铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉工艺对醇溶性浸出物影响的初步研究

Preliminary Study on the Effect of Wall Breaking Powder Technology of Dendrobium officinale and Dendrobium purpurea on Alcohol Soluble Extracts

摘要

铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉工艺对醇溶性浸出物影响的初步研究。使用振动式细胞级粉碎机对铁皮石斛和紫皮石斛进行破壁粉碎，通过分析铁皮石斛和紫皮石斛水分、粉碎时间、粉碎温度等参数探究该工艺对铁皮石斛醇溶性浸出物的影响。铁皮石斛水分、粉碎温度、粉碎时间工艺参数对醇溶性浸出物的影响显著，影响程度由大到小为：B（粉碎时间）＞C（粉碎温度）＞A（水分）。在水分为6%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15 ℃时醇溶性浸出物效果最佳为9.95%。紫皮石斛的水分、粉碎时间工艺参数对醇溶性浸出物的影响显著，而粉碎温度影响较小，影响程度由大到小为：A（水分）＞B（粉碎时间）＞C（粉碎温度）。在水分为4%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15 ℃条件下，醇溶性浸出物效果最佳为6.47%。醇溶性浸出物会随铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉的粉碎程度而变化，可作为研究铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉工艺研究的检测性指标和关键质量参数，同时也可以作为区分鉴别紫皮石斛和铁皮石斛的一个参数指标。

Abstract

This article conducts preliminary study on the effect of wall breaking powder technology on alcohol-soluble extracts of Dendrobium officinale and Dendrobium devonianum. Using a vibrating cell level pulverizer to break the walls of Dendrobium officinale and Dendrobium devonianum, the effect of this process on the alcohol-soluble extract of Dendrobium officinale is explored by analyzing the parameters such as water content, pulverization time, and pulverization temperature of Dendrobium officinale and Dendrobium devonianum. Water content, crushing temperature and crushing time of Dendrobium officinale have significant effects on the alcohol-soluble extracts, and the influencing degree is as follows: B(crushing time) > C(crushing temperature) > A(water content). The optimal effect of alcohol-soluble extract is 9.95 % when the moisture content is 6 %, while the crushing time is 50 minutes, and the crushing temperature is -15 ℃.The influence of water content and grinding time on the alcohol-soluble extracts is significant, while the influence of grinding temperature is small. The influence degree is as follows: A (water content) > B(crushing time) > C (crushing temperature). Under the conditions of 4% water content, 50 minutes crushing time, and -15 ℃ crushing temperature, the optimal effect of alcohol soluble extract is 6.47 %. Alcohol-soluble extract will change with the crushing degree of Dendrobium officinale and Dendrobium devonianum wall powder, which can be used as the detection index and key quality parameters for the study of Dendrobium officinale and Dendrobium devonianum wall powder, as well as a parameter index to distinguish them.

Graphical abstract

关键词

铁皮石斛 / 紫皮石斛 / 破壁粉 / 醇溶性浸出物

Key words

Dendrobium officinale / Dendrobium devonianum / wall breaking powder / alcohol-soluble extract

铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）是兰科，石斛属，铁皮石斛种多年附生草本植物的干燥茎，主要分布于云南、贵州、广东、浙江、四川、福建等地，别名为铁吊兰、黑节草，是石斛属植物中被人们认为药用价值最高的一种石斛^[1]；一般以新鲜或者干燥的茎入药，铁皮石斛入药具有悠久历史，传统用于滋阴清热、益胃生津润肺；在民间也作为食品原料用于滋补、养生的原材料食用^[2-4]。紫皮石斛 (Dendrobium devonianum Paxt.)也称为齿瓣石斛，主要生长于中国云南龙陵，龙陵是紫皮石斛的发源地和主产区，当地民间，自古以来就有以新鲜茎或干燥茎入药、食用、滋补，其他地区记载甚少。由于紫皮石斛在药用、食疗、滋补等方面与铁皮石斛相似，粗加工和深加工产品可以与铁皮石斛以假乱真，给紫皮石斛的发展带来了消极影响，同时也给铁皮石斛的发展带来了不利的影响。新中国成立后，随着国内各个行业的蓬勃发展，中医药行业也得到高速发展，国内研究人员对铁皮石斛的化学成分、毒理、药理和质量均展开了大量的科学研究，研究结果表明，铁皮石斛的主要成分为多糖和生物碱，还含有少量的糖苷、菲类、联苄类和氨基酸等^[5]，并且铁皮石斛具有降血糖、抗肿瘤、抗衰老、抗疲劳等作用，对糖尿病和肠胃疾病疗效明确^[6-9]；不仅是一味疗效明确的传统中药，也是滋补、养生的好产品。随着人们生活水平和生活品质的提高，对健康和养生有了更高的需求，伴随着新工艺、新技术等的发展，铁皮石斛的产业已经发生了日新月异的变化，从传统的原料产品铁皮枫斗、铁皮干料等的粗加工产品向饮料、胶囊、颗粒、片剂等深加工产品发展。截止到2019年2月，从全国统计铁皮石斛类产品已经获得国家批准的相关产品有99种，包括铁皮枫斗晶、铁皮石斛颗粒、铁皮石斛胶囊等^[10]。2019年11月25日国家卫生健康委员会国家市场监督管理局国卫食品函（2019）311号发布了关于对党参等9种物质开展按照传统既是食品又是中药材的物质管理试点工作的通知中包含了铁皮石斛，将铁皮石斛大健康产业的发展提高到了更高的高度，国家各大研究机构、各大企业等均开始对铁皮石斛产品多元化发展开展大量基础性和深加工研究。但是人们对紫皮石斛的研究甚少，直到2010年以后，云南省先后将紫皮石斛建立《齿瓣石斛》（云YNZYC-0329-2010）中药材质量标准和《云南省食品安全地方标准—紫皮石斛》（DBS 53/027-2018），紫皮石斛才有了合法化的身份走入大家的生活，科研人员对紫皮石斛产品多元化发展开展大量基础性和深加工研究开始增多，但是人们对紫皮石斛了解还比较少。

