富集微量元素食用菌的研究进展*

郭慧阳，王 彤，胡惠萍，姜 明**

（1.广东省科学院微生物研究所，华南应用微生物国家重点实验室，广东省微生物安全与健康重点实验室，农业农村部农业微生物组学与精准应用重点实验室，广东 广州 510070；2.牡丹江师范学院生命科学与技术学院，黑龙江 牡丹江 157012）

微量元素是一种在人体中所占比例极少但有着重要生物学作用的营养要素，其中必需微量元素是生命活动中必不可少的一部分[1]。微量元素与蛋白质和其他基团有机结合，参与酶、激素和核酸的代谢，对维持机体正常的生命活动有着重要意义[2]。缺乏微量元素会使人体新陈代谢、智力发育等产生障碍，从而导致各种疾病。例如，研究表明缺碘会造成成年人出现甲状腺结节[3]；近几年学者对锌元素作为免疫调节剂的研究发现，ZnT和ZIP转运蛋白和金属硫蛋白储存网络紧密调节锌的供应，锌元素影响自身免疫和获得性免疫等，缺锌会损害人体免疫功能[4]。硒是人体必需微量元素之一，该元素除了具有抗氧化[5]、抗肿瘤[6]、抗炎症[7]等多种功能外，还有最新研究表明，有机硒类化合物依布硒在体外抗病毒试验中，能显著抑制新冠病毒复制，在新冠病毒的临床治疗中具有一定潜力[8]。利用微量元素来预防和治疗疾病、延长寿命已成为健康领域研究的热点，因此近年来学者们积极开发生物富集微量元素产品。

食用菌是含有丰富营养价值且可供食用的大型真菌，有很强的生物富集能力[9]。在培养基中添加适量的微量元素，食用菌生长过程中可将无机态的元素转化为自身的有机成分，使微量元素呈稳定状态，利于微量元素的储存和运输，且容易被人体吸收利用[10]。富集微量元素的食用菌还有药理作用显著提升的特点，对预防和治疗人体疾病有一定效果，因此可利用其药理活性开发功能性产品。通过对富集硒、锌、锗、钙、碘的食用菌在抗氧化、降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗疲劳、预防肝损伤等多方面的药用价值、产品开发和副产物的应用进行总结归纳，以期为富微量元素食用菌药理作用机制的研究、临床的应用以及精深加工产品的开发提供理论参考。

1 富微量元素食用菌的药理作用

1.1 富微量元素食用菌的抗氧化作用

自由基学说认为，衰老过程中的退行性变化是由于细胞在正常代谢过程中产生自由基的有害作用引起的[11]。当人体自由基过剩或消除自由基能力不足时，不仅会加速衰老，还易引发各种疾病。而超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD） 作为生物体内清除自由基的首要物质，具有较强的自由基清除能力，在生物抗氧化中有着重要地位[12]。研究发现富微量元素的食用菌可通过有效提高SOD活性、清除DPPH·、降低体内丙二醛和脂质过氧化物等，从而达到抗氧化效果，详见表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，对比普通食用菌和富集微量元素食用菌发现，微量元素可以提升食用菌菌丝体的生物量和生物活性。羊肚菌在添加9 μg·mL-1亚硒酸钠的条件下培养后，富硒菌丝体中多糖含量是非富硒菌丝体的2倍，富硒培养条件下的羊肚菌菌丝体多糖比普通多糖的体外抗氧化作用效果更好[13]。对富锌羊肚菌菌丝体中SOD、过氧化物酶（peroxidase，POD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、还原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH） 的变化规律进行研究，发现相比未添加锌源的羊肚菌菌丝体，上述各物质含量均有所增加，丙二醛（malondialdehyde，MDA）有所降低，说明富锌培养可以有效提高羊肚菌的抗氧化能力[15]。但过量的微量元素对食用菌生长具有抑制作用，在红汁乳菇的富锌培养过程中，当锌浓度为0.5 g·L-1时，菌丝的生长受到抑制，这可能是因为锌吸附在菌丝表面，阻碍了营养物质的吸收[16]。

