利用蒸汽爆破法破壁花粉的技术

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农业工程学报
2010 年
高压蒸汽入口、料液出口等组成。
图 1 蒸汽爆破装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of the pressurization
apparatus for disrupting pollen wall
1.3 试验方法
1.3.1 花粉细胞破壁
将待破壁花粉与一定比例的水或稀酸溶液混合，用
替蒸馏水调配花粉浆后进行蒸汽爆破处理，能大幅度提 高破壁液的 A280 值；用不同的酸液调配花粉浆后进行破 壁处理，破壁液的 A280 值也不同，用柠檬酸液调配花粉 浆，破壁液的 A280 值最大。A280 是花粉中营养成分溶出状 况的表征，A280 值越大，表明花粉中营养物质的溶出量越 多，试验结果说明用稀柠檬酸液调浆后进行蒸汽爆破处
洗涤 5 次，收集上清及各次洗涤液，混合后定容，使每
升溶液中包含 2 g 花粉的提取物，以相同比例稀释的酸液
为空白，测定花粉提取液的 A280 值。 2）粗蛋白测定：凯氏定氮法，参见 GB5511－1985[13]。 3）粗脂肪测定：索氏提取法，参见 GB5512－1985[14]。 4）灰分测定：灼烧质量法，参见 GB/T 5009.4－2003 [15]。
蒸馏水洗涤 5 次，收集沉淀，105℃干燥至恒质量，计算
内容物的溶出率，详见公式（2）
内容物的溶出率(%)=(破壁前花粉质量-破壁后的沉
淀质量)/破壁前花粉质量×100%
（2）
8）维生素 A 测定：HPLC 法，参见 GB/T 5009.82－ 2003[18]。
9）维生素 C 测定：2,6-二氯靛酚滴定法，参见 GB 6195－1986[19]。
醋酸、0.15 mol/L 的乳酸溶液调配质量分数为 20%的花粉 浆并取出 200 mL 放入物料室，用 0.4 MPa 的蒸汽加热至 饱蒸汽压为 0.15 MPa 并保持 5 s，关闭蒸汽阀，打开料液 出口阀使花粉液爆破，收集破壁液稀释、洗涤、定容后 测定 A280 值，试验结果如图 2 所示。由图 2 可知，当花 粉浆浓度、加热温度及维持时间相同时，用稀酸溶液代
和温度差的作用下发生爆破。破壁后，花粉营养物质的溶出率超过 86%，维生素 A、维生素 C 和粗脂肪量显著增加，细
菌总数、大肠杆菌和霉菌总数显著减少；破壁率、A280 值及营养物质溶出率在工艺放大过程中无显著差异。新建立的花 粉蒸汽爆破技术可高效、安全地破壁花粉，该技术工艺稳定性好、花粉浆浓度高、容易放大，具有良好的产业化应用
摘 要：以开发花粉破壁的产业化技术为目标，研究了花粉蒸汽爆破技术。通过工艺优化，确定了花粉蒸汽爆破的工艺 条件：首先，用 0.05 mol/L 的柠檬酸液调制 40%的花粉浆并用匀浆机搅拌均匀；其次，将花粉浆放入物料室，用 0.4 MPa
的蒸汽加热至饱和蒸汽压为 0.15 MPa 并保持 11 s；最后，关闭高压蒸汽，打开料液出口阀门，花粉液再喷出，在压力差
第 26 卷 第 5 期 2010 年 5 月
农业工程学报 Transactions of the CSAE
Vol.26 No.5 May 2010 367
利用蒸汽爆破法破壁花粉的技术
倪 辉 1,3，蔡慧农 1,3※，吴黎明 2，杨远帆 1,3
（1．集美大学生物工程学院，厦门 361021； 2．中国农业科学院蜜蜂研究所，北京 100093； 3．厦门市食品生物工程技术研究中心，厦门 361021）
1 材料与方法
1.1 试验材料 花粉由中国农业科学院蜜蜂研究所提供，为蜜蜂采
集的干燥花粉，含水率 7%；食品级柠檬酸、醋酸、乳酸， 购于厦门绿茵试剂化玻有限公司。 1.2 试验仪器
UV-2600A 型紫外可见分光光度计（尤尼可上海有限 公司），TD5M-WS 型中速离心机（上海安亭实验设备有 限公司）；所用的蒸汽爆破设备为自制装置，其结构如图 1 所示，最高耐压 0.5 MPa，容积 8 L，主要由物料室、 压力表、排汽阀、压缩空气入口、承重支架、保温层、
前景。
关键词：农产品，提取，蒸汽，灭菌，花粉，蒸汽爆破
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.05.063
中图分类号：S38
文献标识码：A
文章编号：1002-6819(2010)-05-0367-06
倪 辉，蔡慧农，吴黎明，等. 利用蒸汽爆破法破壁花粉的技术[J]. 农业工程学报，2010，26(5)：367－372. Ni Hui, Cai Huinong, Wu Liming, et al. Technique of disrupting pollen wall by using steam explosion[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(5): 367－372. (in Chinese with English abstract)
