挤压膨化工艺在中药及其产品加工领域中的应用研究

李芳蕊，杨佳彤，张瑞，王英平

（吉林农业大学，吉林 长春 130118）

挤压膨化技术作为一种可实现多单元连续操作的新型加工技术，其操作集混合、搅拌、加热、膨化及成型等为一体。基于其操作过程简易、生产效率高、原料适用性广、生产成本低、产品性状多样化和原料营养损失少等特点，已被广泛应用于食品、发酵、油脂加工、饲料和医药等行业。目前，膨化技术已逐步延伸应用到中药及其食品保健领域，特别是中药材的加工生产方面早在20世纪就已开始深入实践。

中药材膨化原理是将中药材送入挤压膨化机中，药材进入机筒内部后，在螺杆相互推动挤压下成轴向性向前移动。随着机腔内部温度、压力及剪切力度的不断加大，机筒内外产生巨大压力差，当机筒内部到达一定高压时便会降到低压状态，随即物料被挤出。此时药物内部水蒸气会瞬间膨胀，使细胞壁破碎，挤出物质地疏松，表面呈现空心网状结构，此为膨化效应。据探究，其在此期间药物内部一些大分子物质会产生变性、结构重组和糊化反应等，相应小分子也会产生美拉德反应，产生膨化效应[1]。

中药在挤压膨化过程中产生一系列物理和化学反应，使得膨化后的中药材在内部质构、表观特征和化学组成等理化及药理活性、营养方面均产生了很大改变。有研究表明，经膨化后的中药材不仅内部结构和外部形态变得更加膨胀疏松，而且有效成分更易于浸出，部分有效成分含量有所提高，自身的营养价值也得到了很大的改善[2]。

1 挤压膨化技术在中药材加工中的应用

早在20世纪末，已有人申请了“中草药膨化加工方法”专利[3]，该中药加工方法立足于传统中医学理论的指导，结合现代挤压膨化加工技术对中药材进行加工，彻底改革并更新了我国中药材在加工、炮制领域中的传统工艺理念，为其增添了新的生命力，并使其向着更现代化更科学的方向发展。

表1 挤压膨化技术在中药材加工中的影响Table 1 The effect of extrusion technology on the processing of Traditional Chinese Medicines

1.1 对药材内部组织结构及质地的影响

一些质地坚硬的中药材在膨化过程中，其内部薄壁细胞的破壁率高达90%以上，体积增大3~9倍，致使膨化后的中药材由内而外变“大”，即细胞孔隙增多、表面积增大，质地也变得更加疏松[4]。

袁叶飞等[5,6]分别对骨碎补、金毛狗脊等质地坚硬且表面含有鳞片或茸毛等难以加工的中药材进行膨化研究，发现通过膨化法进行炮制后，其质地更为疏松，且更有利于去毛，为其进一步加工利用提高了生产效率。名贵中药材红参生品经膨化炮制后，药材断面由原来的致密状态变为疏松多孔的蜂窝状，质地由坚硬变为蓬松且可达到用手轻轻捏即碎的程度，但关于其机理并未有进一步说明[7]。程芬、薛军等[8,9]分别对淀粉含量较高的中药材半夏、莲子等进行膨化加工，经膨化后由于淀粉颗粒结构的消失，内部组织中细胞壁破碎，使组织空隙变大，表面呈空心网状结构，且质地变疏松。

由于药材组织内部细胞壁被破碎，细胞内部结构减少了对溶媒的屏障作用，使得细胞内有效成分充分暴露出来，从而易被溶媒溶解出来，故膨化使中药材质地变疏松，表面形成空心网状结构[10]。

1.2 对药材有效成分含量的影响

药材成分的溶出率直接影响着其有效成分含量的变化，随着药物成分溶出率的提高，部分有效成分含量也会随之增加。如经膨化后，骨碎补有效成分柚皮苷、半夏中的多糖以及山药中的薯蓣皂苷元含量等较生品及其他炮制方法均有显著性提高[6,11-15]。然而，郭海霞等[16]对淀粉含量较高的何首乌进行膨化炮制，发现经挤压膨化加工的何首乌中所含游离型蒽醌和结合型蒽醌的含量都有所下降，且后者含量比前者下降更为明显。故通过挤压膨化加工技术对中药材进行炮制加工，会对部分中药材的有效成分溶出度产生不同的影响，相应的对其有效成分含量的影响也是有正面和负面之分，即挤压膨化技术并不是对所有的中药材都适用。