1.2 富微量元素食用菌的降血脂、血糖作用

血脂异常已成为冠状动脉粥样硬化的危险因素之一，同时可引发一系列疾病，如心肌梗死、高血压、糖尿病等，已严重危害人们的寿命及生活[21]。对光帽鳞伞（Pholiota nameko） SW-03进行富锌培养后，通过液体深层发酵生产光帽鳞伞菌丝体锌多糖（mycelia zinc polysaccharide，MZPS）；分析发现MZPS可显著降低高脂血症小鼠血清中的总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇和极低密度脂蛋白胆固醇的水平，升高高密度脂蛋白胆固醇水平；通过形态学观察表明MZPS还可减轻高脂血症小鼠的肝脏损伤[22]。

糖尿病最常见的类型为Ⅱ型，占患病人数的90%。胰岛素抵抗、胰岛β细胞异常是引发该病的主要因素[23]；大量沉积于体内的脂肪会诱导脂质中间产物的积累，产生胰岛素抵抗引发糖尿病[24]。硒元素可以促进葡萄糖转运,并通过谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px） 直接清除机体体内的自由基，从而保证胰岛素分子的结构完整和功能[25]。覃秀桃等[26]发现，适当剂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，降低大鼠血清脂质过氧化物、总胆固醇、甘油三脂含量，通过改善脂代谢异常维持衰老大鼠的正常血糖。用富硒灵芝（Ganoderma lucidum）的粗提物对Ⅱ型糖尿病大鼠进行灌胃给药试验；结果表明富硒灵芝粗提物的中剂量组（600 mg·kg-1）、高剂量组（1 200 mg·kg-1）大鼠在给药后，血清中葡萄糖和胰岛素的含量均显著减少，胰岛素抵抗指数含量明显下降；此外，富硒灵芝粗提物中，高剂量组显著促进模型大鼠肝组织中脂肪颗粒的排出、调节血脂异常，并且给药时间与治疗效果呈正比；其作用机制可能为富硒灵芝粗提物上调了肝组织中过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）、过氧化物酶酰基辅酶A氧化酶1（ACOX1） 蛋白和mRNA的表达，对蓄积的脂肪酸排出具有促进作用，但低剂量组富硒灵芝粗提物（300 mg·kg-1）对各指标无明显作用[27]。

1.3 富微量元素食用菌的抗肿瘤作用

肿瘤是对人类健康造成威胁的主要疾病之一，现今外科手术依然是治疗肿瘤的主要方法，但大部分有复发的可能。除此之外，一些免疫疗法对肿瘤的治疗效果较好，但肿瘤抗生素普遍水溶性低、稳定性差，且长期使用会产生恶心呕吐、食欲减退、脱发副作用[28-29]。天然小分子化合物种类繁多、数量巨大，且具有化学调节、信号载体、化学防御等多种功能。人体必需微量元素有一定抗肿瘤及预防癌症的作用，例如硒元素具有广泛的生理功能，包括抗肿瘤或协同抗肿瘤作用，其机制与促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤血管生成和肿瘤细胞迁移等有关[30]。食用菌中的某些活性物质也有一定的抗肿瘤作用[31]，因此，食（药）用大型真菌作为新结构天然产物与小分子活性化合物的重要来源生物类群，已成为药物开发的重要资源[32]。灵芝进行富硒培养后分离纯化出的硒多糖，对乳腺癌MCF-7细胞的增殖和鼻咽癌细胞的增殖均起抑制作用[33-34]；富硒组指数显著高于普通组，说明硒和灵芝多糖存在协同作用。用香菇硒多糖进行人外周血单个核细胞增殖影响的试验，结果表明香菇硒多糖对人体T淋巴细胞的增殖有明显抑制作用，同时提升了正常细胞的活力[35]。张笑然等[36]分离出姬松茸（Agaricus blazei）胞内锌多糖MP-2和MP-3；其中10 mg·kg-1的MP-3对小鼠肝癌的抑制率达68.1%；且发现注射MP-2、MP-3（注射量均为10 mg·kg-1）24 h后的小鼠血清中锌浓度仍高于对照组，说明小鼠可有效吸收2组分中的锌元素。因此，姬松茸胞内锌多糖有开发成兼具抑癌和补锌功效药物的潜力。

