蒸汽爆破处理灵芝饮片的工艺优化及品质分析*

张博华，张 明，范 祺，王崇队，孟晓峰，马 超

（中华全国供销合作总社济南果品研究所，山东 济南 250014）

灵芝（Ganoderma lucidum） 属于担子菌纲（Basidiomycetes） 多孔菌科 （Polyporaceae） 灵芝属（Ganoderma） 真菌，在中国及其他亚洲国家是一种十分受欢迎的药用真菌[1]。灵芝含有多种生物活性组分，如灵芝多糖、三萜、甾醇类、蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素、矿质元素等[2]。其中灵芝多糖GLP（Ganoderma lucidum ploysaccharide） 是主要生物活性组分，具有抗癌、调节免疫、降血脂、抗氧化等多种药理作用[3]。灵芝多糖具有良好的抗氧化活性，是一种天然抗氧化物质[4]。但目前灵芝产品主要集中于以子实体为原料加工成的灵芝饮片，存在粗多糖溶出率较低、市场同质化严重等问题，其价值尚未被综合、广泛利用[5]。

蒸汽爆破SE（steam explosion） 技术的工作原理是在物料的空隙中充满水蒸气，再进行高温、高压处理，使物料间的液体汽化，再瞬间释放压强；此时由于物料间水蒸气体积瞬间膨胀达到“爆破”的效果，使得细胞撕裂，从而将许多不易提取的物质从细胞内释放出来[6-7]。陈洪章等[8-9]分别对漆果原料和麻黄原草原料进行蒸汽爆破预处理，提取出的生物活性物质含量分别提高了8倍和2倍。

以灵芝子实体为原料，通过单因素试验和正交试验优化蒸汽爆破处理灵芝饮片的工艺，制得口感浑厚、粗多糖溶出率高的蒸汽爆破灵芝饮片，达到提高商品价值、营养价值并改善口感的效果。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

灵芝子实体，由山东冠县广义灵芝养殖专业合作社提供。

无水乙醇、水杨酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、铁氰化钾、H2O2、三氯乙酸均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；DPPH标准品，麦克林试剂有限公司。

1.2 主要仪器与设备

QBS-80型蒸汽爆破设备，鹤壁政道启宝实业有限公司；SHA-B双功能水浴恒温振荡器，苏杰瑞尔电器有限公司；RXH-B-1热风循环烘箱，江阴市宏达粉体设备有限公司；标准检验筛60目，浙江上虞市金鼎标准筛具厂；TGL-10B高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂；RH-600A高速粉碎机，永康市荣浩工贸有限公司；MB23水分测定仪，奥豪斯仪器（上海） 有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 灵芝饮片粗多糖溶出率测定

将灵芝子实体切片后制成灵芝饮片，精确称取灵芝饮片4 g，置于250 mL锥形瓶中，加入80℃热水150 mL，静置10 min，制成供试样品溶液。参照《食用菌中粗多糖含量的测定》（NY/T 1676-2008）[10]所述硫酸-苯酚法、紫外分光光度法测定供试样品吸光度，并计算粗多糖的含量。灵芝饮片中灵芝粗多糖溶出率（D，%）的计算公式为：

式中：m为灵芝粗多糖的质量（g）；M为灵芝饮片茶的质量（g）。

1.3.2 灵芝饮片的感官评定

参照 《茶饮料》（GB/T 21733—2008）[11]，由 10位经过培训的专业感官品评人员从产品的外观、气味、滋味和澄清度进行评定，评价标准详见表1。

表1 感官评价标准Tab.1 Sensory evaluation criteria

1.3.3 单因素试验

1） 样品含水量

在压强为0.6 MPa，时间为60 s，使用样品含水量分别为5%、10%、20%、30%、40%的灵芝饮片进行蒸汽爆破处理。每组设3次重复试验，综合单因素试验结果和处理前后灵芝饮片实际情况，选出3组较佳处理参数。

