許歡怡,李泉岑,鄭明鋒,劉 斌,3,呂 峰,曾 峰,3,*
(1.福建農林大學食品科學學院,福建福州 350002;2.福建省亞熱帶果蔬加工工程技術研究中心,福建福州 350002;3.國家菌草工程技術研究中心,福建福州 350002)
銀耳(Tremella fuciformisBerk.)屬于真菌類銀耳科銀耳屬,是擔子菌門真菌銀耳的子實體[1]。銀耳夏秋季生于闊葉樹腐木上,分布于中國福建、四川、浙江、江蘇、安徽等省份。銀耳富含多種營養(yǎng)素,素有“菌中之冠”的美稱[2]。銀耳的能量較低,蛋白質豐富,富含17 種氨基酸、多糖和膳食纖維,以及鈣、磷、鐵、鉀、鈉、鎂、硫等多種微量元素。銀耳既是名貴的營養(yǎng)滋補佳品,又是扶正強壯的“補藥”。此外,銀耳有補脾開胃、滋陰潤肺和潤腸通便的功效,有助于提高人體對外界致病因子的抵抗力[2]。
現代營養(yǎng)學和食品科學研究表明,多糖是銀耳中最主要的功能活性成分,具有抗氧化、抗腫瘤、調節(jié)免疫、改善記憶、抗炎、降血糖和降血脂等生物活性[3]。隨著社會結構和人們膳食結構的變化,高血壓、糖尿病、高血脂、肥胖等疾病和飲食相關代謝綜合征等的發(fā)病率呈現上升趨勢。銀耳多糖可作為一種安全無毒的天然活性成分,應用于輔助增強免疫力、改善代謝綜合征等方面[4]。但目前關于銀耳多糖生物活性作用機制的研究仍不夠深入,尚未闡明銀耳多糖結構與功能活性之間的關系;銀耳多糖的提取率低且質量不穩(wěn)定,影響了銀耳多糖的大規(guī)模開發(fā)應用。
基于此,本文綜述了銀耳多糖的制備方法、結構特征,并概述了銀耳多糖的結構對其功能性的影響。以期為銀耳的精深加工及銀耳多糖的開發(fā)應用提供理論依據和參考。
銀耳多糖的傳統(tǒng)制備方法有熱水浸提法、酸堿浸提法和酶解提取法,但這些方法制備的銀耳多糖得率相對較低,影響了銀耳多糖的產業(yè)化和工業(yè)化體系發(fā)展[5]。為此研究人員研發(fā)了新型的提取方法,以提高銀耳多糖的提取率。銀耳多糖新型制備方法主要有超聲波提取法、微波提取法、加壓和反復凍融等輔助提取方法,這些制備方法主要利用物理機械作用,使銀耳快速破壁,有效提高銀耳多糖的提取率或得率。目前銀耳多糖的主要制備方法和提取率或得率如表1 所示。
銀耳多糖的相對分子量、單糖組成和糖苷鍵結構如表2 所示,銀耳多糖的分子量為1.92×104~1.88×107Da。銀耳多糖的單糖組成會隨著菌株的不同而有差異,其中含量較多的是葡萄糖、葡萄糖醛酸和甘露糖。同種原料的銀耳多糖經過分離純化后,所得各個組分的分子量存在差異,各個組分的單糖組成相似,但單糖的摩爾比不同。多糖主鏈的連接方式除了先前認為的甘露糖主鏈結構外,還有葡聚糖主鏈結構,糖苷鍵類型也存在差異,并且多糖結構差異對其生物活性有一定的影響。目前,銀耳多糖結構的研究主要集中在分子量、單糖組分、糖苷鍵類型等方面,通過實驗推測其復雜的分子空間構象,但是銀耳多糖的高級結構、功能性和作用機理等方面有待進一步深入探究。
表2 銀耳多糖的結構比較分析Table 2 Comparative analysis of structure of polysaccharide from Tremella fuciformis
銀耳多糖主要通過清除自由基和提高抗氧化酶的活性從而發(fā)揮抗氧化作用。張力凡等[17]對銀耳粗多糖的抗氧化活性研究表明,該多糖清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基、2,2’-聯氨-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)[2,2’-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate),ABTS]陽離子自由基和羥基自由基的IC50分別為0.05 mg/mL、1.72 mg/mL 和0.14 mg/mL,表明銀耳多糖具有抗氧化能力。張先廷[18]研究發(fā)現銀耳多糖對DPPH 自由基、羥基自由基和超氧陰離子自由基的清除作用呈現劑量依賴性。Wen 等[19]通過測定給予銀耳多糖干預的被紫外線輻射的雌性大鼠中的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)和過氧化氫酶(CAT)的活性,發(fā)現SOD、GSH-Px 的酶活力相對于未經處理的紫外線輻射陽性對照組分別增強了14.72%、103.22%,且CAT 的酶活力降低了16.21%。該研究表明銀耳多糖能夠通過保護抗氧化酶從而減少水分流失、改善皮膚結構變化、增加Ⅰ型膠原蛋白含量,證明了其能夠增強機體的抗氧化能力。此外,對多糖結構差異研究表明分子量小且含有較多糖醛酸的銀耳多糖抗氧化能力更強[20-21]。