1.4 富微量元素食用菌的预防肝损伤作用

机体肝损伤是由多种因素引发的正常肝功能下降，同时也是导致肝功能衰竭的一个重要因素。药物性肝损伤是临床常见的肝损伤类型，药物可通过诱导内质网应激和激活死亡受体等方式激活凋亡通路，诱导肝细胞凋亡或坏死，诱发肝损伤[37]。食用菌与微量元素结合后的药理作用，能有效避免治疗肝病抗生素药类对人体可能造成的二次药物性肝损伤，对于抗肝损伤具有独特的价值。用富锗灵芝胶囊作用于经四氯化碳（CCl4）诱导的肝损伤大鼠，发现其可明显降低血清中谷丙转氨酶和谷草转氨酶的活性，对CCl4诱导的大鼠肝损伤具有一定的保护作用[38]。许诺[39]发现白灵菇 （Pleurotus nebrodensis）在锌添加量为150 mg·L-1时，富锌菌丝体的生长量和富集率最佳；提取锌多糖对小鼠进行灌胃试验，发现高血脂小鼠的氧化应激水平下降，抗氧化能力增强，肝脏形态学及组织病理学切片随着锌多糖浓度的增加趋于正常；说明其可有效降血脂、保护及预防肝损伤。

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渐受到研究者们的关注。研究表明，食用菌富微量元素培养后，对病原菌具有一定的抑制作用，在预防和治疗病原菌引起的疾病上有一定的药用价值。周连玉等[40]发现蜜环菌（Armillatia mellea）硒多糖浓度较高时对大肠杆菌的生长具有抑制作用，但抑菌效果低于亚硒酸钠对照组，说明硒能够提高食用菌多糖的抑菌能力；同时抑制大肠杆菌的效果与硒多糖的浓度呈递增关系。在每克猪苓（Polyporus umbellatus） 多糖中配合26.5 mg硒，硒多糖浓度为5 mg·mL-1时对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、啤酒酵母和黑曲霉均具有抑制作用，且富硒猪苓多糖抑菌能力高于普通猪苓多糖[41]。

1.6 富微量元素食用菌的抗疲劳作用

如今，由于生活方式、压力等因素影响，疲劳广泛存在于各类人群中。疲劳的产生机制包括组织中代谢物质的积累、能量供应不足、氧化应激、肌肉损伤等[42]。长期疲劳可能诱发癌症、抑郁、多发性硬化等疾病，并且还是机体“脆弱”反应的警示信号[43]。陈瑞琪[44]发现，金针菇菌丝体无论是否富锗，都可减少小鼠运动后体内血乳酸含量；但富锗金针菇降低小鼠体内血乳酸含量的能力更强，其作用机制可能是锗进入机体后与血红蛋白结合，保证细胞的有氧代谢，使小鼠肌肉在大强度运动后不至于严重缺氧而产生糖酵解作用，减少乳酸产生；富锗金针菇菌丝体还可通过锗的增氧作用使机体进行更多的有氧代谢而产生能量，从而使蛋白分解减少，降低小鼠血尿素氮含量；这说明富锗金针菇在一定剂量范围内具有较好的抗疲劳作用。陈广旭[45]研究发现，在一定剂量范围内的富锗蛹虫草（Cordyceps sp.）可以显著延长小鼠运动时间，减少运动时小鼠产生的血乳酸；运动后小鼠体内乳酸的清除速率明显加快，合理范围内，越高剂量的富锗蛹虫草菌丝体粉缓解尿素氮产生的效果越好。改善或缓解疲劳症状可能需要较长时间，长期服用化学药物可能会产生一些不良反应或毒性作用[46]。灵芝TW富碘能力较强，进行培养后，其菌丝体富集碘的含量为 3.05 mg·g-1～7.75 mg·g-1时，富碘灵芝菌丝体能明显增强小鼠的耐缺氧、抗疲劳能力，提高其学习记忆能力且安全无毒[47]。此外，富微量元素食用菌对恢复体能有一定的作用。富硒平菇与空白对照组相比，显著提高运动员血液中的SOD含量，降低MDA活性，且效果明显高于普通平菇[48]。

