双孢蘑菇营养活性物质及其提取工艺的研究进展

商海军，闫晓明

（阜阳师范大学 生物与食品工程学院，安徽 阜阳 236037）

蘑菇是大型丝状真菌的子实体，在人类生命活动中发挥着重要作用。随着世界人口的增加，人们对可食用蘑菇的种植和消费逐渐产生兴趣。近年来，世界各地渐渐开始关注蘑菇产业，其产量也迅速增加[1]。由于蘑菇的风味、营养功效成分及其具有促进健康的功效，蘑菇已成为功能性食品和药物的重要来源之一[2]。蘑菇种类繁多，生物活性多样，具有很大的研究价值[3]。

双孢蘑菇（Agaricus bisporus） 是伞菌科的一员，通常也被称为钮扣蘑菇，在食品市场中很受欢迎。是世界上种植最广泛的蘑菇，其生产主要集中在北美、欧洲、印度和中国[4]，占世界蘑菇总产量的30%左右。由于其烹饪和药用价值，被认为是最重要的蘑菇之一。双孢蘑菇富含营养物质和生物活性化合物，具有脂肪和胆固醇含量低的特点[5]。目前，双孢蘑菇对人类健康的益处已被广泛报道，经常食用双孢蘑菇能促进人体新陈代谢，可以降血压、降血脂、预防癌症及提高机体免疫力，具有很高的医疗保健作用[6]，而研究表明这些功效作用取决于双孢蘑菇中的生物活性成分。因此，阐述双孢蘑菇中主要营养和生物活性成分的功效作用及其提取技术，旨在全面了解双孢蘑菇的营养和药用价值。

1 双孢蘑菇的营养价值

目前，已经开展了各种研究来评价双孢蘑菇的营养价值。与其他一些普遍可食用的食品相比，双孢蘑菇的碳水化合物、蛋白质和维生素含量相对丰富[7]，是符合人体基本营养需求的健康食品。

双孢蘑菇的营养成分含量见表1。

表1 双孢蘑菇的营养成分含量

双孢蘑菇含有丰富的蛋白质，其含量远高于大多数果蔬类食品。双孢蘑菇蛋白具有良好的品质和很高的吸收率，因此双孢蘑菇蛋白也被认为是优质的植物蛋白质。另外，双孢蘑菇的氨基酸种类丰富，具有17 种氨基酸[8]，8 种人体必需氨基酸含量极其丰富，占氨基酸总量的40%以上[9]，尤其是具有丰富含量的赖氨酸。有研究表明不同发育阶段的双孢蘑菇具有不同的蛋白质和氨基酸含量[10]，但含量均高于大多数果蔬类。大量的必需脂肪酸（如亚油酸） 存在于双孢蘑菇中，亚油酸几乎占双孢蘑菇中脂肪含量的90%左右。长时间食用双孢蘑菇产品，对调节血压、降血脂和降胆固醇具有促进作用。Reis F S 等人[11]检测双孢蘑菇中的碳水化合物，发现海藻糖和甘露醇2 种含量最丰富。除此之外，双孢蘑菇也被认为是一种重要的矿物质来源，主要富含铜（Cu）、钴（Co）、铁（Fe）、硒（Se）、钾（K） 和锰（Mn）[12]。双孢蘑菇的维生素含量也十分丰富，Bernas E 等人[13]指出双孢蘑菇中的烟酸和核黄素是最丰富的维生素，另外还含有其他重要的维生素，如α -生育酚、抗坏血酸、维B1和维B3。然而，收获前和收获后的条件会影响双孢蘑菇的营养和化学成分，所以在研究中需要重点关注。

2 双孢蘑菇的活性成分

双孢蘑菇除了富含营养物质外，还含有多种生物活性成分，比如多糖类、酚类化合物、凝集素和酪氨酸酶等，具有抗癌、抗氧化、抗肥胖和抗炎特性，可用于治疗冠心病、癌症、糖尿病、免疫系统相关疾病及细菌感染等[14]。在功能性食品的开发上具有很大的研究价值和应用价值[15-16]。

2.1 双孢蘑菇多糖

2.1.1 简述

自然界中的糖类基本以多糖形式存在，具有多种生物活性作用。多糖由一类称为聚糖的碳水化合物组成，是具有超过10 个连接的单糖单元的复杂大分子化合物。Li H J 等人[17]从双孢蘑菇中提取得到粗多糖，检测其相对分子质量为1.2×105，通过分析发现其单糖组成为果糖、甘露糖和葡萄糖。He J Z 等人[18-19]也通过检测发现双孢蘑菇糖的组成中具有D -甘露糖、D -半乳糖和D -葡萄糖，检测相对分子质量为5.1×104～66.0×104。