2） 压强

选取样品含水量为10%的灵芝饮片，在时间为 60 s，压强分别为 0、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa 的条件下经蒸汽爆破处理。每组设3次重复试验，综合单因素试验结果和处理前后灵芝饮片实际情况，选出3组较佳压强参数。

3）时间

选取样品含水量为10%的饮片，在压强为0.6 MPa，时间分别为 0、30 s、45 s、60 s、75 s、90 s的条件下经蒸汽爆破处理。每组设3次重复试验，综合单因素试验结果和处理前后灵芝饮片实际情况，选出3组较佳时间参数。

1.3.4 正交优化试验

根据单因素试验结果，以样品含水量、压强和时间为关键工艺参数，设计3因素3水平正交优化试验，以粗多糖溶出率和感官得分为指标，共设计9组试验。

1.3.5 电镜扫描分析

灵芝饮片于60℃烘箱中干燥至质量恒定，采用溅射镀膜法进行表面镀金，通过电镜扫描、观察和拍照，得到不同倍数的扫描电镜图片。

1.3.6 灵芝粗多糖抗氧化活性试验

根据正交优化试验确定的最优蒸汽爆破工艺进行处理，使用热水浸提法提取灵芝饮片中的灵芝粗多糖。提取液经AB-8大孔树脂吸附纯化，并通过体积分数为60%的乙醇溶液洗脱，将乙醇溶剂回收并干燥，得到灵芝粗多糖干粉。

1） DPPH·清除能力测定

称取DPPH标准品2.56 mg，用无水乙醇定容至100 mL，使其终浓度为2.56×10-5mol·L-1。玻璃试管中分别加入不同质量浓度 （1 mg·mL-1、3 mg·mL-1、5 mg·mL-1、7 mg·mL-1、9 mg·mL-1）的灵芝粗多糖0.5 mL，加入DPPH溶液2.5 mL，避光反应30 min。以蒸馏水0.5 mL和乙醇2.5 mL混匀作为空白对照，于515 nm处测定吸光度值Ai。用蒸馏水代替灵芝饮片茶溶液，按上述处理测定的吸光度值为A1，用无水乙醇代替DPPH溶液，按上述处理测定的吸光度值为A0[12]。DPPH·清除率（C，%） 的计算公式为：

式中：Ai为空白对照吸光度值；A0为无水乙醇代替DPPH溶液吸光度值；A1为蒸馏水代替灵芝饮片溶液吸光度值。

2） 还原能力测定

称取不同质量浓度 （1 mg·mL-1、3 mg·mL-1、5 mg·mL-1、7 mg·mL-1、9 mg·mL-1）的灵芝粗多糖0.5 mL，依次加入2.5 mL的0.2 mol·L-1磷酸盐缓冲液（0.2 mol·L-1磷酸二氢钠溶液 62.5 mL、0.2 mol·L-1磷酸氢二钠溶液37.5 mL，pH为 6.6） 和2.5 mL的1%铁氰化钾溶液，混匀，50℃水浴20 min。再依次加入10%三氯乙酸2.5 mL、1%的氯化铁溶液1 mL和蒸馏水5 mL，混匀后静置10 min，于700 nm处测定吸光度值As。用无水乙醇代替灵芝饮片溶液，按上述处理测得吸光度值Ab[13]。还原能力（R）的计算公式为：

式中：As为处理组吸光度值；Ab为无水乙醇代替灵芝饮片溶液吸光度值。

1.4 数据处理

通过软件SPSS 20.0进行数据的计算和处理，利用Origin Pro 8.6与Excel 2010进行作图处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 样品含水量对蒸汽爆破灵芝饮片的影响

对数据进行分析，蒸汽爆破的底物样品含水量单因素试验结果见图1。

图1 样品含水量对灵芝饮片品质的影响Fig.1 Influence of water content of samples on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由图1可知，样品含水量在20%以下时，蒸汽爆破效果不好，原因可能是水分含量较少，导致蒸汽对物料的作用不够均匀[14]；随着水分含量增加，当样品含水量为20%～30%时，粗多糖溶出率趋于稳定；样品含水量达到30%时，灵芝饮片粗多糖溶出率较样品含水量为5%时提高13.8%。感官得分在样品含水量为30%时达到最佳，为82分。

