鹿茸菇研究进展*
2022-04-06李文佼温世勇张洪勇朱金英裴艳婷魏龙雪陆学东王秀芬张书良
李文佼,温世勇,张洪勇,朱金英,裴艳婷,魏龙雪,陆学东,王秀芬,张书良**
(1.德州市农业科学研究院,山东 德州 253015;2.德州学院生命科学学院,山东 德州 253023;3.德州市陵城区农业技术推广中心,山东 德州 253500;4.德州市农业机械服务中心,山东 德州 253500)
鹿茸菇,学名荷叶离褶伞 (Lyophyllum decastes,属担子菌亚门 (Basidiomycotina)伞菌目(Agaricales)白蘑科 (Tricholomataceae)离褶伞属(Lyophyllum)。在欧洲被称为 Fried chicken mushroom,又名“路基蘑”“铁道蘑”“荷叶蘑”等;在中国因其切片与名贵中药鹿茸相似而得名鹿茸菇,为食药兼用的大型真菌。鹿茸菇广泛分布于北半球温带地区,在我国辽宁、吉林、黑龙江、江苏、青海、四川、贵州、云南、新疆、内蒙古大兴安岭中南部等地都有分布[1]。近年来,人工设施栽培集中在山东、广东、江苏、云南等省份,工厂化、规模化栽培主要集中在山东和江苏等地。鹿茸菇口感脆滑,味道鲜美,其子实体和菌丝体均具有较高的营养价值,富含膳食纤维[2-3]。子实体多糖具有良好的生物活性,具有抗肿瘤[4]、提高免疫功能[5]、抗菌作用[6-7]、降血糖[8]、降血脂[9]等功效,有着广阔的生物医药开发和保健食品应用前景。
1 鹿茸菇人工培育
1.1 鹿茸菇国外栽培现状
1998年,日本王子制纸株式会社率先实现鹿茸菇的室内栽培,成为鹿茸菇工厂化栽培起点;2004年,日本宝酒造株式会社实现室内无覆土栽培[10]。随着栽培管理技术逐渐成熟,日本鹿茸菇产量逐年递增,2008年达到顶峰,为2 940.6 t[11]。但由于菌丝定植缓慢、污染率较高、菌株退化等原因,之后产量迅速下降,2009年降至1 791.7 t,2013年为1 242 t,2016 年仅为 743 t[11]。
1.2 鹿茸菇国内栽培现状
李植森[12]在1973年利用制备的腐殖土在室内和山林分别实现鹿茸菇栽培。2000年,魏生龙[13]实现祁连山野生鹿茸菇子实体的驯化栽培,并通过瓶栽和袋栽获得子实体。2006年,鹿茸菇设施化周年栽培在上海丰科生物科技股份有限公司实现;2013年末,上海福茂食用菌有限公司实现鹿茸菇栽培机械化操作和工厂化生产[10]。2014年,我国鹿茸菇产量达到960 t,2015年后产量增长迅速,2019年达到2 160 t[14]。
1.3 鹿茸菇栽培条件
魏生龙等[15]研究发现,鹿茸菇孢子萌发最适温度为20℃,在50℃条件下15 min致死;菌丝体在25℃、pH为4~5的条件下生长良好,在45℃条件下30 min致死;子实体在以蔗糖和葡萄糖为碳源、以麦麸为氮源、碳氮比为50∶1的条件下生长旺盛;19℃利于子实体分化,但温差超过9℃后子实体不易分化;完全黑暗条件下不能形成子实体。席亚丽等[16]发现,在使用摇瓶发酵法时,玉米面为碳源、麸皮为氮源、碳氮比16∶1的条件适宜鹿茸菇菌丝生长;菌丝最适发酵条件为26℃、160 r·min-1、pH 7.0、接种量10%,发酵6 d~8 d进入稳定生长期。李晓等[17]研究发现,当PDA培养基中碳源为葡萄糖、氮源为牛肉膏时,菌丝生长情况最好,添加硫酸镁和磷酸二氢钾(浓度均为0.1%),pH约为10时,菌丝生长浓密;菌丝在液体培养基培养第11天出现老化现象。Arana-Gabriel Y等[18]研究了生长在墨西哥中部的野生鹿茸菇的遗传特征和生长条件,发现野生鹿茸菇在马铃薯葡萄糖琼脂培养基中生长较快,而在麦芽提取物-蛋白胨和酵母琼脂培养基中生长速率较低,但具有更高的生物量。