2.1.2 活性作用

双孢蘑菇多糖是其具有丰富活性作用的关键成分[20]，双孢蘑菇多糖被证明具有许多明显的活性作用。Tian Y 等人[15]检测发现双孢蘑菇多糖在不同的质量浓度下，其抗氧化性均高于维C。当质量浓度低于80 μg/mL 时，双孢蘑菇多糖的自由基清除活性明显高于维C，且活性作用呈浓度依赖性。一些研究证实了双孢蘑菇多糖的抗炎特性，甘露半乳聚糖、岩藻甘露聚糖和岩藻半乳聚糖是从双孢蘑菇中分离出来的多糖，具有镇痛和抗炎特性[21]。最近的报道证实，从双孢蘑菇中提取的多糖由于具有显著的抗癌活性而抑制癌细胞株的生长。Jeong S C 等人[22]将提取得到的双孢蘑菇粗多糖进一步分离纯化，获得2 种多糖的组分，通过体外试验发现这2 种多糖组分都能够明显抑制人乳腺癌细胞MCF-7 的生长活力。通过体内小鼠试验发现，2 种多糖组分均对肿瘤发挥抑制作用。因此能够说明一些双孢蘑菇多糖对癌细胞具有明显的抑制作用。另外，蘑菇多糖对免疫系统的调节也尤为重要，Jeong S C 等人[22]又将从双孢蘑菇多糖中分离得到的2 种多糖组分作用于小鼠的巨噬细胞，结果发现2 种双孢蘑菇的多糖组分明显促进了NO 的产生，且显著提高了IL-6 和TNF-a 的分泌。因此，判断双孢蘑菇多糖具有调节免疫活性。除了上述描述的生物活性作用外，双孢蘑菇多糖还具有抑菌、抗炎、降血脂和降血糖等活性作用。

2.2 双孢蘑菇酚类化合物

2.2.1 简述

双孢蘑菇中含有丰富的多酚类物质，近年来，有许多研究已检测双孢蘑菇中酚类化合物的种类。Abah S E 等人[23]通过高效液相色谱法检测从双孢蘑菇中提取到的物质，结果表明，该提取物含有多种酚类化合物，如没食子酸、咖啡酸、芸香苷和儿茶素等。Liu J 等人[24]对从双孢蘑菇中提取的提取物进行检测分析，发现其含有没食子酸、咖啡酸、儿茶素、阿魏酸、原儿茶酸和杨梅素等，证实双孢蘑菇存在天然抗氧化剂。此外，双孢蘑菇中酚类物质的种类受很多因素影响，比如双孢蘑菇的种植环境、菌株的种类、提取方法及条件等，所以研究双孢蘑菇酚类物质时需要注意这些因素。

2.2.2 活性作用

双孢蘑菇多酚类化合物已被证明在抗氧化、抗过敏、调节免疫力、抑菌及抗癌等方面具有显著效果。酚酸是双孢蘑菇中酚类物质的主要代表性化合物，表现出广泛的生物活性，这归因于其强大的抗氧化活性和具有保护细胞重要结构的能力。Ey J 等人[25]对双孢蘑菇中的酚类化合物进行研究，结果表明，双孢蘑菇中的酚类化合物具有抗氧化、防突变及防辐射等作用。Abah S E 等人[23]通过甲醇从双孢蘑菇提取酚类化合物，并进行抗氧化研究，主要测定其自由基清除能力，最终结果发现其具有明显的抗氧化活性。Liu J 等人[24]和Labus K 等人[26]通过体内和体外试验研究，证明了双孢蘑菇酚类化合物具有抗氧化、抗细菌、抗病毒、抗真菌、抗炎症和刺激胃液分泌的作用。Wee J J 等人[27]证明，原儿茶酸具有免疫调节、解痉、心脏保护、抗凝和化学预防特性。此外，Siwulski M 等人[28]从双孢蘑菇中提取分离酚类化合物，包括羟基苯甲酸和原儿茶酸，这些物质除了具有典型的抗癌活性外，还具有抗氧化和抗感染等活性作用。

2.3 双孢蘑菇凝集素

2.3.1 简述

凝集素广泛存在于真菌中，是在蘑菇子实体和体外培养的菌丝体中发现的一种具有治疗性的活性化合物。凝集素是具有血凝活性的蛋白质，其活性主要因为其具有识别和可逆结合碳水化合物和糖缀合物（糖蛋白和糖脂） 的能力。凝集素不是一种免疫球蛋白，但对糖类型具有高度的选择性和特异性，可以与结合的和游离的多糖相互作用。这种相互作用类似于抗原与抗体或酶与底物之间的相互作用[29]。凝集素的选择性和特异性是其在免疫血液学中作用的基础，如可作为人类血型的标记[30]。双孢蘑菇凝集素是一种真菌植物凝集素，分子量为64 KDa 左右，其整体结构呈现四聚体[31]。

