◆作者：何陳燦吳潔陳翠張冰坤盧壽運(yùn)李卓波

◆單位：1.廣東高山動(dòng)物藥業(yè)有限公司；2.信宜市金方子生物科技有限公司

蒸汽爆破技術(shù)最早于1928年由美國(guó)學(xué)者W.H.Mason發(fā)明，使用7～8MPa的飽和水蒸汽作為介質(zhì)進(jìn)行蒸汽爆破，為間歇式生產(chǎn)，主要用于人造纖維板的生產(chǎn)，因壓力過(guò)高難以推廣（隋文杰，2016）。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，該技術(shù)又重新得到重視，被廣泛用于動(dòng)物飼料的生產(chǎn)和從木材纖維中提取乙醇和特殊化學(xué)品（隋文杰，2016）。在1980年以后，該技術(shù)逐步被人們認(rèn)知并應(yīng)用在各種領(lǐng)域。而中藥的破壁目前主要有超微粉碎技術(shù)和蒸汽爆破技術(shù)。蒸汽爆破技術(shù)主要利用高溫高壓的水蒸氣濕潤(rùn)滲入植物細(xì)胞纖維內(nèi)部，并通過(guò)瞬間的壓力釋放，在壓力急速下降的條件下，實(shí)現(xiàn)植物纖維細(xì)胞內(nèi)部水分的液汽轉(zhuǎn)換急速膨脹而產(chǎn)生細(xì)胞壁“爆破”效果。隨著人們對(duì)蒸汽爆破技術(shù)的不斷認(rèn)識(shí)與研究，此項(xiàng)技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于植物纖維的轉(zhuǎn)化利用、制糖、動(dòng)物飼料生產(chǎn)、醫(yī)藥食品等領(lǐng)域（張博華等，2020）。

蒸汽爆破過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：一是汽相蒸煮階段；具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的植物纖維原料在高溫、高壓介質(zhì)下汽相蒸煮，高壓的蒸汽滲入到物料內(nèi)的細(xì)胞空隙，半纖維素和木質(zhì)素軟化產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)，使半纖維素降解成可溶性糖；同時(shí)，復(fù)合胞間層的木質(zhì)素軟化并部分降解，降低了纖維的粘結(jié)強(qiáng)度，而產(chǎn)生纖維素鏈的類酸性降解、熱降解和物理斷裂。二是爆破階段。在汽相飽和蒸汽和高溫液態(tài)水兩種介質(zhì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的共同作用下，通過(guò)驟然釋壓，介質(zhì)和物料共同完成物理能量的釋放，軟化的物料在膨脹氣體的沖擊下產(chǎn)生剪切力變形運(yùn)動(dòng)，并發(fā)生分離（張德強(qiáng)等，2000；廖雙泉等，2003）。

這一過(guò)程為瞬間的絕熱過(guò)程，并對(duì)外做功。并且在加溫加壓的過(guò)程中，草藥的纖維素內(nèi)部的氫鍵發(fā)生斷裂，游離出羥基與水蒸汽重新形成氫鍵。汽爆處理后物料被排出高溫氣腔并且迅速冷卻至室溫，且在此過(guò)程中液相轉(zhuǎn)化為氣相，導(dǎo)致大部分的氫鍵無(wú)法重新生成。使得氫鍵的有序結(jié)構(gòu)變化，在適當(dāng)?shù)奶崛l件下可以更好地釋放出有效物（廖雙泉等，2003）。

黃芪是為豆科植物蒙古黃芪的根。春、秋季采挖，除去泥土、須根及根頭，曬至六七成干，理直扎捆后曬干。味甘，性微溫；歸脾、肺經(jīng)。補(bǔ)氣固表，托毒排膿，利尿，生肌。臨床主要用于氣虛自汗、久咳虛喘、肺氣虛證、脾氣虛弱之中氣下陷及浮腫、瘡瘍潰難斂等癥的治療。且隨著國(guó)家對(duì)中醫(yī)藥文化的支持和人民認(rèn)知的不斷改變，黃芪已經(jīng)逐步走向大眾視野，不單是在治療上發(fā)揮療效，在日常生活的健康保健中也應(yīng)用廣泛。然而汽爆技術(shù)在黃芪中的應(yīng)用鮮有報(bào)道，為優(yōu)化黃芪提取工藝，本試驗(yàn)對(duì)黃芪經(jīng)過(guò)蒸汽爆破前處理對(duì)提取的影響進(jìn)行初步研究。