孙翠杰等[20]研究发现,以森林枯枝、落叶和野草为原材料能够实现鹿茸菇的工厂化栽培,生产完成后的菌渣通过生物发酵技术作为经济林基肥,形成森林资源-菌-(林+菌)-林菌产品深加工的生态循环体系,实现资源减量再利用、林菌复合经营的良性循环。
1.4 鹿茸菇人工育种
梁倩倩等[21]利用原生质体紫外诱变方法筛选多糖高产菌株,30℃培养72 h的菌株,使用0.6 mol·L-1蔗糖稳渗剂、1%溶壁酶+0.5%蜗牛酶混合酶液酶解2.5 h,原生质体获得率为5.76×105个/mg,再生率为7.81%;突变菌株的多糖含量为643.196 1 mg·g-1,与原菌株相比较提高31.05%,经10次传代培养,菌株的多糖含量性状保持稳定。周霞等[22]利用4 d菌龄菌株,在30℃、0.6 mol·L-1甘露醇、1%溶壁酶+1%蜗牛酶条件下酶解2.5 h制备原生质体,原生质体获得率为1.38×107个/mL,再生率为1.27%,通过紫外线诱变技术筛选出的菌株多糖含量提高了34.49%,遗传稳定性较好。
2 鹿茸菇营养成分
2.1 营养价值评价
席亚丽等[2-3]发现鹿茸菇子实体和菌丝体具有较高的营养价值,蛋白质含量分别为21.4%和28.3%,脂肪含量分别为1.44%和2.78%,氨基酸种类分别为17种和18种,粗多糖含量分别为3.55%和1.77%,富含多种维生素B族、烟酸及微量元素。郑宏亮[12]研究发现,人工栽培与野生鹿茸菇相比较,粗纤维、灰分、VB1和VB2、麦角甾醇含量较高,粗蛋白、粗脂肪和风味氨基酸含量较低,而且由于野生鹿茸菇重金属含量超标,因此人工栽培鹿茸菇更适宜食用。
2.2 鹿茸菇多糖
2.2.1 鹿茸菇多糖的结构
刘影等[23]对鹿茸菇多糖精细结构进行研究,发现鹿茸菇多糖是重均分子量(Mw)为8 681 Da的均一多糖,结构见图1。
如图1所示,推测鹿茸菇多糖的糖单元结构由葡萄糖残基和半乳糖残基以2∶1的比例组成,并以1,4-α-葡萄糖残基为主链,其中一个葡萄糖残基的6-O位上连接支链,支链由2个β-半乳糖残基组成,以1,6-连接的方式结合,其中一个半乳糖残基的C1位上连接主链,6-O位上连接另一个半乳糖残基。
图1 鹿茸菇多糖推测结构Fig.1 Predicted chemical structure of polysaccharides from Lyophyllum decastes
2.2.2 鹿茸菇多糖的作用
1)抗肿瘤活性
在中国茶具历史中,盖碗茶具是一类非常年轻并且至今被广泛使用的茶具。但或许正是因其普遍性,对盖碗茶具的研究比其他类型茶具研究滞后。对其定义众说纷纭,存在疑问。
Ukawa Y等[4]对鹿茸菇水提物中的多糖进行研究,发现 (1→3)-β-D 型、(1→6)-β-D 型和(1→3,1→6)-β-D型多糖能够抑制小鼠S180癌细胞增殖。闫肃等[24]在体外癌细胞抑制试验中发现,鹿茸菇多糖对人卵巢癌细胞具有抑制作用。刘影等[23]研究发现鹿茸菇多糖可抑制小鼠结肠癌细胞(CT-26)、小鼠胃癌细胞 (MFC)、小鼠成纤维细胞(L929)、小鼠肿瘤细胞(S180)等肿瘤细胞增殖;鹿茸菇多糖抑制肿瘤细胞增殖和生长作用是通过下调MAPK、Ras、PI3K-Akt、Wnt等信号通路关键基因的表达实现的。
