蝙蝠蛾擬青霉噴霧干燥工藝研究

鄧辰辰，高如意，相繼芬，2，董興葉，楊曉筱，陸婷婷，許明君

（1.江蘇康緣藥業股份有限公司，江蘇連云港222001；2.中藥提取精制新技術重點研究室，江蘇連云港222001）

蝙蝠蛾擬青霉是從天然冬蟲夏草子座中通過組織分離獲得的無性世代菌株[1]，其菌絲體的主要活性成分為蟲草多糖、氨基酸、核苷等[2]。現代醫學研究發現，其具有鎮痛、抗菌、消炎、增強免疫力、降血脂、抗氧化、抗癌等多種藥理功效[3]。

蝙蝠蛾擬青霉菌絲體通常通過液體深層發酵培養獲得[4-5]，可作為野生冬蟲夏草的人工替代物，并已通過原衛生部的許可，可用于開發成藥品或保健食品。

目前應用較多的菌絲體發酵液干燥方法有，真空干燥、冷凍干燥和熱風循環烘箱干燥，這幾種干燥方法的效果不理想，干燥不均勻、易結塊、復水性差、效率低而且干燥時間較長[6-10]。沸騰干燥床干燥效率高，但易結塊且噪聲大。噴霧干燥法是利用微粒化裝置將溶液制成小液滴，然后小液滴再與相對高溫的干燥風接觸，從而將水分蒸發的一種方法。該法能直接將菌絲體發酵液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發、粉碎等工序，易于后期生產加工，甚至可以直接作為成品使用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蝙蝠蛾擬青霉菌種：沈陽藥科大學；葡萄糖、甘氨酸等均為分析純：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

BSA-224S-CW型分析天平：德國賽多利斯集團；300型真空減壓濃縮罐：江陰金發干燥設備有限公司；G10型噴霧干燥機：無錫市昌盛干燥機廠；BT-100SD型定時恒流泵：上海青浦滬西儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

蝙蝠蛾擬青霉菌種→接種→深層發酵→減壓濃縮→噴霧干燥→發酵菌粉

1.3.2 發酵菌粉含水量的測定

稱取發酵菌粉質量m0（3 g~5g），置于稱量瓶中，在恒溫干燥箱中100℃～105℃干燥至恒重m1，計算發酵菌粉的含水量。

1.3.3 發酵菌粉復水率的測定

取一定量的干燥發酵菌粉樣品，加入10倍質量的純化水，于水浴鍋中60℃加熱一定時間，過濾，用濾紙吸干濾渣表面的水分，移入干燥燒杯中稱重m1，于120℃烘箱中烘至恒重，取出稱重為m2，其中干燥空燒杯質量為m0[6]。

1.3.4 發酵菌粉評分細則

采用噴霧干燥法制備發酵菌粉時，按照表1打分，計算最終總評分，以此考察最優的工藝參數。

表1 發酵菌粉評分細則Table 1 Grading rules of bacterial powder

1.3.5 噴霧干燥工藝單因素和正交試驗設計

本研究以干燥菌粉的綜合評分為指標，通過對噴霧干燥工藝中入口溫度、發酵液密度、恒流泵轉速和霧化器轉速等影響因素進行單因素及正交試驗設計，每組試驗平行測定3次，確定最佳的工藝條件。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 入口溫度的影響

在發酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵轉速50 r/min，霧化器轉速20 000 r/min的條件下，分別選取入口溫度為 150、160、170、180、190 ℃進行噴霧干燥試驗，結果見表2。

表2 入口溫度對發酵菌粉的影響Table 2 Effect of inlet temperature on bacterial powder

當入口溫度低時，干燥速度慢，發酵液中的水分不易蒸發，導致發酵菌粉中含水量較大；菌粉顆粒干燥不徹底，粘壁現象嚴重，不易收集。入口溫度高時，霧滴瞬間被干燥，干燥速度較快，粘壁現象輕微。但過高的入口溫度也會使發酵液糊化，菌粉褐變，嚴重影響產品的品質。根據綜合評分結果，入口溫度選擇170℃。

2.1.2 發酵液密度的影響

在入口溫度170℃，恒流泵轉速50 r/min，霧化器轉速20 000 r/min的條件下，分別選取發酵液密度為1.04、1.06、1.08、1.1、1.12 g/cm3，進行噴霧干燥試驗，結果見表3。

