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(yè)股份有限公司，江蘇連云港222001；2.中藥提取精制新技術(shù)重點(diǎn)研究室，江蘇連云港222001）

蝙蝠蛾擬青霉是從天然冬蟲(chóng)夏草子座中通過(guò)組織分離獲得的無(wú)性世代菌株[1]，其菌絲體的主要活性成分為蟲(chóng)草多糖、氨基酸、核苷等[2]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，其具有鎮(zhèn)痛、抗菌、消炎、增強(qiáng)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(guò)液體深層發(fā)酵培養(yǎng)獲得[4-5]，可作為野生冬蟲(chóng)夏草的人工替代物，并已通過(guò)原衛(wèi)生部的許可，可用于開(kāi)發(fā)成藥品或保健食品。

目前應(yīng)用較多的菌絲體發(fā)酵液干燥方法有，真空干燥、冷凍干燥和熱風(fēng)循環(huán)烘箱干燥，這幾種干燥方法的效果不理想，干燥不均勻、易結(jié)塊、復(fù)水性差、效率低而且干燥時(shí)間較長(zhǎng)[6-10]。沸騰干燥床干燥效率高，但易結(jié)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(duì)高溫的干燥風(fēng)接觸，從而將水分蒸發(fā)的一種方法。該法能直接將菌絲體發(fā)酵液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發(fā)、粉碎等工序，易于后期生產(chǎn)加工，甚至可以直接作為成品使用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

蝙蝠蛾擬青霉菌種：沈陽(yáng)藥科大學(xué)；葡萄糖、甘氨酸等均為分析純：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BSA-224S-CW型分析天平：德國(guó)賽多利斯集團(tuán)；300型真空減壓濃縮罐：江陰金發(fā)干燥設(shè)備有限公司；G10型噴霧干燥機(jī)：無(wú)錫市昌盛干燥機(jī)廠；BT-100SD型定時(shí)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(fā)酵→減壓濃縮→噴霧干燥→發(fā)酵菌粉

1.3.2 發(fā)酵菌粉含水量的測(cè)定

稱取發(fā)酵菌粉質(zhì)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(jì)算發(fā)酵菌粉的含水量。

1.3.3 發(fā)酵菌粉復(fù)水率的測(cè)定

取一定量的干燥發(fā)酵菌粉樣品，加入10倍質(zhì)量的純化水，于水浴鍋中60℃加熱一定時(shí)間，過(guò)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(zhì)量為m0[6]。

1.3.4 發(fā)酵菌粉評(píng)分細(xì)則

采用噴霧干燥法制備發(fā)酵菌粉時(shí)，按照表1打分，計(jì)算最終總評(píng)分，以此考察最優(yōu)的工藝參數(shù)。

表1 發(fā)酵菌粉評(píng)分細(xì)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(yàn)設(shè)計(jì)

本研究以干燥菌粉的綜合評(píng)分為指標(biāo)，通過(guò)對(duì)噴霧干燥工藝中入口溫度、發(fā)酵液密度、恒流泵轉(zhuǎn)速和霧化器轉(zhuǎn)速等影響因素進(jìn)行單因素及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每組試驗(yàn)平行測(cè)定3次，確定最佳的工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 入口溫度的影響

在發(fā)酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵轉(zhuǎn)速50 r/min，霧化器轉(zhuǎn)速20 000 r/min的條件下，分別選取入口溫度為 150、160、170、180、190 ℃進(jìn)行噴霧干燥試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 入口溫度對(duì)發(fā)酵菌粉的影響Table 2 Effect of inlet temperature on bacterial powder

當(dāng)入口溫度低時(shí)，干燥速度慢，發(fā)酵液中的水分不易蒸發(fā)，導(dǎo)致發(fā)酵菌粉中含水量較大；菌粉顆粒干燥不徹底，粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，不易收集。入口溫度高時(shí)，霧滴瞬間被干燥，干燥速度較快，粘壁現(xiàn)象輕微。但過(guò)高的入口溫度也會(huì)使發(fā)酵液糊化，菌粉褐變，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的品質(zhì)。根據(jù)綜合評(píng)分結(jié)果，入口溫度選擇170℃。

2.1.2 發(fā)酵液密度的影響

在入口溫度170℃，恒流泵轉(zhuǎn)速50 r/min，霧化器轉(zhuǎn)速20 000 r/min的條件下，分別選取發(fā)酵液密度為1.04、1.06、1.08、1.1、1.12 g/cm3，進(jìn)行噴霧干燥試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 發(fā)酵液密度對(duì)發(fā)酵菌粉的影響Table 3 Effect of zymotic fluid density on bacterial powder

當(dāng)發(fā)酵液密度低時(shí)，發(fā)酵液中的水分含量大，不易蒸發(fā)，干燥速度慢，菌粉顆粒干燥不及時(shí)，粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，且不易收集。發(fā)酵液密度高時(shí)，干燥速度較快，粘壁現(xiàn)象輕微；但是密度過(guò)高時(shí)，發(fā)酵液未充分霧化，就被瞬間干燥，導(dǎo)致噴頭易堵塞。根據(jù)綜合評(píng)分結(jié)果，發(fā)酵液密度選擇1.08 g/cm3。