2)提高免疫功能和抗氧化作用
贾宁等[5]以免疫功能低下的小鼠为研究对象,发现饲喂鹿茸菇多糖后,小鼠体内抗体生成、细胞合成、分泌抗体的能力显著提高,腹腔巨噬细胞吞噬能力显著增强,血清溶血素含量也明显提升,体内超氧阴离子自由基被有效清除,说明鹿茸菇多糖能够提升免疫功能低下小鼠的免疫功能和增强机体抗氧化作用。孙思燕等[25]发现鹿茸菇多糖具有较好的抗氧化能力,当浓度为1.0 mg·mL-1时,1,1-二苯基-2-三硝基苯肼和2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸自由基清除率分别为(45.87±2.12)%和(76.49±1.56)%;半抑制浓度IC50分别为1.40 mg·mL-1和 0.44 mg·mL-1。Nakamura T 等[26]以被 X 射线照射后的小鼠为研究对象,发现饲喂鹿茸菇多糖后,能够提升小鼠机体的免疫活性。
3)降血糖血脂功能
Miura T等[8]以KK-Ay小鼠(遗传性Ⅱ型糖尿病动物模型)为试验对象,发现饲喂鹿茸菇多糖后,试验小鼠血浆中促葡萄糖转运蛋白4的含量升高,导致小鼠血糖和血清胰岛素浓度下降;但用鹿茸菇多糖饲喂正常小鼠后发现,鹿茸菇多糖对正常小鼠的血糖浓度没有影响。Ukawa Y等[9]以大鼠为研究对象,发现试验大鼠在饲喂鹿茸菇多糖后,胆固醇7a-羟化酶活性显著升高,导致细胞内胆固醇转化为胆汁酸效率提升,胆汁酸随粪便排泄后,血清总胆固醇浓度明显下降,但血清中高密度脂蛋白胆固醇含量未发生明显变化。
4)抑菌性作用
Pushpa H等[6]研究发现,鹿茸菇多糖具有广谱抗菌性。王晓琴等[7]研究发现鹿茸菇多糖对细菌和真菌都有一定的抑制作用,在试验细菌中对四叠球菌(Micrococcus terragenus)的抑菌作用最强,在试验真菌中对黑曲霉(Aspergillus nigers)的抑菌作用最强;最小抑菌浓度均为 1.094 μg·mL-1。阎肃等[24]研究了鹿茸菇多糖对鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)、克氏库克菌 (Micrococcus kristinae)、金黄色葡萄球菌(Staphyloccocus aureus)、绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的抑菌作用,发现鹿茸菇多糖对前两种菌有显著抑菌作用,对后两种菌的抑菌作用不显著。
2.2.3 鹿茸菇多糖的提取方法
闫培生等[27]对鹿茸菇菌丝发酵开展了发酵罐发酵试验,发现在 25℃、120 r·min-1、200 L·h-1空气流量的条件下,10 L发酵罐发酵至第8天的菌丝体胞内多糖含量、胞外多糖含量到达顶峰,第9天菌丝体产量和胞内多糖含量到达顶峰;另外,酶解法能保持多糖天然结构,比水提取法提取的多糖含量高376.11%。
王晓琴等[28]对鹿茸菇菌丝体发酵过程中的胞内外多糖含量进行研究,发现在25℃恒温条件下,菌丝体延滞期较短(1 d),快速生长期长(11 d),稳定期为11 d~12 d,然后进入衰亡期;第11天菌丝体生物量和胞内多糖含量达到顶峰。秦春青等[29]进一步优化了高速剪切鹿茸菇多糖提取技术,在料液比为1∶18、转速为9 500 r·min-1、剪切时间为2.3 min的条件下,多糖实际得率达到26.56%(理论值26.62%)。孙思燕等[25]优化了水提醇沉法提取鹿茸菇多糖的条件,按照料液比为1∶30,分2次在89℃提取3 h,多糖得率为(5.35±0.12)%。
