繡球菌化學(xué)成分、人工栽培和液體發(fā)酵研究進(jìn)展

王斌，桑亞姣，張騰霄，呂晗琪，張春華，李爽

（綏化學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，綏化 152061）

繡球菌（Sparassis crispa），隸屬于真菌界、擔(dān)子菌門、傘菌綱、非褶孔菌目、繡球菌科、繡球菌屬，是一種木腐菌，外形猶如巨大的繡球而得名，又名繡球菇、椰菜菌，與冬蟲夏草、羊肚菌、塊菌等列為名貴的藥食兩用真菌。近年來研究表明，繡球菌具有抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力、保護(hù)胃黏膜、抗氧化、抗衰老等多種生物活性[1-2]，廣泛用于保健品和化妝品領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。繡球菌多生長在松樹林地中或松樹基部，其野生資源非常稀少，我國僅有少量分布在吉林、黑龍江、云南、貴州、陜西、四川、西藏等省自治區(qū)的山區(qū)。目前，中國、韓國、日本等國家均實(shí)現(xiàn)了人工栽培。綜述了繡球菌化學(xué)成分及提取、生長環(huán)境、人工栽培、液體發(fā)酵方面的研究進(jìn)展，為繡球菌進(jìn)一步開發(fā)利用及工廠化生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)。

1 繡球菌的化學(xué)成分及有效成分的提取

1.1 繡球菌的化學(xué)成分

繡球菌營養(yǎng)豐富，富含有大量蛋白質(zhì)、多種氨基酸和維生素及碳水化合物等營養(yǎng)成分。同時(shí)，繡球菌富含多種酚類、黃酮、萜類、甾醇、腺苷、多糖等具有生物活性的化學(xué)物質(zhì)?，F(xiàn)代藥理研究表明，這些生物活性物質(zhì)具有抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力、降血糖、調(diào)血脂、保護(hù)胃黏膜、抗氧化等藥理作用，臨床用于癌癥、胃炎、胃潰瘍、心腦血管疾病的預(yù)防和治療。其中，繡球菌中多糖類成分β-葡聚糖，是繡球菌抑制腫瘤生長的最主要活性成分之一，且β-葡聚糖含量達(dá)40%以上，在所有菌類品種中含量最高，因此，繡球菌又被稱為“夢(mèng)幻之菇”[3]。黃建成[4]研究表明：繡球菌子實(shí)體中蛋白質(zhì)和氨基酸含量均較高，其中12.9%為粗蛋白質(zhì)，9.33%為氨基酸（必需氨基酸含量占氨基酸總量的33.9%）。由此可見，繡球菌也可以作為菌類蛋白源進(jìn)行開發(fā)利用。劉孟洋[5]研究表明：繡球菌中的糖蛋白，具有較好的抗氧化活性和生產(chǎn)加工特性，可以開發(fā)成抗氧化劑及作為生產(chǎn)功能性產(chǎn)品的原料。此外，繡球菌中還含有豐富的礦物質(zhì)，其中鉀含量比較高，鈉含量相對(duì)較低，因此具有良好的利尿效果，對(duì)高血壓患者來說是保健佳品。有關(guān)繡球菌的化學(xué)活性成分、藥理作用、臨床應(yīng)用研究見表1[6]。

表1 繡球菌中主要化學(xué)活性成分、藥理作用、臨床應(yīng)用Table 1 The main chemical active components，pharmacological action and clinical application in Sparassis crispa

1.2 有效成分的提取

目前有關(guān)繡球菌有效成分提取方面，研究最多的主要集中在多糖類成分，少數(shù)研究麥角甾醇、糖蛋白等其它活性成分。多糖的提取主要是以繡球菌子實(shí)體為研究材料，研究表明，采用傳統(tǒng)水提醇沉法獲得的提取物中多糖得率一般為3.0%～15.3%，多糖含量大多為28.5%～47.6%[7]?？核琜8]提取繡球菌中的水溶粗多糖，采用水提醇沉法并用三氯乙酸法對(duì)其進(jìn)行脫蛋白純化，結(jié)果表明，繡球菌中水溶粗多糖含量為28.5%，得率為3.0%；脫蛋白后多糖含量為48.9%，得率為2.2%。由于繡球菌中多糖類成分β-葡聚糖的生理活性較強(qiáng)，相關(guān)研究表明β-葡聚糖主要存在于繡球菌子實(shí)體中的細(xì)胞壁中，近年來如何解決破壁難題進(jìn)而對(duì)細(xì)胞壁多糖進(jìn)行提取一直是研究的熱點(diǎn)。超微粉碎技術(shù)、超聲波輔助提取技術(shù)在此方面有較多應(yīng)用，多糖類成分浸提效果較好。有關(guān)繡球菌中有效成分的提取分離研究見表2。

