虫草提取物及其在牙膏中的应用分析

易 瑞 徐春生

(广州市倩采化妆品有限公司,广东 广州 510897)

引言

牙膏是日常生活中最常用的口腔清洁护理用品,是生活的必需品,使用牙膏正确刷牙是预防口腔问题、保持口腔健康最基本和最有效的方法之一。随着科技发展,市面上牙膏的品种和所添加的功效成分也逐渐增多。而虫草有免疫调节、抑菌、抗肿瘤、抗氧化等作用,在食品、保健品、医药等领域已有成熟和广泛的应用。近几年来其应用领域逐步扩大,在日化行业中也有涉及,但在牙膏中的运用还相对较少。因此,虫草牙膏的开发和应用对市场上牙膏产品的多样化、功效型牙膏的发展以及进一步改善人们口腔健康状况等方面具有重要意义。

1 虫草简介

虫草用于描述能感染昆虫,并从其头部或体表长出子座体而构成的虫、菌复合体。虫草在分类系统中是指隶属于真菌界、子囊菌门、子囊菌纲、粪壳菌亚纲、肉座菌目、麦角菌科中的虫草属。随着生物学、分类学和科技研究的不断发展,虫草的概念在变化,也陆续有新的分类出现。国内正式报道的虫草菌已经超过一百种,且新的虫草分类单元还在不断探索中[1,2]。在虫草中,冬虫夏草和蛹虫草被人们所熟知,其自身和提取物在药材、食物、化妆品等领域皆有应用,又因野生冬虫夏草资源有限且价格昂贵,研究者们研发出了其“平替”产物发酵虫草菌粉。

冬虫夏草为麦角菌科真菌冬虫夏草菌(Cordyceps sinensis(BerK.)Sacc.)寄生在蝙蝠蛾科昆虫幼虫上的子座和幼虫尸体的干燥复合体,是中国历史悠久的名贵中药材,在我国主要分布在西藏、青海、四川、云南等海拔3500米以上的地区。《中国药典》记载其气微腥、味微苦,性甘、平,归肺、肾经,具有益肺补肾和化痰止血的功效。冬虫夏草的化学成分复杂多样,其中被广泛认为能发挥生理活性或药效作用的主要活性成分有虫草多糖、虫草酸、核苷类和甾醇类物质等[3]。

由于野生冬虫夏草生长环境要求较高,又被人们开采过度,导致生态环境受损,各地区的产量日渐匮乏,且价格昂贵,已无法满足市场上对冬虫夏草的需求不断扩大的现状。因此,有企业进行人工繁育,通过模拟野生虫草的生态环境得到冬虫夏草繁育品。昝珂[4]等对冬虫夏草繁育品的质量控制和药理活性进行了综述,表明与野生冬虫夏草相比,冬虫夏草繁育品具有相似的化学成分和药理活性,且重金属含量更低,但在价格方面还是较高。为了提高经济和社会效益,国内外众多研究机构尝试对冬虫夏草进行人工培养,主要是从野生冬虫夏草中分离出无性型真菌菌株,进而对菌株进行固、液态深层发酵,整个过程只有菌丝体生长,不出现子实体,从而获得冬虫夏草发酵菌丝体和发酵产物,用不同菌种发酵能得到不同类型的菌粉。虫草菌粉逐渐成为冬虫夏草的“平替”产物,已在临床、保健食品、药品中有广泛应用[5],如用蝙蝠蛾拟青霉菌株得到的蝙蝠蛾拟青霉菌粉(Cs-4)制成的金水宝胶囊及饮片,有补益肺肾、秘精益气之功效,其质量控制较为完善,已载入《中国药典》。

市面上常见的容易与冬虫夏草混淆的虫草提取物为蛹虫草。蛹虫草(Cordyceps militaris (L.ex Fr.) Link.)是麦角菌科、虫草属真菌,又名北冬虫夏草、北虫草,简称蛹草。蛹虫草是一种常见的食药真菌,目前已经实现较大规模的人工培养,其活性物质主要是虫草多糖、虫草素、核苷类、多肽和甾醇类物质等,能够起到免疫调节、抑菌、抗病毒、抗肿瘤和神经保护等作用[6]。已有不少文献报道蛹虫草与冬虫夏草具有相似的药理活性,且价格低廉,可作为冬虫夏草理想的代替品[7]。但有不少商家售卖时以人工冬虫夏草作为噱头混淆概念,需要分清蛹虫草和冬虫夏草不是同一物质这一概念。

2 虫草类主要活性成分

2.1 虫草酸

虫草酸,也叫D-甘露醇,具有利尿脱水、镇喘祛痰和抗自由基等药理作用[8],是冬虫夏草主要含有的活性物质。其含量根据不同的产地、测量方法、虫草提取物的提取方法等也有所差异。钱正明[9]分析了冬虫夏草不同生长阶段的虫草酸含量,发现冬虫夏虫子座长度为 4～6cm虫草酸含量最高。雷清贵[10]采用高效液相色谱法分析了冬虫夏草、蛹虫草、发酵冬虫夏草菌粉等5种常见虫草类药材的虫草酸含量,结果表明所测冬虫夏草繁育品和野生品的虫草酸含量可达到9.56%～12.84%,是其他虫草含量的两倍以上。