硒是人体必需的微量元素之一,对于提高人体免疫力、延缓衰老具有重要作用,是生物体内多种蛋白质和酶的重要组分[30],然而硒在动物体内无法自主合成,必须通过食物获取[31]。硒通过与多糖有机结合后形成有机富硒多糖,其生物药理活性普遍高于普通多糖,多糖和硒更容易被机体吸收和利用。高慧娟等[32]优化了富硒鹿茸菇菌丝的发酵流程,发现发酵过程中添加Na2SeO3后得到的富硒鹿茸菇多糖比将Na2SeO3溶液提前混入培养基中的效果更好,具体流程为:培养基和Na2SeO3溶液分别在121℃灭菌 20 min→接菌种发酵 129 h,添加4 μg·mL-1Na2SeO3→继续发酵至第244小时提取多糖。
3 鹿茸菇加工利用
3.1 鹿茸菇干燥处理
戴竹青等[33]研究了多种干燥处理对鹿茸菇品质的影响,发现微波联合真空冷冻处理鹿茸菇后,蛋白与总酚的含量保持较好,具有较高的复水比,硬度适中,弹性和咀嚼性良好,同时能够均衡地保持产品色泽和质构特性。
3.2 鹿茸菇利用
张琰珍等[34]研究了鹿茸菇发酵液制作保健饮料的生产工艺,将豆浆和玉米汁按比例分别经中性蛋白酶和α-淀粉酶酶解过滤后制备发酵液,接种鹿茸菇菌种后22℃发酵21 d,按照发酵液40%、柠檬酸0.12%、羧甲基纤维素钠0.02%、白砂糖4%配制饮料,该产品口感清淡柔和,符合相关要求。吕琳等[35]研究了鹿茸菇菌糠发酵生产有机肥的方法,发现菌糠在发酵过程中,发酵温度>55℃的天数为12 d,C/N为37.4,腐熟度T值为0.54,达到完全腐熟的标准;施用菌糠发酵有机肥后,小白菜增产25.7%,根系发育好于施用前,说明菌糠发酵有机肥能够培肥土壤。
4 结语与展望
近年来,鹿茸菇凭借营养丰富、味道鲜美、兼具食药功效的优点和广阔的市场开发前景引起广泛关注。国外学者主要通过分子生物技术,对鹿茸菇提取物在免疫、抗肿瘤等方面进行研究;国内学者多集中于鹿茸菇生物学特征、人工培育驯化、营养成分分析、多糖及其他化学成分提取和药理活性方面的研究;但深入探究各成分的作用机理和市场开发利用均少见报道。通过综述分析,对未来鹿茸菇的研究方向提出以下几点建议。
1)采用杂交选育和定向筛选技术选育出性状稳定、高产多抗、菌丝生长快的优良品种,或者通过与当地野生菌株杂交,选育适应当地环境的地方品种。
2)利用原子力显微镜研究鹿茸菇多糖的三维结构和空间构象,进一步探寻鹿茸菇多糖作用于细胞表面受体的机理,进而触发多种级联反应。
3)利用实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)、蛋白质印迹法(WB)、染色质免疫沉淀法(ChIP)等分子生物学技术,研究鹿茸菇多糖或其他有效成分在mRNA、蛋白水平,发挥抗肿瘤、降血糖血脂、提高免疫力、抑菌等生物活性的机理,为新型生物医药的开发提供理论基础。
4)充分利用鹿茸菇菌丝体、子实体、发酵液中营养成分丰富、富含膳食纤维和微量元素、具有多种生物活性等优点,开发功能性食品、饮品、护肤品等,如饼干、米糊、功能饮料、面霜。
5)探寻鹿茸菇工厂化提取多糖及其他有效成分的工艺,开展鹿茸菇产品深加工工艺探索,提高附加值。
6)开展菌菜套作、林菌套种等技术模式研究,实现食用菌-蔬菜或食用菌-经济林优势互补、劣势互抵,提高单位面积产值。