黑木耳主要生物活性成分的作用及其研究开发进展

张志秀

（北京京诚生物科技有限公司，北京 102600）

随着产业结构调整和大健康产业战略的实施，食用菌产业在增加农民收入和乡村振兴等方面起重要作用。1978年，我国食用菌年产量为5.7万吨，经过四十余年的发展，到2020年已近4 060万吨，是我国农业产业中唯一一个保持高速发展的产业。其中，以黑木耳尤为突出，成为我国主要栽培的食用菌种类，产量稳步增长，2020年已达706.43万吨，年产量和年销售量都名列食用菌行业前茅[1]。

黑木耳是我国传统食药兼用大型真菌，其药用价值最早记载于中医著作《神农本草经》，主要功效包括缓解和治疗高血压、血管硬化、恶性痢疾、月经过多、胃病和痔疮[2]。现将其所含主要生物活性物质及药理作用的研究进展综述如下。

1 主要生物活性成分

1.1 黑木耳多糖

（1）结构性质。多糖是黑木耳中最主要的活性成分，黑木耳多糖是一类天然的大分子化合物，具有良好的降血脂、增强免疫功能和抗凝血等生物活性，由于黑木耳多糖表现出显著的治疗效果和较小的副作用，已成为当前研究的热点。多糖作为一种大分子生物质资源，分子质量和单糖组成等一级结构是决定其高级结构和功能的重要基础。不同结构的多糖，生物活性也有所不同。因此，采用常规或非常规方法提取和纯化不同类型的黑木耳多糖，并通过检测单糖种类和比例、主链、侧链和分子量等各项指标对分离的多糖进行表征，成为当前研究的重点。

已有研究表明，大多数分离的黑木耳多糖是杂多糖。张倩等[3]通过透析法获得的黑木耳多糖分子量为410 kDa，主要是由岩藻糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖以2.240∶0.692∶3.994∶22.754∶65.696摩尔比组成的β-型吡喃糖。许海林[4]通过HPGPC方法测定DEAE-52阴离子交换柱和葡聚糖凝胶柱分离纯化后的黑木耳多糖（AAP-10-Se和AAP-80-Se）结构，发现AAP-10-Se主要由甘露糖和葡萄糖组成，单糖相对含量为14.34%和85.66%，而AAP-80-Se主要由甘露糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖和木糖组成，单糖的相对含量为53.6%、12.5%、25.71%和8.2%。Basso等[5]从黑木耳培养基中提取到一种具有免疫调节活性的含主链β-(1→3)-葡聚糖的胞外多糖，其由摩尔比为18.8∶21.3∶22.1∶23.4的葡萄糖、半乳糖、岩藻糖和甘露糖组成。

（2）提取纯化。随着人们对黑木耳多糖的药用价值和健康效益的日益重视，一系列传统的和新颖的提取技术逐渐被开发应用。黑木耳多糖分为胞内多糖和胞外多糖。胞外多糖通常通过乙醇沉淀直接从黑木耳发酵培养基中分离出来。胞内多糖的提取技术手段较多，目前热水提取法因操作简便、成本低廉，最为常用。传统的溶剂萃取方法存在一些明显缺陷，如温度高、萃取时间长、萃取率低和不必要的结构破坏等。为了解决传统提取方法的局限性，目前已经开发出一些新的有效提取和纯化方法，如超声辅助、微波辅助和酶辅助方法等。王辰龙等[6]采用热水提取法、碱提取法、超声波提取法、超声波协同复合酶提取法等提取黑木耳多糖，发现超声协同复合酶法的多糖提取率高，达19.14%，纯化之后的纯度可达到82%。郑钧予等[7]确定复合酶酶解提取黑木耳多糖的最佳工艺条件为浸提料液比1∶40（g/mL），酶解溶液pH 7.0，酶解温度40 ℃，酶解时间3.0 h，此条件下黑木耳多糖提取率为4.353%。酶辅助提取法以其高效、环保等优点，受到越来越多的关注，但在使用该法时，需重点关注提取液pH、提取温度和酶用量等关键影响因素。

