呂旭聰,賈瑞博,李 燕,周文斌,劉 斌
(1.國家菌草工程技術研究中心,福建 福州350002;2.福建農(nóng)林大學 食品科學學院,福建 福州 350002;3.陽光國際集團科技發(fā)展有限公司,福建 泉州 362000)
灰樹花抗氧化活性多酚的提取純化及其鑒定
呂旭聰1,2,3,賈瑞博1,2,李燕1,2,周文斌1,2,劉斌1,2
(1.國家菌草工程技術研究中心,福建 福州350002;2.福建農(nóng)林大學 食品科學學院,福建 福州 350002;3.陽光國際集團科技發(fā)展有限公司,福建 泉州 362000)
以抗氧化活性為指標,通過單因素試驗和正交試驗對灰樹花多酚提取工藝進行優(yōu)化,確定最佳提取條件為提取時間2.5 h,提取溫度70℃,料液比1∶50(g∶mL)。提取的多酚經(jīng)大孔樹脂NKA-Ⅱ動態(tài)吸附和解吸得到3個不同多酚組分,分別為體積分數(shù)為20%、40%及60%乙醇洗脫物。以DPPH自由基清除率、羥基自由基清除率以及總還原力為指標測定不同組分的抗氧化活性,結(jié)果表明,體積分數(shù)為40%乙醇洗脫物的抗氧化作用最強。采用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜對體積分數(shù)為40%乙醇洗脫物多酚組分進行分離鑒定,通過對應的質(zhì)譜結(jié)果分析可推測其中的多酚組分包括2-羥基丁二酸、香豆酸、3-羥基白藜蘆醇、白藜蘆醇、二羥基苯乙酸、咖啡酸和4-羥基苯甲酸等物質(zhì)。
灰樹花;多酚;大孔樹脂;抗氧化;高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜
灰樹花(Grifola frondosa)屬擔子菌亞門層菌綱非褶菌目多孔菌科樹花菌屬真菌[1],作為一種珍貴的食、藥兼用蕈菌,灰樹花的多種營養(yǎng)素和生理功效成分居各種食用菌之首,素有“食用菌王子”和“華北人參”之美譽。相關研究表明,灰樹花具有增強免疫力、抑制腫瘤、抗病毒、抗氧化防衰老、穩(wěn)定血壓、降血糖血脂、改善脂肪代謝及緩解肝炎癥狀、增強記憶力等多種醫(yī)療保健功效[2-10]。然而,目前對灰樹花功效成分的研究主要集中在多糖、蛋白質(zhì)或肽類、糖蛋白或蛋白聚糖、脂類等[11],對多酚類物質(zhì)及其活性研究相對較少。
人體內(nèi)的氧化損傷與動脈粥樣硬化、心血管疾病、糖尿病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生密切相關[12]。近年來,食用菌的抗氧化作用開始受到關注,從食用菌中開發(fā)天然、高效,具有醫(yī)療保健功能的抗氧化食品或藥品具有很高的開發(fā)價值和廣闊的應用市場,己成為當今一個重要的研究方向[13]。多酚具有抗衰老、抗輻射、清除體自由基等功能,對心腦血管疾病的防治具有良好功效。研究表明,多酚是食用菌中起抗氧化作用的主要活性成分[14],陳向東等[15]從灰樹花菌絲體中分離得到粉末狀物質(zhì),應用光譜技術和化學鑒別試驗證明其主要為多酚類物質(zhì),并采用紅細胞氧化溶血和丙二醛(malondialdehyde)試驗證實了灰樹花多酚粗提物具有較強的抗氧化作用。但關于灰樹花多酚的提取純化工藝目前尚少見相關的研究報道,因此,本研究以總還原力為評價指標,首先通過單因素和正交試驗對灰樹花子實體具有抗氧化活性的多酚成分提取工藝進行優(yōu)化,經(jīng)大孔樹脂NKA-Ⅱ動態(tài)吸附和解吸附制備不同的多酚組分,并對其抗氧化活性進行研究,并對抗氧化活性最強的多酚組分進行鑒定。本研究目的在于分離制備具有較強抗氧化活性的灰樹花多酚組分,為灰樹花多酚的進一步開發(fā)利用提供參考。
1.1材料與試劑
無水乙醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鐵、三氯乙酸、福林酚、無水碳酸鈉、硫酸亞鐵、30%過氧化氫、濃鹽酸、水楊酸、氯化亞鐵、鐵氰化鉀,HPD-600大孔樹脂(極性)、NKA-9(極性)、X-5(非極性)、NKA-Ⅱ(極性)、AB-8(弱極性)、HP-20(非極性)、D101(非極性)、S-8(極性)、聚酰胺以及HZ-801(非極性):國藥集團化學試劑有限公司;沒食子酸標準品、三羥甲基氨基甲烷、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼:美國Sigma公司;甲醇、甲酸、乙酸、乙腈均為色譜純:國藥集團化學試劑有限公司;0.22 μm水相濾膜、0.22 μm有機相濾膜、一次性針管:北京索萊寶科技有限公司;灰樹花干品:購自慶元縣禾帝農(nóng)產(chǎn)品專業(yè)合作社,粉碎,過80目篩備用。
