蒸汽爆破處理靈芝飲片的工藝優化及品質分析*

張博華，張 明，范 祺，王崇隊，孟曉峰，馬 超

（中華全國供銷合作總社濟南果品研究所，山東 濟南 250014）

靈芝（Ganoderma lucidum） 屬于擔子菌綱（Basidiomycetes） 多孔菌科 （Polyporaceae） 靈芝屬（Ganoderma） 真菌，在中國及其他亞洲國家是一種十分受歡迎的藥用真菌[1]。靈芝含有多種生物活性組分，如靈芝多糖、三萜、甾醇類、蛋白質、不飽和脂肪酸、維生素、礦質元素等[2]。其中靈芝多糖GLP（Ganoderma lucidum ploysaccharide） 是主要生物活性組分，具有抗癌、調節免疫、降血脂、抗氧化等多種藥理作用[3]。靈芝多糖具有良好的抗氧化活性，是一種天然抗氧化物質[4]。但目前靈芝產品主要集中于以子實體為原料加工成的靈芝飲片，存在粗多糖溶出率較低、市場同質化嚴重等問題，其價值尚未被綜合、廣泛利用[5]。

蒸汽爆破SE（steam explosion） 技術的工作原理是在物料的空隙中充滿水蒸氣，再進行高溫、高壓處理，使物料間的液體汽化，再瞬間釋放壓強；此時由于物料間水蒸氣體積瞬間膨脹達到“爆破”的效果，使得細胞撕裂，從而將許多不易提取的物質從細胞內釋放出來[6-7]。陳洪章等[8-9]分別對漆果原料和麻黃原草原料進行蒸汽爆破預處理，提取出的生物活性物質含量分別提高了8倍和2倍。

以靈芝子實體為原料，通過單因素試驗和正交試驗優化蒸汽爆破處理靈芝飲片的工藝，制得口感渾厚、粗多糖溶出率高的蒸汽爆破靈芝飲片，達到提高商品價值、營養價值并改善口感的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

靈芝子實體，由山東冠縣廣義靈芝養殖專業合作社提供。

無水乙醇、水楊酸、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、鐵氰化鉀、H2O2、三氯乙酸均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；DPPH標準品，麥克林試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設備

QBS-80型蒸汽爆破設備，鶴壁政道啟寶實業有限公司；SHA-B雙功能水浴恒溫振蕩器，蘇杰瑞爾電器有限公司；RXH-B-1熱風循環烘箱，江陰市宏達粉體設備有限公司；標準檢驗篩60目，浙江上虞市金鼎標準篩具廠；TGL-10B高速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；RH-600A高速粉碎機，永康市榮浩工貿有限公司；MB23水分測定儀，奧豪斯儀器（上海） 有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 靈芝飲片粗多糖溶出率測定

將靈芝子實體切片后制成靈芝飲片，精確稱取靈芝飲片4 g，置于250 mL錐形瓶中，加入80℃熱水150 mL，靜置10 min，制成供試樣品溶液。參照《食用菌中粗多糖含量的測定》（NY/T 1676-2008）[10]所述硫酸-苯酚法、紫外分光光度法測定供試樣品吸光度，并計算粗多糖的含量。靈芝飲片中靈芝粗多糖溶出率（D，%）的計算公式為：

式中：m為靈芝粗多糖的質量（g）；M為靈芝飲片茶的質量（g）。

1.3.2 靈芝飲片的感官評定

參照 《茶飲料》（GB/T 21733—2008）[11]，由 10位經過培訓的專業感官品評人員從產品的外觀、氣味、滋味和澄清度進行評定，評價標準詳見表1。

表1 感官評價標準Tab.1 Sensory evaluation criteria

1.3.3 單因素試驗

1） 樣品含水量

在壓強為0.6 MPa，時間為60 s，使用樣品含水量分別為5%、10%、20%、30%、40%的靈芝飲片進行蒸汽爆破處理。每組設3次重復試驗，綜合單因素試驗結果和處理前后靈芝飲片實際情況，選出3組較佳處理參數。

