黑木耳主要生物活性成分的作用及其研究開發(fā)進(jìn)展

張志秀

（北京京誠生物科技有限公司，北京 102600）

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和大健康產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的實(shí)施，食用菌產(chǎn)業(yè)在增加農(nóng)民收入和鄉(xiāng)村振興等方面起重要作用。1978年，我國食用菌年產(chǎn)量為5.7萬噸，經(jīng)過四十余年的發(fā)展，到2020年已近4 060萬噸，是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中唯一一個(gè)保持高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。其中，以黑木耳尤為突出，成為我國主要栽培的食用菌種類，產(chǎn)量穩(wěn)步增長，2020年已達(dá)706.43萬噸，年產(chǎn)量和年銷售量都名列食用菌行業(yè)前茅[1]。

黑木耳是我國傳統(tǒng)食藥兼用大型真菌，其藥用價(jià)值最早記載于中醫(yī)著作《神農(nóng)本草經(jīng)》，主要功效包括緩解和治療高血壓、血管硬化、惡性痢疾、月經(jīng)過多、胃病和痔瘡[2]?，F(xiàn)將其所含主要生物活性物質(zhì)及藥理作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 主要生物活性成分

1.1 黑木耳多糖

（1）結(jié)構(gòu)性質(zhì)。多糖是黑木耳中最主要的活性成分，黑木耳多糖是一類天然的大分子化合物，具有良好的降血脂、增強(qiáng)免疫功能和抗凝血等生物活性，由于黑木耳多糖表現(xiàn)出顯著的治療效果和較小的副作用，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。多糖作為一種大分子生物質(zhì)資源，分子質(zhì)量和單糖組成等一級(jí)結(jié)構(gòu)是決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)和功能的重要基礎(chǔ)。不同結(jié)構(gòu)的多糖，生物活性也有所不同。因此，采用常規(guī)或非常規(guī)方法提取和純化不同類型的黑木耳多糖，并通過檢測(cè)單糖種類和比例、主鏈、側(cè)鏈和分子量等各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)分離的多糖進(jìn)行表征，成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

已有研究表明，大多數(shù)分離的黑木耳多糖是雜多糖。張倩等[3]通過透析法獲得的黑木耳多糖分子量為410 kDa，主要是由巖藻糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖以2.240∶0.692∶3.994∶22.754∶65.696摩爾比組成的β-型吡喃糖。許海林[4]通過HPGPC方法測(cè)定DEAE-52陰離子交換柱和葡聚糖凝膠柱分離純化后的黑木耳多糖（AAP-10-Se和AAP-80-Se）結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)AAP-10-Se主要由甘露糖和葡萄糖組成，單糖相對(duì)含量為14.34%和85.66%，而AAP-80-Se主要由甘露糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖和木糖組成，單糖的相對(duì)含量為53.6%、12.5%、25.71%和8.2%。Basso等[5]從黑木耳培養(yǎng)基中提取到一種具有免疫調(diào)節(jié)活性的含主鏈β-(1→3)-葡聚糖的胞外多糖，其由摩爾比為18.8∶21.3∶22.1∶23.4的葡萄糖、半乳糖、巖藻糖和甘露糖組成。

（2）提取純化。隨著人們對(duì)黑木耳多糖的藥用價(jià)值和健康效益的日益重視，一系列傳統(tǒng)的和新穎的提取技術(shù)逐漸被開發(fā)應(yīng)用。黑木耳多糖分為胞內(nèi)多糖和胞外多糖。胞外多糖通常通過乙醇沉淀直接從黑木耳發(fā)酵培養(yǎng)基中分離出來。胞內(nèi)多糖的提取技術(shù)手段較多，目前熱水提取法因操作簡便、成本低廉，最為常用。傳統(tǒng)的溶劑萃取方法存在一些明顯缺陷，如溫度高、萃取時(shí)間長、萃取率低和不必要的結(jié)構(gòu)破壞等。為了解決傳統(tǒng)提取方法的局限性，目前已經(jīng)開發(fā)出一些新的有效提取和純化方法，如超聲輔助、微波輔助和酶輔助方法等。王辰龍等[6]采用熱水提取法、堿提取法、超聲波提取法、超聲波協(xié)同復(fù)合酶提取法等提取黑木耳多糖，發(fā)現(xiàn)超聲協(xié)同復(fù)合酶法的多糖提取率高，達(dá)19.14%，純化之后的純度可達(dá)到82%。鄭鈞予等[7]確定復(fù)合酶酶解提取黑木耳多糖的最佳工藝條件為浸提料液比1∶40（g/mL），酶解溶液pH 7.0，酶解溫度40 ℃，酶解時(shí)間3.0 h，此條件下黑木耳多糖提取率為4.353%。酶輔助提取法以其高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注，但在使用該法時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注提取液pH、提取溫度和酶用量等關(guān)鍵影響因素。