本試驗(yàn)采用不同的蒸汽爆破條件對(duì)黃芪進(jìn)行預(yù)處理，探究汽爆預(yù)處理對(duì)黃芪部分品質(zhì)特性及多糖、活性物提取的影響。研究結(jié)果將為黃芪精深加工提供理論依據(jù)，并為黃芪功能性成分提取、多糖制備等方面的應(yīng)用提供有效的途徑。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 材料與方法

1.1.1 材料與設(shè)備

黃芪飲片：信宜市安然飲片有限公司（產(chǎn)地：內(nèi)蒙古）；液相色譜儀-蒸發(fā)光檢測(cè)器：日本島津LC20AD-ELSD-LTⅡ；液相色譜柱：PhenmenexGemini5um C18110A；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海佑科儀器有限公司UV1810；蒸汽爆破試驗(yàn)裝置：自主設(shè)計(jì)仿軍工爆破設(shè)備。

1.1.2 試驗(yàn)方法

取黃芪飲片適量，于蒸汽爆破實(shí)驗(yàn)裝置中，反應(yīng)釜內(nèi)加入蒸氣保溫，保溫保壓（0.4Mpa；0.6Mpa；0.8Mpa；1.0Mpa；1.2Mpa；1.4Mpa；1.6Mpa），預(yù)處理時(shí)間分別為（5s；10s；30s；60s；120s；300s），保壓時(shí)間到達(dá)后，泄壓放出，取飲片，低溫烘干，待檢。

2 蒸汽爆破對(duì)黃芪提取物的影響

2.1 蒸汽爆破預(yù)處理對(duì)黃芪中黃芪甲苷成分提取的影響

2.1.1 黃芪中黃芪甲苷的提取

取各樣品稱重30.0g，加入95%乙醇150mL，靜止冷浸36h，過(guò)濾，收集濾液；濾渣繼續(xù)加入95%乙醇100mL，冷浸6h，濾過(guò)，合并兩次濾液，濾液待用。

2.1.2 黃芪甲苷的檢驗(yàn)

對(duì)照品溶液的制備。取黃芪甲苷對(duì)照品適量，用甲醇配成含黃芪甲苷0.25mg/mL的對(duì)照品。

供試品溶液的制備。精密量取本品25mL，蒸干，殘?jiān)铀?0mL，微熱使溶解，用水飽和的正丁醇振搖提取4次，每次40mL，合并正丁醇液，用氨試液充分洗滌2次，每次40mL，棄去氨液，正丁醇液蒸干，殘?jiān)铀?mL使溶解，放冷，通過(guò)D101型大孔吸附樹(shù)脂柱（內(nèi)徑為1.5cm、柱高為12cm），以水50mL洗脫，棄去水液，再用40%乙醇30mL洗脫，棄去洗脫液，繼用70%乙醇80mL洗脫，收集洗脫液，蒸干，殘?jiān)蛹状既芙?，轉(zhuǎn)移至10mL量瓶中，加甲醇至刻度，搖勻，即得。

測(cè)定法。分別精密吸取對(duì)照品溶液20μL、40μL，供試品溶液40μL，注入液相色譜儀，測(cè)定，用外標(biāo)兩點(diǎn)法對(duì)數(shù)方程計(jì)算，即得。

