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食药用菌多糖抑菌作用研究进展

2021-11-30 15:12:58 来源: 金博宝188官网注册 导刊

食药用菌多糖抑菌作用研究进展
蔡小雨，李雪晗，于美翠，巫小慧，王玉青，李梦瑶
（河北农业大学理工学院，河北沧州 061100）
摘 要：食药用菌多糖由于具有降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗病毒，抑菌等多种天然的生物活性功能，一直以来都是研究热点。通过查阅相关文献，本文对于食药用菌多糖抗菌功能进行整理概述，分别阐述了食药用菌多糖的提取工艺与抑菌原理，灵芝、香菇、黑木耳、杏鲍菇、竹荪与孔菌6大类具体的食药用菌多糖的抑菌能力与其多糖提取优化工艺，为应用食药用菌多糖抑菌功能到农业、医药业与食品工业提供一定的科学依据。
关键词：食药用菌；多糖；抑菌活性；提取工艺
“无叶无芽无花，自身结果；可食可补可药，周身是宝。”描写的就是食药用菌。食药用菌从广义上可以认为是可以食用的真菌，狭义上认为是可食药用的大型真菌。总的来说可食药用菌属于真菌的一类分支，属于微生物的范畴。如今食药用菌的菌体培养多用液体培养的方法，食药用真菌在液体中进行发酵，在此过程发酵液中会产生丰富的多糖。由于真菌多糖具有多种生物活性，国内外对于食药用菌多糖提取方法与功能的研究一直在进行，综述食药用菌多糖抑菌作用相关研究进展，为抑菌功能更好的利用提供一定的科学依据。菌体多糖名称见表1。
1 食药用菌多糖抑菌作用机理
有关食药用菌多糖的抑制作用的研究有很多，但大多是以一种菌为研究对象进行抑制作用机理的研究。通过查阅国内外相关文献，本文将不同种菌的抑菌机理进行汇总，大致可以分为3种，即阻止有害菌进入细胞，破坏有害菌的细胞膜与细胞壁与影响有害菌的基因表达。
1.1 阻止有害菌进入细胞
当有害菌还未接近宿主细胞时，一些多糖会与有害菌所必需的营养物质铁进行结合，进而影响了有害菌的活性，铁与多糖结合能力越强，有害菌体得到的铁越少,对于菌体的抑制能力越强[1],到达宿主细胞的有害菌就越少。一些食药用菌多糖可以代替某些细菌宿主的受体结构，与细菌的黏附素结合，阻止细菌侵染宿主细胞[2]。
1.2 破坏有害菌的细胞膜与细胞壁
一些食药用菌多糖可以破坏微生物的细胞壁与细胞膜。例如呈现正电荷的壳聚糖可以与呈现负电荷的革兰氏阴性菌（G-）外膜上的脂多糖和革兰氏阳性菌（G+）特有的脂磷壁酸（磷壁酸与脂类分子）发生静电反应。G-的外膜-与G+细胞壁会有不同程度的损坏，使其内容物流出，进而影响细菌的活性，甚至造成细菌的死亡[3]。有一些细菌群体被某些生物大分子（多为糖蛋白复合物）组成的生物膜包裹着，生物膜使细菌的环境适应性更强，食药用菌多糖可以抑制细菌的活性、破坏细菌的生物膜。如食药用菌中提取的半乳聚糖[4]。还有一些多糖易于吸附在微生物的细胞表面，形成抑菌膜，影响微生物的新陈代谢与活性[5]。
1.3 影响有害菌的基因表达
从可食用菌提取低分子量的多糖可以进入微生物的细胞核中，靶向作用于细胞核中的带负电荷的遗传物质，影响遗传物质的复制，转录，翻译等过程，进而达到抑菌的效果[6]。小分子的多糖可以通过某些微生物的多孔细胞壁进入到微生物的内部，改变微生物的内部胶体状态，使其絮凝，变性，影响微生物的存活状态。如果多糖分子继续裂解，有可能会失去抑菌的作用。如果是分子量过大的多糖，会通过复杂的卷曲与缠叠，影响微生物活性的有效基因的表达，抑菌作用会因此减弱。
