富集微量元素食用菌的研究進展*

郭慧陽，王 彤，胡惠萍，姜 明**

（1.廣東省科學院微生物研究所，華南應用微生物國家重點實驗室，廣東省微生物安全與健康重點實驗室，農業農村部農業微生物組學與精準應用重點實驗室，廣東 廣州 510070；2.牡丹江師范學院生命科學與技術學院，黑龍江 牡丹江 157012）

微量元素是一種在人體中所占比例極少但有著重要生物學作用的營養要素，其中必需微量元素是生命活動中必不可少的一部分[1]。微量元素與蛋白質和其他基團有機結合，參與酶、激素和核酸的代謝，對維持機體正常的生命活動有著重要意義[2]。缺乏微量元素會使人體新陳代謝、智力發育等產生障礙，從而導致各種疾病。例如，研究表明缺碘會造成成年人出現甲狀腺結節[3]；近幾年學者對鋅元素作為免疫調節劑的研究發現，ZnT和ZIP轉運蛋白和金屬硫蛋白儲存網絡緊密調節鋅的供應，鋅元素影響自身免疫和獲得性免疫等，缺鋅會損害人體免疫功能[4]。硒是人體必需微量元素之一，該元素除了具有抗氧化[5]、抗腫瘤[6]、抗炎癥[7]等多種功能外，還有最新研究表明，有機硒類化合物依布硒在體外抗病毒試驗中，能顯著抑制新冠病毒復制，在新冠病毒的臨床治療中具有一定潛力[8]。利用微量元素來預防和治療疾病、延長壽命已成為健康領域研究的熱點，因此近年來學者們積極開發生物富集微量元素產品。

食用菌是含有豐富營養價值且可供食用的大型真菌，有很強的生物富集能力[9]。在培養基中添加適量的微量元素，食用菌生長過程中可將無機態的元素轉化為自身的有機成分，使微量元素呈穩定狀態，利于微量元素的儲存和運輸，且容易被人體吸收利用[10]。富集微量元素的食用菌還有藥理作用顯著提升的特點，對預防和治療人體疾病有一定效果，因此可利用其藥理活性開發功能性產品。通過對富集硒、鋅、鍺、鈣、碘的食用菌在抗氧化、降血糖、降血脂、抗腫瘤、抗疲勞、預防肝損傷等多方面的藥用價值、產品開發和副產物的應用進行總結歸納，以期為富微量元素食用菌藥理作用機制的研究、臨床的應用以及精深加工產品的開發提供理論參考。

1 富微量元素食用菌的藥理作用

1.1 富微量元素食用菌的抗氧化作用

自由基學說認為，衰老過程中的退行性變化是由于細胞在正常代謝過程中產生自由基的有害作用引起的[11]。當人體自由基過剩或消除自由基能力不足時，不僅會加速衰老，還易引發各種疾病。而超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD） 作為生物體內清除自由基的首要物質，具有較強的自由基清除能力，在生物抗氧化中有著重要地位[12]。研究發現富微量元素的食用菌可通過有效提高SOD活性、清除DPPH·、降低體內丙二醛和脂質過氧化物等，從而達到抗氧化效果，詳見表1。

表1 富微量元素食用菌抗氧化活性研究Tab.1 Researches in antioxidant activities of edible fungi rich in trace elements

如表1所示，對比普通食用菌和富集微量元素食用菌發現，微量元素可以提升食用菌菌絲體的生物量和生物活性。羊肚菌在添加9 μg·mL-1亞硒酸鈉的條件下培養后，富硒菌絲體中多糖含量是非富硒菌絲體的2倍，富硒培養條件下的羊肚菌菌絲體多糖比普通多糖的體外抗氧化作用效果更好[13]。對富鋅羊肚菌菌絲體中SOD、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、還原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH） 的變化規律進行研究，發現相比未添加鋅源的羊肚菌菌絲體，上述各物質含量均有所增加，丙二醛（malondialdehyde，MDA）有所降低，說明富鋅培養可以有效提高羊肚菌的抗氧化能力[15]。但過量的微量元素對食用菌生長具有抑制作用，在紅汁乳菇的富鋅培養過程中，當鋅濃度為0.5 g·L-1時，菌絲的生長受到抑制，這可能是因為鋅吸附在菌絲表面，阻礙了營養物質的吸收[16]。