2） 壓強

選取樣品含水量為10%的靈芝飲片，在時間為 60 s，壓強分別為 0、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa 的條件下經蒸汽爆破處理。每組設3次重復試驗，綜合單因素試驗結果和處理前后靈芝飲片實際情況，選出3組較佳壓強參數。

3）時間

選取樣品含水量為10%的飲片，在壓強為0.6 MPa，時間分別為 0、30 s、45 s、60 s、75 s、90 s的條件下經蒸汽爆破處理。每組設3次重復試驗，綜合單因素試驗結果和處理前后靈芝飲片實際情況，選出3組較佳時間參數。

1.3.4 正交優化試驗

根據單因素試驗結果，以樣品含水量、壓強和時間為關鍵工藝參數，設計3因素3水平正交優化試驗，以粗多糖溶出率和感官得分為指標，共設計9組試驗。

1.3.5 電鏡掃描分析

靈芝飲片于60℃烘箱中干燥至質量恒定，采用濺射鍍膜法進行表面鍍金，通過電鏡掃描、觀察和拍照，得到不同倍數的掃描電鏡圖片。

1.3.6 靈芝粗多糖抗氧化活性試驗

根據正交優化試驗確定的最優蒸汽爆破工藝進行處理，使用熱水浸提法提取靈芝飲片中的靈芝粗多糖。提取液經AB-8大孔樹脂吸附純化，并通過體積分數為60%的乙醇溶液洗脫，將乙醇溶劑回收并干燥，得到靈芝粗多糖干粉。

1） DPPH·清除能力測定

稱取DPPH標準品2.56 mg，用無水乙醇定容至100 mL，使其終濃度為2.56×10-5mol·L-1。玻璃試管中分別加入不同質量濃度 （1 mg·mL-1、3 mg·mL-1、5 mg·mL-1、7 mg·mL-1、9 mg·mL-1）的靈芝粗多糖0.5 mL，加入DPPH溶液2.5 mL，避光反應30 min。以蒸餾水0.5 mL和乙醇2.5 mL混勻作為空白對照，于515 nm處測定吸光度值Ai。用蒸餾水代替靈芝飲片茶溶液，按上述處理測定的吸光度值為A1，用無水乙醇代替DPPH溶液，按上述處理測定的吸光度值為A0[12]。DPPH·清除率（C，%） 的計算公式為：

式中：Ai為空白對照吸光度值；A0為無水乙醇代替DPPH溶液吸光度值；A1為蒸餾水代替靈芝飲片溶液吸光度值。

2） 還原能力測定

稱取不同質量濃度 （1 mg·mL-1、3 mg·mL-1、5 mg·mL-1、7 mg·mL-1、9 mg·mL-1）的靈芝粗多糖0.5 mL，依次加入2.5 mL的0.2 mol·L-1磷酸鹽緩沖液（0.2 mol·L-1磷酸二氫鈉溶液 62.5 mL、0.2 mol·L-1磷酸氫二鈉溶液37.5 mL，pH為 6.6） 和2.5 mL的1%鐵氰化鉀溶液，混勻，50℃水浴20 min。再依次加入10%三氯乙酸2.5 mL、1%的氯化鐵溶液1 mL和蒸餾水5 mL，混勻后靜置10 min，于700 nm處測定吸光度值As。用無水乙醇代替靈芝飲片溶液，按上述處理測得吸光度值Ab[13]。還原能力（R）的計算公式為：

式中：As為處理組吸光度值；Ab為無水乙醇代替靈芝飲片溶液吸光度值。

1.4 數據處理

通過軟件SPSS 20.0進行數據的計算和處理，利用Origin Pro 8.6與Excel 2010進行作圖處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 樣品含水量對蒸汽爆破靈芝飲片的影響