2.2 核苷类

2.2.1 虫草素

1951年,Gunningham等[11]首次在蛹虫草中发现了其主要活性成分之一——虫草素,具有抗炎、抗菌、抗病毒等功效。中科院王成树研究小组[12]报道虫草素在冬虫夏草中并不存在,而是存在于蛹虫草中。孟繁磊[13]通过高效液相色谱法测定了冬虫夏草和蛹虫草中的虫草素含量,结果发现冬虫夏草中并未测出虫草素,而蛹虫草中虫草素含量根据产地和新鲜度不同也有变化,为0.11%～1.39%不等。但也有不少文献报道在冬虫夏草中测出了虫草素[14,15],黄兰芳[16]等用HPLC-SDI-MS测出天然冬虫夏草中虫草素只有5.4μg/g,含量很低。因此,对于冬虫夏草是否含有虫草素这一说法一直存在争议。

2.2.2 腺苷

腺苷作为虫草类物质重要的活性成分,是《中国药典(2020版)》中冬虫夏草中含量测定的唯一指标,药典要求腺苷(C10H13N5O4)不得少于0.010%。杨小艳[17]等对冬虫夏草不同部位腺苷含量做了分析,结果得到腺苷含量子座>全草>虫体。夏文娟[18]等对13个产地的冬虫夏草腺苷含量进行测定,发现各有差异,含量范围在0.1425～0.3966mg/g。刘旻虹[19]等测出蛹虫草等其他虫草中腺苷含量远高于冬虫夏草。

2.3 虫草多糖

虫草多糖是虫草中含量最高的药理活性物质,有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、降血糖血脂等作用,对呼吸系统、心血管系统、内分泌系统有关疾病具有潜在的治疗作用。Hsu[20]等测得冬虫夏草的僵虫菌核和子实体的多糖含量为24.2%和24.9%,而发酵菌丝体的多糖含量可以达到39.4%。虫草多糖的提取较为常见,其可以从虫草子实体、菌丝体及发酵液中提取分离得到,不少文献[21～23]对虫草多糖的提取与纯化都进行了研究和比较。

3 虫草提取物制备工艺

制备虫草提取物的方法多种多样,不同条件、不同步骤下制备出的提取物成分、外观、各组分含量等均有差异。虫草菌丝体粉是通过菌丝体发酵提取得到的,其再进一步经过水提后得到的产物主要成分为虫草多糖。而制备冬虫夏草提取物和蛹虫草提取物比较常用的方法是浸取,大致过程为:将虫草粉碎后,加水或甲醇等其他溶剂进行多次提取,合并滤液后得到提取液,将滤液浓缩干燥后进行粉碎、过筛、灭菌等操作后得到粉状虫草提取物。马微[24]等人采用40%乙醇溶液作为溶剂,通过加热回流提取、超声波提取和热回流辅助超声波提取 3 种不同方法对冬虫夏草进行提取,从主要功效成分、常见重金属元素、指纹图谱、部分主要/差异性成分定性推断的角度分析 3 种提取方式制得的冬虫夏草提取液,结果超声方式所制得的提取液的稳定性和均一性较好,提取到的生物活性化合物种类更多,因此推荐采用超声或超声加热回流的方式制备虫草提取液。

4 虫草提取物在日化行业中的应用

4.1 在化妆品中的应用

4.1.1 美白

杨淑华[25]等通过蘑菇酪氨酸酶活性抑制试验和小鼠皮肤黑色素瘤细胞(B16-F10)黑素合成抑制试验考察冬虫夏草提取物的美白活性。结果显示冬虫夏草提取物(质量浓度40～200mg/mL)呈剂量依赖性抑制蘑菇酪氨酸酶的活性,且在安全剂量(质量浓度0.1～0.5 mg/mL)下显著抑制小鼠皮肤黑色素瘤细胞(B16-F10)内的黑色素合成( P<0.05),该实验结果提示冬虫夏草提取物的美白作用可能是通过抑制黑色素合成相关酶活性达到的。

4.1.2 抗辐射

Tang[26]等以天然中药冬虫夏草为实验材料,研究其体外抗氧化作用及对UVB引起的人皮肤永生化角质细胞(HaCaT)损伤的修复作用。结果发现冬虫夏草具有明显的体外清除自由基的抗氧化作用。此外,冬虫夏草还可以通过提高超氧化物歧化酶(SOD)活性和降低丙二醛(MDA)含量来修复UVB诱导的氧化损伤。黄雅琴[27]等以不同质量分数的蛹虫草培养基饲养经不同时间紫外辐射的果蝇,研究了蛹虫草对果蝇紫外辐射的抗氧化保护作用。结果认为蛹虫草能显著提高果蝇体内的SOD活力,降低MDA含量。

4.1.3 抗皱

蔡慧珍[28]等研究了一款含虫草提取物的抗皱眼霜,以冬虫夏草提取物、多肽等作为抗皱眼霜的主要活性成分。选取健康志愿者33名进行试用,结果显示,受试者使用抗皱眼霜6周后,眼周肌肤含水量、弹性等指数显著提高,眼周皱纹得到了显著淡化。