1.3 对药材生物活性的影响

半夏多糖有抗肿瘤的药理作用，经膨化后，随着多糖含量的增加其抗肿瘤活性也显著提高[11,17]。经加压膨化方法来处理后的桔梗、甘草和金毛狗脊等中药材的镇痛效果显著提高[5,18]，白芍的肝保护作用增强[19]，灵芝由于膳食纤维的改性，增强了其水溶性效果，在和胃健脾、润肠通便方面的功能也增强[20]。张瑛等[21]发现，膨化人参不仅可以增强动物的细胞免疫功能，还可改善其记忆获得、巩固及记忆再现障碍等药理活性。对于前者功能影响，膨化人参稍优于人参生品，对于后者药理活性作用却无显著性差异。药材麦冬经膨化加工后，其免疫功能活性也没有任何改变[22]。夏光辉等[23]发现经挤压膨化法处理后的玉竹黄酮样品中的黄酮含量纯度高于其他加工方法。但是可能由于膨化过程中玉竹中黄酮的分子结构发生变化，或是黄酮中酚羟基与其内部其他物质发生反应，从而使得玉竹中有效成分黄酮的清除自由基能力下降最多，导致玉竹抗氧化活性能力下降严重。

挤压膨化加工技术的应用，可使部分中药材达到增效减毒的作用，使其药理活性往更有利于人体利用的方向发展。但也有一部分中药材经挤压膨化加工后其某些药理活性并未发生改变，有的甚至往不利的方向发展，故在膨化时应注意该方法的使用对中药材的药理活性产生的不同影响。

1.4 对药材口感风味变化的影响

随着人们生活水平的提高，“良药可口”成为我们追求的新目标。最新版2020年《中国药典》中记载中药材2 711种，其中大部分中药材含有不同程度的不良气味，这种中药固有的不良口感成为其发展的最大障碍[24]。为解决这一难题，有学者从药材的源头炮制阶段入手，通过挤压膨化技术改变其口感不好的状态。

银杏治疗咳嗽、哮喘疗效较好，但口感很差，影响患者对药物服用的依从性。王琴等[25]发现经膨化后的银杏中淀粉发生糊化现象，使得银杏口感更酥脆，且保留了白果特有的香味，掩盖其原有的苦涩味。膨化后的银杏不仅口感风味变好，还在很大程度上提高其营养价值。王荣梅等[26]发现膨化后的枸杞质地变得更加酥脆，在口中更易被嚼碎，其中的糖分容易迅速溶入人体唾液，进而使人感觉到甜味，加上膨化过程中美拉德反应的产生，使膨化枸杞产生独特焦香味而摒弃原有的中药味。另外，枸杞在膨化过程中经高温脱水，使得其内部种子被熟制而变酥脆，且咀嚼时无沙粒感，提高了药材的风味和口感。

经挤压膨化后的中药材，不仅质地及结构发生了变化，还在一定程度上改变了其口感风味，其口感更酥脆，气味更醇香，一改中药材原有的难以令人接受的独特气味，使其被接受性更强。

2 挤压膨化技术在中药食品加工中的应用

为改善并增强以往膨化食品在日常食疗养生、促进健康方面的作用，改进普通食品成分组成粗泛且不够严谨科学的状态，科学工作者们尝试将食品原料与一定比例中草药配合，以挤压膨化技术为技术指导对中药材进行挤压加工，既可保证食品成分的绿色天然无公害，又可保证食品丰富的营养成分和摒弃中药材的不良口感，使该加工产品更加美味可口且具有一定的功能性[27]。通过选用人参、茯苓、葛根、白芷、板蓝根和枸杞等中药材及其他营养食疗植物原料组成配方，制成健康营养的新型膨化食品[28]。常见的中药膨化食品有薏苡仁膨化食品、速溶阿胶粉及调节血脂的固体饮料等。

刘瑞林[29]首次提出采用食品膨化加工的方法，将中药材粉碎或提取后与膨化原料（口感好的动植物原料，如谷类、淀粉等）混合，按膨化加工工艺生产出不同的膨化中药产品，此工艺技术不仅解决了中药口感不好的难点，还使得加工出的产品有利于人体吸收，更便于贮藏。相应产品有板蓝根玉米条、藿香正气散玉米条等。金铁、岳佳和薛张芝等[30-32]分别以大米-人参、薏苡仁-玉米、白果-糯米粉等的混合膨化物作为原料，进一步加工制备出满足人们需求的膨化产品，不仅口感与功效俱佳，还达到利于携带、食用方便及便于保存的即食目的。郑秀莲等[33]证明，经挤压膨化方法加工后的黄精营养粉不仅口感较之前倍增，解决了人们对中药不良气味的排斥感，而且对高血糖和高血脂患者有显著的降糖、降脂疗效。

