蝙蝠蛾拟青霉喷雾干燥工艺研究

邓辰辰，高如意，相继芬，2，董兴叶，杨晓筱，陆婷婷，许明君

（1.江苏康缘药业股份有限公司，江苏连云港222001；2.中药提取精制新技术重点研究室，江苏连云港222001）

蝙蝠蛾拟青霉是从天然冬虫夏草子座中通过组织分离获得的无性世代菌株[1]，其菌丝体的主要活性成分为虫草多糖、氨基酸、核苷等[2]。现代医学研究发现，其具有镇痛、抗菌、消炎、增强免疫力、降血脂、抗氧化、抗癌等多种药理功效[3]。

蝙蝠蛾拟青霉菌丝体通常通过液体深层发酵培养获得[4-5]，可作为野生冬虫夏草的人工替代物，并已通过原卫生部的许可，可用于开发成药品或保健食品。

目前应用较多的菌丝体发酵液干燥方法有，真空干燥、冷冻干燥和热风循环烘箱干燥，这几种干燥方法的效果不理想，干燥不均匀、易结块、复水性差、效率低而且干燥时间较长[6-10]。沸腾干燥床干燥效率高，但易结块且噪声大。喷雾干燥法是利用微粒化装置将溶液制成小液滴，然后小液滴再与相对高温的干燥风接触，从而将水分蒸发的一种方法。该法能直接将菌丝体发酵液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序，易于后期生产加工，甚至可以直接作为成品使用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

蝙蝠蛾拟青霉菌种：沈阳药科大学；葡萄糖、甘氨酸等均为分析纯：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

BSA-224S-CW型分析天平：德国赛多利斯集团；300型真空减压浓缩罐：江阴金发干燥设备有限公司；G10型喷雾干燥机：无锡市昌盛干燥机厂；BT-100SD型定时恒流泵：上海青浦沪西仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

蝙蝠蛾拟青霉菌种→接种→深层发酵→减压浓缩→喷雾干燥→发酵菌粉

1.3.2 发酵菌粉含水量的测定

称取发酵菌粉质量m0（3 g~5g），置于称量瓶中，在恒温干燥箱中100℃～105℃干燥至恒重m1，计算发酵菌粉的含水量。

1.3.3 发酵菌粉复水率的测定

取一定量的干燥发酵菌粉样品，加入10倍质量的纯化水，于水浴锅中60℃加热一定时间，过滤，用滤纸吸干滤渣表面的水分，移入干燥烧杯中称重m1，于120℃烘箱中烘至恒重，取出称重为m2，其中干燥空烧杯质量为m0[6]。

1.3.4 发酵菌粉评分细则

采用喷雾干燥法制备发酵菌粉时，按照表1打分，计算最终总评分，以此考察最优的工艺参数。

表1 发酵菌粉评分细则Table 1 Grading rules of bacterial powder

1.3.5 喷雾干燥工艺单因素和正交试验设计

本研究以干燥菌粉的综合评分为指标，通过对喷雾干燥工艺中入口温度、发酵液密度、恒流泵转速和雾化器转速等影响因素进行单因素及正交试验设计，每组试验平行测定3次，确定最佳的工艺条件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 入口温度的影响

在发酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵转速50 r/min，雾化器转速20 000 r/min的条件下，分别选取入口温度为 150、160、170、180、190 ℃进行喷雾干燥试验，结果见表2。

表2 入口温度对发酵菌粉的影响Table 2 Effect of inlet temperature on bacterial powder

当入口温度低时，干燥速度慢，发酵液中的水分不易蒸发，导致发酵菌粉中含水量较大；菌粉颗粒干燥不彻底，粘壁现象严重，不易收集。入口温度高时，雾滴瞬间被干燥，干燥速度较快，粘壁现象轻微。但过高的入口温度也会使发酵液糊化，菌粉褐变，严重影响产品的品质。根据综合评分结果，入口温度选择170℃。

2.1.2 发酵液密度的影响

在入口温度170℃，恒流泵转速50 r/min，雾化器转速20 000 r/min的条件下，分别选取发酵液密度为1.04、1.06、1.08、1.1、1.12 g/cm3，进行喷雾干燥试验，结果见表3。