1.2 富微量元素食用菌的降血脂、血糖作用

血脂異常已成為冠狀動脈粥樣硬化的危險因素之一，同時可引發一系列疾病，如心肌梗死、高血壓、糖尿病等，已嚴重危害人們的壽命及生活[21]。對光帽鱗傘（Pholiota nameko） SW-03進行富鋅培養后，通過液體深層發酵生產光帽鱗傘菌絲體鋅多糖（mycelia zinc polysaccharide，MZPS）；分析發現MZPS可顯著降低高脂血癥小鼠血清中的總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇和極低密度脂蛋白膽固醇的水平，升高高密度脂蛋白膽固醇水平；通過形態學觀察表明MZPS還可減輕高脂血癥小鼠的肝臟損傷[22]。

糖尿病最常見的類型為Ⅱ型，占患病人數的90%。胰島素抵抗、胰島β細胞異常是引發該病的主要因素[23]；大量沉積于體內的脂肪會誘導脂質中間產物的積累，產生胰島素抵抗引發糖尿病[24]。硒元素可以促進葡萄糖轉運,并通過谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px） 直接清除機體體內的自由基，從而保證胰島素分子的結構完整和功能[25]。覃秀桃等[26]發現，適當劑量的富硒平菇可提高衰老大鼠GSH-Px活性，提高其高密度脂蛋白和血清蛋白的含量，降低大鼠血清脂質過氧化物、總膽固醇、甘油三脂含量，通過改善脂代謝異常維持衰老大鼠的正常血糖。用富硒靈芝（Ganoderma lucidum）的粗提物對Ⅱ型糖尿病大鼠進行灌胃給藥試驗；結果表明富硒靈芝粗提物的中劑量組（600 mg·kg-1）、高劑量組（1 200 mg·kg-1）大鼠在給藥后，血清中葡萄糖和胰島素的含量均顯著減少，胰島素抵抗指數含量明顯下降；此外，富硒靈芝粗提物中，高劑量組顯著促進模型大鼠肝組織中脂肪顆粒的排出、調節血脂異常，并且給藥時間與治療效果呈正比；其作用機制可能為富硒靈芝粗提物上調了肝組織中過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）、過氧化物酶酰基輔酶A氧化酶1（ACOX1） 蛋白和mRNA的表達，對蓄積的脂肪酸排出具有促進作用，但低劑量組富硒靈芝粗提物（300 mg·kg-1）對各指標無明顯作用[27]。

1.3 富微量元素食用菌的抗腫瘤作用

腫瘤是對人類健康造成威脅的主要疾病之一，現今外科手術依然是治療腫瘤的主要方法，但大部分有復發的可能。除此之外，一些免疫療法對腫瘤的治療效果較好，但腫瘤抗生素普遍水溶性低、穩定性差，且長期使用會產生惡心嘔吐、食欲減退、脫發副作用[28-29]。天然小分子化合物種類繁多、數量巨大，且具有化學調節、信號載體、化學防御等多種功能。人體必需微量元素有一定抗腫瘤及預防癌癥的作用，例如硒元素具有廣泛的生理功能，包括抗腫瘤或協同抗腫瘤作用，其機制與促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤血管生成和腫瘤細胞遷移等有關[30]。食用菌中的某些活性物質也有一定的抗腫瘤作用[31]，因此，食（藥）用大型真菌作為新結構天然產物與小分子活性化合物的重要來源生物類群，已成為藥物開發的重要資源[32]。靈芝進行富硒培養后分離純化出的硒多糖，對乳腺癌MCF-7細胞的增殖和鼻咽癌細胞的增殖均起抑制作用[33-34]；富硒組指數顯著高于普通組，說明硒和靈芝多糖存在協同作用。用香菇硒多糖進行人外周血單個核細胞增殖影響的試驗，結果表明香菇硒多糖對人體T淋巴細胞的增殖有明顯抑制作用，同時提升了正常細胞的活力[35]。張笑然等[36]分離出姬松茸（Agaricus blazei）胞內鋅多糖MP-2和MP-3；其中10 mg·kg-1的MP-3對小鼠肝癌的抑制率達68.1%；且發現注射MP-2、MP-3（注射量均為10 mg·kg-1）24 h后的小鼠血清中鋅濃度仍高于對照組，說明小鼠可有效吸收2組分中的鋅元素。因此，姬松茸胞內鋅多糖有開發成兼具抑癌和補鋅功效藥物的潛力。