经初步提取的黑木耳多糖大多为粗多糖，其中含有脂肪、蛋白质和色素等，因此需要进一步分离纯化以得到均一性的多糖。目前，大孔树脂柱层析法、离子交换层析法和葡萄糖凝胶柱层析法、超滤以及各种分级沉淀方法，是黑木耳多糖纯化常用的方法。庄伟[8]通过超滤方法对高温浸提得到的黑木耳多糖进行纯化，最终确定超滤的优化控制条件：料液浓度为1 g/L，在0.15 Mpa、40 ℃下超滤30 min，此条件下多糖的纯化效果稳定，得率高达27.49%。范秀芝等[9]通过液体发酵多糖采用酶-Sevag法脱除蛋白等杂质，通过Sephadex G-200柱层析分离纯化，最终发现酶-Sevag法能够很好地脱除黑木耳多糖中的蛋白质，脱除之后的胞内和胞外多糖的纯度都大于95%，且柱层析分离纯化得到的多糖均为单一稳定的组分，经测定是β-构型的吡喃糖。

1.2 黑色素

（1）结构性质。黑木耳中另一个重要生物活性成分是黑色素，它是一种在植物、动物和微生物中广泛存在的天然色素。尽管人们对黑色素的研究越来越多，但目前对其含义的界定仍不统一，其中接受度较广泛的定义是：一类通过醌聚合产生的酚类衍生物。黑色素主要分为真黑素、异黑素和褐黑素3种类型，颜色范围从棕黑色到黄红色不等，不同来源的黑色素在合成途径、结构上存在很大差异[10]。黑木耳黑色素表现出显著的抗氧化、抗辐射、抗病毒及提高免疫力等生物活性，具有巨大的开发潜力，目前主要应用在食品着色剂和化妆品领域。

由于黑木耳黑色素的分子量较大，且结构复杂，难溶于有机溶剂和酸性溶剂，因此对其的分离纯化和定性研究还较少。邹宇等[11]将发酵法制备的黑木耳黑色素采用Sephadex G-100柱层析，得到两种组分F1和F2，分子质量分别为404 kD和20 kD，红外色谱和元素分析表明，两者均由OH、NH2、C=O、C=C、CH、CH2、芳环基团及S元素等组成。何长川[12]通过用紫外可见光谱和红外光谱法，初步确认其所提取的黑木耳黑色素可能是含有苯环、羟基、氨基等官能团的真黑素。此外，通过红外色谱和核磁氢谱研究发现黑木耳黑色素组分F1和F2的结构中均含有大量羟基、羰基和芳环基团，经氧化降解，测得Fl中5,6-二羟基-2-吲哚羧酸占43.22%、5,6-二羟基吲哚占9.78%；F2中5,6-二羟基-2-吲哚羧酸占69.04%、5,6-二羟基吲哚占17.47%[13]。

（2）提取纯化。与多糖一样，从黑木耳中分离和纯化黑色素涉及一些新的技术和复杂的去杂过程。目前，黑木耳黑色素主要提取方法有溶剂提取法、酶法提取、超临界流体萃取、微波提取及超声辅助提取。由于天然黑色素是碱溶性的，因此超声辅助碱提取成为当下最流行的提取方法，李琦等[14]通过优化试验确定最佳提取条件：提取时间80 min，超声功率80 W，氢氧化钠溶液浓度1.25 mol/L，料液比1∶30（g/mL），在此条件下黑木耳黑色素粗品得率达9.107%，表现出较常规方法萃取工艺简单、提取时间更短、提取效果更好等优点。侯若琳[15]研究发现，纤维素酶-超声波协同提取法可显著提高黑木耳黑色素提取率，在最优条件下提取得率可达10.48%，比传统浸提法提高46.98%。张艳荣等[16]采用正交试验优化利用碳酸钠提取木耳黑色素的工艺，确定最优工艺条件为超声功率160 W（5 g固体物料）、料液比1∶30（g/mL）、碳酸钠浓度2.00 mol/L、提取时间50 min，在此工艺条件下木耳黑色素粗提物得率为9.078%。

1.3 其他生物活性化合物

在黑木耳中还分离到一些其他物质，如多酚、甾醇和生物碱。黑木耳中的酚类化合物主要包括酚酸和黄酮类，其中酚酸又分为对羟基苯甲酸、咖啡酸、香草酸、丁香酸和没食子酸。提取溶剂不同，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类黄酮，而生物碱、多酚和甾醇的存在则取决于溶剂种类。