對數據進行分析，蒸汽爆破的底物樣品含水量單因素試驗結果見圖1。

圖1 樣品含水量對靈芝飲片品質的影響Fig.1 Influence of water content of samples on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由圖1可知，樣品含水量在20%以下時，蒸汽爆破效果不好，原因可能是水分含量較少，導致蒸汽對物料的作用不夠均勻[14]；隨著水分含量增加，當樣品含水量為20%～30%時，粗多糖溶出率趨于穩定；樣品含水量達到30%時，靈芝飲片粗多糖溶出率較樣品含水量為5%時提高13.8%。感官得分在樣品含水量為30%時達到最佳，為82分。

2.1.2 壓強對蒸汽爆破靈芝飲片的影響

對數據進行分析，蒸汽爆破時壓強的單因素試驗結果見圖2。

圖2 壓強對靈芝飲片品質的影響Fig.2 Influence of pressure on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由圖2可知，同壓強為0時相比，經蒸汽爆破處理后靈芝飲片茶粗多糖溶出率顯著增加，且隨著蒸汽爆破壓強的升高，粗多糖溶出率也逐漸增加。原因是蒸汽壓強越大，越能有效地打通靈芝子實體內部物質溶出的孔隙，可加速多糖等物質的溶出。蒸汽爆破促使物料內部多孔網絡的產生和放大，改變了多孔性質從而改善了萃取過程[15]。在蒸汽爆破壓強達到0.6 MPa時，感官得分最高，此時茶色較清亮，口感較醇厚；在壓強達到0.8 MPa之后，隨著蒸汽爆破壓強的增加，焦苦味明顯，感官不佳。

2.1.3 時間對蒸汽爆破靈芝飲片的影響

對數據進行分析，蒸汽爆破時維壓時間的單因素試驗結果見圖3。

圖3 時間對靈芝飲片品質的影響Fig.3 Influence of time on Ganoderma lucidum decoction pieces quality

由圖3可知，粗多糖溶出率隨著蒸汽爆破時壓力維持時間的增加而增加。原因是隨著處理時間的延長，水蒸汽能更加充分地滲透到物料中，當突然減壓時水蒸汽的膨脹力充分作用于物料，使得粗多糖的溶出率提高[14]。感官得分呈現先上升后下降的趨勢；在時間達到60 s時，感官得分最高，此處理下茶水有一定的焦香味，達到了增香效果；隨著時間進一步增加，感官得分降低，原因是隨著時間的增加導致飲片茶顏色逐漸變深；在時間大于75 s后飲片茶有明顯的焦苦味，感官不佳。

2.2 正交試驗結果與分析

根據單因素的試驗結果，設計正交試驗，試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果Tab.2 The results of orthogonal experimert

根據表2的結果，經極差分析可知，試驗因素對靈芝粗多糖溶出率影響的主次順序為C＞B＞A，即壓強＞時間＞樣品含水量。由k值大小可知，優化組合為A1B3C3，即樣品含水量為20%、壓強為0.7 MPa、時間為75 s，此工藝為粗多糖溶出率的最優工藝。經驗證，此條件下靈芝飲片粗多糖溶出率為0.473 6%，與未經處理的的靈芝飲片相比，粗多糖溶出率提高了43.51%，此時感官評價得分為85.1。此外，試驗因素對靈芝飲片感官影響的主次順序為C＞B＞A，即時間＞壓強＞樣品含水量。由K值大小可知，優化組合為A2B2C3，即樣品含水量為30%、壓強為0.6 MPa、時間為75 s，此時感官評分為91分，靈芝飲片粗多糖溶出率為0.45%，為感官最佳的工藝。

2.3 蒸汽爆破對靈芝飲片微觀結構的影響

采用高粗多糖溶出率最優工藝（樣品含水量為20%、壓強為0.7 MPa、時間為75 s） 處理前、處理后的靈芝飲片電鏡掃描微觀結構詳見圖4。

圖4 蒸汽爆破處理前（A）、處理后（B）的靈芝飲片微觀結構Fig.4 Microstructures of Ganoderma lucidum decoction pieces before(A)and after(B)steam explosion treatment

