高宇杰，趙立艷，安辛欣，楊文建，方 勇，馬 寧，胡秋輝,★

（1.南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院，江蘇 南京 210023；2.南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院，江蘇 南京 210095）

靈芝孢子（Ganoderma lucidumspore） 是我國著名藥用真菌靈芝的有性生殖細胞，靈芝孢子及其提取物具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、保護神經(jīng)系統(tǒng)、降血脂、護肝等功能，近年來因其具有比靈芝更強的藥理活性而成為國內(nèi)外學者研究和開發(fā)的熱點[1-2]。破壁靈芝孢子粉含油量達20%～30%，從中提取的脂質(zhì)成分即為靈芝孢子油，集中了孢子粉中三萜類化合物、不飽和脂肪酸、甾醇、維生素、揮發(fā)油等活性成分；其中不飽和脂肪酸含量大于60%[3]，以油酸、亞油酸為主并含有多種奇數(shù)碳脂肪酸[4]，三萜類化合物藥理活性強[5]，也是靈芝孢子油中的主要活性成分。植物中揮發(fā)性物質(zhì)不僅決定了其特征性氣味，部分揮發(fā)性成分還具有一定的保健功能，陳體強等[6]將靈芝孢子油不經(jīng)衍生化直接通過氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GCMS）分析，發(fā)現(xiàn)靈芝孢子油中含有萜類等揮發(fā)性成分，但未報道相對含量。隨著人工栽培靈芝技術(shù)的日趨成熟，我國靈芝孢子粉的產(chǎn)量逐年增加，已成為全球最大的靈芝孢子粉產(chǎn)地[7]，因此研究孢子粉中油脂的提取工藝及其揮發(fā)性物質(zhì)組成具有重要的理論和實際意義。

超臨界CO2萃取技術(shù)具有操作溫度較低有效保護熱敏的活性物質(zhì)，操作簡單萃取效率高，能耗低對環(huán)境無污染等優(yōu)點，已被廣泛應用于油脂及三萜等功能性成分的制備[8-9]。Khattab等[10]比較了不同萃取方法對亞麻籽油品質(zhì)和油脂組成的影響，結(jié)果表明超臨界CO2萃取油脂得率顯著低于快速溶劑提取和傳統(tǒng)溶劑提取法，但亞麻籽油品質(zhì)和化學組成上卻顯著好于其他方法，熔點和過氧化值較低，碘值、多不飽和脂肪酸和酚酸含量較高，木酚素僅在超臨界CO2萃取油脂中檢測到。前人多以靈芝孢子油脂得率為考察指標優(yōu)化超臨界CO2萃取靈芝孢子油工藝條件，且優(yōu)化出的萃取分離條件、油脂得率差異較大，如朱堅等[11]在14MPa、34℃、270min下獲得了較高的萃取率34.41%，毛方華等[12]通過響應面法優(yōu)化得到工藝條件為：萃取壓力29MPa、萃取溫度35℃、萃取時間3.5h、CO2流量20L/h，最優(yōu)條件下靈芝孢子油脂得率為26.13%，提取率達到99%。靈芝孢子油與其他功能油脂的主要區(qū)別是富含活性成分三萜類化合物，但關(guān)于萃取分離條件對靈芝孢子油中三萜類化合物得率的影響研究較少。

近年來國內(nèi)外研究主要集中在靈芝子實體、菌絲體及其孢子活性成分定性定量[13]、藥理活性等方面，對靈芝相關(guān)產(chǎn)品揮發(fā)性物質(zhì)關(guān)注較少。頂空固相微萃取（headspace solid-phase microextration，HS-SPME）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography -mass spectrometry，GC-MS），是一種新型樣品采集方法，已廣泛應用于食品揮發(fā)性風味物質(zhì)鑒定領(lǐng)域，具有樣品用量少、不使用有機溶劑、萃取效率高、操作簡單、選擇性強、重現(xiàn)性好等特點[14]。本研究采用超臨界CO2萃取靈芝孢子油，以油脂得率和三萜類化合物得率為考察指標，通過單因素、正交試驗優(yōu)化超臨界CO2萃取靈芝孢子油的重要工藝參數(shù)，擬獲得三萜類化合物含量高、油脂得率較高的工藝條件；采用HS-SPME-GC-MS全面分析超臨界CO2萃取的靈芝孢子油中的揮發(fā)性物質(zhì)組成，進一步探討靈芝孢子油中特征性揮發(fā)物質(zhì)，為工業(yè)生產(chǎn)和進一步深入研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

