灵芝孢子粉破壁技术及灵芝类保健食品开发研究进展*

马 超，马传贵，戚 俊，张博华

（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东 济南 250014；2.北京京诚生物科技有限公司，北京 102629；3.中国食用菌协会，北京 100801）

灵芝所含功效活性成分十分丰富，主要包括多糖类、三萜类、核苷酸、甾醇、生物碱、脂肪酸等[1]。灵芝孢子作为灵芝子实体的有性生殖细胞，具有子实体的全部遗传活性成分，其主要有效成分含量高出灵芝75倍[2]，另外其还具有抑制肿瘤、提升免疫力、抗氧化、保肝护肝和调节血糖等药理作用[3]。

近年来，探讨灵芝孢子粉的药理作用及功效成分含量的研究较多，但对比灵芝孢子的破壁技术，分析破壁前后灵芝孢子粉质量情况及以灵芝类为主要原料的保健食品注册情况等论述较少。本研究主要综述了灵芝孢子粉的破壁方法，破壁前后主要质量变化，分析了各种破壁方法的特点，认为多种方法组合的复合破壁技术，同时兼顾经济、高效、环保的破壁技术将是灵芝孢子破壁技术的发展趋势。因此，阐述了灵芝类在保健食品中注册的情况，包括不同剂型、不同功能声称等保健食品注册的占比情况等现状、存在的问题及前景展望。

1 灵芝孢子粉破壁技术

灵芝孢子细胞壁主要由坚硬的几丁质构成，人的消化系统不易分解该物质，导致未经破壁处理的灵芝孢子粉的功效成分很难被消化吸收[4]，因此有必要对灵芝孢子粉进行破壁处理，以达到其有效成分被充分利用的目的。目前，国内外的破壁技术工艺多种多样，若按破壁原理来分，大致分为机械法、物理法、化学法、生物法、组合法等[5]。

1.1 机械破壁法

机械破壁法指借助设备设施的挤压、撞击、高速剪切等外部作用力使得灵芝孢子的几丁质壳破裂的方法[6]。

1.1.1 研磨式超微粉碎破壁法

研磨式粉碎是灵芝孢子借助与研磨介质之间所产生的挤压以及剪切、碰撞等的相互作用力，完成灵芝孢子细胞壁粉碎的过程[6]。研磨式粉碎过程主要为碰撞力、挤压与剪切作用[6]。破壁的效果取决于研磨介质的长短、外形轮廓、体积比、研磨方式、灵芝孢子物料的装填量、相互作用的力学特性等。研磨式粉碎的典型设备有对辊式挤压破碎机、搅拌研磨和振动研磨等。常用的研磨式灵芝孢子超微粉碎破壁方法有球磨式干法超微粉碎破壁、湿法高速剪切破壁、高压均质破壁等[6]。该方法的特点是破壁率高，但很容易造成磨介之间的碰撞摩擦导致物料中夹杂金属碎屑。

1.1.2 气流式超微粉碎破壁法

气流式超微粉碎的原理是借助高压空气或过热蒸汽，当气流通过喷嘴会受阻产生更高压力湍流高压气流，以该气流作为灵芝孢子的载体，孢子与孢子之间或孢子与腔体之间发生高强度撞击或挤压等作用，导致坚硬的细胞壁破裂，完成粉碎破壁的目的[7]。肖鑫等[8]先将灵芝孢子粉进行纤维素酶预处理，再进行高压气流粉碎，粉碎率可达到99%以上。

1.1.3 挤压膨化破壁法

挤压膨化破壁的原理是物料通过旋转的螺杆产生挤压、剪切以及设备腔体的加热作用，物料受热、高压及剪切作用实现细胞壁的破裂，达到破壁的目的[9]。该方法工艺操作简单，易于连续大量的进行破壁处理，但由于高压及加热等作用会导致物料的部分功效成分受热变性，影响产品的品质。刘静雪[10]等采用双螺杆挤出技术对灵芝孢子粉进行破壁处理，利用响应面优化得出当挤出温度110℃、物料含水量27%、螺杆转速640 r·min-1时，灵芝孢子粉破壁率可达到96.48%。

