蒸汽爆破處理靈芝飲片的工藝優(yōu)化及品質(zhì)分析*

張博華，張 明，范 祺，王崇隊(duì)，孟曉峰，馬 超

（中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究所，山東 濟(jì)南 250014）

靈芝（Ganoderma lucidum） 屬于擔(dān)子菌綱（Basidiomycetes） 多孔菌科 （Polyporaceae） 靈芝屬（Ganoderma） 真菌，在中國(guó)及其他亞洲國(guó)家是一種十分受歡迎的藥用真菌[1]。靈芝含有多種生物活性組分，如靈芝多糖、三萜、甾醇類、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、維生素、礦質(zhì)元素等[2]。其中靈芝多糖GLP（Ganoderma lucidum ploysaccharide） 是主要生物活性組分，具有抗癌、調(diào)節(jié)免疫、降血脂、抗氧化等多種藥理作用[3]。靈芝多糖具有良好的抗氧化活性，是一種天然抗氧化物質(zhì)[4]。但目前靈芝產(chǎn)品主要集中于以子實(shí)體為原料加工成的靈芝飲片，存在粗多糖溶出率較低、市場(chǎng)同質(zhì)化嚴(yán)重等問(wèn)題，其價(jià)值尚未被綜合、廣泛利用[5]。

蒸汽爆破SE（steam explosion） 技術(shù)的工作原理是在物料的空隙中充滿水蒸氣，再進(jìn)行高溫、高壓處理，使物料間的液體汽化，再瞬間釋放壓強(qiáng)；此時(shí)由于物料間水蒸氣體積瞬間膨脹達(dá)到“爆破”的效果，使得細(xì)胞撕裂，從而將許多不易提取的物質(zhì)從細(xì)胞內(nèi)釋放出來(lái)[6-7]。陳洪章等[8-9]分別對(duì)漆果原料和麻黃原草原料進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理，提取出的生物活性物質(zhì)含量分別提高了8倍和2倍。

以靈芝子實(shí)體為原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化蒸汽爆破處理靈芝飲片的工藝，制得口感渾厚、粗多糖溶出率高的蒸汽爆破靈芝飲片，達(dá)到提高商品價(jià)值、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值并改善口感的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

靈芝子實(shí)體，由山東冠縣廣義靈芝養(yǎng)殖專業(yè)合作社提供。

無(wú)水乙醇、水楊酸、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、鐵氰化鉀、H2O2、三氯乙酸均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；DPPH標(biāo)準(zhǔn)品，麥克林試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

QBS-80型蒸汽爆破設(shè)備，鶴壁政道啟寶實(shí)業(yè)有限公司；SHA-B雙功能水浴恒溫振蕩器，蘇杰瑞爾電器有限公司；RXH-B-1熱風(fēng)循環(huán)烘箱，江陰市宏達(dá)粉體設(shè)備有限公司；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩60目，浙江上虞市金鼎標(biāo)準(zhǔn)篩具廠；TGL-10B高速臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；RH-600A高速粉碎機(jī)，永康市榮浩工貿(mào)有限公司；MB23水分測(cè)定儀，奧豪斯儀器（上海） 有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 靈芝飲片粗多糖溶出率測(cè)定

將靈芝子實(shí)體切片后制成靈芝飲片，精確稱取靈芝飲片4 g，置于250 mL錐形瓶中，加入80℃熱水150 mL，靜置10 min，制成供試樣品溶液。參照《食用菌中粗多糖含量的測(cè)定》（NY/T 1676-2008）[10]所述硫酸-苯酚法、紫外分光光度法測(cè)定供試樣品吸光度，并計(jì)算粗多糖的含量。靈芝飲片中靈芝粗多糖溶出率（D，%）的計(jì)算公式為：

式中：m為靈芝粗多糖的質(zhì)量（g）；M為靈芝飲片茶的質(zhì)量（g）。

1.3.2 靈芝飲片的感官評(píng)定

參照 《茶飲料》（GB/T 21733—2008）[11]，由 10位經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的專業(yè)感官品評(píng)人員從產(chǎn)品的外觀、氣味、滋味和澄清度進(jìn)行評(píng)定，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Sensory evaluation criteria

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1） 樣品含水量

在壓強(qiáng)為0.6 MPa，時(shí)間為60 s，使用樣品含水量分別為5%、10%、20%、30%、40%的靈芝飲片進(jìn)行蒸汽爆破處理。每組設(shè)3次重復(fù)試驗(yàn)，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果和處理前后靈芝飲片實(shí)際情況，選出3組較佳處理參數(shù)。

2） 壓強(qiáng)

