蜂花粉破壁技术的研究进展

刘功良，唐汉良，谢锐均，陈嘉玲，白卫东

（仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州510225）

花粉是有花植物的雄性的生殖细胞，含有丰富的营养物质。蜂花粉是蜜蜂在采集花粉时，通过口器的湿润以及在雄蕊上收集和自身绒毛黏附花粉，通过传递，最后在后足形成花粉团[1-2]。蜂花粉细胞壁分为内壁和外壁，内壁一般由纤维素构成，内壁上存在萌发孔和萌发沟，是物质交换和管萌发的起点，通常萌发孔的闭锁点是闭锁的[3-4]。花粉的外壁主要由孢粉素、纤维素等成分组成，具有耐酸、耐碱、耐压，对消化酶也具有稳定的抗性[5-6]。蜂花粉的内容物含20多种氨基酸，100多种酶和辅酶，多种维生素、核酸、不饱和脂肪酸以及黄酮类化合物等[7-9]，被誉为“浓缩的营养库”、“浓缩的微星天然药剂”和“完全营养食品”，具有抗衰老，提高免疫力，护肝及调理肠胃，调节神经系统，美容养颜等功能[10-11]。

蜂花粉的破壁是指通过破坏细胞壁或其萌发孔等，让壁内的营养物质能释放出以便利用和深加工。蜂花粉营养成分丰富，并多存在于花粉粒内部，花粉壁的存在限制了蜂花粉的开发和利用。因此，在不影响蜂花粉营养成分的前提下，采用科学合理的方法进行破壁处理，对蜂花粉综合利用和深加工具有重要意义。本文综述了蜂花粉破壁的常见方法——机械破壁法、物理破壁法、生物破壁法等，并对其发展趋势作一展望。

1 物理方法

1.1 机械破壁法

机械破壁法是通过机械运动所产生的剪切力作用来破碎花粉壁。吴玲等采用β-环糊精、微晶纤维素等作为破壁添加剂，与松花粉共研磨，破壁率可以达到99%[12]。李丽等利用高剪切分散乳化技术进行破碎油菜蜂花粉细胞壁的研究，在高速剪切3 min、转速22 000 r/min、液料比为 1 ∶3（g/mL）的条件下，花粉破壁率达到99%，且黄酮含量为3.60 mg/g[13]。机械破壁法操作简单，易实现工业化生产，但机械破壁过程中摩擦力、剪切力和挤压力能产生热量，导致温度升高，营养物质损失严重。

1.2 超声波破壁法

超声波破壁法是利用超声波发生器产生的声波或超声波，让细胞壁产生空穴作用，从而使花粉破碎，释放出内容物。王文艳等利用超声波法提取油菜蜂花粉中的黄酮，在80%乙醇、料液比为55 mL/g、超声提取25 min的条件下，黄酮的提取率是3.17%[14]。超声波破壁法具有简单、快捷等优点，但破壁率不高，并且不易实现工业化生产。

1.3 温差破壁法

温差破壁法是利用热涨冷缩的原理，使蜂花粉壁冷热交替，发生破裂，再辅以超声波作用，可提高破壁效果。杨芙莲等采用温差并结合超声波辅助对花粉进行破壁，在温差100℃、水浴时间7 h、料液比1∶10、冷冻时间24 h的条件下，花粉的破壁率为61.61%。然后，再经功率为200 W、超声温度60℃、时间30 min、溶液浓度5%的处理，花粉的破壁率提高至88.53%[15]。采用超声波进行辅助破壁不但能进一步提高花粉的破壁率，而且能较好地保留营养物质，同时操作简便，可以大大节约时间。

1.4 压差破壁法

压差破壁法是指在高温、高压条件下，蜂花粉原料被过热液体润胀，孔隙充满蒸汽，当瞬间解除高压时，原料孔隙中的过热液体迅速气化，体积急剧膨胀而使细胞“爆破”。倪辉等研究了花粉蒸汽爆破技术并确定其工艺条件：用0.05 mol/L的柠檬酸液调制40%的花粉浆，拌匀，并放入物料室，维持饱和蒸汽压为0.15 MPa作用11 s；充入高温饱和蒸汽并保持一定的时间，关闭蒸汽阀门，通入压缩空气稳定物料室的压力并打开料液出口阀门，花粉液从物料室中喷出，收集喷出的花粉液即为破壁的花粉液。破壁后，花粉营养物质的溶出率超过86%，VA、VC和粗脂肪量显著增加，细菌总数、大肠杆菌和霉菌总数显著减少；破壁率、A280值及营养物质溶出率在工艺放大过程中无显著差异[16]。该方法安全高效、稳定性好、花粉浆浓度高、容易放大，产业化前景良好，但高温条件下，蜂花粉的营养物质损失严重。