1.2 物理破壁法

1.2.1 超声波破壁法

超声波破壁技术是利用超声波的辅助作用结合特定溶剂进行灵芝孢子破壁的方法，超声波能够产生高频的强力空化效应和冲撞作用，从而使灵芝孢子之间产生强烈的撞击和剪切，实现破壁的目的[5]。该方法能够缩短破壁时间，提高破壁效率。单独使用超声波破壁效率较低，容易产生局部高热而使灵芝孢子中的热敏性成分变性失活[5]。在灵芝子实体的提取中，Alzorqi等[11]借助超声波破壁辅助提取其多糖组分，在工艺优化的条件下，该多糖组分得率明显提高。

1.2.2 微波破壁法

微波辅助破壁技术是利用微波辐射能产生的高频电磁场，透过萃取介质深入灵芝孢子细胞内部的过程。微波所产生的高频电磁场，可使得灵芝孢子组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率加快。此过程中会产生大量热能，从而使细胞内部压力变大，细胞壁由于内外压差的作用而破裂。但该方法容易导致灵芝孢子的部分功效成分受热破坏[12]。杨连威[13]先将灵芝孢子进行微波处理，再在低温下深加工，灵芝孢子的破壁率可达99%以上。

1.2.3 超低温液氮脆化破壁法

超低温液氮脆化破壁是指利用液氮的超低温将灵芝孢子快速冻结后再迅速解冻，从而达到破壁效果的方法[14]。一般超低温液氮脆化设备由液氮发生器、脆化系统、信息采集系统和观察系统四大部分组成[14]。周顺华等[14]试验证明，超低温液氮能够有效提高细胞壁的脆化破裂效果；采用超低温液氮进行脆化破壁具有破壁率高，设备操作简便及功效成分破坏小等特点。吴映明等[15]采用超声波和超低温冷冻处理结合的方法进行灵芝孢子粉的破壁处理，结果显示随着冻结、解冻次数的增加可一定程度上提高灵芝多糖的得率，本方法具有能耗低、破壁效果好，操作简单等特点，但作用时间长。

1.2.4 真空压差膨化破壁法

真空压差膨化又称气流膨化、变温压差膨化等，该方法的膨化过程中，膨化的温度和干燥过程中的温度有温差，在膨化过程中物料的温度不断变化；压差是指物料在膨化的过程中由腔体中的高压与真空罐连通时变成低压的过程；该过程导致物料内部水分瞬间汽化，使得物料形成蓬松的结构状态[16]。周萍等[17]研究了真空压差脆化破壁灵芝孢子的工艺，以灵芝孢子的硬度和含水率为指标，选取膨化温度、抽真空干燥温度、抽真空干燥时间等为考察主要因素，经正工艺优化试验得到真空压差膨化结合超微粉碎技术可提高灵芝孢子破壁率。

1.3 化学法

化学法是利用溶剂浸提灵芝孢子粉中有效成分或利用酸、碱等试剂降解灵芝孢子细胞壁结构，使得灵芝孢子粉中的功效成分溶出[5]。该法的优点是设备投入少，能耗低；缺点是提取或破壁时间长，容易造成溶剂残留等。Lee等[18]采用25%乙醇溶剂提取灵芝中的功效成分，最终减压浓缩并定容至500 mL保存，通过灵芝的25%乙醇提取物，研究其通过激活Nrf2/HO-1通路增强细胞的抗氧化作用，该方法对灵芝孢子的提取率较好。

1.4 生物法

1.4.1 酶解破壁法

酶解破壁法是通过添加溶壁酶，包括纤维素酶、几丁质酶和葡糖苷酶等，具有1种或2种以上的酶活性，通常是将2种以上的酶混合使用，能更好地发挥破壁作用[5]。夏志兰等[19]利用3.0%浓度溶壁酶Ⅲ，在38℃条件下对灵芝孢子酶解4 h，灵芝孢子粉破壁率达到80%以上。此方法与超声波处理技术相结合，灵芝孢子粉破壁率达到98%以上。李国平[20]采用复合酶解技术对灵芝孢子粉进行破壁处理，效果明显。

1.4.2 萌发破壁法

萌发破壁法是在适宜的萌发条件下，诱导新鲜饱满的灵芝孢子萌发，从而达到破壁的目的[21]。王德芝等[21]研究表明，灵芝孢子在28℃、pH 5、供氧、黑暗条件下培养48 h，萌发率可达70%，且0.1 mg·mL-1浓度范围的MgSO4、CaCl2、FeCl3能促进孢子萌发。萌发破壁法除受外部培养条件影响外，灵芝孢子的保存状态对破壁率有很大影响。柯斌榕等[22]研究表明，赤芝只有早期弹射的新鲜担孢子可以在麦芽汁培养基中萌发。