1.4 富微量元素食用菌的預防肝損傷作用

機體肝損傷是由多種因素引發的正常肝功能下降，同時也是導致肝功能衰竭的一個重要因素。藥物性肝損傷是臨床常見的肝損傷類型，藥物可通過誘導內質網應激和激活死亡受體等方式激活凋亡通路，誘導肝細胞凋亡或壞死，誘發肝損傷[37]。食用菌與微量元素結合后的藥理作用，能有效避免治療肝病抗生素藥類對人體可能造成的二次藥物性肝損傷，對于抗肝損傷具有獨特的價值。用富鍺靈芝膠囊作用于經四氯化碳（CCl4）誘導的肝損傷大鼠，發現其可明顯降低血清中谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶的活性，對CCl4誘導的大鼠肝損傷具有一定的保護作用[38]。許諾[39]發現白靈菇 （Pleurotus nebrodensis）在鋅添加量為150 mg·L-1時，富鋅菌絲體的生長量和富集率最佳；提取鋅多糖對小鼠進行灌胃試驗，發現高血脂小鼠的氧化應激水平下降，抗氧化能力增強，肝臟形態學及組織病理學切片隨著鋅多糖濃度的增加趨于正常；說明其可有效降血脂、保護及預防肝損傷。

1.5 富微量元素食用菌的抑菌作用

食用菌的抑菌作用已逐漸受到研究者們的關注。研究表明，食用菌富微量元素培養后，對病原菌具有一定的抑制作用，在預防和治療病原菌引起的疾病上有一定的藥用價值。周連玉等[40]發現蜜環菌（Armillatia mellea）硒多糖濃度較高時對大腸桿菌的生長具有抑制作用，但抑菌效果低于亞硒酸鈉對照組，說明硒能夠提高食用菌多糖的抑菌能力；同時抑制大腸桿菌的效果與硒多糖的濃度呈遞增關系。在每克豬苓（Polyporus umbellatus） 多糖中配合26.5 mg硒，硒多糖濃度為5 mg·mL-1時對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、啤酒酵母和黑曲霉均具有抑制作用，且富硒豬苓多糖抑菌能力高于普通豬苓多糖[41]。

1.6 富微量元素食用菌的抗疲勞作用

如今，由于生活方式、壓力等因素影響，疲勞廣泛存在于各類人群中。疲勞的產生機制包括組織中代謝物質的積累、能量供應不足、氧化應激、肌肉損傷等[42]。長期疲勞可能誘發癌癥、抑郁、多發性硬化等疾病，并且還是機體“脆弱”反應的警示信號[43]。陳瑞琪[44]發現，金針菇菌絲體無論是否富鍺，都可減少小鼠運動后體內血乳酸含量；但富鍺金針菇降低小鼠體內血乳酸含量的能力更強，其作用機制可能是鍺進入機體后與血紅蛋白結合，保證細胞的有氧代謝，使小鼠肌肉在大強度運動后不至于嚴重缺氧而產生糖酵解作用，減少乳酸產生；富鍺金針菇菌絲體還可通過鍺的增氧作用使機體進行更多的有氧代謝而產生能量，從而使蛋白分解減少，降低小鼠血尿素氮含量；這說明富鍺金針菇在一定劑量范圍內具有較好的抗疲勞作用。陳廣旭[45]研究發現，在一定劑量范圍內的富鍺蛹蟲草（Cordyceps sp.）可以顯著延長小鼠運動時間，減少運動時小鼠產生的血乳酸；運動后小鼠體內乳酸的清除速率明顯加快，合理范圍內，越高劑量的富鍺蛹蟲草菌絲體粉緩解尿素氮產生的效果越好。改善或緩解疲勞癥狀可能需要較長時間，長期服用化學藥物可能會產生一些不良反應或毒性作用[46]。靈芝TW富碘能力較強，進行培養后，其菌絲體富集碘的含量為 3.05 mg·g-1～7.75 mg·g-1時，富碘靈芝菌絲體能明顯增強小鼠的耐缺氧、抗疲勞能力，提高其學習記憶能力且安全無毒[47]。此外，富微量元素食用菌對恢復體能有一定的作用。富硒平菇與空白對照組相比，顯著提高運動員血液中的SOD含量，降低MDA活性，且效果明顯高于普通平菇[48]。

1.7 富微量元素食用菌的其他作用

合并全身炎癥反應、膿毒癥等的危重型肺炎患者普遍缺乏微量元素，體內硒元素的水平短期內明顯降低[49]。由此可見微量元素在機體免疫調節中發揮著重要作用[50]。閆昳姝等[51]發現富鍺金針菇多糖FVP1能與小鼠腹腔巨噬細胞靶向性結合，并可顯著促進其分泌NO，在體外試驗中具有良好的免疫調節活性。富硒北蟲草也可以有效提高小鼠的免疫力[52]。