铁皮石斛破壁粉：是铁皮石斛经过低温破壁粉碎后所得到的产品；紫皮石斛破壁粉：是紫皮石斛经过低温破壁粉碎后所得到的产品。跟传统的铁皮石斛和紫皮石斛产品相比，铁皮石斛破壁粉和紫皮石斛破壁粉将铁皮石斛和紫皮石斛植物细胞破壁后其有效成分能更多的溶解出来，更多的有效成分被人体吸收。醇溶性浸出物是铁皮石斛在《中国药典》2020版一部中的检测项目，也是判断铁皮石斛品质的关键指标，接下来需要研究：铁皮石斛破壁粉和紫皮石斛破壁粉的生产工艺是如何影响铁皮石斛和紫皮石斛斛醇溶性浸出物含量的变化 ^[11-12]，以及铁皮石斛破壁粉和紫皮石斛破壁粉在醇溶性浸出物项目中的差异。

1 材料与方法

1.1 实验材料

铁皮石斛和紫皮石斛采摘于云南龙陵。新鲜的铁皮石斛茎和紫皮石斛茎经过洗净，置于恒温干燥箱中60℃条件下干燥处理，在干燥过程中不间断测定铁皮石斛和紫皮石斛水分，铁皮石斛和紫皮石斛水分为2%、4%、6%、8%、12%、14%时分别各取出2 000 g。1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮、D-无水葡萄糖对照品（中检院）（99.9%）、乙醇（95%）、无水乙醇、甲醇、苯酚、盐酸、三氯甲烷、硫酸氢氧化钠等试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器

岛津紫外可见分光光度计（UV-1 900型）；恒温干燥箱；恒温水浴锅；离心机；岛津卤素水分测定仪、XDW-15B振动式细胞级超微粉碎机、Eppendorf移液枪。

1.3 铁皮石斛和紫皮石斛醇溶性浸出物测定方法

取供试品铁皮石斛和紫皮石斛样品约3 g，把样品置250 mL的锥形瓶中，精密称定其重量，用移液管精密量取95%乙醇100 mL加入锥形瓶中并密塞，称定其重量，摇匀后静置1 h，回流冷凝加热至微沸保持1 h。停止加热冷却后，取下锥形瓶、密塞称定重量，用95%乙醇补足减失的重量，混合均匀并过滤，精确量取25 mL滤液，置于已干燥至恒重的蒸发皿中水浴蒸干后，置105 ℃恒温干燥箱中干燥3 h，于干燥器中冷却30 min，迅速精密称定重量。以铁皮石斛和紫皮石斛干燥品计算铁皮石斛的醇溶性浸出物的含量（％）。

M2为蒸发皿恒重后重量，M3为样品重量以g计，M5为蒸发皿和样品干燥恒重后重量以g计，X为干燥失重以百分数计。

1.4 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺对醇溶性浸出物的单因素设计

1.4.1 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺中水分对醇溶性浸出物的影响

将铁皮石斛和紫皮石斛样品含水分为14%、12%、8%、6%、4%、2%各0.2 kg，置在XDW-15B振动式细胞级超微粉碎机-15 ℃条件下粉碎30 min后。按照样品编号进行标号，铁皮石斛和紫皮石斛样品分别按“1.3”项方法制备并计算测定醇溶性浸出物。