1.5 超临界二氧化碳提取法

该法是利用超临界二氧化碳的流体性质对油菜蜂花粉进行处理，再通过快速卸压使蜂花粉细胞壁破裂，从而破壁。孙丽萍等利用超临界二氧化碳对蜂花粉进行破壁，花粉壁自萌发沟处裂开，细胞破碎率随二氧化碳压力的增加而提高，经45 MPa破壁后效果极为显著，电镜观察结果表明破壁率达100%[17]。该方法额破壁率高，营养物质损失少，安全性好，但设备投资成本高，操作复杂。

2 生物破壁

2.1 发酵破壁法

发酵破壁法是利用花粉自身的微生物或通过接种酵母、霉菌、乳酸菌等发酵，利用发酵过程产生的酶系水解蜂花粉的细胞壁外壁，使花粉里面的营养物质能释放出来。冯慧等人采用酵母发酵法破壁油菜蜂花粉，当干性酵母添加量为 1%、料液比 1∶1（g/mL）、发酵时间3 d、发酵温度32℃，花粉破壁率达到52.30%，破壁花粉含可溶性糖2.74%、游离氨基酸5.10%、总黄酮1.45%、VC156.24 μg/g。该方法能改善破壁花粉的风味，在发酵过程中会产生较多的有机酸，可抑制杂菌的生长[18]。戚薇等先接纳豆芽孢杆菌，发酵3 d后再接嗜酸乳杆菌发酵5 d，在接种量为10%，花粉的含水量为35%～40%，发酵温度为30℃等条件下，采用浅层好氧发酵破壁蜂花粉[19]。研究表明，经混合菌固态发酵后的花粉气味鲜香，口味酸甜，并含有益生菌，提高了蜂花粉产品的营养价值，但易染杂菌。

2.2 酶解破壁法

酶解破壁法是通过外源酶系来达到破壁目的，包括纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、蛋白酶、复合酶等。任向楠等用木瓜蛋白酶对油菜花粉细胞壁通透性的研究中，经过木瓜蛋白酶酶解后，蛋白分散指数、溶解指数、可溶性糖含量与空白相比均显著增加（P＜0.05），而且能对油菜花粉细胞壁通透性有明显改善[20]。孟良玉等研究纤维素酶对油菜蜂花粉破壁的影响，当油菜蜂花粉的最佳破壁条件为料液比1∶50（g/mL）、加酶量为1.75%、酶解温度47.5℃、酶解时间5.0 h，此条件下的油菜蜂花粉的破壁率为85.72%，多糖提取率为18.85%[21]。杨文超等利用纤维素酶-果胶酶-木聚糖酶-木瓜蛋白酶4种酶制剂酶解破壁莲花蜂花粉，当复合酶中各种酶制剂的最适配比为4∶2∶1∶3，酶解作用pH4.0，复合酶的添加量1.2%、酶解温度45℃、料水比 1 ∶14（g/mL），破壁率可达 89.21%[22]。该方法简单、环保、高效，但酶制剂价格比较贵，工业化的成本比较高。

3 化学破碎法

化学破碎法是指通过各种化学试剂对破碎细胞壁，使营养物质流出。龚蜜等使用乙醇提取油菜花粉，按固液比1∶8、提取时间2 h、提取温度55℃、震荡频率145 r/min、固液比 1∶8、提取时间2 h、提取温度65℃，震荡频率145 r/min，花粉的平均提取率有着极显著的提高[23]。林瑾等使用乙醇、酸、碱、H2O2、黄瓜提取液、H2O2和NaOH混和溶液处理花粉，检测玫瑰花粉的破壁率。研究表明，黄瓜提取液、H2O2和NaOH混和溶液对玫瑰花粉作用效果好，黄瓜提取液对花粉具有明显的膨胀作用，使用H2O2和NaOH混和溶液处理花粉，破壁率可达90%[24]。该方法成本低，可操作性强，但营养物质的损失和污染较为严重，降低了蜂花粉的营养价值。

4 问题与展望

目前，蜂花粉破壁的单一方法种类较多，但各自有不同的特点，破壁效果和成本往往不能兼顾，今后的研究重点是将各种方法相互组合，择优选择。在最大程度保持蜂花粉营养物质的前提下，尽可能选择反应条件温和、高效、低成本和低能耗的破壁方法。

在衡量蜂花粉的破壁效果时，一般采用镜检来计算破壁率，但这种方法人为误差较大，无法有效反应蜂花粉的破壁程度。有学者利用比表面积、粒度分析、Zet a电位、扫描电镜与透射电镜扫描等指标和方法表征评定蜂花粉的破壁效果，从不同角度反映酶法在改善花粉细胞通透性上起到的作用，但不易推广使用[24-27]。因此，可选择可溶性总糖、游离氨基酸、总酚、黄酮、VC等营养物质作为衡量指标，以未经破壁处理的蜂花粉作为空白对照，即可真实反映蜂花粉的破壁效果。

我国蜂花粉的产量巨大，蜂花粉产品具有广阔的市场前景和潜在价值。随着现代生物技术的不断发展，可结合基因工程和酶工程等技术，筛选高效的复合酶用以破壁蜂花粉，建立高效、经济的破壁方法，促进蜂花粉产品的利用及产业发展。

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