化合物，由于沒有統(tǒng)一的檢測標準和方法，各產品的檢測依據各異，檢測方法誤差大，導致產品質量差異大，甚至出現(xiàn)利用檢測方法漏洞，進行非法添加的情況發(fā)生。2）靈芝類功效成分數量多，但含量較低，產業(yè)化高性價比的分離純化工藝還不成熟，功效成分的作用機制研究不完善。雖然靈芝孢子粉中含有多糖、三萜類、甾醇、生物堿等多種活性成分，但各有效成分含量低，工業(yè)化的分離純化成本高，技術還待進一步完善。目前，常用的思路還是先進行靈芝孢子油的提取，提取殘渣再進行多糖等功效成分的提取[26]。靈芝孢子粉有效成分的研究，目前多以化學組成研究居多，對其藥理作用機制研究較少[4]。

隨著靈芝孢子粉研究的不斷深入，靈芝類產品將不僅僅局限于藥品和保健食品，將更廣泛地應用于普通食品和化妝品中，實現(xiàn)傳統(tǒng)的珍貴滋補上品“仙草”飛入尋常百姓家。