不同破壁技术对桑黄功能性成分提取率的影响

钱 骅，陈 斌，黄晓德，朱羽尧，赵伯涛*

（南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京 210042）

不同破壁技术对桑黄功能性成分提取率的影响

钱 骅，陈 斌，黄晓德，朱羽尧，赵伯涛*

（南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京 210042）

以桑黄干燥子实体为原料，比较普通粉碎、双螺杆挤压膨化和流化床对撞式气流超微粉碎对桑黄颗粒粒径、形貌和功能性成分提取的影响。结果表明，与普通粉碎相比，双螺杆挤压膨化和流化床对撞式气流超微粉碎细胞破壁彻底，平均粒径（D50）分别为7.44 μm和5.53 μm，粉碎后的桑黄粉对黄酮、多酚、粗多糖的提取率分别比普通粉碎提高60.4%、73.4%、72.8%和53%、69.5%、68%，普通粉碎样品的功能性成分提取不完全。

桑黄子实体；双螺杆挤压膨化；流化床对撞式气流超微粉碎；提取率

桑黄（Phellinus linteus）因其独特的抗癌功效，是目前国际公认的生物治癌药剂中效率最高的一种药用真菌[1]。自然界的桑黄子实体为多年生，菌盖硬而木质化，菌肉一般为软木栓质或硬木质。一般的真菌细胞壁厚约100～250 nm，其占细胞干物质约30%～60%[2]。细胞壁主要由几丁质（甲壳质）、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖等结构性多糖组成。几丁质不溶于水、稀酸、碱、乙醇或其他有机溶剂。由于桑黄子实体结构坚硬、致密，普通粉碎（ordinary grinding，OG）难以使其细胞破裂完全，影响了桑黄功能性成分（多糖、黄酮及其衍生物和三萜类物质）的浸出，提取前须经破壁处理，以提高功能性成分的浸出率。

超微粉碎是将3 mm以上的物料颗粒粉碎至10～25 μm以下的粉碎技术，粒径在5～10 μm以内，可使植物细胞达95%以上的破壁率，从而提高有效成分的溶出和释放[3-4]。双螺杆挤压膨化（twin-screw extrusion puffed process，TSEPP）技术通过挤压、摩擦、剪切等作用，加上高温、高压、蒸汽，可使细胞间及细胞壁内

各层木质素熔化，部分氢键断裂，木质素、纤维素、半纤维素发生高温降解，而使细胞壁破碎疏松，利于功能性物质提取[5-6]。目前，螺杆挤压技术在以蛋白类、淀粉类、纤维类为原料（豆类、谷类、薯类等）的食品挤压膨化和膳食纤维改性方面应用较多，在功能性成分提取应用报道较少。流化床对撞式气流超微粉碎（fluidized bed opposed jet mill，FBOJM）是利用喷射空气将被粉碎的颗粒加速到声速，粒子之间产生剧烈的冲击碰撞、摩擦、剪切而使物料粉碎。粉碎后的细料随上升气流传送到分级区，并从分级口出来，避免物料过粉碎现象，这部分为细粉，而未被分级器分选的粗料重新返回对撞粉碎区继续粉碎，结晶体或脆性材料更适合气流粉碎[7-8]。经气流粉碎后的物料平均粒径（D50）细，粒径可达1～75 μm，粒径分布较窄，颗粒表面光滑，颗粒形状规整，适合热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]。

扫描电子显微镜在观察桑黄颗粒的形态结构方面具有优势，但是它在测定颗粒大小分布方面有缺陷，本研究采用激光粒径分析仪测定桑黄细粉的粒径。激光粒径仪利用计数法测量实验样品悬浮液中颗粒散射后的光线图获得试样粒径分布，散射方式由颗粒的粒径决定，故激光粒径分析仪能从整体上反映桑黄颗粒组成与分布数据，可测量粒径为0.2～1 000 μm的颗粒[11-12]。

本研究将TSEPP和FBOJM应用于桑黄子实体破壁，探讨两者的破壁效果和对功能性成分提取的影响，并采用激光粒径仪、扫描电镜技术对颗粒粒径、形貌变化进行研究，试图从组织和细胞结构方面分析原因，以期为桑黄子实体的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

桑黄（Phellinus linteus） 亳州药材市场。

芦丁（化学对照品，批号080-9303） 中国食品药品检定研究院；亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、一水没食子酸、焦性没食子酸、葡萄糖、硫酸、苯酚均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

SJSl20双螺杆挤压机 南京永杰化工机械厂；BRKL型FBOJM机 昆山博瑞凯粉碎设备有限公司；9FZ-35A多用粉碎机 四川国营简阳机械厂；LS-POS（Ⅵ）激光粒径分析仪 珠海欧美克仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 粉碎条件