1.2儀器與設備
HH-3A數(shù)顯三用水浴鍋:金壇市精達儀器制造廠;SC-3612低俗離心機:科大創(chuàng)新股份有限公司;EO2140電子分析天平:賽多利斯科學儀器北京有限公司;R201旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:上海申生科技有限公司;DHG-9240A電熱恒溫干燥箱:上海一恒科技有限公司;TYPEFDU-1000冷凍干燥機:東京理化器械株式會社;TU-1810紫外可見分光光度計:普析通用有限公司;LC-20AT高效液相色譜儀:日本島津公司;LCQ Deca XP Plus液相色譜-離子阱質(zhì)譜聯(lián)用儀:美國安捷倫公司。
1.3試驗方法
1.3.1多酚組分提取單因素試驗
精確稱取灰樹花粉末1.00 g,分別用不同體積分數(shù)(0、20%、40%、60%、80%、100%)乙醇,在不同提取溫度(40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃),不同提取時間(30 min、60 min、90 min、120 min、150 min)及不同料液比(1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60(g∶mL))條件下處理,將抽濾后所得樣液進行定容,取樣液0.5 mL,補水至1 mL,測定總還原力,考察提取溶劑、提取溫度、提取時間、料液比對抗氧化多酚物質(zhì)提取的影響。
1.3.2多酚組分提取條件優(yōu)化正交試驗
在單因素提取試驗的基礎上,選擇提取溫度(A)、提取時間(B)、料液比(C)進行3因素3水平正交試驗設計。以總還原力為評價指標,對灰樹花抗氧化多酚的提取工藝條件進行優(yōu)化。正交試驗因素與水平見表1。
表1 提取條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for extraction conditions optimization
1.3.3灰樹花多酚類物質(zhì)的含量測定及分離純化
(1)沒食子酸標準曲線的繪制[16]
吸取0、10.0 mg/L、20.0 mg/L、30.0 mg/L、40.0 mg/L、50.0 mg/L的沒食子酸標準使用液各1.0 mL,分別加5.0 mL水,1.0 mL福林-酚試劑和3.0 mL碳酸鈉溶液,混勻,沒食子酸標準溶液質(zhì)量濃度分別為0、1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L、4.0 m/L、5.0 mg/L,顯色,放置2 h,以蒸餾水管為空白,在765 nm波長處測定標準溶液的吸光度值,以沒食子酸質(zhì)量濃度(x)為橫坐標,吸光度值(y)為縱坐標,繪制標準曲線。得到回歸方程為y=0.014 9x+0.005 0,相關系數(shù)R2=0.999 3,標準曲線的擬合度良好,可以用于灰樹花多酚含量的測定。
(2)大孔樹脂的優(yōu)選
分別精確稱取預處理好的大孔樹脂HPD-600(極性)、NKA-9(極性)、X-5(非極性)、NKA-Ⅱ(極性)、AB-8(弱極性)、HP-20(非極性)、D101(非極性)、S-8(極性)、HZ-801(非極性)和聚酰胺各5 g,加入樣液100 mL,振蕩吸附12 h,測定多酚的含量,從而確定各型號大孔樹脂的吸附率和解吸率。以優(yōu)選的大孔樹脂為填料柱層析,用體積分數(shù)為20%、40%、60%和80%的乙醇以1.0 mL/min的流速進行洗脫,每個濃度洗脫2個柱體積,收集不同的洗脫液洗脫樣品。
1.3.4多酚組分的抗氧化活性測定
(1)羥基自由基(·OH)清除能力[17]
取不同濃度待測樣品溶液1 mL,加入9 mmol/L FeSO41 mL、9 mmol/L水楊酸-乙醇溶液1 mL,最后加8.8 mmol/L H2O21 mL啟動反應,在37℃水浴下反應30 min,在波長510 nm下測定各濃度溶液的吸光度值。由于H2O2與Fe2+混合會產(chǎn)生·OH,而水楊酸會捕捉·OH并產(chǎn)生有色物質(zhì),由于樣品本身存在吸光度值,則以9 mmol/L FeSO41 mL、9 mmol/L水楊酸-乙醇溶液1 mL各自加入不同濃度的樣品溶液1 mL以及蒸餾水1 mL作為樣品的對照吸收值(即蒸餾水代替8.8 mmol/L H2O2)。按下式計算·OH清除率:
