不同破壁工艺对铁皮石斛性状和功效成分结构的影响研究

张春艳，刘瑞驹，何伟彬，刘柏威，李海燕*

（1．广东国方医药科技有限公司，广东 东莞 523000；2．佛山科学技术学院，广东 佛山 528000）

不同破壁工艺对铁皮石斛性状和功效成分结构的影响研究

张春艳1，刘瑞驹1，何伟彬1，刘柏威1，李海燕2*

（1．广东国方医药科技有限公司，广东 东莞 523000；2．佛山科学技术学院，广东 佛山 528000）

本研究主要讨论3种铁皮石斛粉破壁工艺生产的粉之间及与原药材铁皮石斛鲜条在感官形态、破壁效果的差异，不同破壁工艺是否对反映产品质量的物理常数黏度产生影响。研究认为温度、破壁方式对铁皮石斛的物理性状会产生很大的影响，经三联破壁法工艺生产的的铁皮石斛粉能最大限度的保持原药材功效成分结构。

破壁；破壁中药饮片；未破壁细胞数；黏度；三联低温破壁法；多糖；胶体结构

铁皮石斛：又名黑节草，是多年、丛生性兰科草本植物，常以茎条为药用部分。其主要功效成分为铁皮石斛多糖、甘露糖，另含有丰富的生物总黄酮、钙、镁、磷等矿物质和B族维生素。铁皮石斛传统生产工艺较为落后，多为其直接烘干切小节段、或卷曲成螺旋状称之为枫斗或鲜条榨汁服用。随着中药现代化发展和生产工艺的进步，特别是破壁中药饮片的兴起，使铁皮石斛得到更好的的开发和利用。本文主要讨论3种铁皮石斛粉破壁工艺生产的粉之间及原药材铁皮石斛鲜条在感官形态、破壁效果（未破壁细胞数和内容物鉴别）上的差异，不同破壁工艺是否对功效成分的含量、粉体物理性状产生影响。

1 定 义

1.1 多糖（Polysaccharide）

是许多单糖分子缩合而成的长链结构，分子量都很大，在水中不能成真溶液，形成胶体甚至不溶于水，均无甜味，也无还原性。作为动植物的主要结构支持物质和主要能量来源，还具有复杂的多方面生物活性与功能。多糖的糖链能控制细胞的分裂与分化，调节细胞的生长与衰老。特别是多糖作为广谱免疫调节剂可用于免疫性疾病的治疗[1]。

1.2 破壁饮片的定义

中药破壁饮片是将符合《中国药典》要求并具有细胞结构的植物类中药饮片经现代超微粉碎技术加工至D90（45 µm）300目以上的粉体，加水或不同浓度的乙醇粘合成型，制成30～100目的原饮片全成分的均匀干燥颗粒状饮片[3]。

2 实验过程

2.1 样品来源

铁皮石斛鲜条（批号：GF20170401）由广东国方医药科技有限公司提供。

2.2 样品破壁

三联低温破壁法：由湿法粉碎破壁、超高静压破壁和超低温冷冻破壁工艺路线组成，将鲜条用臭氧水清洗灭菌，利用高压水射流设备对铁皮石斛进行粉碎，将铁皮石斛浆液转移到高压设备进行增压至5*105～6*105kPa，保持压力时间为5～25 min，然后离心浓缩，将浓缩液进行真空低温冷冻干燥（具体见发明专利：一种可直接口服中药饮片铁皮石斛粉的制备方法，申请号或专利号：201610990451.3）[2]得铁皮石斛粉A（简称粉A）。

湿法粉碎破壁：取铁皮石斛鲜条，用刀切成3～5 cm长度的段，清洗，按照1：20加入温水（60～80℃），启动打浆机，转速10000～20000 r·min-1，持续一定时间后停止（具体根据不同型号的生产设备说明操作），反复多次至无颗粒、完整的段存在，过300目滤网，收集滤液；残渣可反复打浆。将滤液离心浓缩成30%～40%左右的浓浆，干燥进风温度保持180℃，喷雾干燥得铁皮石斛粉B（简称粉B）。

干法粉碎破壁：取铁皮石斛鲜条，用刀切成3～5 cm长度的段，清洗，80～100℃烘干至水分≤5%，用万能粉碎机进行粉碎，过300目筛网，反复多次粉碎，收集粉末，得铁皮石斛粉C（简称粉C）。

2.3 检测

检测根据以上方法进行破壁处理后得到的粉的感官形状、未破壁细胞数、黏度和可溶性固形物以及对鲜条进行显微镜鉴别和部分内容物成分鉴别，从物理形状指标和功效成分指标是否存在差异。检验项目和结果见表1。