1.4.2 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺中粉碎时间对醇溶性浸出物的影响

取铁皮石斛和紫皮石斛干料样品（含水分6%）200 g，置在XDW-15B振动式细胞级超微粉碎机-15 ℃条件下进行粉碎,粉碎时间为50 min、40 min、30 min、20 min、10 min、5 min时分别取出30 g的样品编号，铁皮石斛和紫皮石斛样品分别按“1.3”项方法制备并计算测定醇溶性浸出物。

1.4.3 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺中粉碎温度对醇溶性浸出物的影响

从铁皮石斛和紫皮石斛含水量对醇溶性浸出物的影响来看，含水量越低醇溶性浸出物越高；当含水量≤8%时，影响趋于平缓；当含水量为4%时，醇溶性浸出物越高。但是考虑到含水量越低需要消耗的时间和热能越高，考虑到未来大生产的需要，我们选取铁皮石斛样品（水分为6%） 1.2 kg平均分成6份，作为粉碎温度的参考条件，置在XDW-15B振动式细胞级超微粉碎机，设置粉碎温度为-25 ℃、-15 ℃、-5 ℃、5 ℃、15 ℃、25 ℃的条件下分别粉碎30 min。按照样品编号进行标号，铁皮石斛和紫皮石斛样品分别按“1.3”项方法制备并计算测定醇溶性浸出物。

1.5 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺中正交试验设计

在单因素实验的基础上，振动式细胞级超微粉碎机对铁皮石斛水分、粉碎时间、粉碎温度进行L₉(3⁴)正交实验。

1.5.1 在单因素试验的结果基础上，进行正交试验

对影响铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉醇溶性浸出物的水分、粉碎时间、粉碎温度等因数，运用正交试验以醇溶性浸出物为评价指标，对铁皮石斛破壁工艺进行优化，采用L₉（3⁴）正交表进行正交试验，详见表1；对紫皮石斛破壁工艺进行优化，采用L₉（3⁴）正交表进行正交试验，详见表2。

2 结果

2.1 单因素试验分析

2.1.1 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺中水分对醇溶性浸出物的影响

由图1可知：用振动式细胞级超微粉碎机生产铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉，醇溶性浸出物随着水分的变化具有相同的趋势，在温度（-15 ℃）、时间（30 min）的条件下：当水分高于8%时，醇溶性浸出物随着水分的增加而减小；当含水量低于8%以后，醇溶性浸出物随着水分的减小而缓慢增加，虽然当含水量4%时，醇溶性浸出物含量最高，但水分对醇溶性浸出物影响已经没有明显变化；铁皮石斛在含水量为4%时醇溶性浸出物最高位9.80%，紫皮石斛在含水量为4%时醇溶性浸出物最高为6.30%，铁皮石斛和紫皮石斛的醇溶性浸出物差距较大。同时考虑到大生产工艺中能量的节省和提高生产效率，铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉工艺分析我们选取水分“4%、6%、8%”作为因数水平。

2.1.2 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺中粉碎时间对醇溶性浸出物的影响

由图2可知：用振动式细胞级超微粉碎机生产铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉，醇溶性浸出物随着粉随时间的变化具有相同的趋势，在温度（-15℃）、铁皮石斛水分（6%）的条件下：当粉碎时间低于30 min时，醇溶性浸出物随着粉碎时间的增加而升高，影响非常显著；当粉碎时间高于30 min时，粉碎时间对醇溶性浸出物的影响趋于平缓，粉碎时间对醇溶性浸出物没有明显影响，影响不显著；铁皮石斛在超声波时间为40 min时醇溶性浸出物最高位9.83%，紫皮石斛在超声波时间为30 min时醇溶性浸出物最高为6.10%，铁皮石斛和紫皮石斛的醇溶性浸出物差距较大。我们选取粉碎时间“30 min、40 min、50 min”作为因数水平。

2.1.3 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉生产工艺中粉碎温度对醇溶性浸出物的影响

由图3可知：用振动式细胞级超微粉碎机生产铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉，醇溶性浸出物随着粉随温度变化具有相同的趋势，在时间（30 min）、铁皮石斛水分（6%）的条件下：当粉碎温度高于5 ℃时，粉碎温度对浸出物没有显著影响；当粉碎温度低于-5 ℃时，粉碎温度对醇溶性浸出物没有明显影响，但是低温粉碎对醇溶性浸出物的影响非常显著；铁皮石斛在超声波温度为-15 ℃时醇溶性浸出物最高位9.65%，紫皮石斛在超声波时间为30 min时醇溶性浸出物最高为6.20%，铁皮石斛和紫皮石斛的醇溶性浸出物差异较大。考虑到我们要进一步研究低温粉碎对铁皮石斛醇溶性浸出物的影响，我们选取粉碎温度“-5 ℃、-15 ℃、-25 ℃”作为因数水平。