經(jīng)初步提取的黑木耳多糖大多為粗多糖，其中含有脂肪、蛋白質(zhì)和色素等，因此需要進(jìn)一步分離純化以得到均一性的多糖。目前，大孔樹脂柱層析法、離子交換層析法和葡萄糖凝膠柱層析法、超濾以及各種分級(jí)沉淀方法，是黑木耳多糖純化常用的方法。莊偉[8]通過超濾方法對(duì)高溫浸提得到的黑木耳多糖進(jìn)行純化，最終確定超濾的優(yōu)化控制條件：料液濃度為1 g/L，在0.15 Mpa、40 ℃下超濾30 min，此條件下多糖的純化效果穩(wěn)定，得率高達(dá)27.49%。范秀芝等[9]通過液體發(fā)酵多糖采用酶-Sevag法脫除蛋白等雜質(zhì)，通過Sephadex G-200柱層析分離純化，最終發(fā)現(xiàn)酶-Sevag法能夠很好地脫除黑木耳多糖中的蛋白質(zhì)，脫除之后的胞內(nèi)和胞外多糖的純度都大于95%，且柱層析分離純化得到的多糖均為單一穩(wěn)定的組分，經(jīng)測(cè)定是β-構(gòu)型的吡喃糖。

1.2 黑色素

（1）結(jié)構(gòu)性質(zhì)。黑木耳中另一個(gè)重要生物活性成分是黑色素，它是一種在植物、動(dòng)物和微生物中廣泛存在的天然色素。盡管人們對(duì)黑色素的研究越來越多，但目前對(duì)其含義的界定仍不統(tǒng)一，其中接受度較廣泛的定義是：一類通過醌聚合產(chǎn)生的酚類衍生物。黑色素主要分為真黑素、異黑素和褐黑素3種類型，顏色范圍從棕黑色到黃紅色不等，不同來源的黑色素在合成途徑、結(jié)構(gòu)上存在很大差異[10]。黑木耳黑色素表現(xiàn)出顯著的抗氧化、抗輻射、抗病毒及提高免疫力等生物活性，具有巨大的開發(fā)潛力，目前主要應(yīng)用在食品著色劑和化妝品領(lǐng)域。

由于黑木耳黑色素的分子量較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難溶于有機(jī)溶劑和酸性溶劑，因此對(duì)其的分離純化和定性研究還較少。鄒宇等[11]將發(fā)酵法制備的黑木耳黑色素采用Sephadex G-100柱層析，得到兩種組分F1和F2，分子質(zhì)量分別為404 kD和20 kD，紅外色譜和元素分析表明，兩者均由OH、NH2、C=O、C=C、CH、CH2、芳環(huán)基團(tuán)及S元素等組成。何長川[12]通過用紫外可見光譜和紅外光譜法，初步確認(rèn)其所提取的黑木耳黑色素可能是含有苯環(huán)、羥基、氨基等官能團(tuán)的真黑素。此外，通過紅外色譜和核磁氫譜研究發(fā)現(xiàn)黑木耳黑色素組分F1和F2的結(jié)構(gòu)中均含有大量羥基、羰基和芳環(huán)基團(tuán)，經(jīng)氧化降解，測(cè)得Fl中5,6-二羥基-2-吲哚羧酸占43.22%、5,6-二羥基吲哚占9.78%；F2中5,6-二羥基-2-吲哚羧酸占69.04%、5,6-二羥基吲哚占17.47%[13]。