2.3.2 活性作用

双孢蘑菇凝集素的活性作用已被广泛研究。最明显的生物活性就是其具有明显的抗癌作用[32]，它能够在体外抑制癌细胞HT-29，MCF-7 和Caco-2 的增殖。Jeong S C 等人[22]研究发现，含有凝集素的双孢蘑菇提取物通过增强抗氧化防御的细胞机制和抑制癌细胞的生长而有效地抗肺癌细胞。此外，将双孢蘑菇凝集素作用于人角质形成细胞和乳头状瘤细胞会导致细胞的生长活性降低[33]。双孢蘑菇凝集素也被认为是潜在的抗糖尿病物质，在预防和治疗方面都是有效的，能够降低葡萄糖和增加胰岛素含量，将大鼠胰岛暴露于双孢蘑菇凝集素可增强体内胰岛β细胞的增殖，从而增加胰岛素原向胰岛素的转化[34]。因此，双孢蘑菇凝集素可用于治疗胰腺受损的1 型和2 型糖尿病患者。双孢蘑菇凝集素对正常细胞没有细胞毒性，具有广泛的细胞靶点，可作为抗癌、抗糖尿病和抗病毒药物用于治疗。

2.4 双孢蘑菇酪氨酸酶

2.4.1 简述

酪氨酸酶通常也被称为多酚氧化酶（PPO），是一种含铜的金属蛋白，广泛存在于细菌、真菌、植物和动物中。有研究发现，在植物中，酪氨酸酶参与伤口愈合、防御反应[35]及花色素的合成[36]。在真菌中，酪氨酸酶参与孢子形成、防御反应和色素沉着[37]。真菌酪氨酸酶最早是从食用菌双孢蘑菇[38]中鉴定出来的，并被认为是导致发育和采后贮藏期间褐变的原因。

2.4.2 活性作用

双孢蘑菇的药理特性和应用与人体黑素生成过程密切相关。皮肤中黑色素的生物合成是由酪氨酸酶催化的。自从发现这种酶以来，人们一直在研究这种物质的天然来源，研究者发现双孢蘑菇含有大量这种天然化合物。酪氨酸酶在单酚和双酚的羟基化反应中起催化作用[39]。研究还表明，从双孢蘑菇中分离的酪氨酸酶可催化双酚反应，可能使其成为有用的生物修复剂[40]。酪氨酸酶在表皮黑素细胞和神经嵴细胞中黑素的合成中起重要作用。Zaidi K U 等人[39]已经描述了酪氨酸酶与黑色素瘤发展的关系，以及与皮肤色素沉着问题（如白癜风或白化病） 的联系，对从双孢蘑菇中分离的酪氨酸酶的研究表明，与人类酪氨酸酶具有高度的相似性，表明双孢蘑菇可能成为医疗和化妆品中所需酪氨酸酶丰富的来源。酪氨酸酶还是一种不耐热的蛋白质，对人类淋巴瘤细胞系具有保护作用，防止DNA 氧化损伤。

2.5 其他活性成分

双孢蘑菇除了多糖类、酚类化合物、凝集素和酪氨酸酶这几种主要的生物活性物质之外，目前的研究还发现一些其他的活性成分。Chen S 等人[41]发现，双孢蘑菇的活性成分共轭亚油酸和其衍生物可能是芳香酶的抑制剂，在饮食中经常食用双孢蘑菇，可能会预防乳腺癌及其他疾病。双孢蘑菇还富含吲哚化合物，在许多代谢途径中发挥重要作用，这是因为可作为神经递质或其前体。另外，吲哚化合物还具有抗癌和抗衰老的活性，调节细胞周期和血液凝固及抗氧化活性。麦角硫因在双孢蘑菇子实体中被发现，除抗氧化作用外，Chen Y C 等人[42]还发现，麦角硫因具有抗诱变、化学和放射防护活性，使其成为一种重要的医学物质，并检测出该化合物的含量最高可达0.93 mg/g，表明双孢蘑菇是这种化合物的最佳来源之一。

3 主要活性成分的提取技术

3.1 多糖的提取

双孢蘑菇多糖提取的传统方法主要有热水、酸或碱溶液提取[43-44]。传统提取方法操作简便，适用于实验室和工业化生产。但传统提取法存在提取时间长、多糖容易降解等缺点，影响最终的提取效率。因此，有必要对传统提取多糖的方法进行优化。除了传统方法提取双孢蘑菇多糖外，目前超声辅助法也应用到双孢蘑菇的提取中。超声波空化效应可以加速多糖释放到溶剂中，提高多糖的提取率。Qiao D L 等人[45]采用四因素三水平正交试验优化了超声波辅助提取双孢蘑菇多糖的工艺参数，当超声功率170 W，温度65 ℃，时间40 min，料液比1∶30（g∶mL）时，双孢蘑菇多糖的提取率为5.60%。Tian Y 等人[15]研究超声辅助提取双孢蘑菇多糖的工艺，通过响应面法对提取条件进行优化，得到最优工艺为料液比1∶30（g∶mL），温度70 ℃，时间62 min，超声功率230 W，此时双孢蘑菇多糖的提取率达到最高为6.02%，该提取率远高于传统提取法。