選取樣品含水量為10%的靈芝飲片，在時(shí)間為 60 s，壓強(qiáng)分別為 0、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa 的條件下經(jīng)蒸汽爆破處理。每組設(shè)3次重復(fù)試驗(yàn)，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果和處理前后靈芝飲片實(shí)際情況，選出3組較佳壓強(qiáng)參數(shù)。

3）時(shí)間

選取樣品含水量為10%的飲片，在壓強(qiáng)為0.6 MPa，時(shí)間分別為 0、30 s、45 s、60 s、75 s、90 s的條件下經(jīng)蒸汽爆破處理。每組設(shè)3次重復(fù)試驗(yàn)，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果和處理前后靈芝飲片實(shí)際情況，選出3組較佳時(shí)間參數(shù)。

1.3.4 正交優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以樣品含水量、壓強(qiáng)和時(shí)間為關(guān)鍵工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)3因素3水平正交優(yōu)化試驗(yàn)，以粗多糖溶出率和感官得分為指標(biāo)，共設(shè)計(jì)9組試驗(yàn)。

1.3.5 電鏡掃描分析

靈芝飲片于60℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定，采用濺射鍍膜法進(jìn)行表面鍍金，通過(guò)電鏡掃描、觀察和拍照，得到不同倍數(shù)的掃描電鏡圖片。

1.3.6 靈芝粗多糖抗氧化活性試驗(yàn)

根據(jù)正交優(yōu)化試驗(yàn)確定的最優(yōu)蒸汽爆破工藝進(jìn)行處理，使用熱水浸提法提取靈芝飲片中的靈芝粗多糖。提取液經(jīng)AB-8大孔樹(shù)脂吸附純化，并通過(guò)體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液洗脫，將乙醇溶劑回收并干燥，得到靈芝粗多糖干粉。

1） DPPH·清除能力測(cè)定

稱取DPPH標(biāo)準(zhǔn)品2.56 mg，用無(wú)水乙醇定容至100 mL，使其終濃度為2.56×10-5mol·L-1。玻璃試管中分別加入不同質(zhì)量濃度 （1 mg·mL-1、3 mg·mL-1、5 mg·mL-1、7 mg·mL-1、9 mg·mL-1）的靈芝粗多糖0.5 mL，加入DPPH溶液2.5 mL，避光反應(yīng)30 min。以蒸餾水0.5 mL和乙醇2.5 mL混勻作為空白對(duì)照，于515 nm處測(cè)定吸光度值A(chǔ)i。用蒸餾水代替靈芝飲片茶溶液，按上述處理測(cè)定的吸光度值為A1，用無(wú)水乙醇代替DPPH溶液，按上述處理測(cè)定的吸光度值為A0[12]。DPPH·清除率（C，%） 的計(jì)算公式為：

式中：Ai為空白對(duì)照吸光度值；A0為無(wú)水乙醇代替DPPH溶液吸光度值；A1為蒸餾水代替靈芝飲片溶液吸光度值。

2） 還原能力測(cè)定

稱取不同質(zhì)量濃度 （1 mg·mL-1、3 mg·mL-1、5 mg·mL-1、7 mg·mL-1、9 mg·mL-1）的靈芝粗多糖0.5 mL，依次加入2.5 mL的0.2 mol·L-1磷酸鹽緩沖液（0.2 mol·L-1磷酸二氫鈉溶液 62.5 mL、0.2 mol·L-1磷酸氫二鈉溶液37.5 mL，pH為 6.6） 和2.5 mL的1%鐵氰化鉀溶液，混勻，50℃水浴20 min。再依次加入10%三氯乙酸2.5 mL、1%的氯化鐵溶液1 mL和蒸餾水5 mL，混勻后靜置10 min，于700 nm處測(cè)定吸光度值A(chǔ)s。用無(wú)水乙醇代替靈芝飲片溶液，按上述處理測(cè)得吸光度值A(chǔ)b[13]。還原能力（R）的計(jì)算公式為：

式中：As為處理組吸光度值；Ab為無(wú)水乙醇代替靈芝飲片溶液吸光度值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)軟件SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，利用Origin Pro 8.6與Excel 2010進(jìn)行作圖處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 樣品含水量對(duì)蒸汽爆破靈芝飲片的影響

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，蒸汽爆破的底物樣品含水量單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 樣品含水量對(duì)靈芝飲片品質(zhì)的影響Fig.1 Influence of water content of samples on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由圖1可知，樣品含水量在20%以下時(shí)，蒸汽爆破效果不好，原因可能是水分含量較少，導(dǎo)致蒸汽對(duì)物料的作用不夠均勻[14]；隨著水分含量增加，當(dāng)樣品含水量為20%～30%時(shí)，粗多糖溶出率趨于穩(wěn)定；樣品含水量達(dá)到30%時(shí)，靈芝飲片粗多糖溶出率較樣品含水量為5%時(shí)提高13.8%。感官得分在樣品含水量為30%時(shí)達(dá)到最佳，為82分。