（2）提取純化。與多糖一樣，從黑木耳中分離和純化黑色素涉及一些新的技術(shù)和復(fù)雜的去雜過程。目前，黑木耳黑色素主要提取方法有溶劑提取法、酶法提取、超臨界流體萃取、微波提取及超聲輔助提取。由于天然黑色素是堿溶性的，因此超聲輔助堿提取成為當(dāng)下最流行的提取方法，李琦等[14]通過優(yōu)化試驗(yàn)確定最佳提取條件：提取時(shí)間80 min，超聲功率80 W，氫氧化鈉溶液濃度1.25 mol/L，料液比1∶30（g/mL），在此條件下黑木耳黑色素粗品得率達(dá)9.107%，表現(xiàn)出較常規(guī)方法萃取工藝簡單、提取時(shí)間更短、提取效果更好等優(yōu)點(diǎn)。侯若琳[15]研究發(fā)現(xiàn)，纖維素酶-超聲波協(xié)同提取法可顯著提高黑木耳黑色素提取率，在最優(yōu)條件下提取得率可達(dá)10.48%，比傳統(tǒng)浸提法提高46.98%。張艷榮等[16]采用正交試驗(yàn)優(yōu)化利用碳酸鈉提取木耳黑色素的工藝，確定最優(yōu)工藝條件為超聲功率160 W（5 g固體物料）、料液比1∶30（g/mL）、碳酸鈉濃度2.00 mol/L、提取時(shí)間50 min，在此工藝條件下木耳黑色素粗提物得率為9.078%。

1.3 其他生物活性化合物

在黑木耳中還分離到一些其他物質(zhì)，如多酚、甾醇和生物堿。黑木耳中的酚類化合物主要包括酚酸和黃酮類，其中酚酸又分為對(duì)羥基苯甲酸、咖啡酸、香草酸、丁香酸和沒食子酸。提取溶劑不同，得到的生物活性成分也不同，如石油醚、氯仿、甲醇、丙酮、苯和乙醇等的提取物中都含有類黃酮，而生物堿、多酚和甾醇的存在則取決于溶劑種類。

2 主要功能成分的生物活性及其作用機(jī)制

2.1 免疫調(diào)節(jié)

楊文建等[17]研究發(fā)現(xiàn)黑木耳菌株‘北神奇1號(hào)’‘黑龍江黑29’超細(xì)粉能顯著促進(jìn)小鼠單核吞噬細(xì)胞的吞噬能力，增強(qiáng)小鼠機(jī)體的免疫力；而‘吉林黑29’超細(xì)粉可顯著提高血清和肝臟中的GSH-PX活性。免疫調(diào)節(jié)活性被認(rèn)為是天然多糖的關(guān)鍵生物學(xué)潛力之一。近年來，基于黑木耳多糖產(chǎn)品的免疫調(diào)節(jié)活性得到了驗(yàn)證。其中，李艷平等[18]通過黑木耳多糖和人參多糖復(fù)合物灌胃荷瘤小鼠，通過觀察小鼠瘤重及其免疫功能，發(fā)現(xiàn)黑木耳多糖和人參多糖復(fù)合物能夠顯著提高抗腫瘤活性和機(jī)體免疫力，因此兩者可用于食品復(fù)合營養(yǎng)強(qiáng)化劑和功能性食品的開發(fā)。除上述提到的直接免疫調(diào)節(jié)活性外，黑木耳多糖還可以調(diào)節(jié)腸道微生物群，以間接方式發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)潛力。如郝敏等[19]研究發(fā)現(xiàn)黑木耳胞外多糖是以葡萄糖和木糖為主要單糖組分的雜合多糖，能夠顯著提高小鼠腸道內(nèi)擬桿菌屬和羅氏菌屬的水平，增加腸道內(nèi)丙酸和丁酸的含量，研究還進(jìn)一步指出木耳胞外多糖具有促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌群增殖，從而達(dá)到調(diào)節(jié)血清抗炎因子水平的作用。