表2 繡球菌中有效成分的提取分離研究Table 2 Extraction and separation of active components in Sparassis crispa

2 繡球菌生長環(huán)境及人工栽培

2.1 繡球菌生長環(huán)境

食用菌需要在適當(dāng)?shù)臏囟?、水分、光照、空氣等生態(tài)條件下完成生長發(fā)育。繡球菌對(duì)環(huán)境的溫度、水分、光照、空氣等要求相對(duì)較高，這無疑增大了栽培難度且難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模人工栽培，這也是造成繡球菌價(jià)格昂貴的原因之一。繡球菌屬中低溫型食用菌，在偏酸性條件下適宜生長，其生長發(fā)育階段對(duì)光照的需求高于其它食用菌，因此又有“陽光蘑菇”之稱。適宜的光照是食用菌原基分化與子實(shí)體生長發(fā)育的必備條件之一。有關(guān)繡球菌的菌絲體及子實(shí)體生長溫度、水分、光照、空氣、pH 等生態(tài)環(huán)境見表3[16]。近年來，一些學(xué)者進(jìn)行了關(guān)于繡球菌對(duì)光照響應(yīng)及其分子相應(yīng)機(jī)制方面的研究和探討。應(yīng)正河等[17]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)繡球菌菌絲生長最有利是是紅光，對(duì)繡球菌原基形成有較強(qiáng)誘導(dǎo)作用的是黃光。肖冬來[18]研究表明，光照能促使繡球菌菌絲DNA 去甲基化，由于DNA 去甲基化與繡球菌生長發(fā)育、脅迫響應(yīng)等現(xiàn)象相關(guān)，起到調(diào)控基因表達(dá)的作用。

表3 繡球菌生長的生態(tài)環(huán)境Table 3 Ecological environment for Sparassis crispa growth

2.2 繡球菌的人工栽培

繡球菌營養(yǎng)豐富，且有多種生物活性，而自然生長的野生繡球菌數(shù)量少，不能滿足人們?nèi)粘Ｐ枨?，?duì)其進(jìn)行規(guī)?；斯ぴ耘嘁殉蔀楸厝弧?010 年，林衍銓研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所），團(tuán)結(jié)協(xié)作、集體科研攻關(guān)，我國首次實(shí)現(xiàn)了繡球菌的工業(yè)化栽培[19]。繡球菌人工栽培多采取室內(nèi)養(yǎng)菌、菇房出菇，從接種到采收整個(gè)生長期需120 d左右，接種培養(yǎng)80 d 左右；原基形成、分化至子實(shí)體發(fā)育成熟需40 d 左右。繡球菌工廠化高效栽培技術(shù)的流程如下：菌種優(yōu)化與選擇—備料與配方—拌料—裝袋滅菌—冷卻接種—發(fā)菌—出菇管理—采收。

栽培袋配方直接影響繡球菌產(chǎn)量，制定配方原則以原料碳氮比為準(zhǔn)，多采用復(fù)合配方以提高產(chǎn)量。繡球菌是木腐菌，福建省一般以松木屑為主料配方：松木屑80%、麥麩13%、玉米粉5%、石膏1%、過磷酸鈣1%[20]，松木屑要經(jīng)過3 個(gè)月以上堆積、適時(shí)淋水翻堆發(fā)酵。常見其它栽培料配方[21]：配方1：雜木屑50%，棉籽殼25%，麥麩16%，玉米粉6%，生石灰粉1.5%，CaCO3l%，KH2PO40.3%，MgSO40.2%。配方2：雜木屑30%，黃豆稈（棉花稈）23%，玉米芯25%，麥麩18%，玉米粉3%，CaCO31%。配方3：棉籽殼30%，玉米芯20%，雜木屑20%，甘蔗渣10%，麩皮9%，玉米粉5%，豆餅粉2%，石灰粉2%，蔗糖1%，CaCO31%。配方4：棉籽殼50%，花生稈粉20%，麩皮15%，豆粕10%，玉米粉3%，石灰粉l%，石膏粉1%。配方含水量均為63%~65%。繡球菌栽培方面研究見表4。