1.4.3 微生物破壁法

徐亚敏[23]公开了“一种灵芝孢子粉的微生物破壁方法”。该方法先将灵芝孢子粉灭菌处理，采用灰色链霉菌作为溶壁菌对灵芝孢子进行破壁，使灵芝孢子粉的活性物质得到最大程度地保留。有利于人体吸收利用，微生物发酵过程产生的微生物蛋白酶可协同强化灵芝孢子粉的功效。

1.5 组合破壁法

在工业化生产中，大多以机械法或物理法为主，早期以球磨式振动磨超微粉碎破壁居多，但该方法存在处理量小，破壁时间长（一般1 h左右），温度过高及金属棒的相互碰撞导致的金属碎屑残留等系列问题[5]。通过实际调研的加工企业及行业情况数据，发现目前以对辊式挤压破壁居多，该方法金属辊不会直接接触产生金属碎屑，不会造成因金属直接碰撞而产生的高温。但若达到95%以上的破壁率也需要反复的进行挤压破壁处理，一般也需1 h左右，且易产生扬尘。为了更高效地实现低温、短时、高破壁率等指标，很多研究尝试采用几种不同方法组合破壁的思路，即综合破壁法。具体的结合方式往往根据生产实际，通过机械与物理，机械与生物或化学等组合方法破壁。

周萍等[17]采用变温压差脆化结合超微粉碎技术进行灵芝孢子破壁研究，破壁率可达到99.5%。吴铁等[24]将高压破壁与冷冻破壁相结合，即采用121℃，维持30 min对灵芝孢子进行高压破壁；然后在65℃烤箱里烤干，再放置冰箱冷冻12 h～24 h，取出于65℃烘干。该组合方法所得灵芝孢子破壁率可达99%以上。郝利民等[25]采用灵芝菌丝体液态深层培养发酵液对灵芝孢子粉进行浸润式萌发培养和细胞壁酶解，干燥后进行液氮低温脆化处理，再结合机械破壁，所得灵芝孢子破壁率达到90%以上。

2 灵芝孢子破壁前后主要成分分析

灵芝孢子所含功效成分种类多，营养比较丰富，其中多种成分具有较好生理活性物质，如灵芝多糖类、三萜类、生物碱、甾醇类等[1]。灵芝孢子粉作为中药饮片或保健食品主要是以灵芝多糖和三萜类含量作为功效评价指标[26]。

2.1 破壁对灵芝孢子粉多糖影响

破壁对灵芝孢子粉多糖的溶出和检测有较大的影响。目前灵芝孢子粉粗多糖的测定主要参照2015版《中华人民共和国药典》中灵芝多糖的检测方法[5]。黄晓兰等[27]采用气相色谱-质谱（GC-MS）、高效液相色谱（HPLC）比较了破壁与不破壁灵芝孢子粉多糖的差异，用凝胶渗透色谱（GPC） 分析了灵芝孢子粉多糖的相对分子质量及其分布，研究表明灵芝孢子粉多糖得率因提取方法的不同而有差异，破壁后灵芝孢子粉多糖是破壁前的1.7倍；破壁前后多糖的组成完全相同，只是相对质量分数略有差异，都是由鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖等组成的杂多糖，破壁后增加了一些相对分子质量较小的多糖。王方等[28]参照2015版《中华人民共和国药典》四部通则测定了灵芝孢子粉破壁前后粗多糖含量，结果显示10批破壁与未破壁孢子粉粗多糖平均含量分别为1.54%和0.99%，破壁处理明显提升了灵芝孢子粉多糖的浸出率。

2.2 破壁对灵芝孢子粉总三萜影响

破壁对灵芝孢子粉三萜类化合物含量影响明显。杨小英等[29]采用分光光度法和HPLC法分别对破壁与不破壁灵芝孢子粉三萜类化合物的含量进行比较，得出破壁与不破壁灵芝孢子粉三萜类化合物的含量分光光度法分别为4.26%、3.71%，HPLC法为2.84%、1.35%，从而得出三萜类化合物含量破壁灵芝孢子粉明显大于不破壁的灵芝孢子粉。王方等[20]采用紫外-分光光度法对破壁和未破壁灵芝孢子粉中总三萜进行测定，得到总三萜平均含量分别为4.22%和2.32%，破壁处理明显提高灵芝孢子粉总三萜含量。