2.2 降血糖和緩解糖尿病癥狀

糖尿病是一種嚴(yán)重的慢性代謝性疾病，在全球范圍內(nèi)變得越來越普遍。目前，口服降糖藥和注射胰島素仍然是治療糖尿病的主要手段。然而，這些傳統(tǒng)療法總是伴隨著一些不良的副作用，例如體重增加、肝細(xì)胞-膽汁淤積性肝損傷甚至胃腸道功能紊亂。因此，越來越多的科學(xué)研究人員專注于開發(fā)新型、有效且負(fù)擔(dān)得起的糖尿病替代治療劑。其中黑木耳多糖的降血糖作用已得到證實(shí)。尹紅力等[20]研究證實(shí)黑木耳酸性多糖80%醇沉片段可減緩糖尿病小鼠體質(zhì)量的負(fù)增長，減緩己糖激酶、琥珀酸脫氫酶活性的降低。另有研究發(fā)現(xiàn)，以胰島素或糖代謝、糖原合成和器官重量不規(guī)則為指標(biāo)表現(xiàn)的糖尿病癥狀，通過給予黑木耳成分處理，最終得到緩解[21]。

2.3 抗腫瘤

業(yè)已證實(shí)，黑木耳眾多活性成分在體外、體內(nèi)都具有巨大的抗癌潛力，被認(rèn)為是癌癥治療的有效候選物?；诤谀径钚猿煞值漠a(chǎn)品可以單獨(dú)使用或與其他生物活性成分聯(lián)合使用，治療癌癥。黑木耳生物活性成分的抗腫瘤功能主要體現(xiàn)在抑制腫瘤細(xì)胞生長、調(diào)控凋亡基因和免疫刺激三方面。徐澄[22]從黑木耳的基因組測(cè)序分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)1124個(gè)全新的獨(dú)立非重復(fù)基因，其中627個(gè)基因在3個(gè)黑木耳品種中均存在。這些基因可產(chǎn)生具有抗氧化、抗增殖和抗腫瘤等藥理特性的生物活性分子。馬成瑤等[23]研究發(fā)現(xiàn)，黑木耳凝集素具有糖特異性，對(duì)肺癌（A549）和乳腺癌細(xì)胞（MCF-7）有抑制活性。平兆華[24]從黑木耳中提取剛性鏈β-D-葡聚糖（AF1），通過體內(nèi)外試驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)AFI試樣具有強(qiáng)抗肝癌活性，且無毒副作用，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示，分子量為7.7×105的AF1-2組分的抗肝癌活性最強(qiáng)，抑制率可達(dá)75%，分析認(rèn)為這是由于伸展的剛性鏈構(gòu)象提供了更多與癌細(xì)胞受體接觸的幾率，從而有利于激活免疫應(yīng)答。

2.4 防輻射

長時(shí)間輻射暴露是造成肝臟、大腦、皮膚、白細(xì)胞和甲狀腺等身體不同部位損傷的主要因素。輻射引起損傷最普遍的機(jī)制是產(chǎn)生大量活性氧（ROS），去除ROS的抗氧化活性物質(zhì)被稱為輻射防護(hù)生物分子。目前有很多研究嘗試使用改良型的黑木耳多糖，對(duì)黑木耳的輻射防護(hù)作用進(jìn)行特定研究。其中，陳知秋[25]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硫酸化黑木耳多糖（SNAAP）能提高暴露于γ輻射的小鼠體內(nèi)自由基清除酶，尤其是超氧化物自由基清除酶，以及含有SOD、CAT、GSH-PX 和髓過氧化物酶（MPO）的抗氧化酶活性，并且能修復(fù)輻射造成的器官損傷。胡俊飛[26]通過探究黑木耳多糖硫酸酯化衍生物（SHAAP）抗輻射作用，發(fā)現(xiàn)SHAAP能夠增強(qiáng)單核細(xì)胞吞噬能力，促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖，從而提高小鼠機(jī)體免疫活性，防止輻射誘導(dǎo)的氧化損傷；SHAAP還能有效降低小鼠骨髓微核發(fā)生率，增加小鼠股骨中骨髓DNA含量，通過保護(hù)DNA和染色體，起到有效的防輻射作用。