王苗苗、赵立春等[34,35]以山楂、荷叶、薏米、火麻仁、桑叶和山药等药食同源中药材作为主要膨化原料，经二次加工得到的一种新型调节血脂的固体饮料，经验证所得成品感官评分较高且稳定性好。随着含中药原材料膨化食品的不断生产，宋欢等[36]以名贵中药人参为主料，配伍药食同源著称的中药材——山药，将其复合粉进行挤压膨化加工，得到了理化性质较佳的新型人参山药膨化产品，为人参资源的开发与利用提供了新的方向。

在当代社会情况下，由于人们生活方式和喜好的变化，对具有功能成分的食用产品的需求量不断增加。挤压膨化技术的发展为中药膨化食品的加工提供了有力的发展前景，既可使丰富的中药资源得以合理地开发利用，又可生产出符合人们需求的高质量功能性食品。

3 挤压膨化技术在中药饲料加工中的应用

为开创具有中国特色的“绿色”畜牧业生产体系，我国于2020年1月1日起，农业农村部发布第194号公告，将除去中药以外的所有促生长类的药物饲料添加剂，自此释放了前所未有的中药政策红利。发展绿色畜牧业新理念，同时将食药同源的养生理念贯穿于动物的饮食、生产及保健等各个环节，逐步实现了从替抗、无抗到绿色生产。目前，已有大量实例证明，挤压膨化处理加工技术不仅能够有效提升饲料的利用率，还能增强饲料中营养分子的存活率，进而延长饲料原料的寿命，提高了畜牧繁殖质量，从而提升动物的生长性能[37]。

胡兵等[38]将由中草药组成的免疫促长剂加入鲫鱼膨化饲料中，不仅提高了饲料的营养品质，增进鲫鱼的食欲，提高其摄食量，使鱼形体更好，肉质更佳，还强化了鲫鱼的免疫功能，从而降低鱼的发病率，提高生产效率，增加经济效益[39]。吴咸领等[40]研制出适用于鲢鱼食用的膨化饲料，此种鲢鱼饲料香味饱满，适口性好，可有效刺激动物食欲，促进其生长发育，使鱼的肉质更好。由于膨化过程使物料内部蛋白质发生变性，使得其结构得以改变，故饲料在动物肠道中的水解时间变短；膨化加工过程将该饲料中原料分子的囊化油脂不断释放出来，提高了脂肪热能值；膨化反应还将淀粉与脂肪相结合为脂多糖或脂蛋白，进而降低游离脂肪酸含量，减少酸败现象的发生，提高饲料产品质量。

将先进的挤压膨化技术与中药饲料发展理念相结合，不仅可以将中药资源开拓到边沿产品领域，丰富中药产品资源，还可以保证饲料的质量，加之膨化技术的应用可使中药饲料的有效成分及营养物质发挥其最大作用，改善饲料中的不良气味，增强其蓬松感，不仅适口性好，糊化度高，还具有很好的诱食效果。

4 总结与展望

挤压膨化技术的使用给中药及其产品带来了新的发展方向，不仅丰富了药材多样性，还增添了人类对新兴产品的需求，从而推动了我国传统中药的应用与发展。中药经挤压膨化法炮制加工后，部分药材有效成分溶出率显著提高，有效成分含量也有所增加，生物利用度得到提高，进而减少患者的服用计量，同时经膨化后的药材口感变酥脆，味道更醇香；目前，中药膨化食品以其独特的营养功能及特殊口感在食品行业已掀起新的食品需求浪潮，不断满足当下人们的生活需求，丰富中药食品多样性；另外，中药饲料经挤压膨化加工后，不仅完美地保存了其有效成分及营养物质，达到保健、疾病预防效果，还提高了饲料产品适口性，增加诱食效果。

目前为止，膨化技术并非适用于所有中药材，应该科学地对适用于膨化技术生产的中药材进行系统合理的分类（例如药材淀粉含量、有效成分溶出条件和生物活性物质的利用度等）；积极地将挤压膨化技术应用于中药功能性食品中，开发膨化中药系列保健产品，例如保健茶和饮料等；在开发膨化中药产品的同时，应结合中药药理知识，根据中药配伍理论科学地研制出具有特定功能的中药膨化食品，以保证人们吃得健康、安全；接下来应注重复合中药膨化产品的开发，着手于药食同源中药材，立足于经典方剂，以中药配伍理论为基础，逐步开拓出具有药食两用的纯中药膨化产品的发展道路，在更科学的方式上将中药资源的利用与开发发挥到最大限度；在生产中药膨化产品时应考虑到名贵中药材与普通中药材的资源问题，针对不同群体合理开发对人们有益的产品。