图 3 柠檬酸浓度和破壁时间对蒸汽爆破花粉的影响 Fig.3 Effects of citrus acid concentration and treating time on
steam explosion treated pollen 2.3 料液比对破壁的影响
用 0.05 mol/L 的柠檬酸溶液分别将花粉调配成质量 分数为 10%、20%、30%、40%、50%的花粉浆并取 200 mL 放入物料室，加热至饱和蒸汽压 0.15 MPa 并维持 11 s， 关闭蒸汽阀，打开料液出口阀使花粉液爆破，收集破壁 液稀释、洗涤、定容后测定 A280 值，结果如图 4 所示。
10）维生素 E 测定：HPLC 法，参见 GB/T 5009.82－ 2003[18]。
1.3.4 数据处理
每个试验进行 5 次平行试验，用 Excel 软件计算平均
值，标准差，用 DPS 软件进行显著性差异分析。
2 结果与分析
2.1 调浆溶剂对蒸汽爆破花粉的影响 分别用蒸馏水、0.05 mol/L 的柠檬酸、0.15 mol/L 的
溶液及蒸馏水将花粉配成质量分数为 20%花粉浆并取出 200 mL 放入物料室，通入 0.4 MPa 的蒸汽加热至饱和蒸 汽压 0.15 MPa，分别维持 5、8、11 和 14 s 后关闭蒸汽阀， 打开料液出口阀使花粉液爆破，收集破壁液稀释、洗涤、 定容后测定 A280 值，结果如图 3 所示。由图 3 可知，随
第5期
倪 辉等：利用蒸汽爆破法破壁花粉的技术
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着维持时间的延长，破壁液的 A280 值不断增大，但维持 时间超过 11 s 后，A280 值不再随维持时间的延长而增大； 从 A280 变化曲线所反映的破壁效果来看，柠檬酸的浓度 对蒸汽爆破花粉具有重要的影响，当调浆溶剂为蒸馏水 或浓度低于 0.025 mol/L 的柠檬酸溶液时，破壁液的 A280 值小于用浓度高于 0.05 mol/L 的柠檬酸溶液调制花粉浆 进行破壁后破壁液的 A280 值，而且此时柠檬酸浓度的差 异所引起的破壁效应不能通过维持时间的延长来弥补； 而当柠檬酸的浓度大于 0.05 mol/L、维持时间延长至 11 s 以上时，各破壁液的 A280 值基本没有差异，这说明当柠 檬酸浓度大于 0.05 mol/L 时，柠檬酸浓度差异所引起的破 壁效应可以通过延长保压时间来弥补。综合柠檬酸溶液 的浓度和维持时间对蒸汽爆破花粉的影响，确定用 0.05 mol/L 的柠檬酸溶液为调浆剂，维持时间为 11 s。
0 引 言
花粉含有丰富的营养、保健及药用成分[1-4]，是重要 的保健食品及制药原料，在食品、化妆品和医药工业中 具有重要的应用[3-6]。天然花粉具有坚韧的细胞壁，阻碍 了人体对花粉有效成分的吸收利用，也不利于花粉的精 深加工[3]。
国内外科研工作者对花粉破壁及其活性成分的提取 进行了长时间的研究，开发出了多种花粉破壁方法[3]，但 这些方法都存在明显的技术缺陷，无法满足大规模、低 成本、高效率、卫生安全、标准化管理等产业化生产的 要求。如，用酶法破壁花粉时所需破壁时间长，破壁所 需要的酶（纤维素酶、壳聚糖酶及复合蛋白酶）较昂贵， 用酶量较大，用酶成本高[3,7]；用发酵法或仿蜂粮酿造法 对花粉进行破壁难以标准化管理，产品质量不稳定，残 留的培养基成分及杂菌难以去除，产品卫生得不到保 障[3,8]；有机溶剂萃取法破壁花粉不仅破壁时间长、破壁 率不高，而且有害溶剂残留高，产品存在潜在的毒性[3]； 用温差法破壁花粉破壁率低，破壁时间长[3,9]；二氧化碳
组织搅碎机搅拌均匀，放入物料室，充入高温饱和蒸汽，
使物料室的温度上升至所需要的温度并保持一定的时
间，关闭蒸汽阀门，通入压缩空气稳定物料室的压力并
打开料液出口阀门，花粉液从物料室中喷出，收集喷出
的花粉液即为破壁的花粉液。
1.3.2 花粉细胞破壁工艺优化
ห้องสมุดไป่ตู้
相关研究表明，花粉的主要营养成分为蛋白质和核
酸，测定蛋白质和核酸最常用的方法就是用测定 A280 值。 前期预试验表明，以破壁液的 A280 值为指标，测定较简
收稿日期：2009-07-30 修订日期：2010-03-20 基金项目：国家蜂产业技术体系专项经费（NYCYTX43-KXT9）及国家自然 科学基金（30771636） 作者简介：倪 辉（1973－），男，江西抚州人，副教授，博士，主要研究 方向为食品化工及生物化工。厦门 集美大学生物工程学院，361021。 Email: nihui@ ※通信作者：蔡慧农（1957－），男，福建厦门人，教授，主要研究方向为 食品化工及生物化工。厦门 集美大学生物工程学院，361021。 Email: chn@
5）总糖测定：酸水解后用 3,5-二硝基水杨酸比色法 测定[16]。
6）破壁率的测定：用血球计数板法测量破壁前后的
花粉液中完整花粉粒的数量，用公式（1）计算花粉的破
壁率[17]。
花粉的破壁率(%)=(1－破壁后完整的花粉数/破壁前