2.1.3 恒流泵轉(zhuǎn)速的影響

在發(fā)酵液密度1.08 g/cm3，入口溫度為170℃，霧化器轉(zhuǎn)速20 000 r/min的條件下，分別選取恒流泵轉(zhuǎn)速為 40、45、50、55、60 r/min，進(jìn)行噴霧干燥試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 恒流泵轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)酵菌粉的影響Table 4 Effect of speed of pump on bacterial powder

當(dāng)恒流泵轉(zhuǎn)速適中時(shí)，霧化的發(fā)酵液，能夠被充分干燥成粉末。當(dāng)恒流泵轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，霧化的發(fā)酵液不能被及時(shí)干燥，產(chǎn)生嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象，使得菌粉損失嚴(yán)重，不易收集。根據(jù)綜合評(píng)分結(jié)果，恒流泵轉(zhuǎn)速選擇50 r/min。

2.1.4 霧化器轉(zhuǎn)速的影響

在發(fā)酵液密度1.08 g/cm3，入口溫度為170℃，恒流泵轉(zhuǎn)速50 r/min的條件下，分別選取霧化器轉(zhuǎn)速為14 000、16 000、18 000、20 000、22 000 r/min，進(jìn)行噴霧干燥試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，霧化器轉(zhuǎn)速越快，霧滴越小，干燥后的粉末越細(xì)，含水量越小。霧化器轉(zhuǎn)速慢時(shí)，霧滴較大，霧滴的水分未干燥徹底就形成濕粉粘在壁上，導(dǎo)致得粉率較低。根據(jù)綜合評(píng)分結(jié)果，霧化器轉(zhuǎn)速選擇20 000 r/min。

表5 霧化器轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)酵菌粉的影響Table 5 Effect of atomizer of pump on bacterial powder

2.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)影響蝙蝠蛾擬青霉菌絲體發(fā)酵液噴霧干燥效果的因素進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表6、表7。

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

表7 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of Orthogonal experiment

從表7的正交試驗(yàn)分析結(jié)果看出，影響蝙蝠蛾擬青霉發(fā)酵液噴霧干燥菌粉的因素的大小順序?yàn)锳＞C＞B＞D，即入口溫度對(duì)干燥菌粉的品質(zhì)影響最大，其次是恒流泵轉(zhuǎn)速及發(fā)酵液密度，霧化器轉(zhuǎn)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(bǔ)充一組噴霧干燥試驗(yàn)，粘壁現(xiàn)象輕微，菌粉易收集，含水量為4.4%，復(fù)水率為5.7，結(jié)果綜合評(píng)分為97分，確實(shí)最佳。即蝙蝠蛾擬青霉發(fā)酵液噴霧干燥的最佳工藝參數(shù)為：入口溫度170℃，發(fā)酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵轉(zhuǎn)速55 r/min，霧化器轉(zhuǎn)速20 000 r/min。綜合評(píng)分方差分析見(jiàn)表8。

表8 綜合評(píng)分方差分析Table 8 Variance analysis of comprehensive score

從表8的綜合評(píng)分方差分析結(jié)果看出，入口溫度、恒流泵轉(zhuǎn)速對(duì)綜合評(píng)分的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其中入口溫度的影響最顯著；而發(fā)酵液密度、霧化器轉(zhuǎn)速的影響不顯著。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

取10 kg蝙蝠蛾擬青霉發(fā)酵液在獲得的最佳工藝參數(shù)條件下進(jìn)行噴霧干燥試驗(yàn)3次，評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)。干燥過(guò)程中，粘壁現(xiàn)象輕微，菌粉易收集。獲得的干燥菌粉為淡黃色，具有產(chǎn)品特有氣味，無(wú)雜質(zhì)和異味，平均含水量為4.3%，平均復(fù)水率為5.8，綜合評(píng)分為95分。

3 結(jié)論

本文通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，優(yōu)選出蝙蝠蛾擬青霉發(fā)酵液的最佳噴霧干燥工藝參數(shù)為：入口溫度170℃，發(fā)酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵轉(zhuǎn)速55 r/min，霧化器轉(zhuǎn)速20 000 r/min。按此工藝生產(chǎn)的干燥菌粉色澤淡黃，粉末均勻，無(wú)雜質(zhì)和異味，平均含水量為4.3%，平均復(fù)水率為5.8，品質(zhì)較好。

本文工藝研究的結(jié)果，可以在一定程度上指導(dǎo)中試或更大規(guī)模的蝙蝠蛾擬青霉發(fā)酵液噴霧干燥。獲得的菌粉可以在一定范圍內(nèi)替代天然冬蟲(chóng)夏草，用于保健食品和藥品[11-15]，緩解天然冬蟲(chóng)夏草資源短缺的問(wèn)題。

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