2 食药用菌多糖提取方法
不同种类的食药用菌多糖的提取是以提取多糖的含量与提取多糖的活性为综合考虑因素，确定最优提取方案。提取方法不是亘古不变的，是推陈出新的。因此，相关人员需要不断进行优化实验，获取更好的多糖提取方案。目前，食药用菌多糖的提取方法有水提醇沉法、酶提取法与超声波辅助法等多种方法[7]。本文对水提醇沉法、碱浸提取法、超声波辅助溶剂浸提法、复合酶提取菌体多糖、微波辅助极性溶剂萃取与亚临界水提取菌体多糖6种方法进行综述。
2.1 水提醇沉法
水提醇沉法是根据提取的多糖易溶于水（尤其是热水）,不溶于极性的乙醇溶液中的特点，设计而成。此方法简便，成本小，易操作。但是水提中的水一般为热水，热水会影响多糖的活性，造成多糖的损失。张丽等[8]利用水提醇沉法对于杏鲍菇的子体进行多糖的提取。试验得到，当料液比为1∶20，提取温度保持在80 ℃左右条件下，提取时间为2 h的杏鲍菇粗多糖产率最优。
2.2 碱浸提取法
碱浸提取法由于某些菌体多糖为酸性，这些菌体的细胞壁与细菌在碱性环境中可以更好的吸水破裂，让菌体多糖流出。由于这种方法需要用到碱液，碱液对于提取设备具有腐蚀性，维护成本高。碱液pH的调控也是一个难题，pH太高破坏多糖的结构，影响多糖的性质，如果pH太低，达不到提取菌体多糖产率高的效果。王琪[9]利用此方法进行灵芝多糖的提取，提取效果较好。
2.3 超声波辅助溶剂浸提法
应用超声波的空化作用、机械作用和热作用[10]，会产生高强度的微射流与冲击波，可以起到破坏菌体细胞的细胞壁结构的作用，但提高浸提剂的提取效率的同时，也会影响多糖的结构与性质，故仍有待改进。总体看来此方法所用的设备普遍，操作简单，适应多种菌类的多糖提取。赵梦瑶等[11]采用水提法与超声提取法两种方法分别进行黑木耳多糖的提取，应用超声提取法提取的黑木耳多糖对于大肠杆菌的抑制效果更好。许瑞等[12]对于杏鲍菇多糖的超声波提取工艺进行优化，确定最优的提取条件是提取温度95 ℃，超声波功率213 W，提取剂的用量20 mg/mL，提取82 min.
2.4 复合酶提取法
第4种方法是应用复合酶提取菌体多糖，酶具有专一性，所以在破坏细胞壁与细胞膜时，不会对提取的多糖结构有影响，但是此方法与其他方法相比，提取的多糖有更多的蛋白质杂质，需要进行去蛋白的操作。由于复合酶本身的获取与保藏成本较高，所以该种提取方法的应用范围小，多用于对热异常敏感的菌体多糖的提取[13]。
2.5 微波辅助法
第5种方法为微波辅助法，利用微波使菌体内部温度迅速升高，由于热胀冷缩，使菌体内部的压强迅速大于环境中的大气压，使菌体的内容物流出。该方法可与极性溶剂进行配合使用，该方法中有两个作用：①浸提多糖；②吸收传递微波热量，也可以与微波协同作用。此方法提取速度快，但是热敏感的菌体不易用此方法进行提取[14]。赵有伟等[15]比较3种不同的粗毛纤维孔菌粗多糖的提取工艺，最终确定利用超声微波协同提取的方案最佳。当料液比为1∶33 g/mL，在微波功率为500 W，持续时间50 s，超声时间51 min的条件下，提取效率最高。
2.6 亚临界水提取法
亚临界水提取法现在仅为试验阶段，即利用亚临界水提取菌体多糖的方法。亚临界水提取法综合了前5种方法的所有优点，如能耗低，操作简便，绿色环保，保护多糖的结构，亚临界水可以使菌体细胞中的蛋白质、淀粉变性，还方便于后续纯化多糖的步骤。但是该方法如果大规模应用于工业上，因为该方法所需的条件为高温高压，这种条件下菌体多糖非常容易裂解。故其在实际生产的应用中还需进一步的
研究[16]。