破壁赤芝孢子粉（真空包裝，破壁率＞85%） 四川省農(nóng)科院土壤肥料研究所；CO2（食品級，純度＞99%）江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；乙酸乙酯、冰乙酸、石油醚（沸程：30～60℃）、濃硫酸、高氯酸均為分析純 南京化學試劑有限公司；香草醛、熊果酸標準品（純度98%） 阿拉丁試劑（上海）有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HA121-50-01超臨界萃取裝置 江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；101-3AS電熱鼓風干燥箱 上海蘇進儀器設(shè)備廠；TE214S電子分析天平 賽多利斯科學儀器有限公司；7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司；固相微萃取手動進樣手柄、固相微萃取頭（50/30 μm DVB/CAR/PDMS）美國Supelco公司；20mL SPME頂空瓶 南京大滬科技儀器有限公司；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；UV1100紫外-可見分光光度計上海美譜達儀器有限公司；硅膠G板（10cm×20cm×0.25 cm）青島海洋化工廠。

1.3 方法

1.3.1 超臨界CO2萃取靈芝孢子油工藝流程

破壁靈芝孢子粉（破壁后室溫下放置15d）45℃烘干12h后置于1L萃取釜中，設(shè)定儀器參數(shù)，循環(huán)萃取一定時間后收集分離釜Ⅰ、Ⅱ中油脂去雜質(zhì)干燥后合并稱質(zhì)量。

1.3.2 靈芝孢子油總?cè)苹衔锖繙y定

參照王江海等[15]的薄層色譜-光度法進行測定。

標準曲線的制作：精確稱量熊果酸對照品10.0mg置于100mL容量瓶中，乙酸乙酯超聲溶解10min，稀釋至刻度線，搖勻，制成0.1mg/mL的標準液。分別吸取0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40 mL對照品溶液于10mL試管中，于100℃水浴上蒸干后，加入新制0.40mL 5%香草醛-冰乙酸溶液和1.00mL高氯酸，搖均，在60℃水浴中加熱15min后移入冰水浴中冷卻3min，再加入5.00mL冰醋酸，搖勻并置于室溫。15min后用分光光度計于548nm波長下測定對照品溶液的吸光度。以熊果酸質(zhì)量濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制標準曲線。

靈芝孢子油中三萜類化合物含量測定：稱取一定量樣品，溶于少量乙酸乙酯中，用微量取樣器吸取樣品溶液5μL在經(jīng)過活化的硅膠板上點樣，以熊果酸標準品作參比，用石油醚-乙酸乙酯（95∶5，V/V）展開；展開后揮干溶劑，刮取遷移率值0～0.6部分，用乙酸乙酯提取，提取液置于10mL具塞試管；在100℃水浴上蒸干，加入新制0.40mL 5%香草醛-冰醋酸溶液和1.00mL高氯酸，搖均，在60℃水浴中加熱15min后移入冰水浴中冷卻3min，再加入5.00mL冰醋酸，搖勻并置于室溫。15min后用分光光度計于548nm波長下測定樣品溶液的吸光度，根據(jù)標準曲線計算靈芝孢子油中的三萜類化合物含量。

三萜類化合物得率/（g/kg）=靈芝孢子油脂得率/%×靈芝孢子油中三萜類化合物含量/（g/kg）

1.3.3 超臨界CO2萃取靈芝孢子油條件優(yōu)化

單因素試驗：固定投料量100g、CO2流量20L/h、萃取時間2h、分離釜Ⅱ壓力、溫度和儲罐一致分別為4MPa、36℃，考察萃取壓力、萃取溫度、分離釜Ⅰ壓力、分離釜Ⅰ溫度對靈芝孢子油脂得率的影響。正交試驗：根據(jù)單因素研究的基礎(chǔ)上，以油脂得率和三萜類化合物得率為指標，進一步優(yōu)化萃取和分離條件，確定最佳工藝組合并進行方差分析，在最優(yōu)條件下進行靈芝孢子油萃取驗證實驗，重復3次取平均值。

1.3.4 頂空固相微萃取

在最優(yōu)萃取條件下制備靈芝孢子油，萃取后立即進行揮發(fā)性成分測定；頂空固相微萃取參數(shù)根據(jù)本實驗前期研究結(jié)果進行。將固相微萃取萃取頭在氣質(zhì)聯(lián)用儀的進樣口250℃老化30min，稱取2.0g靈芝孢子油置于20mL SPME頂空瓶中，蓋好瓶蓋，然后將頂空瓶放入70℃恒溫水浴裝置中，將老化好的萃取頭插入SPME樣品瓶，頂空萃取40min，然后將固相微萃取裝置插入GC-MS進樣口，推出萃取頭，于250℃解吸5min，啟動儀器進行GC-MS檢測。

