超高压辅助提取灵芝三萜的工艺优化及抗氧化活性评价

徐树来，徐 瑶，尤婷婷，刘志彬，祝嗣臣

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150076；2.黑龙江省普通高校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨 150076；3.黑龙江坤健农业股份有限公司，黑龙江齐齐哈尔 161200）

灵芝（）属于担子菌门（Basidiomycota）、灵芝科（Ganodermataceae）、灵芝属（）等。世界上已知的灵芝科有400 多个分类单元，中国已报道的灵芝科约有100 个分类单元。主要化学成分包括三萜类、多糖类、甾醇类、生物碱类、脂肪酸等，其中三萜化合物是灵芝中最重要的生物活性成分之一。研究表明，三萜类化合物具有抗衰老活性、抗肿瘤、降血糖、保肝护肝等多种药理活性。在中成药、保健食品及功能性食品领域具有极高的应用及开发价值。

国内外学者对灵芝三萜提取的研究报道较多，有机溶剂浸提法相对简单，但溶剂耗量大、提取时间长、效率较低；超临界流体萃取法相对操作复杂且提取成本较高；超声波辅助法及微波辅助法尽管高效省时，但对成分有一定影响，酶辅助提取法耗时长且酶易失活。而超高压辅助提取法因其低温、短时、高效，且不会破坏热敏性活性物质等优点，是最有前景的植物活性成分萃取方式之一。本文拟对灵芝三萜超高压辅助提取及溶剂浸提工艺进行优化，并研究不同提取方法对灵芝三萜抗氧化活性的影响，以期获得较高的提取得率及对生物活性物质保护更好的提取方法，为灵芝三萜的开发及综合利用提供有益的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

赤灵芝超微粉 黑龙江坤健农业股份有限公司；齐墩果酸标准品（纯度＞98.72%） 成都曼斯特生物科技有限公司；无水乙醇 天津市富宇精细化工有限公司；冰乙酸 天津市天力化学试剂有限公司；香草醛（实验用） 天津市光复精细化工研究院；DPPH自由基 北京博奥托达科技有限公司；水杨酸 天津市致远化学试剂有限公司；高氯酸 天津政成化学制品有限公司；实验用水 均为蒸馏水。

HPP-L2-600-L 超高压设备 上海昔锐生物科技有限公司；UV-5200 紫外可见分光光度计 上海元析仪器有限公司；SHZ-DⅢ循环水式多用真空泵上海力辰邦西仪器科技有限公司；BSM-120 分析天平 上海卓精电子科技有限公司；DZKW-S-6 电热恒温水浴锅 天津天泰仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 灵芝三萜提物制备 称取干燥至恒重的灵芝超微粉1.000 g，根据后续不同实验设计参数条件，按一定料液比加入不同浓度的乙醇进行加热提取或在一定压力、时间下超高压提取，提取结束过滤、合并滤液、定容，计算灵芝三萜得率。

1.2.2 标准曲线的绘制 以齐墩果酸为标准品，采用香草醛-冰乙酸法测定醇提物中总三萜的测定方法，参考孙培龙实验方法并稍作修改，用紫外-可见分光光度计在450～700 nm 波长之间进行扫描，得出吸光度最大吸收波长为548 nm，并以不同浓度齐墩果酸溶液绘制标准曲线，确定回归方程为：y=46.824x+0.0183，=0.9988，具有良好的线性关系。

1.2.3 总灵芝三萜得率测定 将抽滤所得的灵芝三萜提取液合并定容50 mL，取0.2 mL 沸水浴加热挥干待测试管中的提取液，按1.2.2 测量吸光度，计算出醇提取液中总灵芝三萜得率：

式中: Y 为灵芝总三萜得率，%；c 为待测样品中总三萜溶液浓度，mg/mL；v 为滤液定容后的体积，mL；m 为原材料灵芝粉末的质量，g；v为试样体积，mL。

1.2.4 超高压辅助提取实验设计

1.2.4.1 单因素实验设计 根据预实验及文献[13]设定各因素水平范围分别为：乙醇浓度为（60%、70%、80%、90%、100%）；压力为（250、300、350、400、450 MPa）；保压时间在（1、3、5、7、9 min）；料液比为（1:10、1:15、1:20、1:25、1:30 g/mL）。在常温条件下，固定乙醇浓度80%、压力350 MPa、保压时间5 min、料液比1:20 g/mL，研究各因素对灵芝三萜得率的影响。