1.7 富微量元素食用菌的其他作用

合并全身炎症反应、脓毒症等的危重型肺炎患者普遍缺乏微量元素，体内硒元素的水平短期内明显降低[49]。由此可见微量元素在机体免疫调节中发挥着重要作用[50]。闫昳姝等[51]发现富锗金针菇多糖FVP1能与小鼠腹腔巨噬细胞靶向性结合，并可显著促进其分泌NO，在体外试验中具有良好的免疫调节活性。富硒北虫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对肠道有益菌群的生长、繁殖具有一定影响。陈宏伟等[53]通过荧光定量PCR法，对喂饲富锗木耳菌丝体小鼠肠道内大肠杆菌和乳酸杆菌的16S rDNA数量进行测定，发现富锗木耳对小鼠肠道菌大肠杆菌无明显的调节作用，但对乳酸杆菌的生长、繁殖具有显著的促进作用。

2 富微量元素食用菌的安全性评价

微量元素的缺乏会产生各种疾病，但过量摄取也会对人体产生危害，如慢性中毒等[54]。因此，需通过对富微量元素食用菌进行急性毒性和致突变性试验，从而确定富微量元素食用菌的安全性。将杏鲍菇富硒培养在50 μg·g-1的浓度下，含硒量可高达472.36 mg·kg-1；利用富硒杏鲍菇子实体进行小鼠灌胃急性毒理试验，表明小鼠的最大耐受量（maximum tolerated dose，MTD）＞6 267 mg·kg-1；根据急性口毒性分级标准，此富硒杏鲍菇子实体对小鼠属于无毒级物质[18]。用富硒灵芝破壁孢子粉对小鼠进行急性毒性和致突变性研究，大鼠、小鼠的MTD值均＞15 000 mg·kg-1，无中毒表现；在5 000 mg·kg-1范围内，富硒灵芝破壁孢子粉对小鼠的精子畸形率和微核率与空白对照组无显著差别；该浓度显著高于富硒破壁灵芝孢子粉人体每日推荐量（3 000 mg·60-1kg-1），说明富硒灵芝破壁孢子粉在该条件下属于无毒级物质，并且无致突变性；但针对长期食用富硒灵芝破壁孢子粉的毒理安全性评价有待进一步研究[55]。

然而以硒含量为82 mg·kg-1的蛹虫草进行小白鼠毒理试验发现，以推荐的蛹虫草子实体人体每日服用量2 g/人（成人体重按60 kg计） 的100倍浓度进行灌胃后，小鼠谷丙转氨酶明显降低，说明小鼠肝脏受损；结合脏器指数分析，表明过高浓度的富硒蛹虫草对小鼠具有毒性作用[56]。

3 产品开发的研究进展

随着人们对健康的重视和消费观念的改变，对食物的喜爱不再局限于口感，更多的是关注其营养和保健功能。富微量元素食用菌无论口感还是药理作用都较为突出，其含有人体所需微量元素和许多功能性分子，是实现降血糖和血脂、提高机体免疫力、延缓衰老等功能的基础[57]。研究者利用不同富微量元素食用菌对多领域产品进行了研究和开发，详见表2。

表2 富微量元素食用菌的产品开发Tab.2 Development of edible fungi rich in trace elements

4 富微量元素食用菌副产物的利用

4.1 肥料

随着食用菌产业在我国不断地扩大，菌糠等副产物产量也随之增加。菌糠中含有丰富的蛋白质、氨基酸、微量元素和食用菌生长过程产生的次级代谢产物。富微量元素菌糠的再利用不但可以提高作物产量，还可以提升作物的品质。以食用菌富硒栽培后的菌渣作为主要原材料，同时添加外源无机硒，接种外源微生物发酵菌剂后，进行堆肥发酵，制作成高品质的富硒有机肥，有利于节约经济、生态环保等多方面发展[69]。

4.2 饲料

余顺波等[70]用冷榨紫苏饼和富硒菌糠配制复合饲料，生产出的鸡蛋富硒和ω-3多不饱和脂肪酸；菌糠中的无机硒可以在鸡体内转化为有机硒；研究表明添加含0.3%富硒菌糠饲料配方饲喂鸡后生产的鸡蛋中，硒含量为0.324 mg·kg-1，可满足缺硒人群补充硒元素的需求；此外，复合饲料充分利用了食用菌生产的废弃物和紫苏油生产的副产物，保护环境、节约资源的同时，提高养殖的经济效益。石爱华等[71]添加浓度为125 mg·kg-1的富硒食用菌粉制作复合型猪饲料；硒元素可提高猪的免疫力，从而减少抗生素的使用；同时人们通过食用富硒猪肉补充硒元素，起到抗氧化、防衰老的作用。