3.2 酚类化合物的提取

酚类化合物提取的方法主要有传统的溶剂提取法，及新型的超声提取法和微波提取法。溶剂提取法主要是根据不同的溶解性，从样品里溶解出多酚类物质。在提取多酚类物质之前，要根据多酚类物质的性质，选择合适的有机试剂进行提取。刘俊等人[46]使用乙醇提取双孢蘑菇中的多酚物质，通过正交试验对提取多酚的工艺条件进行优化，最后在最优参数条件下，多酚最大的提取量为13.49 mg/g。超声辅助提取法是通过破碎样品的细胞结构，让提取使用的溶剂快速渗透进去，以此提高提取效率。沈雅萍[47]利用超声提取法从双孢蘑菇中提取多酚类物质，通过响应面优化提取工艺，在最优工艺参数下，双孢蘑菇多酚提取量为37.21 mg/g。微波辅助提取法是当前活性成分提取的一个研究重点，不但可提高提取量，而且还能通过缩短提取的时间和降低溶剂的消耗来提高提取的效率，是多酚提取中的一种高效新型技术。Oezyuerek M 等人[48]研究3 种野生食用蘑菇多酚的微波辅助提取工艺，并对其提取工艺进行优化，确定最优参数为甲醇体积分数80%，提取时间5 min，温度80 ℃。

3.3 凝集素的提取

凝集素的提取分离通常是使用传统的蛋白质提纯方法。目前，随着亲和层析技术的发展，该技术已被用于凝集素提纯。主要是通过DEAE -纤维素或CM -纤维素柱、凝胶过滤或基于凝集素糖特异性的亲和层析，以及尺寸排阻层析从蛋白质混合物中分离凝集素。张迪等人[49]使用硫酸铵盐析法从双孢蘑菇中提取粗凝集素，然后通过DEAE-Sepharose 层析和Sephadex G-100 层析分离得到双孢蘑菇凝集素。另外，根据凝集素的生化特性，现代色谱技术如高效液相色谱法和快速蛋白液相色谱法也被用于纯化凝集素。虽然还能通过磁性纳米颗粒、亲和膜、水相法和亲和沉淀法等技术提取凝集素，但这些技术都不能替代层析方法[50]。亲和层析仍然是凝集素纯化的首选方法和最常用的方法，无论是单独使用还是与其他技术结合使用。

3.4 酪氨酸酶的提取

酪氨酸酶常用的提取方法包括研磨、过滤、离心、盐析和透析等工艺。闵玉涛等人[51]以双孢蘑菇为原料，通过盐溶、盐析、透析及反渗透等方法对双孢蘑菇中的酪氨酸酶进行提取纯化。盐溶后的双孢蘑菇酪氨酸酶与提取的粗酶比较，其酶的活力提升了5 倍左右，比活力也随之增高了8.75 倍左右；用60%的饱和硫酸铵处理后，再通过半透膜进行透析及反渗透方法对酪氨酸酶进行纯化，与粗酪氨酸酶比较，纯化后酶的活力大幅度提高了68.4 倍左右，比活力更是提高了501.2 倍左右。此外，还能通过离子交换色谱法对粗酪氨酸酶进行分离纯化。该方法可以把离子交换剂作为其固定相，然后通过离子交换剂与荷电溶质间的静电相互作用力的差别将溶质进行洗脱分离。

4 结语

双孢蘑菇作为一种珍贵的食物来源，由于独特的生物学特性和营养特性使其成为改善人类健康的最佳食物选择之一。近年来，越来越多的研究报道了其营养价值、促进健康的益处，以及从中提取的化学物具有抗氧化、抗癌、抗菌和抗炎等特性，经常食用双孢蘑菇还可辅助治疗癌症、糖尿病，增强人体的免疫功能等。已证明双孢蘑菇具有丰富的活性化合物和功能特性，但是目前只有相对较少的研究报道是利用双孢蘑菇对人类进行直接治疗试验，所以后期研究中在保证安全可靠的基础上，以确认双孢蘑菇对各种疾病的药用潜力。此外，通过应用新技术以高产量和高选择性提取分离这些活性化合物，尤其是通过使用绿色提取技术，开发出具有保健作用的食品或者具有治疗作用的药品，提升双孢蘑菇的营养和药用价值。