表1 感官形状

2.4 未破壁细胞数

称取供试品0.010 g，加入水合氯醛试液-水（1:1）0.5 ml，超声至完全溶散，吸取所有溶液装片，每片以不溢出、无气泡、颗粒分布均匀为度，在100倍显微镜下检视，移动玻片，计算每一个视野内的大于100 um且完整的细胞结构的颗粒个数（如多个完整的细胞连成一片，且整片也超过100 um的，以整片为一个计算）[4]。

由上图分析：粉A未破壁细胞少，且未破壁细胞主要呈条索状、不完整细胞组成的大于100 um的团块，显微可见，具有完整细胞结构且大于100 um的单个细胞非常少，被粉碎的细胞壁纤维质残渣粒度小，分散均匀。粉B里含有的不成细胞结构的碎片多，具有完整细胞结构且大于100 um的单个细胞清晰可见，水溶胶质状的内容物形成黑色团块、斑点多，团、块内可能包裹了未破壁的细胞，也会影响实际的计数。粉C是枫斗粉碎，内容物形成的黑色斑点、团块比粉B更多，显微镜下可见这些残渣颗粒大小不一，且不能均匀分散，形成大片的包埋，实际未破壁细胞数可能更多。

采用同批次原料，在不同破壁-干燥工艺下，其显微结构表现出非常明显的差异，同时显微结构图从微观上解释了感官性状差异产生的原因。采用专利技术生产的粉A形成的细胞壁纤维碎片非常细小，在溶液里均匀分散，分离性好，非完整破碎细胞组织少，超低温冷冻干燥让功效成分不受破坏，后续通过急剧的低温-真空-升温，水分急剧升华突破细胞壁，使内容物分散均匀，且无任何异味。因此粉A冲泡后即使有少量细胞壁纤维沉淀形成，也能很快沉淀到底部。粉B采用喷雾干燥，瞬时高温热风快速带走水分，让铁皮石斛快速从液态—转变成固态的过程，可实现破壁，但高温让铁皮石斛多糖、甘露糖等分子物理构像产生变化，B族维生素受高温破坏，整体产生焦糊感异味。细胞内部形成包埋团块，因此粉体在水中的分散性和溶出性变差，这些反馈到感官性状判断就形成口感粗糙、砂砾感、且胶质感差的特质。粉C虽然未受太高温度、功效成分破坏没有粉B严重，但未破壁细胞和非完全破壁细胞太多，有效成分溶出少。

2.5 内容物的鉴别

铁皮石斛粉体应符合保留部分铁皮石斛功效成分和细胞结构的要求。显微镜鉴别可见表皮细胞特性：外壁及侧壁稍增厚、微木化，黏液细胞含草酸钙针晶束[3]。

注：“+”代表阳性反应程度，“-”代表阴性反映

结果可见，3种粉在反应（1）中均无气泡产生，粉A的针状草酸钙结晶析出量相对更多，说明黏液细胞破碎完全，内容物草酸钙针晶束析出完全。在细胞壁性质鉴定中，粉A几乎无色，说明木质化细胞壁含量少，考虑是同一批铁皮石斛鲜条样品，其本身的表皮细胞结构应该一致，因此很明显是粉A粉碎更彻底，残留的细胞壁纤维更少或者更细。

2.6 黏度的测定

黏度是反映药物物理结构组成的物理常数，也可反映药品的纯度，是评价药品质量的主要指标之一[4]。由铁皮石斛多糖在水中分散形成水溶胶体，而目前还没有研究可证明铁皮石斛多糖分子量大小和结构组成，由于多糖的活性与相对分子质量、溶解度、黏度及结构有关，一般来说，中相对分子质量的多糖活性大于高分相对分子质量及低相对分子质量的多糖[5]。但是当部分铁皮石斛多糖大分子结构被破坏成中小链分子时，多糖含量也可能不变。根据多次检测结果可推断，铁皮石斛多糖含量与其黏度具有波动正相关性。因此不能单纯以铁皮石斛多糖含量来评判破壁铁皮石斛的优劣，应增加黏度指标，来测评被工艺处理过的铁皮石斛，以确保铁皮石斛多糖的结构稳定和生理功效性。

样品预处理（按照常规推荐服用方法，参考药典和云南省标[6]的检测方法）

（1）准确称取3种粉各2.0 g，加150 ml60 ℃温开水至九三道搅拌杯中，启动搅拌杯让水转动起来形成旋涡状，匀速将称取得粉倒入搅拌杯中，保持搅动30 s（转速约10000 r·min-1），形成均匀分散的液体，将溶液分成3份倒入烧杯中，用水浴保温或冷却至室温，分别测80℃±2℃、60℃±2℃，40℃±2℃和室温（25～30℃）待测。同样方法制备3种样品。