对菌糠的循环再利用，不但节省了资源空间，降低了处理废弃物的额外消耗，还提高了经济产物的营养价值和效益。目前有关富微量元素食用菌菌糠的利用研究较少，有待进一步开发。

5 讨论与展望

综上所述，近年来食用菌进行富集微量元素培养的研究受到广泛的重视。富集微量元素食用菌的多种活性物质对预防和治疗疾病具有一定的潜在价值。但由于生物活性物质的结构复杂，基于目前对富微量元素后的活性物质研究尚为浅显，其具体作用机制尚不清楚，距离应用于临床治疗疾病和多领域产品开发还有问题待解决。后续对富微量元素食用菌的研究可从以下方面深入。

1） 基础研究：微量元素如何参与食用菌生物活性物质合成的机理尚不明确；应在完善传统研究方法的同时，积极利用分子水平技术结合多组学，对富微量元素活性物质的结构和药理作用机制进行探索，深入解析富微量元素物质的形成机理。

2） 疾病的治疗与预防：相较化学药物而言，富微量元素食用菌具有药源丰富、毒副作用小、易于储存和成本低廉等特点；基于富微量元素生物活性物质的研究，可进一步探索其与临床药物联合使用效果，从而降低化学药物对机体产生的毒副作用。

3） 安全性：富微量元素食用菌可以有效补充人体所需微量元素，但摄入过量也会对人体产生危害。食用菌本身就含有一定量的微量元素，在人为添加微量元素后，食用菌生长过程中对微量元素的吸收很容易造成子实体微量元素超标。例如，GH/T 1135-2017富硒农产品[72]规定，富硒食用菌的硒含量为 0.10 mg·kg-1～5.00 mg·kg-1，生产富硒食用菌的关键在于控制培养基中硒含量的添加范围；且不同种类食用菌的富集能力、富集率不同，应根据不同食用菌的特点严格控制微量元素的添加量[73]。此外，食用菌具有富集能力强的特点，因此在生长过程中对一些人体有害的重金属元素也能吸收和积累。国外研究发现，食用菌重金属超标主要是因为栽培用木材对重金属的过量积累；以放射性Cs污染的原木为原料栽培食用菌，部分放射性Cs被直接转运至菌柄基部[74]。国内科研人员从云南16个地点采集食用菌样本，调查其重金属污染状况；发现其中对人体有害的重金属（砷、镉、铅）的浓度普遍高于国家标准 （砷为 1.0 mg·kg-1，镉为 0.2 mg·kg-1，铅为 2.0 mg·kg-1）[75]。食用菌重金属污染源有很多，如水源、空气、土壤和栽培料等，所以在富微量元素培养食用菌时应该高度重视重金属超标风险。

4） 富微量元素产品的开发：粮食作物富集微量元素方式单一，生长周期较长，受自然环境气候等多方面的影响，富集率不高。例如，土壤中的胶体矿物质与硒结合，从而影响植物对硒的吸收和转化；动物主要是通过饲料添加的方式富集微量元素，目前研究最多的为富硒猪肉，但在开发过程中发现硒元素在机体的不同部位沉积代谢含量有所不同，存在硒含量分布不均的现象。与动物、植物相比，食用菌在富集微量元素方面具有生长周期短、富集率相对较高且具有良好的稳定性和安全性等优势；此外，研究发现食用菌中微量元素可以与重金属络合，灵芝有机锗是被半氧化物（阴离子）排成的网状结构体，在人体内可以与重金属（阳离子）络合成锗合物，排出体外，有效清除人体中的重金属[60]。目前以食用菌为载体生产富微量元素产品种类较少，近年来的研究局限于少部分富硒食用菌，富碘、富铁、富锗等食用菌产品有待进一步研究和开发。

5） 富微量元素食用菌副产物的应用：富集微量元素后的食用菌下脚料、菌糠和液体发酵培养基中均含有大量的营养物质和未被吸收的微量元素；在保证安全无毒的前提下，学者们应积极研发利用其作农作物肥料、畜牧业饲料等；这既利于资源循环再利用，减少环境污染，又增加经济效益。

总之，富微量元素食用菌的研究仍处于发展水平，深入研究其药用价值和产品开发具有广阔的潜力。