表3 发酵液密度对发酵菌粉的影响Table 3 Effect of zymotic fluid density on bacterial powder

当发酵液密度低时，发酵液中的水分含量大，不易蒸发，干燥速度慢，菌粉颗粒干燥不及时，粘壁现象严重，且不易收集。发酵液密度高时，干燥速度较快，粘壁现象轻微；但是密度过高时，发酵液未充分雾化，就被瞬间干燥，导致喷头易堵塞。根据综合评分结果，发酵液密度选择1.08 g/cm3。

2.1.3 恒流泵转速的影响

在发酵液密度1.08 g/cm3，入口温度为170℃，雾化器转速20 000 r/min的条件下，分别选取恒流泵转速为 40、45、50、55、60 r/min，进行喷雾干燥试验，结果见表4。

表4 恒流泵转速对发酵菌粉的影响Table 4 Effect of speed of pump on bacterial powder

当恒流泵转速适中时，雾化的发酵液，能够被充分干燥成粉末。当恒流泵转速过快时，雾化的发酵液不能被及时干燥，产生严重的粘壁现象，使得菌粉损失严重，不易收集。根据综合评分结果，恒流泵转速选择50 r/min。

2.1.4 雾化器转速的影响

在发酵液密度1.08 g/cm3，入口温度为170℃，恒流泵转速50 r/min的条件下，分别选取雾化器转速为14 000、16 000、18 000、20 000、22 000 r/min，进行喷雾干燥试验，结果见表5。

由表5可知，雾化器转速越快，雾滴越小，干燥后的粉末越细，含水量越小。雾化器转速慢时，雾滴较大，雾滴的水分未干燥彻底就形成湿粉粘在壁上，导致得粉率较低。根据综合评分结果，雾化器转速选择20 000 r/min。

表5 雾化器转速对发酵菌粉的影响Table 5 Effect of atomizer of pump on bacterial powder

2.2 正交试验

根据单因素试验结果，对影响蝙蝠蛾拟青霉菌丝体发酵液喷雾干燥效果的因素进行L9（34）正交试验，并对试验结果进行统计分析，结果见表6、表7。

表6 正交试验因素及水平Table 6 Table of factors and level of orthogonal experiment

表7 正交试验结果Table 7 Results of Orthogonal experiment

从表7的正交试验分析结果看出，影响蝙蝠蛾拟青霉发酵液喷雾干燥菌粉的因素的大小顺序为A＞C＞B＞D，即入口温度对干燥菌粉的品质影响最大，其次是恒流泵转速及发酵液密度，雾化器转速的影响最小。比较各因素的水平均值k后得出，最佳组合为A2B2C3D2，在此条件下补充一组喷雾干燥试验，粘壁现象轻微，菌粉易收集，含水量为4.4%，复水率为5.7，结果综合评分为97分，确实最佳。即蝙蝠蛾拟青霉发酵液喷雾干燥的最佳工艺参数为：入口温度170℃，发酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵转速55 r/min，雾化器转速20 000 r/min。综合评分方差分析见表8。

表8 综合评分方差分析Table 8 Variance analysis of comprehensive score

从表8的综合评分方差分析结果看出，入口温度、恒流泵转速对综合评分的影响具有统计学差异，其中入口温度的影响最显著；而发酵液密度、雾化器转速的影响不显著。

2.3 验证试验

取10 kg蝙蝠蛾拟青霉发酵液在获得的最佳工艺参数条件下进行喷雾干燥试验3次，评价各项指标。干燥过程中，粘壁现象轻微，菌粉易收集。获得的干燥菌粉为淡黄色，具有产品特有气味，无杂质和异味，平均含水量为4.3%，平均复水率为5.8，综合评分为95分。

3 结论

本文通过单因素和正交试验，优选出蝙蝠蛾拟青霉发酵液的最佳喷雾干燥工艺参数为：入口温度170℃，发酵液密度1.08 g/cm3，恒流泵转速55 r/min，雾化器转速20 000 r/min。按此工艺生产的干燥菌粉色泽淡黄，粉末均匀，无杂质和异味，平均含水量为4.3%，平均复水率为5.8，品质较好。

本文工艺研究的结果，可以在一定程度上指导中试或更大规模的蝙蝠蛾拟青霉发酵液喷雾干燥。获得的菌粉可以在一定范围内替代天然冬虫夏草，用于保健食品和药品[11-15]，缓解天然冬虫夏草资源短缺的问题。

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