（2）准确称取同批次鲜条15 g，切成3～5 cm的小段，洗净，放入榨汁机，然后加300 ml 60℃温开水至榨汁机中，启动榨汁机1 min，暂停，反复多次，过滤，收集滤液，按上述步骤（1）保留3份在不同温度的样品，待测。

样品 80℃，mPa.s60℃，mPa.s40℃，mPa.s 室温mPa.s粉A（1:75） 39 71 92 114粉B（1:75） 8 10 15 23粉C （1:75） 19 30 48 82鲜条（1:20） 22 42 58 77

2.7 测试方法[4]

通过将某种类型的转子浸入待测样品中，并以恒定的角速度（ω）转动，测定马达转动的产生地扭矩（M），根据下列公式计算出待测样品的粘度。通常情况下，转子型黏度计常数K是通过采用标准黏度液校准得到的，故测定结果为相对黏度。

注：转子型旋转粘度计配备的转子

3 结 果

铁皮石斛液（1：75）不同温度下黏度值 mPa.s

解析：由上图可以看出：粉A的胶黏度最高，在室温至80℃的过程中。温度越高，粘度越小，当温度超过80℃时，多糖大分子结构易被破坏；如温度过低（≤40℃），其黏度过高，容易形成包埋结构，难以均匀分散，内容物也难以充分溶出，因此建议在80℃～40℃范围内冲泡，25℃～40℃微温热的状态下饮用。使用同批次铁皮石斛鲜条15 g按照1:20榨汁，其液体黏度比相当量的2 g粉C的黏度稍低，粉B黏度最低，说明高温让其胶体结构破坏最严重。粉A的铁皮石斛多糖的分子物理结构保持的最好。从黏度这个反映有效成分分子物理结构的指标来说，三联破壁法的粉A能最大限度的保持原药材功效成分。

3.1 本研究主要使用的设备、仪器

LP100喷雾干燥系统、TDL-4C离心机、九阳榨汁机、冷冻干燥罐、高压水射流设备、臭氧发生器、真空浓缩罐、DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱、B203生物显微镜、万能粉碎机、九三道®搅拌杯、CQ-200超声仪、NDJ-1S型数字式粘度计、EL-3200S电子天平和温度计。

3.2 本研究主要使用的试剂

水合氯醛试液-水（1:1）、稀醋酸、硫酸、间苯三酚、盐酸、纯化水。

4 讨 论

本研究分别对比了3份样品（粉A、粉B、粉C）和鲜条的感官形状、未破壁细胞数、细胞内容物鉴别和黏度，从单项解析来看，粉A各方面指标都优于其他两个样品，在黏度方面，粉A甚至优于相当量（干燥品折算）的鲜条，综合说明粉A的破壁工艺不但使铁皮石斛细胞壁最大程度的破碎，内容物溶出量最多，而更重要的是其功效成分的大分子结构未受破坏，保护了功效成分能在体内发挥最大的作用。本研究同时也证明植物中药材的破壁工艺方式很多，但要综合全面考虑，破壁的目的不单是打破细胞壁、提高破壁率，也要考虑破壁后的内容物成分是否会被下一步工艺破坏，在功效成分含量指定的检测方法不能发现的情况下，要考虑增加用黏度、内容物等指标来进行判断。同时，高温破壁、干燥等工艺会影响铁皮石斛多糖的分子结构，降低其含量。因此不建议继续采用类似生产工艺。

[1]吴梧桐.生物化学.第四版[M].人民卫生出版社,2001:8,9-211.

[2]张春艳,卢续贞.一种可直接口服中药饮片铁皮石斛粉的制备方法[P].申请号或专利号:201610990451.3,2016

[3]广东省药检所.广东省中药破壁饮片质量标准研究规范试行[S].2010:4,7-8.

[4]国家药典委员会.中华人民共和国药典[M].中国医药科技出版社,2015:282,283.

[5]王光亚.保健食品功效成分检测方法[M].中国轻工业出版社,2002:17.

[6]云南省食品药品监督管理局.《铁皮石斛粉》云YPBZ 0191-201[S].昆食药监安〔2013〕3号,2013

R283

A

ISSN.2095-6681.2017.27.19.03

高品质有机铁皮石斛种植技术的产业化和科普动漫化推广，国家星火计划面上项目，项目编号：2015GA780023

李海燕，副教授，Tel:（0757）82836985，E-mail：fswxlhy@163.com

本文编辑：吴宏艳