1.3.5 GC-MS分析條件

GC條件：色譜柱：HP-5MS 5%苯基甲基氧化硅（30m×0.25mm，0.25μm）彈性石英毛細管色譜柱；升溫程序：進樣口溫度250℃，初始柱溫40℃，保持3min，以7℃/min升至120 ℃，保持3min，再以10℃/min升至230℃，保持5min；載氣為高純度氦氣（99.99%），流速1mL/min；不分流，進樣量1μL。

MS條件：電子電離（electron ionization，EI）源；電子能量70eV；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；傳輸線溫度280℃；全譜掃描，質(zhì)量掃描范圍：m/z30～550。

1.3.6 化合物鑒定

采用計算機檢索各峰相應的質(zhì)譜圖與NIST08.L、RTLPEST3.L標準質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫匹配，篩選匹配度大于80%化合物，結(jié)合人工解析和相關(guān)文獻報道鑒定化合物，成分定量分析采用峰面積歸一化法。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 萃取壓力對油脂得率的影響

設(shè)定萃取溫度40℃、分離釜Ⅰ壓力10MPa、分離釜Ⅰ溫度56℃，考察萃取壓力對油脂得率的影響，結(jié)果見圖1a。可以看出隨著萃取壓力增大靈芝孢子油脂得率增加，在35MPa時油脂得率最大。萃取壓力是影響超臨界流體萃取效果的重要參數(shù)，相同溫度條件下，超臨界流體的密度隨著壓力的增加而增大，進而提高了超臨界流體的溶解度；壓力的增加還會減少傳質(zhì)阻力，有利于目標成分的萃取，但壓力增加到一定程度后，超臨界流體的可壓縮性小，油脂得率增加緩慢，同時考慮設(shè)備成本和安全因素（設(shè)備最大壓力35MPa），選擇30MPa進行進一步研究。

2.1.2 萃取溫度對油脂得率的影響

設(shè)定萃取壓力30MPa、分離釜Ⅰ壓力10MPa、分離釜Ⅰ溫度56℃，考察萃取溫度對油脂得率的影響，結(jié)果見圖1b。可以看出，45℃時靈芝孢子油脂得率最大，溫度低于45℃時，隨著萃取溫度的升高靈芝孢子油脂得率增加；溫度高于45℃時，靈芝孢子油脂得率隨著溫度升高而下降。溫度對超臨界流體密度的影響復雜，一方面，溫度升高提高了溶劑的揮發(fā)度和擴散系數(shù)，使超臨界流體的溶解度提高，萃取效果提高；另一方面，溫度升高使流體的密度下降，導致溶解能力下降，降低提取效果[16]。因此選擇45℃進行進一步研究。

2.1.3 分離釜Ⅰ壓力對油脂得率的影響

設(shè)定萃取壓力30MPa、萃取溫度45℃、分離釜Ⅰ溫度56℃，考察分離釜Ⅰ壓力對油脂得率的影響，結(jié)果見圖1c?？梢钥闯龇蛛x釜Ⅰ壓力大于9MPa時油脂得率逐漸下降、9MPa時油脂得率最高；適當?shù)姆蛛x釜Ⅰ壓力有利于油脂完全析出且與雜質(zhì)有效分離，因此選擇分離釜Ⅰ壓力9MPa進行進一步研究。

2.1.4 分離釜Ⅰ溫度對油脂得率的影響

設(shè)定萃取壓力30MPa、萃取溫度45℃、分離釜Ⅰ壓力9MPa，考察分離釜Ⅰ溫度對油脂得率的影響，結(jié)果見圖1d?？梢钥闯?8℃時油脂得率最低，56℃時油脂得率最高，60℃時油脂得率下降；在9MPa較低壓力下溫度升高使CO2溶解度進一步下降，促進油脂析出，但溫度過高油脂中雜質(zhì)含量增多影響油脂品質(zhì)，因此選擇分離釜Ⅰ適宜溫度為56℃。