(2)DPPH·清除能力的測定[18]
取2.0 mL不同濃度待測樣品溶液,加入0.2 mmol/L DPPH·乙醇溶液2.0 mL,混合均勻后避光放置30 min,在波長517 nm處測定其吸光度值。以2.0 mL體積分數(shù)為95%乙醇代替樣品為空白對照;以2.0 mL樣品與2.0 mL體積分數(shù)為95%乙醇混合液為樣品對照,以消除樣品本身顏色的影響。DPPH·清除率的計算公式如下:
(3)總還原力測定[19]
在試管中分別加入0.2 mol/L pH 6.6的磷酸緩沖液2.5 mL和不同濃度的待測樣品溶液1 mL,加入2.5 mL 1%鐵氰化鉀溶液,混合均勻后于50℃水浴中反應20 min。取出后迅速冷卻并加入2.5 mL 10%三氯乙酸終止反應,3 500 r/min離心10 min。取上清液2.5 mL,加入2.5 mL蒸餾水和0.5 mL 0.1%三氯化鐵溶液,混勻后靜置10 min,在700 nm波長處測定各溶液的吸光度值A700nm。以吸光度值反映總還原力,吸光度值越大說明還原能力越強。還原力的計算公式如下:
1.3.5多酚組分的HPLC-MS分析
高效液相色譜條件:Agilent ZORBAX SB-Aq色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);檢測器二極管陣列檢測器(diode array detector,DAD);甲醇(A)和0.1%甲酸溶液(B)作為HPLC流動相,洗脫程序為0~30 min:A(5%)+B(95%)→A(60%)+B(40%);30~35 min:A(60%)+B(40%)→A(5%)+B(95%);35~45 min:A(5%)+B(95%)。流速1.0 mL/min;檢測波長為280 nm;柱溫維持在30℃;進樣量為10 μL。
質(zhì)譜條件:電噴霧離子源(electronic spay ion,ESI),電壓為3.0 kV,孔電壓20 V,離子源溫度130℃,解離溫度350℃,結(jié)合光譜在負離子模式進行質(zhì)譜分析,質(zhì)譜分析范圍50~600 m/z。
鑒定方法:一級質(zhì)譜確定的準分子離子通過歐洲Phenol-Explorer多酚數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站http://phenol-explorer.eu/進行鑒定,推測可能的多酚組分,即:通過高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)法得出各個色譜峰的分子質(zhì)量,然后通過質(zhì)譜得到的分子質(zhì)量在多酚數(shù)據(jù)庫中搜索相應的多酚種類。然后利用二級質(zhì)譜碎片離子確定灰樹花活性多酚組分的多酚類物質(zhì)。
2.1單因素試驗結(jié)果
2.1.1不同提取溶劑對多酚總還原力的影響的影響
在提取溫度80℃、提取時間2 h、料液比1∶40(g∶mL)的條件下,探究不同提取溶劑對灰樹花多酚總還原力的影響,結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知,灰樹花提取液的總還原力隨著乙醇體積分數(shù)的升高呈現(xiàn)顯著下降趨勢。隨著乙醇體積分數(shù)的升高,溶劑的極性逐漸減弱,這表明極性較強的組分表現(xiàn)出強的抗氧化活性。本研究主要針對抗氧化活性強多酚類物質(zhì)進行研究,所以選擇水(乙醇體積分數(shù)0)作為提取溶劑。
圖1 不同乙醇體積分數(shù)對多酚的總還原力的影響Fig.1 Effect of different ethanol concentration on total reducing power of polyphenols
2.1.2不同提取溫度對多酚提取的影響
在以水為提取溶劑、提取時間2 h、料液比1∶40(g∶mL)的條件下,探究不同提取溫度對多酚總還原力的影響結(jié)果見圖2。
由圖2可知,提取溫度升高,能夠促進灰樹花抗氧化多酚類物質(zhì)的溶出,當提取溫度>80℃,其總還原力降低,可能是由于其多酚組分熱不穩(wěn)定性,溫度過高會導致其活性成分破壞,導致還原力減弱。因此,選擇最佳提取溫度為80℃。
