双孢菇绿色工艺高效制备植物源VD₂：全球维D缺乏新解法

原创

来源：吴宇涛

2026-08-20 08:37:44

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核心提示：浙江工业大学团队以双孢菇为原料，建立固态冻干菌粉、薄荷醇基疏水低共熔溶剂 (HNADES) 液体两套绿色工艺制备纯素 VD₂；固态路线最优粒径 130‑140 μm，产率 2.59%，适合大宗固体原料；HNADES 路线提取率 85.41%、光转化产率 4.08%，优于乙醇体系，适合高浓度液态制剂，为素食来源 VD₂工业化提供可量化中试参数，成果发表于Food Chemistry。

全球缺维 D 新解法！双孢菇两套绿色工艺，高效制备纯素 VD₂补充原料

一、十亿人维 D 缺乏，素食人群补剂难题无解

全球超 10 亿人口存在维生素 D 缺乏，缺钙、骨质疏松、免疫力下降、代谢紊乱都和维 D 不足高度相关。市面上维 D 分两类：

1. VD₃：提取自深海鱼、动物内脏、鸡蛋，严格素食者、蛋奶过敏人群无法食用；

2. VD₂：仅真菌特有，双孢蘑菇（口蘑）是麦角固醇含量最高食用菌，麦角固醇经 UV-B 光照可转化活性 VD₂，是纯素人群理想维 D 来源。

现有两大技术痛点：

1. 蘑菇粉体光照转化效率低，干燥方式、颗粒粗细直接阻挡紫外光，传统工艺 VD₂转化率不足 2%；

2. 乙醇等有机溶剂提取麦角固醇易燃、高污染，提取液光照产率低，储存过程麦角固醇、VD₂极易氧化降解。

浙江工业大学团队创新双通路绿色可持续生产方案：

通路 1：粒径调控冻干菌粉固态光转化工艺（无溶剂、适合大宗食品原料）

通路 2：薄荷醇基天然低共熔溶剂（HNADES）一体化提取 - 光转化体系（高浓度液体 VD 浓缩液）

一套原料两种工业化路线，兼顾绿色环保与高转化效率。

科普小知识：麦角固醇光转化原理

麦角固醇特征吸收峰位于 280–320nm（UV-B 波段），UV-B 照射发生开环反应生成前 VD₂，常温缓慢热异构形成活性 VD₂；UV-A 几乎无转化效果，UV-C 转化效率仅 UV-B 1/3。

图 2 粉末途径下维生素 D₂光转化过程示意图（A）；紫外光波长 (B)、干燥方式 (C) 以及颗粒粒径 (D) 对维生素 D₂得率的影响

二、通路一：固态蘑菇粉工艺，仓储运输更稳定

1 干燥方式决定麦角固醇基底含量

对比热风干燥（DMS）、真空冷冻干燥（FMS）：

热风 60℃处理后麦角固醇仅 4664.59 μg/g，高温长时间加热造成甾醇热分解；

冷冻干燥低温锁活，麦角固醇高达 8478.77 μg/g，内部形成疏松蜂窝多孔结构，紫外光可多层穿透，提取率 86.33%。

电镜直观证明：热风干菌丝致密收缩，冻干样品孔隙发达，溶剂、光线更容易渗入细胞内部。

图 1 不同干燥方式与颗粒大小下的麦角甾醇提取效率及粉末微观结构 (A)；天然深共熔溶剂 (NADES) 提取麦角甾醇的提取效率及提取后残渣的微观结构 (B)；干燥方式 (a₁) 和颗粒大小 (b₁) 对麦角甾醇提取效率的影响；热风干燥 (c₁‑f₁) 与冷冻干燥 (g₁‑j₁) 处理下不同颗粒大小的双孢菇粉末扫描电镜图。