4.2 在口腔健康中的应用

4.2.1 预防口腔癌

口腔鳞状细胞癌(OSCC)是一种恶性肿瘤,占所有口腔癌病例的90%以上。庞真贞[29]等表明虫草素可能通过上调RNA-524-5p(miR-524-5p)的表达从而抑制口腔鳞癌细胞增殖、迁移及侵袭。通过实验,结果发现虫草素各浓度组细胞增殖抑制率显著升高,迁移细胞数及侵袭细胞数显著减少,CyclinD1、MMP-2、MMP-9蛋白水平显著降低,p21、E-cadherin蛋白水平及miR-524-5p 的表达水平显著升高;miR-524-5p过表达可抑制HSC3细胞增殖、迁移及侵袭,而抑制miR-524-5p表达可减弱虫草素对HSC3细胞增殖、迁移及侵袭的作用。朱兰省[30]等也发现虫草素可以提高口腔鳞状细胞癌自噬水平,并可以抑制细胞增殖,促进细胞凋亡发生;主要原因可能是通过下调PI3K/AKT/mTOR通路来发挥作用。

4.2.2 预防口腔炎症

虫草提取物中的虫草素能够通过不同的途径抑制和缓解机体的炎性反应。Ashraf[31]等通过建立模型研究发现虫草素有望作为一种新型口服抗炎镇痛药物的先导化合物,最初用于滑膜高度炎症的骨关节炎患者,也可能用于其他与疼痛和炎症相关的疾病。王科等[32]研究表明虫草素对佐剂诱导的小鼠急性脚掌炎性肿胀度有抑制作用,其机制可能是与下调TNF-α等炎性因子,减轻脚掌组织炎性细胞浸润,抑制炎症部位血管内皮生长因子释放及降低致炎小鼠免疫器官指数有关。

王玉兰[33]等人将蛹虫草提取物、三七提取物、黄岑提取物和茶多酚进行加水煎煮、过滤、浓缩干燥后得到组合物,将该组合添加于牙膏中,并展开了大量专项实验。选取小鼠240只进行分组,分别进行了镇痛试验、止血试验和抗炎作用试验,除此之外还做了抑菌实验,结果表明该牙膏具有镇痛、止血、抗炎和抑菌的功效。由此可见,若将虫草提取物添加于牙膏中,可以维护牙龈健康,也可将其与两面针、野菊花等提取物进行复配加入牙膏中,能够更好地预防牙周炎、牙龈出血等口腔问题;还可以与三七、救必应等提取物进行复配,能够减轻牙龈有关问题。因大多文献表明起到抗炎作用的主要成分为虫草素,所以在选取虫草提取物时需注意检测虫草素的含量。

4.2.2 抑制口腔细菌

刘俊[34]等采用纸片扩散法对从云南采集的冬虫夏草分离到的蝙蝠娥拟青霉进行抑菌活性试验,选择26种病原指示菌,结果发现蝙蝠蛾拟青霉菌株发酵的水提液对其中17种真菌均表现出中度以上的抑菌活性。马新宇[35]等选用无菌水和不同浓度的乙醇溶液对虫草粉进行提取,结果发现蛹虫草浸提液中含有多种抑菌活性物质,对革兰氏阳性菌的抑菌作用大于革兰氏阴性菌。还有研究[36]表明虫草素对鼠白血病病毒、人类疱疹病毒4型、流感病毒等也有抑制作用。

张伟[37]发明了一款牙膏,采用生物配方,加入生物活性物质溶菌酶,和冬虫夏草提取物进行复配,可提升牙膏的抗菌效果,并且对口腔刺激小,安全可靠。口腔护理用品中大多使用的抗抑菌成分都有一定毒性和副作用,且味道苦涩令部分消费者无法接受。虫草提取物味道微苦,带有特征性气味,加入香精后可以掩盖住原有的味道,将其加入牙膏中或与溶菌酶、益生菌等进行复配起到抑菌、抗病毒、调节口腔菌群等作用。

5 总结及展望

本研究简要介绍了冬虫夏草、发酵虫草菌粉和蛹虫草及主要成分,对其制备及在日化行业中的应用进行了概述,并简要分析了将虫草提取物加入牙膏中的作用。

我公司自2022年起,对冬虫夏草牙膏进行了深入的研究开发,含虫草花提取物、溶菌酶、救必应提取物等功效成分,具有修护牙龈、改善口腔微生物环境、减轻口腔异味等维护口腔健康的显著作用,相关产品已上市销售并取得专利证书。

冬虫夏草具有一定的知名度,虫草提取物富含多种有效成分,颇受消费者喜爱和关注,将虫草提取物添加于牙膏,安全性高,功效明显,未来肯定有良好的市场前景和持续的开发潜力。但虫草提取物组成较复杂,其与多味中草药复配后成分就会更复杂,可能会涉及较多的配伍性问题。关于虫草牙膏产品更多的研究成果,我公司将会在后续的论文中予以介绍。