2.2 蒸汽爆破預(yù)處理對(duì)黃芪中黃芪多糖提取的影響

2.2.1 黃芪中黃芪多糖的提取

取各編號(hào)黃芪，預(yù)先經(jīng)1%氧化鈣水溶液100mL浸泡，煎煮3次，每次1h，合并煎煮液，濾過(guò)，濾液減壓濃縮至50mL，加乙醇至醇含量60%，濾過(guò)，沉淀部分加水溶解過(guò)濾，濾液濃縮至25mL，加入乙醇至醇含量80%，濾過(guò)，沉淀用高濃度乙醇攪拌，濾過(guò)，經(jīng)無(wú)水乙醇洗滌，揮盡乙醇，加水定容至100mL。

2.2.2 黃芪多糖的檢驗(yàn)

對(duì)照品溶液的制備。取在105℃干燥至恒重的無(wú)水葡萄糖100mg，精密稱定，置100mL量瓶中，加水溶解并稀釋至刻度，搖勻，精密量取5mL，置100mL量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，即得（每1mL含葡萄糖50μg）。

供試品溶液的制備。精密量取本品2mL，置500mL量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，即得。

測(cè)定法。精密量取對(duì)照品溶液和供試品溶液各2mL，置具塞試管中，各加3%苯酚溶液2mL，搖勻，迅速加入硫酸9mL，搖勻，放置至室溫，照紫外-可見(jiàn)分光光度法490nm波長(zhǎng)處分別測(cè)定吸收，計(jì)算，即得。

2.3 蒸汽爆破預(yù)處理對(duì)黃芪浸出物提取的影響

醇浸出物：取黃芪30g，加入乙醇250mL，密塞，冷浸，前6小時(shí)，時(shí)時(shí)振搖，再靜置18小時(shí)，濾過(guò)，精密移取濾液25mL，置已干燥恒重的蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干后，在105℃干燥3小時(shí)，置干燥器中冷卻30min，迅速精密稱定重量。

水浸出物：取黃芪30g，加入水100mL，密塞，冷浸，前6小時(shí)，時(shí)時(shí)振搖，再靜置18小時(shí)，濾過(guò)，精密移取濾液25mL，置已干燥恒重的蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干后，在105℃干燥3小時(shí)，置干燥器中冷卻30min，迅速精密稱定重量。

3 結(jié)果和分析

3.1 蒸汽爆破預(yù)處理時(shí)間對(duì)黃芪中黃芪甲苷、黃芪多糖、浸出物提取的影響

3.1.1 預(yù)處理時(shí)間對(duì)提出各參數(shù)的影響

預(yù)處理壓力設(shè)為0.4MPa，試驗(yàn)預(yù)處理爆破保留時(shí)間對(duì)各個(gè)有效成分指標(biāo)的影響。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1-圖3。

圖1 爆破預(yù)處理對(duì)黃芪甲苷提取的影響

圖3 爆破預(yù)處理時(shí)間對(duì)黃芪醇浸出物的影響

當(dāng)設(shè)置在同一預(yù)處理壓力下，在不同的預(yù)處理時(shí)間內(nèi)，對(duì)黃芪甲苷、黃芪甲苷醇浸出物和黃芪多糖的提取含量變化如圖1-圖3。從圖中趨勢(shì)圖可得出：第一，對(duì)黃芪甲苷提取量影響（圖1）：黃芪甲苷提取量從5s，10s，到30s呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而隨著時(shí)間延長(zhǎng)，提取量在一定范圍波動(dòng)，與原藥材相比，平均增長(zhǎng)達(dá)到44.6%，爆破預(yù)處理時(shí)間對(duì)黃芪甲苷的提取有一定影響，預(yù)處理時(shí)間5s～300s對(duì)黃芪甲苷的提取量相對(duì)原藥材而言都保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)率；說(shuō)明5s～300s對(duì)黃芪中黃芪甲苷提取是可以適用的預(yù)處理時(shí)間。第二，黃芪醇浸出物（圖3-4），在本次設(shè)置的壓力時(shí)間下雖略有提高，但并無(wú)特別明顯變化。這說(shuō)明在預(yù)設(shè)壓力下的保壓時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)黃芪提取中醇浸出物影響不大。第三，對(duì)黃芪多糖提取的影響（圖2）：黃芪多糖提取從5s，10s，30s，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，于60s達(dá)到峰值，而后下降，60s時(shí)間內(nèi)，黃芪多糖的提取量比原藥材增加9.2%。因此對(duì)于黃芪爆破處理而后對(duì)黃芪多糖的提取而言，不適用于長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)處理。以上結(jié)果表面，在預(yù)處理壓力設(shè)為0.4MPa，不同的預(yù)處理時(shí)間對(duì)黃芪甲苷、黃芪醇提物和黃芪多糖有不同的影響。但是經(jīng)過(guò)60s后三個(gè)指標(biāo)都有所下降，可能是在此處理壓力下，裝置內(nèi)的原材料被蒸汽浸潤(rùn)達(dá)到飽滿，而纖維間不能進(jìn)一步發(fā)生變化，而長(zhǎng)時(shí)間處于壓力當(dāng)中，會(huì)導(dǎo)致部分高分子纖維發(fā)生聚合反應(yīng)形成大分子，不利于黃芪中有效成分的釋放。