圖1 萃取壓力（a）、萃取溫度（b）、分離釜Ⅰ壓力（c）、分離釜Ⅰ溫度（d）分別對靈芝孢子油脂得率的影響Fig.1 Effects of extraction pressure (a), extraction temperatur e (b),separation Ⅰpressure (c) and separation Ⅰtemperature (d) on the oil yield from Ganoderma lucidum spore

2.2 正交試驗結(jié)果

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取L9（34）正交表進行正交試驗，結(jié)果與分析見表1。由表1極差直觀分析，各因素對油脂得率和三萜類化合物得率影響程度均為萃取壓力＞萃取溫度＞分離釜Ⅰ溫度＞分離釜Ⅰ壓力。以油脂得率為指標，綜合各因素k值得出A3B1C1D2為最佳工藝組合；以三萜類化合物得率為指標，最佳工藝組合為A2B1C1D2，二者僅萃取壓力不同，綜合考慮選擇A2B1C1D2組合，即萃取壓力30MPa、萃取溫度40℃、分離釜Ⅰ壓力8MPa、分離釜Ⅰ溫度56℃。A2B1C1D2組合未出現(xiàn)在正交表中，經(jīng)驗證在最優(yōu)組合條件下，靈芝孢子油的得率為29.45%，三萜類化合物得率為38.14 g/kg。

表1 LL9（34）正交試驗數(shù)據(jù)結(jié)果Table 1 Orthogonal array design matrix and experimental results

采用超臨界CO2萃取油脂得率常低于傳統(tǒng)溶劑法[10,17]，超臨界CO2萃取法優(yōu)點是提取效率高、油脂品質(zhì)好。靈芝孢子油是珍貴的菌物油脂，靈芝三萜類化合物是除靈芝多糖外最主要的活性成分，超臨界狀態(tài)的CO2對被萃取物具有一定的選擇性，不同超臨界CO2萃取條件下得到的產(chǎn)物有一定的差異[18]，由表1可見，三萜類化合物含量并未隨著油脂得率增加而增加，高壓下三萜類化合物得率有所下降。通過方差分析，以油脂得率和三萜類化合物為指標，萃取壓力、萃取溫度F比值均大于F臨界值（P≤0.05），表明萃取壓力、萃取溫度對結(jié)果影響顯著；分離釜Ⅰ壓力、溫度F比值均小于F臨界值（P≤0.05），表明分離釜Ⅰ壓力和溫度對結(jié)果影響較小，分離釜Ⅰ、Ⅱ壓力溫度不同，主要影響產(chǎn)物在兩萃取釜中的分配情況，分離釜Ⅰ壓力較高時，水、游離脂肪酸、雜質(zhì)等主要在萃取釜Ⅱ中分離得到。

2.3 靈芝孢子油揮發(fā)性化合物組成及含量分析

經(jīng)超臨界CO2萃取的靈芝孢子油色澤金黃、具有清香氣味，經(jīng)HS-SPME-GC-MS分析，揮發(fā)性成分離子流圖見圖2（主要10種化合物峰號已標注），通過計算機檢索，扣除頂空瓶中不加樣品時出現(xiàn)的雜質(zhì)峰，共檢出鑒定65種化合物，占總峰面積83.87%，定性定量結(jié)果見表2。由表2可見，靈芝孢子油中揮發(fā)性成分可分為7類物質(zhì)，主要有烴類31種、醇類12種、醛類9種、酯類5種，此外還包括酚類、酮類各1種，雜環(huán)化合物2種，其他化合物4種。相對含量最高的為醇類，占總揮發(fā)性成分的38.36%，其次為烴類，占29.54%；其他依次為醛類占8.90%、酯類占2.76%，其他類化合物相對含量較低。

頂空固相微萃取在揮發(fā)性成分提取分析方面應用廣泛，謝婧等[19]采用水蒸氣蒸餾法、超臨界流體萃取法和頂空固相微萃取法萃取菜籽油揮發(fā)性風味成分，結(jié)果表明頂空固相微萃取在總峰個數(shù)、總峰面積和主峰面積方面均優(yōu)于其他兩種方法。本研究所使用DVB/CAR/PDMS萃取頭對極性和非極性物質(zhì)都具有一定的吸附能力，較田光輝等[20]研究相比，采用HS-SPME提取靈芝孢子油中的揮發(fā)性成分比靈芝和靈芝菌絲體揮發(fā)油成分復雜的多。其中1-甲基萘、苯乙醇、辛醛、壬醛、苯甲醛、苯甲酸乙酯、棕櫚酸乙酯7種物質(zhì)在靈芝菌絲體揮發(fā)性物質(zhì)中均被檢測到[21]，但相對含量差異較大。

