喷雾干燥法重塑灵芝孢子孢壁工艺研究与产品分析

沈秀军，何艳云，黎凌云，杨文杰，周玉霞，代莉莉，黄训端

（安徽大学生命科学学院，安徽 合肥230601）

灵芝（Ganoderma lucidum）是重要的药用真菌之一。灵芝孢子是灵芝在生长成熟期，从灵芝菌褶中弹射出来的极其微小的卵形生殖细胞，含有糖肽类、甾醇类、三萜类、脂肪酸类等多种活性成分，有防细胞老化、增强免疫力等功效［1-4］。灵芝孢子具有孢壁，摄入人体后不被胃酸降解，只有破壁服用，才能更好地吸收其有效成分［5-6］；但破壁的灵芝孢子粉存在弊端：孢子破壁后，破壁颗粒处于非稳定状态，表面电荷相互吸引出现团聚现象，不利于加工调配［7-8］；破壁后孢子外保护层受损，萜烯类、脂肪酸类等成分易发生氧化反应，导致孢子粉变质，保存期限缩短［9-10］。

本研究采用天然生物材料为壁材，利用喷雾干燥技术［11］对破壁灵芝孢子进行深度加工，开发孢壁重塑技术，制备具有完整孢壁的灵芝孢子粉，为进一步利用灵芝孢子资源奠定基础。

1 材料与方法

1．1 材料与仪器

破壁灵芝孢子粉，安徽黄山毫喝食品有限公司；羟丙甲纤维素系列（Hydroxypropyl Methyl Cellulose，HPMC），山东泰安瑞泰纤维素有限公司；大豆分离蛋白（Soybean protein，SP），山东御馨豆业蛋白有限公司；其他试剂为分析纯。

GJB60-70实验型均质机，ATS Engineering Inc；YC-105喷雾干燥器，上海雅程仪器设备有限公司；全自动比表面积仪ASAP2020M＋C，美国Mi公司；马尔文Zetasizer Nano ZS90，英国马尔文仪器有限公司。

1．2 实验方法

1．2．1 分散稳定性的测定方法

将溶液倒入离心管，60℃恒温30min，4 500r／min离心15min，观察分层情况，记录液体总高度H与未分层高度H1，分散稳定性＝（H1／H）＊100%［12］。

1．2．2 孢壁重塑率的测定方法

将2g灵芝孢子粉分散于100mL水中，滴加1 mL吐温-80，搅拌均匀，在显微镜下观察孢子结构，采用血球计数板计数重塑孢壁的孢子。孢壁重塑率＝重塑孢壁的孢子数量／总孢子数量＊100%。

1．2．3 一般性状指标的测定方法

含水率：参照GB5497—1985方法；密度：将产品倒入带刻度的量筒中，计算单位体积产品的重量；堆积角：取一定量产品测定自然堆积的角度。

1．2．4 比表面积的分析测定方法

利用全自动比表面积仪ASAP2020M＋C进行测定［13］。

1．2．5 Zeta电位的测定方法

利用马尔文Zeta电位仪对电位测定。

1．2．6 氧化稳定性的测定方法

按照 GB／T5538—1995进行测定［14］。

2 结果与分析

2．1 孢壁材料复配组合与优化

2．1．1 壁材及比例的确定

实验优选了HPMC和SP作为复配壁材，在浓度为20%的条件下，考查不同比例对分散稳定性的影响，重复3次，结果如表1。表1可见分散稳定性随着HPMC∶SP比例的增加呈现先增加后减少的趋势，当HPMC∶SP比例为2∶1时，溶液的分散稳定性最高为79．69%，溶液的分散稳定性高说明壁材与芯材在溶液中的混合程度好，有利于提高芯材的包埋率，选择复配壁材复配比例范围为1∶1～3∶1。

表1 壁材复配比例对分散稳定性的影响

2．1．2 壁材与芯材比例的确定

壁材与芯材的比例直接影响到溶液的分散稳定性和最终的包埋效果，实验设置不同的比例，重复3次，结果如表2。表2表明分散稳定性随着壁材与芯材比例的增加呈现先增加后减少的趋势，当壁材与芯材的比例为2∶1时，溶液的分散稳定性最高为80．64%，选择壁材与芯材比值范围：1∶1～3∶1。