2.5 緩解便秘和痔瘡

黑木耳含有豐富的纖維素和特殊的植物膠質(zhì)，能促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)和排泄功能，從而防止或緩解便秘。膳食纖維相當(dāng)于人體內(nèi)的清道夫，對(duì)于目前高發(fā)的直腸癌和結(jié)腸癌，男性多發(fā)的痔瘡，以及冠心病都有很好的預(yù)防作用。痔瘡是常見的肛腸疾病，大多與不良的生活飲食習(xí)慣和便秘有關(guān)，黑木耳含有大量的維生素和微量元素，經(jīng)熬水后飲用可以潤腸通便，對(duì)痔瘡有一定的緩解作用。在中國古代，認(rèn)為木耳補(bǔ)氣、耐饑、活血，對(duì)于跌撲傷、痔瘡都有很好的食療作用。

2.6 其他活性

除上述藥理功能和生物活性外，黑木耳還具有抗疲勞、抗菌、凝血等多種生物學(xué)功效。黑木耳多糖具有增加腸道微生物群的作用，其通過促進(jìn)小鏈脂肪酸的生成，為共生細(xì)菌多樣性創(chuàng)造有利環(huán)境，有助于腸道健康。黑木耳真黑素可幫助肝臟做排毒凈化，促進(jìn)肝臟修復(fù)，阻斷酒精攝入引起的γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶等肝酶的滲漏[27]。

3 開發(fā)應(yīng)用進(jìn)展

雖然黑木耳的眾多藥用及保健價(jià)值已為人們認(rèn)知，但以黑木耳為原料的深加工產(chǎn)品開發(fā)尚處于初級(jí)階段。目前在醫(yī)藥領(lǐng)域，以黑木耳為輔助成分的藥用片劑、膠囊、口服液及針劑等主要應(yīng)用于治療骨質(zhì)疏松、風(fēng)寒和產(chǎn)后康復(fù)方面，市場(chǎng)上還未出現(xiàn)以黑木耳為主料生產(chǎn)的藥品和制劑。而在食品加工領(lǐng)域，黑木耳具有多種用途，包括用作益生元、面團(tuán)增強(qiáng)劑和抗氧化劑。研究發(fā)現(xiàn)，添加黑木耳粉可以改善小麥面粉的持水性和吸水性等理化性質(zhì)，而對(duì)黑木耳多糖的糊化特性、粘彈性等流變特性認(rèn)識(shí)也得到進(jìn)一步提高，說明黑木耳多糖與面筋的相互作用增強(qiáng)了面團(tuán)的結(jié)構(gòu)。最終建議添加5%的黑木耳粉是功能性小麥面包最適宜的配方[28]?？紫檩x等以黑木耳為主要添加劑，成功研制了黑木耳餅干[29]、飲料[30]及薄膜食品[31]等，都表現(xiàn)出較好的食用效果。而黑木耳黑色素因具有強(qiáng)大的抗氧化和防紫外線輻射功能，且溶于水-甘油混合物的純化黑色素具有護(hù)膚效果，被廣泛應(yīng)用于制備防曬膏、防曬霜和黑發(fā)劑等產(chǎn)品。此外，由于黑木耳多糖和黑色素等生物活性成分對(duì)過氧化氫、超羥基自由基及超氧陰離子自由基等具有清除功能，未來必將在相關(guān)藥物的研發(fā)中發(fā)揮更大的作用。

4 結(jié)論與展望

黑木耳中蘊(yùn)含多種生物活性成分，在過去的幾十年中，大量有價(jià)值的科學(xué)研究揭示了其具有相當(dāng)大的營養(yǎng)和藥用潛力。本文通過綜述黑木耳活性成分的提取和純化方法、結(jié)構(gòu)特征和生物活性的研究進(jìn)展，指出黑木耳在功能性食品開發(fā)和醫(yī)藥治療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。但尚需作出更多的努力來研發(fā)新的技術(shù)，保證基于黑木耳及其活性成分的產(chǎn)品質(zhì)量，確定更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息，闡明構(gòu)效關(guān)系及潛在的分子機(jī)制。當(dāng)前我國已開發(fā)的黑木耳產(chǎn)品，附加值仍較低，黑木耳精深加工企業(yè)較少。各地應(yīng)根據(jù)各自的發(fā)展需求和條件選擇不同的生產(chǎn)模式，把小木耳做成大產(chǎn)業(yè)，為我國鄉(xiāng)村振興做出貢獻(xiàn)。