圖2 靈芝孢子油中揮發(fā)性化合物總離子流圖Fig.2 TIC profile of volatile compounds in Ganoderma lucidum spore oil

表2 靈芝孢子油中揮發(fā)性物質(zhì)組成及相對含量Table 2 Composition of volatile compounds in Ganoderma luciidduumm spore oil and their relative contents

靈芝孢子油揮發(fā)性成分中烴類物質(zhì)種類最多，烴類物質(zhì)中又可分為烷類、萜烯、芳香烴類化合物等。烷類化合物閾值較高，一般認為對食品氣味貢獻較小。萜烯類化合物是植物揮發(fā)油重要組成成分，閾值低為呈香物質(zhì)，常作為藥物和香料的成分，對靈芝孢子油氣味有一定貢獻。靈芝孢子油揮發(fā)性成分中分離出7種萜烯類化合物，占總峰面積6.64%，其中含量較高的為花側(cè)柏烯（2.17%）和β-花柏烯（1.97%），花側(cè)柏烯和β-花柏烯為倍半萜類化合物，在食用菌竹蓀[22]和五味子揮發(fā)油[23]中均檢測到，金針菇培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)的花側(cè)柏烯[24]還具有一定的抑菌作用。芳香烴類化合物共分離10種，占總峰面積的10.43%，相對含量較高的為對二甲苯（2.85%）和萘（1.85%），對二甲苯具有水果甜香氣味，萘具有香樟木氣味也是亞麻籽油調(diào)和油風味物質(zhì)重要組成成分[25]。

醇類是靈芝孢子油中相對含量最高的組分，靈芝菌絲體中主要揮發(fā)性物質(zhì)也為醇類化合物[21]，不飽和醇類閾值較低，對靈芝孢子油氣味有較大的貢獻，苯甲醇（16.35%）和苯乙醇（5.74%）含量最高，也是總揮發(fā)物中相對含量最高的物質(zhì)，苯甲醇、苯乙醇表現(xiàn)柔和的花香氣味，是姬松茸子實體和菌絲體的主要揮發(fā)性風味物質(zhì)[26]。其他相對含量較高的醇類依次為八氫-α,α,4α,-四甲基-2-萘甲醇（3.08%）、α-紅沒藥醇（3.32%）和肉桂醇（2.60%），α-紅沒藥醇香氣清淡愉快，具有廣譜的抗菌消炎作用[27]，肉桂醇具有類似風信子香氣。

醛類是脂肪氧化產(chǎn)生的特征揮發(fā)性物質(zhì)，閾值低對氣味貢獻大。靈芝孢子油揮發(fā)醛中苯甲醛含量最高（2.57%），辛醛、壬醛、癸醛等為脂肪的氧化分解產(chǎn)物，含量相對較低。苯甲醛具有苦杏仁味，在褐黃牛桿菌[28]、姬松茸[26]等食用菌中為主要呈香物質(zhì)。辛醛、壬醛、癸醛具有清香、脂類風味；肉桂醛、香草醛、胡椒醛等都是重要的香料。靈芝孢子油揮發(fā)性成分中酯類化合物、酮類、酚類及其他化合物所占的比例相對較小，可能對靈芝孢子油氣味貢獻較小。

靈芝孢子油揮發(fā)性成分中烴類物質(zhì)種類最多，烴類物質(zhì)中又可分為烷類、萜烯、芳香烴類化合物等。烷類

3 結(jié) 論

超臨界CO2萃取靈芝孢子油的最佳工藝條件為萃取壓力30MPa、萃取溫度40℃、分離釜Ⅰ壓力8MPa、分離釜Ⅰ溫度56℃；此條件下靈芝孢子油得率為29.45%，三萜類化合物得率為38.14g/kg。萃取壓力和溫度對三萜類化合物得率影響顯著，分離釜Ⅰ壓力、溫度對萃取結(jié)果影響較小，不顯著。

HS-SPME-GC-MS對靈芝孢子油中揮發(fā)性成分分離效果較好，共鑒定65種化合物，主要為烴類、醇類、醛類和酯類化合物；其中醇類、萜烯、芳香烴和醛類化合物為主要氣味貢獻物質(zhì)，協(xié)同構(gòu)成了靈芝孢子油的氣味。苯甲醇、苯乙醇相對含量最高，分別為16.35%、5.74%，初步判斷為靈芝孢子油特征性揮發(fā)性化合物。

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