表2 壁材与芯材比例对分散稳定性的影响

2．1．3 固形物含量的影响

实验中固形物指除蒸馏水之外的所有固体，包括壁材、芯材以及微量增溶剂等。设置不同的固形物含量，每组实验3次，结果如表3，其分散稳定性呈先增大后减小的趋势。当固形物含量为30%时，溶液的分散稳定性最高为82．59%。因此选择固形物含量适宜范围为25%～35%。

表3 固形物含量对分散稳定性的影响

2．1．4 曲面响应优化

根据以上实验结果，采用Box-Behnken Design进行孢壁材料组合优化，实验因子和水平设计见表4，设计具体方案与结果见表5。

表4 实验因子和水平

表5 Box-Behnken实验设计方案及结果

以表5分散稳定性为响应值，建立二次回归方程：

对回归模型进行方差分析，结果见表6。从回归模型P＜0．000 1，表明该二次方程模型达到极显著水平，说明该回归模型方程能较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，拟合程度良好。相关系数R2为0．999 0，校正相关系数R2Adj为0．997 8，说明响应值的变化有99．78%来源于所选变量，即壁材与芯材比例、壁材比例和固形物浓度。从回归模拟方程中可以看出，A、B、C变量的拟合系数绝对值分别为2．06、1．61、2．02，即各因素对分散稳定性的影响表现为：壁材与芯材比例＞固形物浓度＞ HPMC∶SP，3者p值均小于0．01，说明3者作用极显著。交互项AB、BC的p值小于0．05存在显著交互作用，AC的p值大于0．05，交互作用不显著。

表6 实验结果分析

由图1、2可知，等高线最小椭圆中心在所选的-1～1范围内，而且响应曲面的开口都是向下的，这说明分散稳定度在本实验设计的范围内存在最大值，且优化是十分合理可行的。对整个曲面响应优化的实验结果进行分析，如表7所示。表7显示，5组参数均为优化的试验参数，其中最大值为78．486 9%，A＝0．087，B＝0．143，C＝0．135。即 壁 材：芯 材 ＝2．09，羟丙基甲基纤维素：大豆分离蛋白＝2．14，固形物含量＝30．37%。考虑到实验中可操作性，优选的复配参数：选择壁材：芯材为2∶1，羟丙基甲基纤维素：大豆分离蛋白为2∶1，总固形物含量为30%。

图1 壁材∶芯材和HPMC∶SP对分散稳定性影响

图2 HPMC∶SP和固形物含量对分散稳定性影响

表7 优化结果分析

2．2 喷雾干燥重塑灵芝孢壁工艺参数

将壁材、芯材混合液预先高压均质，设定均质压力为40MPa，均质2次后，采用喷雾干燥器进行雾化、干燥，可获得重塑孢壁的灵芝孢子。喷雾干燥器的进风温度、出风温度对孢壁重塑的灵芝孢子水分含量、孢壁重塑率及感官性状的影响如表8所示。

表8 喷雾干燥条件对产品品质的影响

从表8中可以看出，随着进风温度的升高，产品水分含量呈下降趋势，孢壁重塑率呈现先增长后下降的趋势，当进风温度为220℃时，重塑率最高，为90．2%。高于220℃时，由于水分含量的减少，重塑率下降较快，制备效果变差，产品粉末颜色发黄，产品外观不佳。因此，进风温度为220℃，出风温度为105℃为最佳喷雾条件。

2．3 重塑孢壁灵芝孢子粉产品分析

2．3．1 重塑孢壁孢子粉一般性状

对灵芝孢子的含水率、密度进行了测定，结果如表9。由表9可知，实验制备的孢壁重塑灵芝孢子粉含水率低于破壁灵芝孢子粉，有利于保存。产品密度低于原料破壁灵芝孢子粉，疏散蓬松，利于配伍，不易板结。

表9 产品主要性状指标

2．3．2 重塑对灵芝孢子粉的流动分散性的影响

表10为堆积角、比表面积、Zeta电位测定结果。堆积角是反映粉末颗粒流动性的重要特征，产品的堆积角略大于破壁灵芝孢子粉，说明颗粒间的内摩擦力小，粘聚力小，流动性较好；产品比破壁灵芝孢子粉的比表面积小，粒子更加稳定，Zeta电位也小，粒子分散性更好。