此外富微量元素食用菌對腸道有益菌群的生長、繁殖具有一定影響。陳宏偉等[53]通過熒光定量PCR法，對喂飼富鍺木耳菌絲體小鼠腸道內大腸桿菌和乳酸桿菌的16S rDNA數量進行測定，發現富鍺木耳對小鼠腸道菌大腸桿菌無明顯的調節作用，但對乳酸桿菌的生長、繁殖具有顯著的促進作用。

2 富微量元素食用菌的安全性評價

微量元素的缺乏會產生各種疾病，但過量攝取也會對人體產生危害，如慢性中毒等[54]。因此，需通過對富微量元素食用菌進行急性毒性和致突變性試驗，從而確定富微量元素食用菌的安全性。將杏鮑菇富硒培養在50 μg·g-1的濃度下，含硒量可高達472.36 mg·kg-1；利用富硒杏鮑菇子實體進行小鼠灌胃急性毒理試驗，表明小鼠的最大耐受量（maximum tolerated dose，MTD）＞6 267 mg·kg-1；根據急性口毒性分級標準，此富硒杏鮑菇子實體對小鼠屬于無毒級物質[18]。用富硒靈芝破壁孢子粉對小鼠進行急性毒性和致突變性研究，大鼠、小鼠的MTD值均＞15 000 mg·kg-1，無中毒表現；在5 000 mg·kg-1范圍內，富硒靈芝破壁孢子粉對小鼠的精子畸形率和微核率與空白對照組無顯著差別；該濃度顯著高于富硒破壁靈芝孢子粉人體每日推薦量（3 000 mg·60-1kg-1），說明富硒靈芝破壁孢子粉在該條件下屬于無毒級物質，并且無致突變性；但針對長期食用富硒靈芝破壁孢子粉的毒理安全性評價有待進一步研究[55]。

然而以硒含量為82 mg·kg-1的蛹蟲草進行小白鼠毒理試驗發現，以推薦的蛹蟲草子實體人體每日服用量2 g/人（成人體重按60 kg計） 的100倍濃度進行灌胃后，小鼠谷丙轉氨酶明顯降低，說明小鼠肝臟受損；結合臟器指數分析，表明過高濃度的富硒蛹蟲草對小鼠具有毒性作用[56]。

3 產品開發的研究進展

隨著人們對健康的重視和消費觀念的改變，對食物的喜愛不再局限于口感，更多的是關注其營養和保健功能。富微量元素食用菌無論口感還是藥理作用都較為突出，其含有人體所需微量元素和許多功能性分子，是實現降血糖和血脂、提高機體免疫力、延緩衰老等功能的基礎[57]。研究者利用不同富微量元素食用菌對多領域產品進行了研究和開發，詳見表2。

表2 富微量元素食用菌的產品開發Tab.2 Development of edible fungi rich in trace elements

4 富微量元素食用菌副產物的利用

4.1 肥料

隨著食用菌產業在我國不斷地擴大，菌糠等副產物產量也隨之增加。菌糠中含有豐富的蛋白質、氨基酸、微量元素和食用菌生長過程產生的次級代謝產物。富微量元素菌糠的再利用不但可以提高作物產量，還可以提升作物的品質。以食用菌富硒栽培后的菌渣作為主要原材料，同時添加外源無機硒，接種外源微生物發酵菌劑后，進行堆肥發酵，制作成高品質的富硒有機肥，有利于節約經濟、生態環保等多方面發展[69]。

4.2 飼料

余順波等[70]用冷榨紫蘇餅和富硒菌糠配制復合飼料，生產出的雞蛋富硒和ω-3多不飽和脂肪酸；菌糠中的無機硒可以在雞體內轉化為有機硒；研究表明添加含0.3%富硒菌糠飼料配方飼喂雞后生產的雞蛋中，硒含量為0.324 mg·kg-1，可滿足缺硒人群補充硒元素的需求；此外，復合飼料充分利用了食用菌生產的廢棄物和紫蘇油生產的副產物，保護環境、節約資源的同時，提高養殖的經濟效益。石愛華等[71]添加濃度為125 mg·kg-1的富硒食用菌粉制作復合型豬飼料；硒元素可提高豬的免疫力，從而減少抗生素的使用；同時人們通過食用富硒豬肉補充硒元素，起到抗氧化、防衰老的作用。