2.1.3不同料液比對多酚提取的影響
在以水為提取溶劑、提取時間2h、提取溫度80℃的條件下,探究不同料液比對多酚總還原力的影響結(jié)果見圖3。
由圖3可知,隨著料液比增加,多酚類物質(zhì)能夠被更好的浸漬出來,總還原力增加,當料液比為1∶40(g∶mL)時,總還原力達到最大,料液比>1∶40(g∶mL)之后,對多酚組分的總還原力影響較小。因此,選擇最佳提取料液比為1∶40(g∶mL)。
圖3 不同料液比對多酚總還原力的影響Fig.3 Effect of different material-liquid ratio ontotal reducing power of polyphenols
2.1.4不同提取時間對多酚提取的影響
在以水為提取溶劑、提取溫度80℃、料液比1∶40(g∶mL)的條件下,探究不同提取時間對多酚總還原力的影響結(jié)果見圖4。
圖4 不同提取時間對灰樹花多酚總還原力的影響Fig.4 Effect of different extraction time on total reducing power of polyphenols
由圖4可知,隨著提取時間的增加,灰樹花多酚提取率增大,總還原力也隨之增大,呈正效應關系;當提取時間為120 min時,總還原力最大,為0.69;當提取時間>120 min后,所測得的灰樹花總還原力無顯著提升。因此,選擇最佳提取時間為120 min。
2.2提取條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果
表2 提取條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for extraction conditions optimization
由表2可知,提取溫度、提取時間和料液比3個因素對提取物的總還原力均有一定的影響,其影響程度為B>C>A,其中,提取時間是影響多酚提取的最關鍵因素,提取溫度的影響最小。極差分析還顯示最佳提取條件組合為A1B3C3,即抗氧化多酚提取的最佳工藝為提取時間2.5 h,提取溫度70℃,料液比1∶50(g∶mL)。此最佳條件下,提取物總還原力為0.89。
2.3多酚的分離純化結(jié)果
2.3.1多酚大孔吸附樹脂優(yōu)選
不同大孔樹脂對灰樹花多酚的吸附率及解吸率結(jié)果見圖5。由圖5可知,非極性大孔樹脂HP-20、X-5、D101,弱極性AB-8,以及極性大孔樹脂S-8、NKA-Ⅱ、NKA-9、HPD-600對灰樹花多酚的吸附率均較高,其中NKA-Ⅱ的解吸率相對較高,達69.7%,故本試驗選用了NKA-Ⅱ型大孔樹脂作為多酚的柱層析填料。NKA-Ⅱ型大孔樹脂為紅棕色不透明球狀顆粒,比表面積為160~200 m2/g。相關研究報道了核桃餅粕、紅皮云杉球果、粒毛盤菌的抗氧化多酚物質(zhì)分別采用了HDP-100、D101和X-5等非極性樹脂進行分離純化[20-22],與本研究灰樹花多酚的純化所采用的NKA-Ⅱ型大孔樹脂極性不一樣,這可能是由于灰樹花抗氧化多酚與此類抗氧化多酚類物質(zhì)的種類不一樣。
圖5 大孔樹脂篩選結(jié)果Fig.5 Screening results of macroporous resin
2.3.2NKA-Ⅱ型大孔樹脂柱層析結(jié)果
圖6 不同洗脫組分的多酚含量Fig.6 The polyphenol content of different elution components
由圖6可知,灰樹花多酚的極性較強,大部分在體積分數(shù)為20%乙醇洗脫時被洗脫下來。所測定體積分數(shù)為20%乙醇洗脫,體積分數(shù)為40%乙醇洗脫和體積分數(shù)為60%乙醇洗脫得到的多酚質(zhì)量濃度分別為3.05 μg/mL,0.65 μg/mL和0.11 μg/mL。
2.4多酚組分的抗氧化活性研究
將大孔樹脂純化得到了體積分數(shù)為20%乙醇、40%乙醇及60%乙醇洗脫液。分別測定了這三個組分的羥基自由基清除率、DPPH自由基清除率和總還原力,其結(jié)果見圖7,半抑制濃度結(jié)果見表3。
圖7 不同洗脫多酚組分的DPPH自由基(a)、羥基自由基(b)清除率及總還原力(c)Fig.7 The scavenging rate of DPPH free radical(a),hydroxyl free radical(b)and total reducing power(c)of different elution polyphenols components