2.1.2 壓強(qiáng)對(duì)蒸汽爆破靈芝飲片的影響

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，蒸汽爆破時(shí)壓強(qiáng)的單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 壓強(qiáng)對(duì)靈芝飲片品質(zhì)的影響Fig.2 Influence of pressure on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由圖2可知，同壓強(qiáng)為0時(shí)相比，經(jīng)蒸汽爆破處理后靈芝飲片茶粗多糖溶出率顯著增加，且隨著蒸汽爆破壓強(qiáng)的升高，粗多糖溶出率也逐漸增加。原因是蒸汽壓強(qiáng)越大，越能有效地打通靈芝子實(shí)體內(nèi)部物質(zhì)溶出的孔隙，可加速多糖等物質(zhì)的溶出。蒸汽爆破促使物料內(nèi)部多孔網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和放大，改變了多孔性質(zhì)從而改善了萃取過(guò)程[15]。在蒸汽爆破壓強(qiáng)達(dá)到0.6 MPa時(shí)，感官得分最高，此時(shí)茶色較清亮，口感較醇厚；在壓強(qiáng)達(dá)到0.8 MPa之后，隨著蒸汽爆破壓強(qiáng)的增加，焦苦味明顯，感官不佳。

2.1.3 時(shí)間對(duì)蒸汽爆破靈芝飲片的影響

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，蒸汽爆破時(shí)維壓時(shí)間的單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 時(shí)間對(duì)靈芝飲片品質(zhì)的影響Fig.3 Influence of time on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由圖3可知，粗多糖溶出率隨著蒸汽爆破時(shí)壓力維持時(shí)間的增加而增加。原因是隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，水蒸汽能更加充分地滲透到物料中，當(dāng)突然減壓時(shí)水蒸汽的膨脹力充分作用于物料，使得粗多糖的溶出率提高[14]。感官得分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；在時(shí)間達(dá)到60 s時(shí)，感官得分最高，此處理下茶水有一定的焦香味，達(dá)到了增香效果；隨著時(shí)間進(jìn)一步增加，感官得分降低，原因是隨著時(shí)間的增加導(dǎo)致飲片茶顏色逐漸變深；在時(shí)間大于75 s后飲片茶有明顯的焦苦味，感官不佳。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The results of orthogonal experimert

根據(jù)表2的結(jié)果，經(jīng)極差分析可知，試驗(yàn)因素對(duì)靈芝粗多糖溶出率影響的主次順序?yàn)镃＞B＞A，即壓強(qiáng)＞時(shí)間＞樣品含水量。由k值大小可知，優(yōu)化組合為A1B3C3，即樣品含水量為20%、壓強(qiáng)為0.7 MPa、時(shí)間為75 s，此工藝為粗多糖溶出率的最優(yōu)工藝。經(jīng)驗(yàn)證，此條件下靈芝飲片粗多糖溶出率為0.473 6%，與未經(jīng)處理的的靈芝飲片相比，粗多糖溶出率提高了43.51%，此時(shí)感官評(píng)價(jià)得分為85.1。此外，試驗(yàn)因素對(duì)靈芝飲片感官影響的主次順序?yàn)镃＞B＞A，即時(shí)間＞壓強(qiáng)＞樣品含水量。由K值大小可知，優(yōu)化組合為A2B2C3，即樣品含水量為30%、壓強(qiáng)為0.6 MPa、時(shí)間為75 s，此時(shí)感官評(píng)分為91分，靈芝飲片粗多糖溶出率為0.45%，為感官最佳的工藝。

2.3 蒸汽爆破對(duì)靈芝飲片微觀結(jié)構(gòu)的影響

采用高粗多糖溶出率最優(yōu)工藝（樣品含水量為20%、壓強(qiáng)為0.7 MPa、時(shí)間為75 s） 處理前、處理后的靈芝飲片電鏡掃描微觀結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖4。

圖4 蒸汽爆破處理前（A）、處理后（B）的靈芝飲片微觀結(jié)構(gòu)Fig.4 Microstructures of Ganoderma lucidum decoction pieces before(A)and after(B)steam explosion treatment

由圖4可知，與處理前相比，經(jīng)蒸汽爆破處理后靈芝子實(shí)體纖維束發(fā)生剪切和形變，且纖維表面由原來(lái)光滑平整的結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)榇植趲в锌障兜牟灰?guī)則結(jié)構(gòu)。由于蒸汽爆破，靈芝飲片纖維束變得疏松，表面粗糙，更易發(fā)生斷裂和破碎現(xiàn)象，內(nèi)部物質(zhì)更容易溶出[16]。靈芝多糖分子本身表面有很多活性基團(tuán)，具有抗氧化和降血糖的作用等[17]。蒸汽爆破處理后形成的疏松纖維束，使靈芝飲片中的功能成分更容易溶出和釋放，同時(shí)增加了溶劑與物料的接觸面積，從而提高提取效率[18]。