2.1.2 压强对蒸汽爆破灵芝饮片的影响

对数据进行分析，蒸汽爆破时压强的单因素试验结果见图2。

图2 压强对灵芝饮片品质的影响Fig.2 Influence of pressure on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由图2可知，同压强为0时相比，经蒸汽爆破处理后灵芝饮片茶粗多糖溶出率显著增加，且随着蒸汽爆破压强的升高，粗多糖溶出率也逐渐增加。原因是蒸汽压强越大，越能有效地打通灵芝子实体内部物质溶出的孔隙，可加速多糖等物质的溶出。蒸汽爆破促使物料内部多孔网络的产生和放大，改变了多孔性质从而改善了萃取过程[15]。在蒸汽爆破压强达到0.6 MPa时，感官得分最高，此时茶色较清亮，口感较醇厚；在压强达到0.8 MPa之后，随着蒸汽爆破压强的增加，焦苦味明显，感官不佳。

2.1.3 时间对蒸汽爆破灵芝饮片的影响

对数据进行分析，蒸汽爆破时维压时间的单因素试验结果见图3。

图3 时间对灵芝饮片品质的影响Fig.3 Influence of time on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由图3可知，粗多糖溶出率随着蒸汽爆破时压力维持时间的增加而增加。原因是随着处理时间的延长，水蒸汽能更加充分地渗透到物料中，当突然减压时水蒸汽的膨胀力充分作用于物料，使得粗多糖的溶出率提高[14]。感官得分呈现先上升后下降的趋势；在时间达到60 s时，感官得分最高，此处理下茶水有一定的焦香味，达到了增香效果；随着时间进一步增加，感官得分降低，原因是随着时间的增加导致饮片茶颜色逐渐变深；在时间大于75 s后饮片茶有明显的焦苦味，感官不佳。

2.2 正交试验结果与分析

根据单因素的试验结果，设计正交试验，试验结果见表2。

表2 正交试验结果Tab.2 The results of orthogonal experimert

根据表2的结果，经极差分析可知，试验因素对灵芝粗多糖溶出率影响的主次顺序为C＞B＞A，即压强＞时间＞样品含水量。由k值大小可知，优化组合为A1B3C3，即样品含水量为20%、压强为0.7 MPa、时间为75 s，此工艺为粗多糖溶出率的最优工艺。经验证，此条件下灵芝饮片粗多糖溶出率为0.473 6%，与未经处理的的灵芝饮片相比，粗多糖溶出率提高了43.51%，此时感官评价得分为85.1。此外，试验因素对灵芝饮片感官影响的主次顺序为C＞B＞A，即时间＞压强＞样品含水量。由K值大小可知，优化组合为A2B2C3，即样品含水量为30%、压强为0.6 MPa、时间为75 s，此时感官评分为91分，灵芝饮片粗多糖溶出率为0.45%，为感官最佳的工艺。

2.3 蒸汽爆破对灵芝饮片微观结构的影响

采用高粗多糖溶出率最优工艺（样品含水量为20%、压强为0.7 MPa、时间为75 s） 处理前、处理后的灵芝饮片电镜扫描微观结构详见图4。

图4 蒸汽爆破处理前（A）、处理后（B）的灵芝饮片微观结构Fig.4 Microstructures of Ganoderma lucidum decoction pieces before(A)and after(B)steam explosion treatment