2 主要功能成分的生物活性及其作用机制

2.1 免疫调节

杨文建等[17]研究发现黑木耳菌株‘北神奇1号’‘黑龙江黑29’超细粉能显著促进小鼠单核吞噬细胞的吞噬能力，增强小鼠机体的免疫力；而‘吉林黑29’超细粉可显著提高血清和肝脏中的GSH-PX活性。免疫调节活性被认为是天然多糖的关键生物学潜力之一。近年来，基于黑木耳多糖产品的免疫调节活性得到了验证。其中，李艳平等[18]通过黑木耳多糖和人参多糖复合物灌胃荷瘤小鼠，通过观察小鼠瘤重及其免疫功能，发现黑木耳多糖和人参多糖复合物能够显著提高抗肿瘤活性和机体免疫力，因此两者可用于食品复合营养强化剂和功能性食品的开发。除上述提到的直接免疫调节活性外，黑木耳多糖还可以调节肠道微生物群，以间接方式发挥其免疫调节潜力。如郝敏等[19]研究发现黑木耳胞外多糖是以葡萄糖和木糖为主要单糖组分的杂合多糖，能够显著提高小鼠肠道内拟杆菌属和罗氏菌属的水平，增加肠道内丙酸和丁酸的含量，研究还进一步指出木耳胞外多糖具有促进肠道内有益菌群增殖，从而达到调节血清抗炎因子水平的作用。

2.2 降血糖和缓解糖尿病症状

糖尿病是一种严重的慢性代谢性疾病，在全球范围内变得越来越普遍。目前，口服降糖药和注射胰岛素仍然是治疗糖尿病的主要手段。然而，这些传统疗法总是伴随着一些不良的副作用，例如体重增加、肝细胞-胆汁淤积性肝损伤甚至胃肠道功能紊乱。因此，越来越多的科学研究人员专注于开发新型、有效且负担得起的糖尿病替代治疗剂。其中黑木耳多糖的降血糖作用已得到证实。尹红力等[20]研究证实黑木耳酸性多糖80%醇沉片段可减缓糖尿病小鼠体质量的负增长，减缓己糖激酶、琥珀酸脱氢酶活性的降低。另有研究发现，以胰岛素或糖代谢、糖原合成和器官重量不规则为指标表现的糖尿病症状，通过给予黑木耳成分处理，最终得到缓解[21]。

2.3 抗肿瘤

业已证实，黑木耳众多活性成分在体外、体内都具有巨大的抗癌潜力，被认为是癌症治疗的有效候选物。基于黑木耳活性成分的产品可以单独使用或与其他生物活性成分联合使用，治疗癌症。黑木耳生物活性成分的抗肿瘤功能主要体现在抑制肿瘤细胞生长、调控凋亡基因和免疫刺激三方面。徐澄[22]从黑木耳的基因组测序分析结果中发现1124个全新的独立非重复基因，其中627个基因在3个黑木耳品种中均存在。这些基因可产生具有抗氧化、抗增殖和抗肿瘤等药理特性的生物活性分子。马成瑶等[23]研究发现，黑木耳凝集素具有糖特异性，对肺癌（A549）和乳腺癌细胞（MCF-7）有抑制活性。平兆华[24]从黑木耳中提取刚性链β-D-葡聚糖（AF1），通过体内外试验首次发现AFI试样具有强抗肝癌活性，且无毒副作用，对比试验结果显示，分子量为7.7×105的AF1-2组分的抗肝癌活性最强，抑制率可达75%，分析认为这是由于伸展的刚性链构象提供了更多与癌细胞受体接触的几率，从而有利于激活免疫应答。