3 灵芝类保健食品注册情况

在国家市场监督管理总局特殊食品安全监督管理司网站的特殊食品信息查询平台上，在保健食品注册栏目下，搜索灵芝、灵芝孢子和灵芝破壁孢子等关键词，截止2020年4月，以灵芝、灵芝孢子或其提取物为主要原料的保健食品约有1 134个 [其中国食健字（注） 约945个；卫食健字约187个；进口保健食品15个]；以灵芝孢子或灵芝破壁孢子为主要原料的搜索关键词得到保健食品注册数量约有443个，占灵芝类保健食品的39%；保健食品批文名称中包含灵芝关键词下的保健食品注册数量约有657个；名称中包含灵芝孢子或灵芝破壁孢子的保健食品数量约有296个；名称中包含灵芝孢子或灵芝破壁孢子关键词下的保健食品注册数量约有290个。

3.1 灵芝类保健食品注册产品主要剂型情况

灵芝类保健食品注册的主要产品剂型有硬胶囊、软胶囊、片剂、口服液、粉剂、颗粒、茶剂等[26]。具体见表1。

表1 灵芝类保健食品的主要产品剂型及数量Tab.1 The main product dosage form and quantity of Ganoderma lucidum health food

由表1可以看出，灵芝类保健食品注册剂型以胶囊剂型为主（包括硬胶囊、软胶囊），胶囊剂占比61.64%。以灵芝孢子粉或其提取物为主要原料的保健食品注册剂型也是以胶囊剂型为主，且胶囊剂占此类产品的89.84%，其次是粉剂占11.96%；以灵芝孢子油为主要原料的产品剂型都为软胶囊剂型。

3.2 灵芝类保健食品注册产品主要功能标注情况

灵芝类保健食品主要功能标注及产品数量情况见表2。

表2 灵芝类保健食品主要功能标注及产品数量Tab.2 The main function claim and quantity of Ganoderma lucidum health food

由表2可以看出，灵芝类保健食品注册的主要保健功能为“增加免疫力”，该类功能产品占比为73.63%；以灵芝孢子粉或其提取物为主要原料的保健食品的主要保健功能也是“增加免疫力”占比为89.62%（其中灵芝孢子油占比92.31%）。

4 讨论与结论

随着科技的发展和灵芝研究的深入，高产灵芝孢子的灵芝新品种的人工栽培技术更加成熟，灵芝孢子粉的产量越来越大，其用途也不仅是用于入药或作为保健食品原料，更多的研究使灵芝孢子粉用于普通食品的开发中，一旦灵芝孢子粉被允许用于普通食品，以灵芝孢子粉为原料的新型食品将如雨后春笋般涌现。因此，灵芝孢子粉的高性价比破壁技术，是拓展灵芝孢子粉用途的重要基础条件。随着破壁技术的进一步开发，多种破壁方法组合的复合破壁技术，同时兼顾经济、高效、环保的破壁技术将是灵芝孢子破壁技术的发展趋势。

灵芝类保健食品的推广应用，使灵芝产品的人工栽培技术得到快速发展，但在灵芝类保健食品的发展过程中也凸显了很多的问题[26]。1） 标准不统一，产品质量参差不齐。灵芝类产品的主要功能成分为灵芝多糖和三萜类化合物，由于没有统一的检测标准和方法，各产品的检测依据各异，检测方法误差大，导致产品质量差异大，甚至出现利用检测方法漏洞，进行非法添加的情况发生。2）灵芝类功效成分数量多，但含量较低，产业化高性价比的分离纯化工艺还不成熟，功效成分的作用机制研究不完善。虽然灵芝孢子粉中含有多糖、三萜类、甾醇、生物碱等多种活性成分，但各有效成分含量低，工业化的分离纯化成本高，技术还待进一步完善。目前，常用的思路还是先进行灵芝孢子油的提取，提取残渣再进行多糖等功效成分的提取[26]。灵芝孢子粉有效成分的研究，目前多以化学组成研究居多，对其药理作用机制研究较少[4]。

随着灵芝孢子粉研究的不断深入，灵芝类产品将不仅仅局限于药品和保健食品，将更广泛地应用于普通食品和化妆品中，实现传统的珍贵滋补上品“仙草”飞入寻常百姓家。