表4 繡球菌栽培研究Table 4 Study on Sparassis crispa culture

綜上所述，繡球菌菌絲生長最適碳源略有差異，可能由于研究菌株和方法不同造成的。培養(yǎng)基中碳源及栽培料中營養(yǎng)成分對(duì)繡球菌生長發(fā)育至關(guān)重要，在一定范圍內(nèi)可通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基碳氮比來促進(jìn)菌絲生長。在培養(yǎng)基中添加適量無機(jī)鹽、維生素、植物生長調(diào)節(jié)劑，可有效提高繡球菌菌絲生長速率。工廠化生產(chǎn)中培養(yǎng)料含水量對(duì)繡球菌菌絲生長和平均袋產(chǎn)量也有重要影響。繡球菌工廠化栽培還處于初級(jí)階段，其多種因素影響還有待進(jìn)一步深入研究。

3 繡球菌液體發(fā)酵

繡球菌營養(yǎng)需求和生物學(xué)研究多采用固體培養(yǎng)方式，對(duì)其液體發(fā)酵的營養(yǎng)特性和工藝報(bào)道相對(duì)較少。相對(duì)于固體菌種，液體菌種接種方便，菌種制備周期縮短，發(fā)菌時(shí)間也縮短，這樣就縮短了栽培周期，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化培養(yǎng)。液體菌種栽培已逐漸成為食用菌栽培領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，有關(guān)繡球菌液體發(fā)酵方面的研究見表5。

由表5 可知，已有的研究結(jié)果存在較大差異，原因可能是培養(yǎng)基配方不同，影響培養(yǎng)基溶解氧含量和菌絲生長速度。搖床轉(zhuǎn)速主要影響培養(yǎng)基剪切力和溶解氧含量，高轉(zhuǎn)速有利于菌球增多。研究表明繡球菌適宜在偏酸性條件下生長。綜上所述，繡球菌的液體發(fā)酵工藝目前還處于搖瓶培養(yǎng)階段，繡球菌菌絲生長周期長，有必要改良菌株特性或改進(jìn)制種技術(shù)以滿足生產(chǎn)需求，同時(shí)加強(qiáng)繡球菌液體深層發(fā)酵工藝、液體菌種的應(yīng)用和生產(chǎn)的深入研究。

表5 繡球菌液體發(fā)酵研究Table 5 Study on liquid fermentation of Sparassis crispa coccus

4 結(jié)語

由于我國繡球菌栽培歷史短，相對(duì)其它食用菌而言，我國有關(guān)繡球菌在生物學(xué)活性、藥用功效等方面的研究相對(duì)較少。隨著人們對(duì)繡球菌藥理活性和保健功能不斷深入研究，以及對(duì)繡球菌工業(yè)化栽培技術(shù)的不斷研究和應(yīng)用推廣，繡球菌將具有巨大的市場(chǎng)開發(fā)前景。目前對(duì)繡球菌栽培技術(shù)方面的研究，多集中在對(duì)繡球菌栽培的培養(yǎng)基、生長所需的營養(yǎng)成分、環(huán)境因子的選擇和優(yōu)化上。繡球菌雖已實(shí)現(xiàn)了子實(shí)體人工栽培，但存在周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度大、制種工藝不成熟等問題。

繡球菌主要活性成分多糖存在于其菌絲體和子實(shí)體中，由于繡球菌子實(shí)體生長緩慢，人工栽培周期太長，如果采用液體深層發(fā)酵法培養(yǎng)，周期短、成本低，還能大幅度提高繡球菌多糖的產(chǎn)量。液體深層發(fā)酵不僅能解決制種難題，縮短栽培周期，還有助于繡球菌活性成分的研究及精加工產(chǎn)品開發(fā)，開展繡球菌液體發(fā)酵工藝研究意義重大。液體菌種菌齡一致、制備周期短、生產(chǎn)成本低、便于機(jī)械化接種，更適合食用菌工廠化生產(chǎn)，是食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然趨勢(shì)。食用菌栽培方面極其重要的環(huán)節(jié)之一就是篩選優(yōu)良栽培菌種。今后有關(guān)繡球菌篩選優(yōu)良栽培菌種、多糖提取與純化、生物學(xué)活性、繡球菌液體深層發(fā)酵工藝等方面，需要進(jìn)行更加深入的研究，為其產(chǎn)品的應(yīng)用加工提供理論參考。