由圖4可知，與處理前相比，經蒸汽爆破處理后靈芝子實體纖維束發生剪切和形變，且纖維表面由原來光滑平整的結構逐漸變為粗糙帶有空隙的不規則結構。由于蒸汽爆破，靈芝飲片纖維束變得疏松，表面粗糙，更易發生斷裂和破碎現象，內部物質更容易溶出[16]。靈芝多糖分子本身表面有很多活性基團，具有抗氧化和降血糖的作用等[17]。蒸汽爆破處理后形成的疏松纖維束，使靈芝飲片中的功能成分更容易溶出和釋放，同時增加了溶劑與物料的接觸面積，從而提高提取效率[18]。

2.4 靈芝粗多糖抗氧化活性的比較

根據最優工藝參數（樣品含水量為20%、壓強為0.7 Mpa、時間為75 s） 進行蒸汽爆破預處理，與相同質量濃度未經蒸汽爆破處理的靈芝飲片粗多糖提取物的抗氧化活性進行對比。

2.4.1 DPPH·清除率

DPPH·是一種穩定的自由基，遇甲醇或乙醇溶液顯紫色，自由基清除劑能與DPPH·的單電子配對，在最大吸收波長處顏色變淺，吸光度也會隨之變小，DPPH·清除率越高表明其抗氧化能力越大[19]。對比靈芝粗多糖對DPPH·的清除率，結果見圖5。

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

由圖5可知，靈芝粗多糖清除DPPH·的能力較強，在0.6 mg·mL-1的粗多糖濃度下，兩者的清除率均高于90%，基本清除了DPPH·。在粗多糖濃度低于0.6 mg·mL-1時，經過蒸汽爆破處理樣品的DPPH·清除能力要優于未經處理的。未經處理樣品的粗多糖IC50為0.32 mg·mL-1，經蒸汽爆破后粗多糖的IC50為0.36 mg·mL-1，清除率提高12.5%。這可能是由于在蒸汽爆破的處理過程中，靈芝子實體的完整結構受到破壞，一部分被包裹的多糖分子被釋放出來，增加了多糖的種類和含量，從而提高了DPPH·清除率[20]。

2.4.2 還原能力

對比靈芝粗多糖的還原能力，結果見圖6。

由圖6可知，無論是否經蒸汽爆破，靈芝粗多糖均具有一定的還原能力，并隨著粗多糖質量濃度的增加而逐漸增強。且在試驗的質量濃度范圍內，未經蒸汽爆破的靈芝飲片的還原能力要優于處理過的靈芝飲片，原因可能是在蒸汽爆破的過程中，部分粗多糖在高溫高壓的作用下，由于糖苷鍵的斷裂，一部分多糖被轉化，導致還原能力下降[21]。

圖6 靈芝粗多糖的還原能力Fig.6 Reducing power of polysaccharide from Ganoderma lucidum

3 結論

通過單因素和正交試驗優化工藝，得到靈芝飲片粗多糖溶出率和感官2個指標最佳的最優工藝。粗多糖溶出率最高時的最佳的工藝參數為樣品含水量20%、壓強0.7 MPa、時間75 s；得到的靈芝粗多糖溶出率為0.473 6%，較未經蒸汽爆破的靈芝飲片茶提高43.51%；此時感官得分為85.1分。感官得分最佳的工藝參數為樣品含水量30%、壓強0.6 MPa、時間75 s；此時感官得分最高，為92分；此條件下粗多糖溶出率為0.45%。比較蒸汽爆破處理對粗多糖抗氧化活性的影響，發現蒸汽爆破處理后粗多糖在對DPPH·的清除作用上比未經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為0.36 mg·mL-1，比未經處理的提高了12.5%。可見蒸汽爆破后的靈芝飲片不僅改善了風味，更提高了活性成分粗多糖的含量。

試驗結果為創新靈芝資源的開發、利用及工業化發展提供一定的理論依據，但還需對蒸汽爆破處理過程中靈芝粗多糖的成分變化進行進一步的追蹤分析，并對蒸汽爆破后靈芝其他活性成分的變化及影響進行更深層的探究。