表10 产品的比表面积

2．3．3 重塑对灵芝孢子粉过氧化值的影响

在20℃下，对灵芝孢子粉过氧化值测定，结果见图3。由图3可知，破壁灵芝孢子粉的过氧化值在储藏的5个月内从5．83meq／kg上升到25．49meq／kg。而产品的过氧化值从1．95meq／kg上升到3．43 meq／kg。过氧化值变化较为缓慢，可见重塑的孢壁可以很好地保护芯材破壁灵芝孢子粉，延长了保存期限。

图3 产品的过氧化值随储藏时间的变化

3 结论

本实验针对市场上破壁灵芝孢子粉的存在分散性和易氧化问题，利用喷雾干燥技术对灵芝孢子粉的孢壁进行重塑，工艺参数：壁材选用羟丙基甲基纤维素和大豆分离蛋白，质量比为2∶1，壁材与芯材破壁灵芝孢子粉的比例为2∶1，固形物浓度为30%，均质压力为40MPa，均质次数2次，采用喷雾干燥法制备孢壁重塑的灵芝孢子粉产品，进风温度220℃，出风温度105℃，孢壁重塑率高达90．2%。经过孢壁重塑后，灵芝孢子粉产品干燥程度较高，有利于保存；密度蓬松，流动性较好；孢壁重塑的孢子粉比破壁灵芝孢子粉的比表面积减小，粒子更加稳定，Zeta电位减小，粒子分散性更好；孢壁重塑的灵芝孢子粉的过氧化值变化缓慢，具有良好的抗氧化性。本研究为灵芝孢子精深加工和新产品研发提供了技术支持。

［1］吴珍珠．灵芝孢子抗肿瘤的作用机制［J］．细胞与分子免疫学杂志，2006，22（6）：836-837．

［2］王杉，周科勤，范青生，等．超临界CO2萃取菌草灵芝孢子油中三萜类物质和脂肪酸的测定［J］．食品与机械，2006（22）：74-76．

［3］孟凡冰，李云成，钟耕．灵芝孢子油提的提取及脂肪酸检测［J］．食品科学，2013，34（2）：42-45．

［4］Ezhilarasi P N，Indrani D，Jena B S．Freeze Drying Technique for Microencapsulation of Garcinia Fruit Extract and its Effect on Bread Quality［J］．Journal of Food Engineering，2013，117（4）：513-520．

［5］郑秀莲．灵芝孢子几种机械破壁研究［J］．食用菌，1999，1（4）：37-38．

［6］王筱婧，孙莉莎，徐江平．灵芝孢子粉抑制人肝癌细胞生长的实验研究［J］．贵阳医学院学报，2006，31（1）：30-33．

［7］陈金妹，谈萍，王建永．气体吸附法表征多孔材料的比表面积及孔结构［J］．粉末冶金工业，2011，21（2）：45-49．

［8］彭昌盛，张倩，徐兴永，等．团聚-分散行为对悬浮液Zeta电位的影响［J］．中国海洋大学报，2010，40（10）：121-126

［9］王青青，吴水生．灵芝孢子油的氧化稳定性［J］．福建中医药大学学报，2011，21（1）：50-51．

［10］胡瞬，易有金，熊兴耀，等．灵芝孢子油的研究进展［J］．安徽农业科学，2010，38（17）：9214-9215．

［11］姚翾，陶宁萍，王锡昌．喷雾干燥法制取油脂微胶囊技术研究进展［J］．现代食品科技，2007，24（12）：85-89．

［12］杨晓慧，黄健花，王兴国．新型粉末油脂的制备［J］．中国油脂，2013，38（2）：21-25．

［13］杨晓丽，地里热巴·沙它尔，李翔，等．灵芝超微粉理化特性研究［J］．食品与生物技术学报，2013，32（1）：69-74．

［14］高歌，包海鹰，图力古尔．纳米级灵芝子实体粉末和破壁灵芝孢子粉体外抗肿瘤活性研究［J］．菌物学报，2013，32（1）：114-127．