圖2 爆破預(yù)處理時(shí)間對(duì)黃芪多糖提取的影響

3.1.2 最優(yōu)預(yù)處理時(shí)間的驗(yàn)證

因?qū)︼暳显宵S芪而言，目前藥典主要鑒別成分為黃芪甲苷及黃芪多糖。基于上述試驗(yàn)，在預(yù)處理時(shí)間60s前后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，綜合評(píng)估。在60s的預(yù)處理時(shí)間時(shí)，黃芪甲苷及黃芪多糖綜合含量達(dá)到峰值。

3.2 蒸汽爆破預(yù)處理壓力對(duì)黃芪中黃芪甲苷、黃芪多糖和浸出物提取的影響

在上述時(shí)間試驗(yàn)下，設(shè)預(yù)處理時(shí)間為60s，試驗(yàn)預(yù)處理壓力對(duì)各個(gè)有效成分指標(biāo)的影響。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4-圖8。

圖4 爆破預(yù)處理壓力對(duì)黃芪中黃芪甲苷提取的影響

蒸汽爆破預(yù)處理會(huì)破壞纖維素內(nèi)部氫鍵，降低纖維素的結(jié)晶度，溶解部分的半纖維素和木質(zhì)素，從而使得植物細(xì)胞間質(zhì)變得疏松，進(jìn)而破壞了黃芪復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，打開(kāi)了活性成分溶出的通道，促進(jìn)了溶劑與黃芪甲苷和其他有用成分的接觸，使之溶出，即蒸汽爆破處理會(huì)暴露出更多可溶性物質(zhì)，因此猜想爆破壓力對(duì)黃芪后續(xù)提取的影響可能更大。

圖6 預(yù)處理爆破壓力對(duì)黃芪多糖提取的影響

因此試驗(yàn)設(shè)計(jì)在同一預(yù)處理時(shí)間為60s下，采取不同爆破壓力對(duì)黃芪進(jìn)行爆破預(yù)處理，測(cè)定后續(xù)提取的黃芪甲苷，黃芪多糖以及相關(guān)浸出物。結(jié)果如圖5-圖8。得出結(jié)論如下：第一，圖5可見(jiàn)，黃芪甲苷的提取在預(yù)處理壓力0.4～0.8MPa下提取量略有增長(zhǎng)，且隨著壓力的增大，可提取量逐步增多，當(dāng)壓力達(dá)到1.2MPa時(shí)黃芪甲苷提取量達(dá)到峰值，與原藥材相比提高95.15%。第二，對(duì)黃芪多糖的提取影響（見(jiàn)圖表6）。黃芪多糖的提取0.4～1.0MPa下提取量略有增長(zhǎng)，當(dāng)達(dá)到1.2MPa時(shí)刻達(dá)到最大，與原藥材相比提高13.8%。但隨著蒸汽爆破壓力再次加強(qiáng)，黃芪多糖的提取量有限，這可能是在高壓條件下纖維等高分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生物質(zhì)的縮合，產(chǎn)生更多的難溶性物質(zhì)，從而不易被提取出來(lái)，故在后面提升壓力后，其提取物含量降低。第三，對(duì)醇浸出物、水浸出物的提取影響（見(jiàn)圖7、圖8）。浸出物的溶出和其他有效成分表現(xiàn)一致，即在0.4～1.0Mpa預(yù)處理壓力下提取量提高，1.2Mpa時(shí)達(dá)到最大值。