1.2.4.2 正交试验设计 为进一步确定超高压提取灵芝三萜的最佳条件，进行L（3）正交试验，因素水平编码如表1 所示。

表1 超高压辅助提取正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of the UHP assisted extraction orthogonal experiments

1.2.5 有机溶剂浸提法实验设计

1.2.5.1 单因素实验设计 根据预实验及文献[14-15]，设定各因素水平范围分别为：乙醇浓度（60%、70%、80%、90%、100%）；料液比（1:10、1:15、1:20、1:25、1:30 g/mL）；提取温度（50、60、70、80、90 ℃）；提取时间（1、2、3、4、5 h）。固定化水平为乙醇浓度80%、料液比1:20 g/mL、提取温度70 ℃、提取时间3 h，研究各因素对灵芝三萜得率的影响。

1.2.5.2 正交试验设计 为进一步确定有机浸提灵芝三萜的最佳条件，进行L（3）正交试验，因素水平编码如表2 所示。

表2 有机溶剂提取正交试验因素水平Table 2 Factors and levels of the organic solvent extraction orthogonal experiments

1.2.6 灵芝三萜对DPPH 自由基清除率的测定 参照文献[16]方法并稍作调整，精密吸取不同浓度的灵芝三萜溶液2 mL，加入2 mL DPPH 溶液，混合均匀，以维生素C 为阳性对照，室温避光放置30 min后，于517 nm 处测吸光值。DPPH 清除率计算公式如下：

式中：Y为DPPH 清除率，%；A为以无水乙醇代替样品时空白吸光度；A为为加入样品反应后的DPPH 自由基吸光度；A为以无水乙醇代替DPPH测定的吸光度。

1.2.7 灵芝三萜对羟自由基清除率的测定 参照文献[17]方法并稍作调整，取不同浓度灵芝三萜溶液2 mL，依次加入1 mL 的9 mmol/L FeSO、9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液和8.8 mmol/L HO，在37 ℃水浴下反应30 min。在510 nm 下测定溶液的吸光值，按下式计算·OH 清除率：

式中：Y为羟自由基清除率，%；A为以蒸馏水2 mL 代替样品时空白吸光度；A—为FeSO溶液、水杨酸-乙醇溶液、HO溶液各1 mL，样品溶液2 mL 下的吸光度；A为以蒸馏水1 mL 代替HO时空白吸光度。

1.3 数据处理

所有试验均重复3 次，结果取均值，采用Excel 2010 和Origin 2018 软件对试验数据进行处理并绘图。

2 结果与分析

2.1 最大吸收波长的确定

图1 试验结果表明，齐墩果酸在548 nm 波长处有最大吸收，且空白无干扰，故选548 nm 为测定波长。

图1 最大吸收波长Fig.1 Maximum absorption wavelength

2.2 超高压辅助提取灵芝三萜工艺优化

2.2.1 单因素实验结果

2.2.1.1 压力对灵芝三萜得率的影响 由图2a 可知，随着提取压力的升高，得率不断提高，原因是压力可以影响物质的传质速率，进而影响得率。当压力为350 MPa 时，得率达到最大值。而压力继续升高，得率反而降低，是因为过高的压力会导致灵芝三萜有效成分结构破坏，这与文献[14]研究的结果基本一致，方差分析结果表明，压力对得率具有显著影响（＜0.05）。所以，选取压力300～400 MPa 作为后续正交试验的水平范围。

2.2.1.2 乙醇浓度对灵芝三萜得率的影响 由图2b可知，乙醇浓度在60%～90%范围内，得率随乙醇浓度的增大而提高；当浓度增加至100%时，得率明显下降。这是由于部分灵芝三萜结构含有羟基，使得灵芝三萜带有一定的极性，根据相似相溶原理，更溶于非极性或弱极性，方差分析结果表明，乙醇浓度对得率具有显著影响（＜0.05）。因此，选乙醇浓度85%～95%为后续正交试验的水平范围。

2.2.1.3 保压时间对灵芝三萜得率的影响 由图2c可知，当保压时间5 min 时，得率最高；随着保压时间继续增加，得率趋于稳定，表明提取进入动态平衡状态，且保压时间过长会导致提取物的结构发生变化。与訾鸿威对灵芝三萜的研究结果相似，方差分析结果表明，保压时间对得率具有显著影响（＜0.05）。故选取保压时间3～7 min 作为后续正交试验的水平范围。