2.2 铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉工艺影响醇溶性浸出物因素的正交实验设计

2.2.1 在单因素试验的结果基础上，进行正交试验

对影响铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉醇溶性浸出物的水分、粉碎时间、粉碎温度等因数，运用正交试验以醇溶性浸出物为评价指标，对铁皮石斛破壁工艺进行优化，采用L₉（3⁴）正交表进行正交试验，详见表1；实验结果详见表3。对紫皮石斛破壁工艺进行优化，采用L₉（3⁴）正交表进行正交试验，详见表2实验结果详见表4。

3 讨论

3.1 直观分析法结果分析

铁皮石斛破壁粉工艺对醇溶性浸出物的正交试验结果见表3。可见影响浸出物的因数主次顺序为B（粉碎时间）＞C（粉碎温度）＞A（水分），最佳工艺条件为：A₂B₃C₂，即：水分为6%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15 ℃。正交试验表中没有出现这个实验条件，我们采取补充试验A₂B₃C₂，即：水分为6%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15℃醇溶性浸出物为9.95%，此结果大于正交试验中的最大值，说明利用正交试验优化铁皮石斛破壁粉工艺对醇溶性浸出物优化是有效的。紫皮石斛破壁粉工艺对醇溶性浸出物的正交试验结果见表4。可见影响浸出物的因数主次顺序为A（水分）＞B（粉碎时间）＞C（粉碎温度），最佳工艺条件为：A₃B₃C₂，即：水分为4%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15℃。正交试验表中没有出现这个实验条件，我们采取补充试验A₃B₃C₂，即：水分为4%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15℃醇溶性浸出物为6.47%，此结果大于正交试验中的最大值，说明利用正交试验优化铁皮石斛破壁粉工艺对醇溶性浸出物优化是有效的。

3.2 方差分析

使用Minitab统计软件对正交试验的结果进行分析铁皮石斛破壁粉和紫皮石斛破壁粉，结果见表5和表6。由此可见，铁皮石斛破壁粉醇溶性浸出物工艺优化中，A、B、C的P值均＜0.05，且B、C的P值均＜0.01，说明铁皮石斛破壁粉的工艺对醇溶性浸出物的影响是有统计学意义的。其中因素A（水分）影响显著，B（粉碎时间）和C（粉碎温度）的影响极为显著，顺序为B＞C＞A，结论与直观分析方法一致；紫皮石斛破壁粉醇溶性浸出物工艺优化中，A、B的P值均＜0.05、C的P值均＞0.05，说明铁皮石斛破壁粉的工艺对醇溶性浸出物的影响是有统计学意义的。其中因素A（水分）和B（粉碎时间）的影响显著，C（粉碎温度）的影响不显著，顺序为A＞B＞C，结论与直观分析方法一致。

4 结论

通过以醇溶性浸出物为指标，对铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉的工艺研究试验可以看出，铁皮石斛醇溶性浸出物随着条件（铁皮石斛样品水分）的降低而增加；铁皮石斛醇溶性浸出物随粉碎条件（粉碎时间）的增加而增加；铁皮石斛醇溶性浸出物随粉碎条件（粉碎温度）的降低而增加；所以铁皮石斛水分对铁皮石斛醇溶性浸出物影响显著，粉碎时间、粉碎温度对铁皮石斛醇溶性浸出物影响极为显著。对铁皮石斛水分、粉碎时间、粉碎温度进行正交试验，最佳工艺为水分为6%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15 ℃，在此条件下醇溶性浸出物为9.95%。紫皮石斛醇溶性浸出物随着条件（紫皮石斛样品水分）的降低而增加；紫皮石斛醇溶性浸出物随粉碎条件（粉碎时间）的增加而增加；紫皮石斛醇溶性浸出物随粉碎条件（粉碎温度）的降低而增加；所以紫皮石斛水分、粉随时间对紫皮石斛醇溶性浸出物影响显著，粉碎温度对铁皮石斛醇溶性浸出物影响极不显著。对紫皮石斛水分、粉碎时间、粉碎温度进行正交试验，最佳工艺为水分为4%，粉碎时间为50 min，粉碎温度为-15 ℃醇溶性浸出物为6.47%。铁皮石斛经过振动式细胞级超微粉碎机破壁粉碎后醇溶性浸出物有明显增加，说明铁皮石斛和紫皮石斛粉碎工艺对醇溶性浸出物影响显著。铁皮石斛和紫皮石斛粉碎越充分越有利于醇溶性浸出物的溶出，铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉以醇溶性浸出物作为参数时，影响因数和最优共有均有差异，且铁皮石斛的醇溶性浸出物远高于紫皮石斛，可以作为鉴别紫皮石斛和铁皮石斛一个参考因素。

综上所述铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉有优于传统铁皮石斛以干条、枫斗、切片等，能让更多的有效成分溶解出来。该项研究能为后期建立铁皮石斛和紫皮石斛破壁粉的生产工艺、质量标准提供理论依据。

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