由圖7可知,不同質(zhì)量濃度的樣品DPPH清除力見圖7a,各樣品均具有一定的DPPH清除力,在一定的濃度范圍內(nèi),顯一定的量效關系,其中40%乙醇洗脫物的DPPH清除力優(yōu)于60%的乙醇洗脫液。由圖7b可知,各樣品均具有一定的羥自由基清除力,低質(zhì)量濃度的樣品羥自由基清除力甚至優(yōu)于抗壞血酸。由圖7c可知,40%的乙醇洗脫液總還原力優(yōu)于當前公認的抗氧化劑(抗壞血酸)。
表3 抗氧化半抑制濃度Table 3 The half inhibitory concentration of antioxidant
半抑制濃度越小,表明其抗氧化效果越好。由表3可知,抗壞血酸的總還原力半抑制濃度為93.57 μg/mL,體積分數(shù)為20%、40%和60%乙醇解吸液的總還原力半抑制濃度分別為86.07μg/mL、45.19μg/mL和69.12μg/mL,DPPH自由基清除率半抑制濃度分別為12.41 μg/mL、11.80 μg/mL、16.71 μg/mL,羥基自由基清除率半抑制濃度分別為111.68 μg/mL、112.67 μg/mL、113.52 μg/mL。結(jié)果表明,3個組分都具有一定的抗氧化活性,其中體積分數(shù)為40%乙醇洗脫組分具有較強的抗氧化活性,其還原力甚至優(yōu)于當前公認的抗氧化劑抗壞血酸。
2.5灰樹花多酚液質(zhì)聯(lián)用分析結(jié)果
對體積分數(shù)為40%乙醇洗脫物的灰樹花多酚組分進行鑒定,HPLC-MS/MS圖結(jié)果見圖8,各組分鑒定結(jié)果見表4。
圖8 灰樹花活性多酚組分HPLC-MS/MS圖譜Fig.8 The HPLC-MS/MS spectrogram ofGrifola frondosa polyphenol components
經(jīng)一級質(zhì)譜測得的分子離子(m/z)通過歐洲Phenol-Explorer數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站http://phenol-explorer.eu/進行初步鑒定,推測可能的多酚種類;然后利用二級質(zhì)譜碎片離子確定灰樹花活性多酚組分。由表4可知,體積分數(shù)為40%乙醇洗脫的灰樹花多酚組分包括2-羥基丁二酸(marlic acid)、香豆酸(coumaric acid)、3-羥基白藜蘆醇(piceatannol)白藜蘆醇(resveratrol)、二羥基苯乙酸(3,4-dihydroxyphenylacetic acid)、咖啡酸(caffeic acid)和4-羥基苯甲酸(4-hy-droxy-ben-zoic acid)等。圖8中某些色譜峰由于沒有找到相應的質(zhì)譜數(shù)據(jù)參考值,還需要進行多級質(zhì)譜解析才能進一步確定;這些色譜峰也有可能是新的組分,需要進一步采用核磁共振波譜才能夠準確地進行結(jié)構(gòu)解析和鑒定。
表4 40%乙醇洗脫的灰樹花多酚組分HPLC-MS/MS鑒定結(jié)果Table 4 HPLC-MS/MS analysis was conducted to identify the composition of the 40%EE
采用單因素及正交試驗對多酚提取條件進行優(yōu)化,確定最佳提取條件為提取時間2.5 h,提取溫度70℃,料液比1∶50(g∶mL),此最佳條件下總還原力為0.89。
選擇NKA-Ⅱ型大孔樹脂,然后采用大孔樹脂動態(tài)吸附和解吸附得到了灰樹花3個不同的多酚組分,分別為體積分數(shù)為20%、40%和60%乙醇洗脫物。
針對灰樹花多酚洗脫組分測定了DPPH自由基清除率、羥基自由基清除率以及總還原力,結(jié)果得到3個組分都具有一定的抗氧化活性,體積分數(shù)為40%乙醇洗脫物的抗氧化活性最強。
通過體積分數(shù)為40%乙醇洗脫的灰樹花多酚組分進行鑒定,結(jié)果表明,40%乙醇洗脫物中的多酚組分主要是2-羥基丁二酸(marlic acid)、香豆酸(coumaric acid)、3-羥基白藜蘆醇(piceatannol)白藜蘆醇(resveratrol)、二羥基苯乙酸(3,4-dihydroxyphenylacetic acid)、咖啡酸(caffeic acid)和4-羥基苯甲酸(4-hydroxy-benzoic acid)等。此外,還有一些多酚組分沒有找到相應的參考值,還需進行多級質(zhì)譜解析鑒定,也有可能是一些新的多酚組分,需要進一步采用核磁共振波譜才能進行結(jié)構(gòu)解析和鑒定。