2.2.1.4 不同料液比对灵芝三萜得率的影响 如图2d可知，随着料液比的增加，溶质逐渐充分溶解，三萜得率逐渐增加；当料液比为1:20（g/mL）时效果最好；而后略呈下降趋势，与文献[20]研究结果相似。Corrales 等研究表明增加料液比能降低原料颗粒周围的提取物浓度，促进目标提取物的扩散和溶出，有利于增加提取率。方差分析结果表明，料液比对得率具有显著影响（＜0.05）。因此，选取料液比为1:15～1:25 g/mL 作为正交试验的水平范围。

图2 超高压辅助提取各因素对三萜得率的影响Fig.2 Effect of different factors on the yield of triterpenoids assisted extracted by UHP

2.2.2 超高压正交试验结果 按表1 进行正交试验，结果如图表3 所示。表3 中的极差R 分析表明，各因素主次顺序为：压力（A）＞乙醇浓度（B）＞保压时间（C）＞料液比（D），通过极差分析获得最优参数组合为ABCD，即压力350 MPa、乙醇浓度90%、保压时间为7 min、料液比为1:20 g/mL，为表3 中5 号实验。在此最优提取条件下，做三次重复试验取均值，得出灵芝三萜的得率为1.154%，标准差为2.59%。

表3 超高压辅助提取正交试验结果Table 3 Orthogonal experimental results of the assisted extraction by UHP

2.3 有机溶剂浸提工艺优化

2.3.1 单因素实验结果

2.3.1.1 浸提温度对灵芝三萜得率的影响 由图3a所示，在50～80 ℃温度范围内，得率随温度的提高而增大，这是由于温度能提高目标提取物的扩散速率和溶解度，促进有效成分的溶出，进而提高得率；但当温度过高时，易导致热敏性物质的降解，并可能造成三萜类化合物结构破坏，从而降低灵芝三萜的得率，而且温度越高能耗越大。与郑士彬等等研究结果相近。方差分析结果表明，温度对得率具有显著影响（＜0.05）。因此，选取温度75～85 ℃为后续正交试验的水平范围。

2.3.1.2 提取时间对灵芝三萜得率的影响 由图3b可知，在一定时间范围内适当延长提取时间可以提高其得率；当时间为2～3 h 时，灵芝三萜得率变化趋于稳定，随着提取时间的继续增加，灵芝三萜得率下降；可能的原因是，随着提取时间延长，增加溶剂中其他醇溶性成分的溶出，与三萜类物质竞争溶剂，且时间过长，提取效率过低，和文献[15]研究结果相近，方差分析结果表明，提取时间对得率具有显著影响（＜0.05）。因此，选取时间2.5～3.5 h 为后续正交试验的水平范围。

2.3.1.3 乙醇浓度对灵芝三萜得率的影响 由图3c所示，当乙醇浓度在60%～80%时，随着乙醇浓度的增加三萜得率逐渐增加，而后灵芝三萜得率逐渐下降。原因是灵芝总三萜可能以苷和苷元两种形式存在，苷易溶于水，苷元易溶于醇，所以乙醇浓度过高或过低都不利于二者的提取。方差分析结果表明，乙醇浓度对得率具有显著影响（＜0.05）。图中乙醇浓度80%～90%均处于高点区，本着高区选择原则，选取乙醇浓度80%～90%为后续正交试验的水平范围。若选取75%～85%，则偏离了高点区域，可能会造成优化结果的偏差。后续正交试验结果也证明了这一点。

图3 有机溶剂浸提法各因素对三萜得率的影响Fig.3 Effect of different factors on the yield of triterpenoids extracted by the organic solvent method

2.3.1.4 料液比对灵芝三萜得率的影响 灵芝三萜提取得率的影响结果如图3d 所示，其变化规律及原因与2.2.1.4 相似，并与袁媛研究结果相一致，不再赘述。方差分析结果表明，料液比对得率具有显著影响（＜0.05），选取料液比为1:20～1:30（g/mL）为后续正交试验的水平范围。

2.3.2 有机溶剂浸提正交试验结果 由表4 极差R 分析可知，各主次因素依次为：浸提温度（A）＞浸提时间（B）＞料液比（D）＞乙醇浓度（C），其最优参数组合为ABCD，即浸提温度为75 ℃、提取时间为3 h、乙醇浓度为90%、料液比为1:25（g/mL）。在此最优提取条件下，做三次验证试验取均值，灵芝三萜得率为0.925%，标准差3.12%，均高于表4 中各项结果。

表4 有机溶剂浸提正交试验结果Table 4 Orthogonal experimental results of the organic solvent extraction