圖5 爆破預(yù)處理壓力對(duì)黃芪中黃芪甲苷提取的影響

圖7 爆破預(yù)處理壓力對(duì)黃芪醇浸出物的影響

圖8 爆破預(yù)處理壓力對(duì)黃芪水浸出物的影響

這是由于在1.2Mpa作用下能破壞黃芪大部分的細(xì)胞壁纖維，細(xì)胞纖維被破壞成小分子化合物，使得細(xì)胞的孔面積增大，細(xì)胞膜在無(wú)細(xì)胞壁阻擋的情況下，經(jīng)蒸汽在高低壓切換過(guò)程中的氣液轉(zhuǎn)化而破損，使得細(xì)胞內(nèi)容物或者有效成分更容易被浸出，符合設(shè)計(jì)預(yù)想。

4 總結(jié)和展望

中醫(yī)藥是中華民族的文化瑰寶。而中藥飲片的炮制，是中醫(yī)藥文化傳承的精華。炮制在其本質(zhì)上是藥效的“增效”或“減毒”。如烏頭、附子的炮制，是通過(guò)水漂降低水溶性成分的含量，再加熱處理將其中毒性極大的雙酯型烏頭堿水解成毒性極弱或無(wú)毒性的烏頭原堿，而達(dá)到解毒的目的。炮制的手段、工藝一直從古方傳承而來(lái)，主要有烘、炮、炒、洗、泡、漂、蒸、煮等，但在現(xiàn)代化技術(shù)中未曾得到新的有效補(bǔ)充。而蒸汽爆破的工藝面世為打開(kāi)中藥炮制新局面。

本次試驗(yàn)通過(guò)單因素試驗(yàn)的方法找出黃芪在分別在一定的爆破時(shí)間下爆破壓力對(duì)黃芪的后續(xù)提取的影響，包括常用的黃芪甲苷、黃芪多糖等主要成分；也包括在水浸出物，醇浸出的其他作用成分的提??；爆破壓力在1.2MPa時(shí)黃芪甲苷、黃芪多糖的提取率能顯著提高。與此達(dá)到峰值的，還有黃芪的醇浸出物、水浸出物其浸出物含量分別達(dá)到7.11%，23.58%，比原藥材提高37.79%，61%。黃芪飲片經(jīng)過(guò)蒸汽爆破預(yù)處理后，當(dāng)預(yù)處理壓力＞1.2MPa時(shí)，其飲片中的有用成分能更容易在后續(xù)的使用、加工過(guò)程中得到釋放。這表明預(yù)處理后的黃芪制作飼料添加劑、藥用口服液、散劑的產(chǎn)品有了更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

對(duì)黃芪本階段的試驗(yàn)研究，我們可以得出，采用汽爆預(yù)處理技術(shù)聯(lián)合傳統(tǒng)的提取技術(shù)可以有效改善黃芪的部分營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。其他組分化合物含量能被更有效地利用，不僅增加其有效成分提取率，使得藥用效果最大程度發(fā)揮，而且還能提取利用天然中草藥的其他有用物質(zhì)，作為天然的原輔料加以利用。因此在中草藥領(lǐng)域爆破的預(yù)處理有巨大的潛力，作為畜牧從業(yè)人員將繼續(xù)致力于這一方面的研究試驗(yàn)，不僅進(jìn)一步完善黃芪的提取工藝，還將挖掘其他藥食同源藥材的提取工藝。

參考文獻(xiàn)：（略）