3 食药用菌多糖抑菌活性
3.1 灵芝多糖
白丹等[17]应用纸片琼脂法测定灵芝多糖对于胡萝卜欧氏菌，指状青霉，灰葡萄孢，枯草芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌，大肠杆菌，黑根霉与黑曲霉8种微生物的抑制程度，最终发现灵芝多糖对于前两种植物病原菌与蜡状芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌的抑制效果最为明显，对于大肠杆菌抑制效果一般，但是对于黑根霉与黑曲霉的抑制效果几乎没有。王琪[18]试验发现灵芝多糖对于大肠杆菌（G-）、枯草芽孢杆菌与金黄色葡萄球菌（G+）没有抑制效果。原因可能是由于灵芝多糖的空间结构过大，不能够冲破细胞壁的阻碍。赵成萍等[19]的试验结果表示，在酸性环境中，灵芝多糖对枯草芽孢杆菌的抑菌效果优于碱性环境，可能是由于酸性环境促进菌体细胞壁与细胞膜的瓦解。根据苏玲等的[20]研究，灵芝发酵液浸膏多糖（灵芝胞外多糖与胞内、多糖混合）对于大肠杆菌具有良好的抑制效果。根据潘明等对[21]灵芝发酵液多糖的研究发现，灵芝发酵液多糖对于金黄色葡萄球菌的抑菌效果最优，对于枯草芽孢杆菌也有明显的抑菌效果，但是对于酿酒酵母菌与黑曲霉没有抑菌圈的产生。同一种类食药用菌的多糖，由于提取多糖的位置与方法不同，对于菌的抑制效果也具有选择性。
王红艳等[22]通过温室盆栽试验探究灵芝多糖对于尖孢镰刀菌的影响。结果发现，200 mg/mL灵芝多糖溶液处理棉花幼苗叶片，使过氧化物酶的活性大于对照组，增加了棉花对于尖孢镰刀菌的抗性。宁玉波[23]发现用经过灵芝多糖溶液处理过的番茄叶片感染番茄灰霉菌的几率下降。这是由于经过灵芝多糖处理的番茄叶片，提升了植株体内过氧化物酶的活性，多酚氧化酶与过氧化氢酶等防御酶的活性显著提高。灵芝多糖在抑制植物病菌方面具有良好的作用。
3.2 香菇多糖
雷莉辉等[24]从奶牛的乳房炎病例中分离出金黄色葡萄球菌与大肠杆菌两种细菌，用香菇多糖进行体外抑菌试验，利用平板扩散法发现，香菇多糖对于金黄色葡萄球菌的抑菌圈要小于大肠杆菌的抑菌圈；对于前者的MIC为37.5 mg/mL,对于后者的MIC为18.75 mg/mL。综合看出，香菇多糖对于两种菌都有良好的体外抑制效果，但是对于大肠杆菌的抑制效果最优。王嘉铭[25]发现未纯化的L2P20组分具有更好的抗氧化效果，但L2P20A组分对金黄色葡萄球菌具有更好的抑菌效果。
3.3 木耳多糖
罗敬文等[26]研究发现玉木耳对于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑菌能力较强，毛木耳和黑木耳对于三者的抑菌能力相同，且抑菌能力一般。3种多糖对于大肠杆菌的抑菌效果要优于其他两种菌种。蔡铭等[27]利用牛津杯进行抑菌试验的探究。研究发现木耳多糖对于金黄色葡萄球菌与大肠杆菌具有抑制作用，对于枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌、啤酒酵母与黑曲霉没有抑制效果。张廷婷等[28]在黑木耳多糖对于小鼠肠道菌群调节的研究试验中，高油脂饮食的小鼠体内的拟杆菌门升高，厚壁菌门降低。小鼠同时摄取黑木耳多糖后，乙肝菌门降低，厚壁菌门相对升高，表明黑木耳多糖可调节小鼠的肠道菌群。
3.4 杏鲍菇多糖