由上述2.2 和2.3 的试验结果对比分析可以看出，超高压辅助提取灵芝三萜优于有机溶剂浸提法，原因是其提取原理不同。超高压是利用100～1000 MPa的冷等静压，改变细胞的渗透性，提高传质速率，促进被提取物的溶出，从而提高提取得率及效率；陈瑞战通过对比超高压和回流对人参根粉末的影响，发现在短时间里细胞器及胞内物质被破坏，细胞结构变得松散，空隙率增大，解释了超高压提取得率及效率更高的原因；而有机溶剂浸提是利用物质的相似相溶原理，通过加热溶解扩散，将活性物质溶于有机溶剂的过程，其速度慢、效率低。因此，超高压辅助提取得率更高，效果更好。

2.4 不同提取方法灵芝三萜浸提液抗氧化性结果

2.4.1 灵芝三萜对DPPH 自由基清除率 如图4 所示，随着灵芝三萜浓度的增加，其DPPH 自由基清除能力均逐渐增强。在浓度为3 mg/mL 时，超高压辅助提取法DPPH 自由基清除率为59.64%±2.44%，IC达到1.8 mg/mL；而有机溶剂浸提法DPPH 自由基清除率仅为41.87%±2.72%，且未达到IC抑制水平。可见，超高压灵芝三萜提取液DPPH 自由基清除能力优于有机溶剂浸提液。

图4 灵芝三萜对DPPH 自由基的清除能力Fig.4 Scavenging ability of Ganoderma lucidum triterpenes on DPPH free radical

2.4.2 灵芝三萜对羟自由基清除率 由图5 可知，随着灵芝三萜溶液浓度的增加，其羟自由基清除率不断提高。在浓度为3 mg/mL 时，超高压辅助提取法羟自由基清除率高达62.31%±1.57%，IC达到2 mg/mL；而有机溶剂浸提在3 mg/mL 时最大清除率仅为43.36%，且未达到IC抑制水平。表明在提取液浓度相同的情况下，超高压灵芝三萜提取液清除羟自由基的能力高于有机溶剂浸提液。

图5 灵芝三萜对羟自由基的清除能力Fig.5 Scavenging ability of Ganoderma lucidum triterpenes on hydroxyl radicals

上述试验结果表明，相同浓度条件下，超高压提取的灵芝三萜抗氧化活性更强，对DPPH 自由基的和羟自由基的清除率均高于有机溶剂浸提液。其原因主要有两个：一是超高压提取是在室温条件下进行的，避免了高温对热敏性成分带来的不利影响，有利于保护天然产物的生物活性；二是超高压独特的作用机理，使其对小分子物质（如皂甙、黄酮、生物碱等）的分子结构没有影响或影响很小，可有效保护灵芝三萜的生物活性；而有机溶剂浸提法，提取温度高、时间长，对生物活性成分影响大，因此，灵芝三萜超高压浸提液抗氧化性优于传统有机溶剂浸提液，说明超高压辅助提取更有利于保护灵芝三萜生物活性。

综上所述，超高压辅助提取法比有机溶剂浸提法提取得率更高，三萜抗氧化活性更强。同时，超高压辅助提取法具有低温、高效，适于热不稳定物质提取等优点，有望在未来天然产物提取领域具有广泛的应用。

3 结论

本试验对灵芝三萜超高压提取和有机溶剂浸提进行了工艺优化和体外抗氧化活性研究，确定了超高压辅助提取灵芝三萜的最佳工艺为：压力为350 MPa、料液比1:20 g/mL、保压时间7 min、乙醇浓度90%，三萜得率为1.154%；有机溶剂浸提法的最佳工艺为：料液比1:25 g/mL、乙醇浓度90%、提取温度75 ℃、提取时间3 h，三萜得率为0.925%。抗氧化性研究结果表明：超高压提取液在浓度为3 mg/mL 时，对DPPH 和羟自由清除率分别为59.64%±2.44%，62.31%±1.57%，IC分别是1.8 和2.0 mg/mL，而同浓度有机溶剂浸提液仅为41.87%±2.72%、43.36%±2.36%，未达到IC抑制水平，且灵芝三萜浓度与抗氧化活性呈现良好的相关性。本文的研究结果表明，超高压辅助提取法的提取得率及灵芝三萜抗氧化性均优于传统的有机溶剂浸提法。当然，这仅是本课题组阶段性研究结果，还存在提取方法不够全面，缺乏灵芝三萜结构分析结果支撑，尚无法十分清楚地揭示其作用机理等不足，课题组正在有序开展后续研究工作，以期为灵芝的深加工及综合利用提供更有力参考和支撑。