2 黄金粒径 130–140 μm，平衡遮光与团聚问题

粒径直接决定 UV 光穿透深度：

1. 粗颗粒（＞200 μm）：比表面积小，表层遮挡内层麦角固醇，VD₂产率仅 1.23%；

2. 中位粒径 D50=130~140 μm：孔隙充足，紫外多重散射，冻干粉 VD₂最高产率2.59%；

3. 超微粉碎（＜20 μm）：颗粒抱团结块，内部遮光，转化率回落。

3 粉体储存优势显著

光照储存 80 天，冻干粉 VD₂留存率 77.73%，热风干仅 62.76%；固体基质分子运动慢，氧气接触少，氧化降解速度远低于液体提取液，适合代餐、烘焙、保健品大宗原料长期仓储。

三、通路二：HNADES 绿色一体化提取工艺，高浓度 VD 浓缩液

传统乙醇提取短板：易燃、麦角固醇溶解度低、储存易氧化；

本研究开发薄荷醇基疏水性低共熔溶剂（HNADES），实现一步提取、原位光转化、长效抗氧化三重功能。

1 HNADES 提取能力全面碾压乙醇

亲水型低共熔溶剂（ANADES，氯化胆碱类）提取率仅 10%–51%；

薄荷醇疏水 HNADES 提取效率最高 85.41%，显著优于乙醇 78.88%。

电镜可见：乙醇处理残渣孔洞浅小，HNADES 可彻底破坏蘑菇细胞壁，形成深层大孔洞，胞内麦角固醇充分释放。

图2天然深共熔溶剂（NADES）与乙醇对麦角甾醇提取效率的影响 (a₂)；乙醇 (b₂)、HNADES‑3 (c₂) 超声提取后粉末的扫描电镜图。

2 溶解力拉满，光转化产率突破 4.08%

乙醇中麦角固醇溶解度 9.84 mg/mL；薄荷醇 HNAD 最高可达 64.33 mg/mL，底物浓度提升 6 倍；

UV-B 照射后乙醇体系 VD₂产率 3.22%，最优薄荷醇 HNADES 体系产率4.08%，提升 26.7%。

机理：HNADES 氢键网络稳定光反应活性中间体，抑制无活性同分副产物生成。

图 3 双孢菇提取液中天然深共熔溶剂（NADES）筛选及麦角甾醇光转化生成维生素 D₂的流程示意图 (A)；麦角甾醇 (B) 与维生素 D₂(C) 的溶解度；不同 NADES 体系下维生素 D₂得率 (D)；初始麦角甾醇浓度相同时，NADES 体系中的维生素 D₂得率 (E)。

3 自带抗氧化，储存稳定性大幅提升

同等光照储存 12 天对比：

乙醇组麦角固醇留存率 24.36%；薄荷醇 HNADES 留存 49.15%，VD₂储存稳定性提升 24.79%。

原理：HNADES 粘度高，减缓氧气扩散，氢键网络包裹甾醇分子，抑制脂质过氧化。

图 5 光照条件下，粉末体系 (A) 与提取液体系 (B) 中麦角甾醇和维生素 D₂的稳定性变化；相同浓度的维生素 D₂、麦角甾醇标准品在天然深共熔溶剂（NADES）中光照处理下的稳定性变化 (C)；光照下粉末中维生素 D₂(a₁) 与麦角甾醇 (b₁) 的保留率；光照下提取液中维生素 D₂(a₂) 与麦角甾醇 (b₂) 的保留率；相同浓度条件下，NADES 体系中维生素 D₂标准品 (a₃) 与麦角甾醇标准品 (b₃) 的保留率。

4 NADES 独特光转化分子机制

乙醇无定向约束，光照生成大量无活性 lumisterol、速固醇副产物；
薄荷醇 HNADES 构建专属氢键微环境：

1. 氢键锁定麦角固醇 C9/C10 位点，稳定活性 cZc 中间体；

2. 限制无效异构，减少副产物；

3. 热异构阶段引导分子定向折叠，大幅提升 VD₂选择性。