桑黄子实体切成约2 cm×2 cm小块，用OG机粉碎，过10 目筛，得粗粉（OG样品）。TSEPP方法：调节粗粉含水量在10%～14%之间，用TSEPP设备挤压，挤压过程中控制螺杆转速40～70 r/min，挤压机末端温度为60～110 ℃，得桑黄细粉（TSEPP样品）。FBOJM方法：所得粗粉含水量控制在4%以内，粗粉在FBOJM机中粉碎，用冷冻式压缩空气干燥机提供压缩空气，压力控制在0.6 MPa，用布袋收集气流微粉，得到桑黄细粉（FBOJM样品）。

1.3.2 加热回流提取及浸出物功能性成分含量测定

将FBOJM、TSEPP和OG样品以70%乙醇溶液提取（提取2 次、料液比分别1∶12和1∶10、提取时间2 h/次）、过滤、减压浓缩、真空干燥，得富含黄酮和多酚类的醇提物；所得残渣挥干乙醇后热水浸提，过滤得水提液和残渣（残渣干燥后计残渣得率），水提液减压浓缩、真空干燥得水提物；水提液减压浓缩、醇沉、离心、真空干燥得粗多糖。分别采用亚硝酸钠-硝酸铝法[13]、酒石酸亚铁法[14]和硫酸-苯酚法[15]测定黄酮、多酚和多糖含量。提取率计算如下式所示：

1.3.3 粒径分布测定

1.3.3.1 筛分法

称取相同质量（10 g）的样品，依次通过从大孔径至小孔径的各个筛网，测定各孔径筛网样品的滤过率和截留率。由于颗粒能否通过筛网与颗粒的取向和筛分时间等因素有关，本实验通过每个筛网时间定为5 min。

1.3.3.2 激光粒径分析[16]

委托昆山博瑞凯粉碎设备有限公司，采用激光粒径分析仪测定粒径和分布，湿法，测定范围在0.2～500 μm，取1 g桑黄粉加入10 mL去离子水，得到悬浮液，并用去离子水稀释至300 mL，用搅拌和超声使悬浮液充分分散，实验过程中转速为2 500 r/min，超声2 min，此时无气泡出现，各级颗粒体积、D50、中位径等由软件自动分析得出，重复3 次，结果取平均值。

1.3.4 扫描电子显微镜观察[17]

取经戊二醛固定24 h以上的桑黄粉，磷酸盐缓冲溶液清洗3～5 次，使用30%、50%、70%、90%、100%乙醇溶液梯度脱水，临界点干燥，镀金处理，扫描电镜观察。

1.4 数据分析

方差分析应用软件采用Statistica 6.0。

2 结果与分析

2.1 不同粉碎技术对桑黄子实体粒径分布影响

2.1.1 筛分法测定结果

图1 筛分法粒径分布Fig. 1 The particle size distribution of three powders measured by the sieving method

如图1所示，FBOJM和TSEPP样品的粒径分布曲线相似，在筛网为100 目时仍有90%的样品能通过，大于100 目时，截留率迅速增加，至250 目时，累计截留率分别为34.7%和38.5%；OG在20目（孔径840 μm）时，样品的15.7%已被截留，至60 目（250 μm）时，91%的样品已被截留，只有9%的样品能通过。由于筛分法容易造成糊筛等不利影响，导致人为的操作误差。激光粒径法具有简单快速、重复性好、粒径测定范围宽等优点（本实验仪器测定范围为0.2～500 μm，超过500 μm不能进入样品池），故OG样品不适合做激光粒径分析。为进一步比较FBOJM样品和TSEPP样品的粒径分布，需进行激光粒径测定。

2.1.2 激光粒径法测定结果

图2 激光粒径分布图Fig. 2 The particle size distribution of TSEPP and FBOIM powders measured by laser diffraction method

表1 不同粉碎方法所得样品的粒径特征Table 1 Particle size characteristics of TSEPP and FBOIM powdersTable 1 Particle size characteristics of TSEPP and FBOIM powdersμm

从图2和表1可见，与TSEPP样品相比，FBOJM样品的粒径、粒径分布范围、D（3,2）和D（4,3）均更小或更窄，如FBOJM样品D50为5.53 μm（TSEPP样品为7.44 μm），颗粒分布2.24～9.85 μm（TSEPP样品为2.35～15.52 μm），即FBOJM粉碎的细粉更多。

对于激光粒径仪来说，一般当D（4,3）接近且颗粒是实心球体时，D（3,2）小则比表面积大。当D（3,2）和D（4,3）的值越接近，则样品颗粒的形状越规则，越接近于圆球形，粒径分布也越集中；其差值越大，粒径分布越宽。反之，越近似圆球型的颗粒，测量的结果就越准确。