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Purification and identification of polyphenols with antioxidant activity fromGrifola frondosa
LV Xucong1,2,3,JIA Ruibo1,2,LI Yan1,2,ZHOU Wenbin1,2,LIU Bin1,2
(1.National Engineering Technology Research Center of JUNCAO,F(xiàn)uzhou 350002,China;2.College of Food Science,F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University,F(xiàn)uzhou 350002,China;3.Sunshine International Group Technology Development Co.,Ltd.,Quanzhou 362000,China)
Using antioxidant activity as the index,the extraction processes of polyphenols inGrifola frondosawere optimized by single factor and orthogonal experiments.The optimum extraction conditions were determined as followed:extraction time 2.5 h,temperature 70℃and solid-liquid ratio 1∶50(g∶ml).The extracted polyphenols were dynamic adsorbed and desorbed dynamically by macroporous resin NKA-Ⅱ,three different polyphenols components(20%,40%and 60%ethanol elution(EE))were obtained.Using DPPH free radical scavenging rate,hydroxyl free radical scavenging rate and the total reducing power as indexes,the antioxidant activity of the different components were determined.The results showed that the antioxidant activity of 40%EE was the strongest.40%EE polyphenols component was isolated and identified by HPLC-MS/MS.Mass spectrometry analysis results showed that 2-hydroxy succinic acid,cumaric acid,3-hydroxy resveratrol,dihydroxyphenylacetic acid,caffeic acid and 4-hydroxybenzoic acid were the main components in the 40%EE.
Grifola frondosa;polyphenols;macroporous resin;antioxidant activity;HPLC-MS/MS
TS255.1
0254-5071(2016)03-0074-06
10.11882/j.issn.0254-5071.2016.03.017
2015-12-20
中國博士后科學基金項目(2015M570549);福建省教育廳科技計劃項目A類課題(JA14107)
呂旭聰(1984-),男,助理研究員,博士,研究方向為食品生物技術。