表3 發酵液密度對發酵菌粉的影響Table 3 Effect of zymotic fluid density on bacterial powder

當發酵液密度低時，發酵液中的水分含量大，不易蒸發，干燥速度慢，菌粉顆粒干燥不及時，粘壁現象嚴重，且不易收集。發酵液密度高時，干燥速度較快，粘壁現象輕微；但是密度過高時，發酵液未充分霧化，就被瞬間干燥，導致噴頭易堵塞。根據綜合評分結果，發酵液密度選擇1.08 g/cm3。

2.1.3 恒流泵轉速的影響

在發酵液密度1.08 g/cm3，入口溫度為170℃，霧化器轉速20 000 r/min的條件下，分別選取恒流泵轉速為 40、45、50、55、60 r/min，進行噴霧干燥試驗，結果見表4。

表4 恒流泵轉速對發酵菌粉的影響Table 4 Effect of speed of pump on bacterial powder

當恒流泵轉速適中時，霧化的發酵液，能夠被充分干燥成粉末。當恒流泵轉速過快時，霧化的發酵液不能被及時干燥，產生嚴重的粘壁現象，使得菌粉損失嚴重，不易收集。根據綜合評分結果，恒流泵轉速選擇50 r/min。

2.1.4 霧化器轉速的影響

在發酵液密度1.08 g/cm3，入口溫度為170℃，恒流泵轉速50 r/min的條件下，分別選取霧化器轉速為14 000、16 000、18 000、20 000、22 000 r/min，進行噴霧干燥試驗，結果見表5。

由表5可知，霧化器轉速越快，霧滴越小，干燥后的粉末越細，含水量越小。霧化器轉速慢時，霧滴較大，霧滴的水分未干燥徹底就形成濕粉粘在壁上，導致得粉率較低。根據綜合評分結果，霧化器轉速選擇20 000 r/min。

表5 霧化器轉速對發酵菌粉的影響Table 5 Effect of atomizer of pump on bacterial powder

2.2 正交試驗

根據單因素試驗結果，對影響蝙蝠蛾擬青霉菌絲體發酵液噴霧干燥效果的因素進行L9（34）正交試驗，并對試驗結果進行統計分析，結果見表6、表7。

表6 正交試驗因素及水平Table 6 Table of factors and level of orthogonal experiment

表7 正交試驗結果Table 7 Results of Orthogonal experiment

從表7的正交試驗分析結果看出，影響蝙蝠蛾擬青霉發酵液噴霧干燥菌粉的因素的大小順序為A＞C＞B＞D，即入口溫度對干燥菌粉的品質影響最大，其次是恒流泵轉速及發酵液密度，霧化器轉速的影響最小。比較各因素的水平均值k后得出，最佳組合為A2B2C3D2，在此條件下補充一組噴霧干燥試驗，粘壁現象輕微，菌粉易收集，含水量為4.4%，復水率為5.7，結果綜合評分為97分，確實最佳。即蝙蝠蛾擬青霉發酵液噴霧干燥的最佳工藝參數為：入口溫度170℃，發酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵轉速55 r/min，霧化器轉速20 000 r/min。綜合評分方差分析見表8。

表8 綜合評分方差分析Table 8 Variance analysis of comprehensive score

從表8的綜合評分方差分析結果看出，入口溫度、恒流泵轉速對綜合評分的影響具有統計學差異，其中入口溫度的影響最顯著；而發酵液密度、霧化器轉速的影響不顯著。

2.3 驗證試驗

取10 kg蝙蝠蛾擬青霉發酵液在獲得的最佳工藝參數條件下進行噴霧干燥試驗3次，評價各項指標。干燥過程中，粘壁現象輕微，菌粉易收集。獲得的干燥菌粉為淡黃色，具有產品特有氣味，無雜質和異味，平均含水量為4.3%，平均復水率為5.8，綜合評分為95分。

3 結論

本文通過單因素和正交試驗，優選出蝙蝠蛾擬青霉發酵液的最佳噴霧干燥工藝參數為：入口溫度170℃，發酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵轉速55 r/min，霧化器轉速20 000 r/min。按此工藝生產的干燥菌粉色澤淡黃，粉末均勻，無雜質和異味，平均含水量為4.3%，平均復水率為5.8，品質較好。

本文工藝研究的結果，可以在一定程度上指導中試或更大規模的蝙蝠蛾擬青霉發酵液噴霧干燥。獲得的菌粉可以在一定范圍內替代天然冬蟲夏草，用于保健食品和藥品[11-15]，緩解天然冬蟲夏草資源短缺的問題。

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