由图4可知，与处理前相比，经蒸汽爆破处理后灵芝子实体纤维束发生剪切和形变，且纤维表面由原来光滑平整的结构逐渐变为粗糙带有空隙的不规则结构。由于蒸汽爆破，灵芝饮片纤维束变得疏松，表面粗糙，更易发生断裂和破碎现象，内部物质更容易溶出[16]。灵芝多糖分子本身表面有很多活性基团，具有抗氧化和降血糖的作用等[17]。蒸汽爆破处理后形成的疏松纤维束，使灵芝饮片中的功能成分更容易溶出和释放，同时增加了溶剂与物料的接触面积，从而提高提取效率[18]。

2.4 灵芝粗多糖抗氧化活性的比较

根据最优工艺参数（样品含水量为20%、压强为0.7 Mpa、时间为75 s） 进行蒸汽爆破预处理，与相同质量浓度未经蒸汽爆破处理的灵芝饮片粗多糖提取物的抗氧化活性进行对比。

2.4.1 DPPH·清除率

DPPH·是一种稳定的自由基，遇甲醇或乙醇溶液显紫色，自由基清除剂能与DPPH·的单电子配对，在最大吸收波长处颜色变浅，吸光度也会随之变小，DPPH·清除率越高表明其抗氧化能力越大[19]。对比灵芝粗多糖对DPPH·的清除率，结果见图5。

图5 灵芝粗多糖的DPPH·清除率Fig.5 DPPH·scavenging rate of polysaccharide from Ganoderma lucidum

由图5可知，灵芝粗多糖清除DPPH·的能力较强，在0.6 mg·mL-1的粗多糖浓度下，两者的清除率均高于90%，基本清除了DPPH·。在粗多糖浓度低于0.6 mg·mL-1时，经过蒸汽爆破处理样品的DPPH·清除能力要优于未经处理的。未经处理样品的粗多糖IC50为0.32 mg·mL-1，经蒸汽爆破后粗多糖的IC50为0.36 mg·mL-1，清除率提高12.5%。这可能是由于在蒸汽爆破的处理过程中，灵芝子实体的完整结构受到破坏，一部分被包裹的多糖分子被释放出来，增加了多糖的种类和含量，从而提高了DPPH·清除率[20]。

2.4.2 还原能力

对比灵芝粗多糖的还原能力，结果见图6。

由图6可知，无论是否经蒸汽爆破，灵芝粗多糖均具有一定的还原能力，并随着粗多糖质量浓度的增加而逐渐增强。且在试验的质量浓度范围内，未经蒸汽爆破的灵芝饮片的还原能力要优于处理过的灵芝饮片，原因可能是在蒸汽爆破的过程中，部分粗多糖在高温高压的作用下，由于糖苷键的断裂，一部分多糖被转化，导致还原能力下降[21]。

图6 灵芝粗多糖的还原能力Fig.6 Reducing power of polysaccharide from Ganoderma lucidum

3 结论

通过单因素和正交试验优化工艺，得到灵芝饮片粗多糖溶出率和感官2个指标最佳的最优工艺。粗多糖溶出率最高时的最佳的工艺参数为样品含水量20%、压强0.7 MPa、时间75 s；得到的灵芝粗多糖溶出率为0.473 6%，较未经蒸汽爆破的灵芝饮片茶提高43.51%；此时感官得分为85.1分。感官得分最佳的工艺参数为样品含水量30%、压强0.6 MPa、时间75 s；此时感官得分最高，为92分；此条件下粗多糖溶出率为0.45%。比较蒸汽爆破处理对粗多糖抗氧化活性的影响，发现蒸汽爆破处理后粗多糖在对DPPH·的清除作用上比未经蒸汽爆破的粗多糖效果好，蒸汽爆破后粗多糖的DPPH·清除率IC50为0.36 mg·mL-1，比未经处理的提高了12.5%。可见蒸汽爆破后的灵芝饮片不仅改善了风味，更提高了活性成分粗多糖的含量。

试验结果为创新灵芝资源的开发、利用及工业化发展提供一定的理论依据，但还需对蒸汽爆破处理过程中灵芝粗多糖的成分变化进行进一步的追踪分析，并对蒸汽爆破后灵芝其他活性成分的变化及影响进行更深层的探究。