2.4 防辐射

长时间辐射暴露是造成肝脏、大脑、皮肤、白细胞和甲状腺等身体不同部位损伤的主要因素。辐射引起损伤最普遍的机制是产生大量活性氧（ROS），去除ROS的抗氧化活性物质被称为辐射防护生物分子。目前有很多研究尝试使用改良型的黑木耳多糖，对黑木耳的辐射防护作用进行特定研究。其中，陈知秋[25]试验发现，硫酸化黑木耳多糖（SNAAP）能提高暴露于γ辐射的小鼠体内自由基清除酶，尤其是超氧化物自由基清除酶，以及含有SOD、CAT、GSH-PX 和髓过氧化物酶（MPO）的抗氧化酶活性，并且能修复辐射造成的器官损伤。胡俊飞[26]通过探究黑木耳多糖硫酸酯化衍生物（SHAAP）抗辐射作用，发现SHAAP能够增强单核细胞吞噬能力，促进淋巴细胞增殖，从而提高小鼠机体免疫活性，防止辐射诱导的氧化损伤；SHAAP还能有效降低小鼠骨髓微核发生率，增加小鼠股骨中骨髓DNA含量，通过保护DNA和染色体，起到有效的防辐射作用。

2.5 缓解便秘和痔疮

黑木耳含有丰富的纤维素和特殊的植物胶质，能促进胃肠蠕动和排泄功能，从而防止或缓解便秘。膳食纤维相当于人体内的清道夫，对于目前高发的直肠癌和结肠癌，男性多发的痔疮，以及冠心病都有很好的预防作用。痔疮是常见的肛肠疾病，大多与不良的生活饮食习惯和便秘有关，黑木耳含有大量的维生素和微量元素，经熬水后饮用可以润肠通便，对痔疮有一定的缓解作用。在中国古代，认为木耳补气、耐饥、活血，对于跌扑伤、痔疮都有很好的食疗作用。

2.6 其他活性

除上述药理功能和生物活性外，黑木耳还具有抗疲劳、抗菌、凝血等多种生物学功效。黑木耳多糖具有增加肠道微生物群的作用，其通过促进小链脂肪酸的生成，为共生细菌多样性创造有利环境，有助于肠道健康。黑木耳真黑素可帮助肝脏做排毒净化，促进肝脏修复，阻断酒精摄入引起的γ-谷氨酰转肽酶、丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶等肝酶的渗漏[27]。

3 开发应用进展

虽然黑木耳的众多药用及保健价值已为人们认知，但以黑木耳为原料的深加工产品开发尚处于初级阶段。目前在医药领域，以黑木耳为辅助成分的药用片剂、胶囊、口服液及针剂等主要应用于治疗骨质疏松、风寒和产后康复方面，市场上还未出现以黑木耳为主料生产的药品和制剂。而在食品加工领域，黑木耳具有多种用途，包括用作益生元、面团增强剂和抗氧化剂。研究发现，添加黑木耳粉可以改善小麦面粉的持水性和吸水性等理化性质，而对黑木耳多糖的糊化特性、粘弹性等流变特性认识也得到进一步提高，说明黑木耳多糖与面筋的相互作用增强了面团的结构。最终建议添加5%的黑木耳粉是功能性小麦面包最适宜的配方[28]。孔祥辉等以黑木耳为主要添加剂，成功研制了黑木耳饼干[29]、饮料[30]及薄膜食品[31]等，都表现出较好的食用效果。而黑木耳黑色素因具有强大的抗氧化和防紫外线辐射功能，且溶于水-甘油混合物的纯化黑色素具有护肤效果，被广泛应用于制备防晒膏、防晒霜和黑发剂等产品。此外，由于黑木耳多糖和黑色素等生物活性成分对过氧化氢、超羟基自由基及超氧阴离子自由基等具有清除功能，未来必将在相关药物的研发中发挥更大的作用。

4 结论与展望

黑木耳中蕴含多种生物活性成分，在过去的几十年中，大量有价值的科学研究揭示了其具有相当大的营养和药用潜力。本文通过综述黑木耳活性成分的提取和纯化方法、结构特征和生物活性的研究进展，指出黑木耳在功能性食品开发和医药治疗领域的应用潜力。但尚需作出更多的努力来研发新的技术，保证基于黑木耳及其活性成分的产品质量，确定更详细的结构信息，阐明构效关系及潜在的分子机制。当前我国已开发的黑木耳产品，附加值仍较低，黑木耳精深加工企业较少。各地应根据各自的发展需求和条件选择不同的生产模式，把小木耳做成大产业，为我国乡村振兴做出贡献。