2.2 粉碎方法对桑黄子实体浸提物提取率的影响

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 种不同粉碎度的桑黄粉功能性成分（黄酮、多酚、多糖）提取率由高到低顺序为：TSEPP＞FBOJM＞＞OG。与OG样品相比，TSEPP（FBOJM）样品的黄酮、多酚、多糖的提取率分别提高60.4%（53%）、73.4%（69.5%）和72.8%（68%），差异极显著（P＜0.01），残渣减少了17.4%（15.1%），差异显著（P＜0.05），即OG桑黄粉功能性成分未被充分提取出来，但TSEPP和FBOJM各提取物的得率差异不明显（P＞0.05）。

2.3 粉碎方法对桑黄子实体组织细胞结构的影响

图3 桑黄子实体TSEPP（A）、FBOJM（B）和OG（C）样品扫描电镜图（×100）100Fig. 3 Scanning electron microscopic photographs of TSEPP, FBOJM and ordinary powders of Phellinus linteus fruit bodies (× 100)

由图3可见，OG样品的桑黄粉菌肉和菌管组织颗粒大小不匀，组织结构完整，有较多的大块组织存在，大块组织颗粒径大于100 μm；TSEPP样品和FBOJM样品颗粒均匀，不存在较大组织块，颗粒径远小于100 μm；FBOJM样品存在较多的丝状物，TSEPP样品则无丝状物，但可见疏松的小团块。

图4 桑黄子实体TSEPP（A）、FBOJM（B）和OG（C）样品扫描电镜图（×5 000） 000Fig. 4 Scanning electron microscopic photographs of TSEPP, FBOJM and ordinary powders of Phellinus linteus fruit bodies (× 5 000)

由图4可见，TSEPP样品菌管粉碎较彻底，只有个别仍有管状样，多数菌管的致密结构被破坏，表面凹凸不平，呈不规则细小碎片，且细小碎片黏结成团块状；FBOJM样品菌管基本粉碎，完整菌管很少，但菌管碎片的结构致密、表面光滑，仍呈片状条形；OG样品菌管结构完整、致密，未见菌管残片，菌管长度远大于5 μm。

3 讨论与结论

目前，超微粉碎和OG对原料功能性成分的溶出率影响文献报道较多，如超微粉碎比OG的桑黄子实体多糖得率提高3.6 倍[18]，超微粉碎有利用相对分子质量较大多糖的提取[18-19]。一定程度的微粉化，能促进大青叶中靛玉红含量的溶出，但D50为24.7 μm时却比64.9 μm的溶出率低，即中药的超微粉碎存在一个最佳粒径范围[20]。菘蓝种子气流超微粉碎（D50为7.96 μm）比OG（D50为68.26 μm）种子油的提取率提高1 倍。螺杆挤压对物料粒径、有效成分提取的报道只有少量报道，如挤压处理灵芝孢子粉可使破壁率达到78.6%～83.48%，多糖提取率达2.219%～2.37%[21]；大豆豆渣的螺杆挤压与超微粉碎联用（D50为9.16 μm）与直接超微粉碎（D50小于10 μm）粒径几无区别，但分散性明显优于直接超微粉碎的豆渣，其100 目筛网截留物质量仅为直接超微粉碎的34%[22]。TSEPP处理后的啤酒酵母细胞破壁率可达79.21%，与未挤压的对照相比，可溶性蛋白含量增加132%，容重降低55%[23]。

比较TSEPP和FBOJM对植物组织、细胞的破壁和有效成分的溶出之间的差异鲜见报道，本研究以桑黄子实体为材料比较了不同粉碎方式对桑黄细胞的粒径、形貌和功能性成分提取率。结果表明，TSEPP样品和FBOJM样品菌管粉碎较彻底，TSEPP样品菌管的致密结构被破坏，而FBOJM样品菌管碎片的结构致密、光滑；O G样品的菌管结构完整、致密。激光粒径分析表明，FBOJM样品较TSEPP样品的粒径分布更窄、粒径更小。不同粉碎方式所得的桑黄粉在功能性成分提取率反映为：TSEPP样品功能性成分（黄酮、多酚、粗多糖）提取率高于FBOJM样品，分别提高18.7%、14.8%和17.73%，但差异不显著（P＞0.05）；TSEPP（FBOJM）样品的功能性成分（黄酮、多酚、多糖）提取率比OG样品分别提高60.4%（53%）、73.4%（69.5%）和72.8%（68%），差异均极显著（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

钱骅, 陈斌, 黄晓德, 等. 不同破壁技术对桑黄功能性成分提取率的影响[J]. 食品科学, 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

国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2012AA021701）

钱骅（1966—），女，研究员，硕士，主要从事植物资源、植物生理的研究与开发。E-mail：qianhua1999@126.com

*通信作者：赵伯涛（1962—），男，研究员，本科，主要从事植物资源评价与植物化学研究。E-mail：zbt_nj@163.com