张丽等[29]采用滤纸片法探究杏鲍菇多糖对8种微生物的抑菌作用，发现杏鲍菇多糖只对白色链球菌与产气杆菌有抑制作用。许瑞[30]应用纸片法进行抑菌探究，发现提取的杏鲍菇多糖对于大肠杆菌、变形杆菌和黑霉菌具有良好的抑制作用，但对于白色链球菌与产气杆菌（两者都是产孢菌）几乎没有抑菌作用。这两个研究结果完全是相反的，原因应该是由于杏鲍菇多糖的提取方法不同，而导致的结果不相符。
3.5 竹荪多糖
黄庆斌等[31]以吸光度代表青春双歧杆菌菌体浓度的大小。当竹荪粗多糖达到0.25 mg/mL后，2 mg/mL青春双歧杆菌菌体随着多糖浓度的提升显著下降，菌体在多糖环境中产酸得到抑制。白新伟[32]应用琼脂滤膜法进行抑菌试验，发现粗多糖及3种多糖组分对乳酸菌的抑制作用显著强于对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和根瘤菌的抑制作用。
3.6 孔菌多糖
邹丽等[33]从桦褐孔菌的菌丝体中提取粗多糖，用平板表面涂抹法对于杨树烂病菌与落叶松枯梢病菌进行抑菌效果的探究，粗多糖对于前者病菌的抑菌率只有3.64％，而对于后者病菌的抑菌率达到了29.52％。用不同浓度的乙醇对从发酵液中提取的多糖进行分级纯化，结果发现，体积分数为70％乙醇洗脱后的多糖组分的抑菌效果最佳，对于杨树烂皮病菌、落叶松枯稍病的抑菌率分别提升为54.65％，67.41％。对于杨树烂皮病菌与落叶松枯稍病的最小抑菌浓度（MIC）分别为65 g/mL、60 g/mL。褐孔菌分级纯化过的抑菌能力提升。
唐玉琴等[34]从榆生拟层孔菌子实体中提取粗多糖，然后用滤纸片法进行粗多糖抑菌能力的探究。结果发现粗多糖对于青霉、毛霉、根霉和黑曲霉这4种真菌没有抑制效果，对大肠杆菌、四联球菌、金黄色葡萄球菌与谷草芽孢杆菌这4种细菌有抑制作用，其中对于大肠杆菌的抑制效果最佳。对于酵母菌的抑菌效果与对大肠杆菌的抑菌效果相差不大。可能是由于细胞壁结构的不同带来抑菌效果的差异，前4种真菌细胞壁厚，酵母菌的细胞壁中的葡聚糖与甘露聚糖容易受到外界环境的破坏，4种原核细菌的细胞壁主要由较薄的肽聚糖组成，容易受到菌体多糖的影响。
赵有伟等[35]试验发现，经过环磷酰胺处理过的小鼠与正常小鼠相比，发现变形菌门与ε-变形菌门在总肠道菌群中的占比升高，经过粗毛纤维孔菌粗多糖灌肠处理后的小鼠变形菌门与ε-变形菌门在总肠道菌群中的占比下降，说明其对于这两门的菌群有抑制作用。唐少军等[36]提取粗毛纤菌胞外粗多糖，用牛津杯法进行体外抑菌试验，结果显示，其对于金黄色葡萄球菌、白色念珠菌与酵母菌有明显的抑菌圈生成，对于大肠杆菌，副溶血性弧菌没有抑制圈形成，粗毛纤菌胞外粗多糖对于微生物的抑制具有选
择性。
4 结语
从6种食药用菌抑菌方面，发现食药用菌多糖在抑制植物病菌上有很好的效果，可以结合植物抗菌剂一起使用，作用抗菌诱导剂，减少植物抗菌剂的使用，保护环境，减缓植物耐药性的出现。还可以作为调节肠道菌落的药物使用，因为食药用菌多糖可以调节肠道菌群，抑制有害菌门比例的升高，改善肠道菌群环境，恢复体内正常的糖脂代谢机制[37]。天然菌类提取无化学合成药品的毒性。由于食药用菌对于一些细菌有着良好的抑菌效果，目前可以联合某些特定的抗生素达到共同抑菌的效果，可以有效地缓解某些细菌耐药性对人们的健康造成的不良后果[38]。但在食药用菌多糖成分既可以抑菌，又可以做成食品防腐剂方面，目前没有相关研究。原因可能是因为提取技术还未成熟、提取效率低、抑菌能力不足以代替市面上已经存在的化学防腐剂且成本高，因此，有关这方面的研究还有待进一步加强。
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