2.4 靈芝粗多糖抗氧化活性的比較

根據(jù)最優(yōu)工藝參數(shù)（樣品含水量為20%、壓強(qiáng)為0.7 Mpa、時(shí)間為75 s） 進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理，與相同質(zhì)量濃度未經(jīng)蒸汽爆破處理的靈芝飲片粗多糖提取物的抗氧化活性進(jìn)行對(duì)比。

2.4.1 DPPH·清除率

DPPH·是一種穩(wěn)定的自由基，遇甲醇或乙醇溶液顯紫色，自由基清除劑能與DPPH·的單電子配對(duì)，在最大吸收波長(zhǎng)處顏色變淺，吸光度也會(huì)隨之變小，DPPH·清除率越高表明其抗氧化能力越大[19]。對(duì)比靈芝粗多糖對(duì)DPPH·的清除率，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 靈芝粗多糖的DPPH·清除率Fig.5 DPPH·scavenging rate of polysaccharide from Ganoderma lucidum

由圖5可知，靈芝粗多糖清除DPPH·的能力較強(qiáng)，在0.6 mg·mL-1的粗多糖濃度下，兩者的清除率均高于90%，基本清除了DPPH·。在粗多糖濃度低于0.6 mg·mL-1時(shí)，經(jīng)過(guò)蒸汽爆破處理樣品的DPPH·清除能力要優(yōu)于未經(jīng)處理的。未經(jīng)處理樣品的粗多糖IC50為0.32 mg·mL-1，經(jīng)蒸汽爆破后粗多糖的IC50為0.36 mg·mL-1，清除率提高12.5%。這可能是由于在蒸汽爆破的處理過(guò)程中，靈芝子實(shí)體的完整結(jié)構(gòu)受到破壞，一部分被包裹的多糖分子被釋放出來(lái)，增加了多糖的種類和含量，從而提高了DPPH·清除率[20]。

2.4.2 還原能力

對(duì)比靈芝粗多糖的還原能力，結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可知，無(wú)論是否經(jīng)蒸汽爆破，靈芝粗多糖均具有一定的還原能力，并隨著粗多糖質(zhì)量濃度的增加而逐漸增強(qiáng)。且在試驗(yàn)的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，未經(jīng)蒸汽爆破的靈芝飲片的還原能力要優(yōu)于處理過(guò)的靈芝飲片，原因可能是在蒸汽爆破的過(guò)程中，部分粗多糖在高溫高壓的作用下，由于糖苷鍵的斷裂，一部分多糖被轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致還原能力下降[21]。

圖6 靈芝粗多糖的還原能力Fig.6 Reducing power of polysaccharide from Ganoderma lucidum

3 結(jié)論

通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝，得到靈芝飲片粗多糖溶出率和感官2個(gè)指標(biāo)最佳的最優(yōu)工藝。粗多糖溶出率最高時(shí)的最佳的工藝參數(shù)為樣品含水量20%、壓強(qiáng)0.7 MPa、時(shí)間75 s；得到的靈芝粗多糖溶出率為0.473 6%，較未經(jīng)蒸汽爆破的靈芝飲片茶提高43.51%；此時(shí)感官得分為85.1分。感官得分最佳的工藝參數(shù)為樣品含水量30%、壓強(qiáng)0.6 MPa、時(shí)間75 s；此時(shí)感官得分最高，為92分；此條件下粗多糖溶出率為0.45%。比較蒸汽爆破處理對(duì)粗多糖抗氧化活性的影響，發(fā)現(xiàn)蒸汽爆破處理后粗多糖在對(duì)DPPH·的清除作用上比未經(jīng)蒸汽爆破的粗多糖效果好，蒸汽爆破后粗多糖的DPPH·清除率IC50為0.36 mg·mL-1，比未經(jīng)處理的提高了12.5%?？梢?jiàn)蒸汽爆破后的靈芝飲片不僅改善了風(fēng)味，更提高了活性成分粗多糖的含量。

試驗(yàn)結(jié)果為創(chuàng)新靈芝資源的開(kāi)發(fā)、利用及工業(yè)化發(fā)展提供一定的理論依據(jù)，但還需對(duì)蒸汽爆破處理過(guò)程中靈芝粗多糖的成分變化進(jìn)行進(jìn)一步的追蹤分析，并對(duì)蒸汽爆破后靈芝其他活性成分的變化及影響進(jìn)行更深層的探究。