對菌糠的循環再利用，不但節省了資源空間，降低了處理廢棄物的額外消耗，還提高了經濟產物的營養價值和效益。目前有關富微量元素食用菌菌糠的利用研究較少，有待進一步開發。

5 討論與展望

綜上所述，近年來食用菌進行富集微量元素培養的研究受到廣泛的重視。富集微量元素食用菌的多種活性物質對預防和治療疾病具有一定的潛在價值。但由于生物活性物質的結構復雜，基于目前對富微量元素后的活性物質研究尚為淺顯，其具體作用機制尚不清楚，距離應用于臨床治療疾病和多領域產品開發還有問題待解決。后續對富微量元素食用菌的研究可從以下方面深入。

1） 基礎研究：微量元素如何參與食用菌生物活性物質合成的機理尚不明確；應在完善傳統研究方法的同時，積極利用分子水平技術結合多組學，對富微量元素活性物質的結構和藥理作用機制進行探索，深入解析富微量元素物質的形成機理。

2） 疾病的治療與預防：相較化學藥物而言，富微量元素食用菌具有藥源豐富、毒副作用小、易于儲存和成本低廉等特點；基于富微量元素生物活性物質的研究，可進一步探索其與臨床藥物聯合使用效果，從而降低化學藥物對機體產生的毒副作用。

3） 安全性：富微量元素食用菌可以有效補充人體所需微量元素，但攝入過量也會對人體產生危害。食用菌本身就含有一定量的微量元素，在人為添加微量元素后，食用菌生長過程中對微量元素的吸收很容易造成子實體微量元素超標。例如，GH/T 1135-2017富硒農產品[72]規定，富硒食用菌的硒含量為 0.10 mg·kg-1～5.00 mg·kg-1，生產富硒食用菌的關鍵在于控制培養基中硒含量的添加范圍；且不同種類食用菌的富集能力、富集率不同，應根據不同食用菌的特點嚴格控制微量元素的添加量[73]。此外，食用菌具有富集能力強的特點，因此在生長過程中對一些人體有害的重金屬元素也能吸收和積累。國外研究發現，食用菌重金屬超標主要是因為栽培用木材對重金屬的過量積累；以放射性Cs污染的原木為原料栽培食用菌，部分放射性Cs被直接轉運至菌柄基部[74]。國內科研人員從云南16個地點采集食用菌樣本，調查其重金屬污染狀況；發現其中對人體有害的重金屬（砷、鎘、鉛）的濃度普遍高于國家標準 （砷為 1.0 mg·kg-1，鎘為 0.2 mg·kg-1，鉛為 2.0 mg·kg-1）[75]。食用菌重金屬污染源有很多，如水源、空氣、土壤和栽培料等，所以在富微量元素培養食用菌時應該高度重視重金屬超標風險。

4） 富微量元素產品的開發：糧食作物富集微量元素方式單一，生長周期較長，受自然環境氣候等多方面的影響，富集率不高。例如，土壤中的膠體礦物質與硒結合，從而影響植物對硒的吸收和轉化；動物主要是通過飼料添加的方式富集微量元素，目前研究最多的為富硒豬肉，但在開發過程中發現硒元素在機體的不同部位沉積代謝含量有所不同，存在硒含量分布不均的現象。與動物、植物相比，食用菌在富集微量元素方面具有生長周期短、富集率相對較高且具有良好的穩定性和安全性等優勢；此外，研究發現食用菌中微量元素可以與重金屬絡合，靈芝有機鍺是被半氧化物（陰離子）排成的網狀結構體，在人體內可以與重金屬（陽離子）絡合成鍺合物，排出體外，有效清除人體中的重金屬[60]。目前以食用菌為載體生產富微量元素產品種類較少，近年來的研究局限于少部分富硒食用菌，富碘、富鐵、富鍺等食用菌產品有待進一步研究和開發。

5） 富微量元素食用菌副產物的應用：富集微量元素后的食用菌下腳料、菌糠和液體發酵培養基中均含有大量的營養物質和未被吸收的微量元素；在保證安全無毒的前提下，學者們應積極研發利用其作農作物肥料、畜牧業飼料等；這既利于資源循環再利用，減少環境污染，又增加經濟效益。

總之，富微量元素食用菌的研究仍處于發展水平，深入研究其藥用價值和產品開發具有廣闊的潛力。