上述研究均證實了銀耳多糖的抗氧化活性,但銀耳多糖在哺乳動物體內抗氧化活性與多糖的結構關系尚未充分闡明。關于銀耳多糖的糖苷鍵位置和類型、單糖單元、分子量和構象對抗氧化活性的影響有待進一步研究。
多糖是生物體內廣泛存在的一類生物大分子,因其具有抗癌活性、提高常規(guī)化療藥物的療效且副作用小而引起廣泛的研究[22]。近年來對銀耳多糖的功能性研究表明,銀耳多糖通過誘導癌細胞凋亡從而具有抑制腫瘤的功效。Shi 等[23]研究表明銀耳多糖能夠激活A549 細胞中sirtuin 1(SIRT1)蛋白的表達,從而導致p62 表達增加,降低p53 乙酰化和B 細胞淋巴瘤相關蛋白的表達,最終減弱脂多糖(LPS)誘導的凋亡細胞死亡和自噬。Han 等[24]的研究首次證實了銀耳多糖通過Bcl-2/Bax 和caspase-3 凋亡途徑誘導PC-3 前列腺癌細胞凋亡。近年來的研究表明,銀耳多糖對肝癌細胞具有抑制作用。銀耳多糖能抑制HepG22 細胞的生長,當濃度為50 mg/mL 濃度時,抗腫瘤活性可達92%[25]。韓英等[26]在銀耳多糖對荷H22 肝癌小鼠的抑瘤作用研究中發(fā)現,銀耳多糖使多種與腫瘤相關的基因發(fā)生表達差異,其中抗原呈遞基因(CD1A/CD1D)上調可以增強免疫系統(tǒng)對腫瘤的殺傷作用,P53 上調將受抑制的細胞停留在G1 期。蘇巧玲等[27]發(fā)現銀耳多糖可下調小鼠B16黑色素瘤細胞中過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARγ)的表 達,上調CD86 和CD206 的表達,對黑色素瘤細胞轉移具有抑制作用。銀耳多糖對多種癌細胞具有抑制作用(圖1),包括A549(人類肺泡基底上皮細胞),PC-3(人前列腺癌細胞)、HepG22(人肝癌細胞)、H22(小鼠肝癌細胞)以及B16(黑色素瘤細胞)。
圖1 銀耳多糖的抗腫瘤機制Fig.1 Antitumor mechanism of Tremella fuciformis polysaccharide
銀耳多糖可以通過調節(jié)體液免疫、細胞免疫和免疫因子影響機體免疫(圖2)。徐文清[28]通過對小鼠進行溶血素實驗表明,銀耳孢子多糖可增加小鼠溶血素含量,顯著提高免疫低下小鼠體液免疫功能。銀耳多糖通過刺激巨噬細胞、T 細胞,提高機體細胞免疫功能。諶淑平等[29]探究了不同食用菌的免疫調節(jié)作用,發(fā)現10 μg/mL 的銀耳多糖溶液能極大地促進腫瘤壞死因子TNF-α的分泌和增強RAW264.7 巨噬細胞的吞噬能力。Shi 等[30]研究了銀耳多糖對燒傷和銅綠假單胞菌感染所致膿毒癥小鼠外周血T 細胞的影響,發(fā)現銀耳多糖通過調節(jié)小鼠CD4+CD25high調節(jié)性T 細胞的活性,抑制白細胞介素-10(IL-10)的產生,并通過激活CD4+T 細胞介導免疫,誘導Th2/Th1 達到新的平衡從而減輕燒傷小鼠膿毒癥。Zhou等[31]探討銀耳多糖對環(huán)磷酰胺誘導的免疫缺陷小鼠的作用研究發(fā)現,高劑量的銀耳多糖(80 mg/kg)對小鼠的免疫增強效果最佳,可上調血清中IL-2、IL-12、INF-γ、IgG 水平,降低血清中TGF-β水平,顯著促進肝、脾中IL-1β、IL-4、IL-12 mRNA 表達,抑制TGFβmRNA 表達。因此,免疫功能實驗結果表明銀耳多糖對免疫缺陷小鼠的體液免疫和細胞免疫均有影響,并通過免疫細胞調控細胞免疫因子的合成和分泌。
圖2 銀耳多糖體內免疫調節(jié)機制Fig.2 Immunomodulatory mechanisms of Tremella fuciformis polysaccharides in vivo
引起記憶力下降的原因有很多,如大腦炎癥、腫瘤、阿爾茨海默病等疾病嚴重的損害了神經細胞的功能,導致記憶力損傷。Kim 等[32]研究發(fā)現,小鼠每日口服銀耳多糖(100 或400 mg/kg),14 d 后可顯著逆轉東莨菪堿誘導的學習和記憶障礙,增加中樞膽堿能的活性,從而改善小鼠的記憶力和學習能力。馬素好等[33]在通過針灸建立腦缺血學習記憶障礙小鼠模型后,采用跳臺法、避暗法檢測小鼠的行為學,發(fā)現銀耳多糖可通過減少缺血腦組織病理改變、有害代謝物產生以及減輕腦神經元損傷等多種途徑改善小鼠的學習和記憶能力。Park 等[34]用銀耳多糖對具有學習記憶障礙的大鼠進行飲食干預后發(fā)現PC12 細胞的神經突生長與銀耳多糖食用量呈劑量依賴關系,銀耳多糖能增加大鼠腦內葡萄糖代謝,改善大鼠的記憶力。該研究還指出銀耳多糖通過調控海馬體中的腺苷反應元件結合蛋白信號通路和膽堿能系統(tǒng)改善認知功能。
因此,銀耳多糖能影響腦組織中海馬區(qū)神經細胞的基因表達活動、增加中樞膽堿能的活性以及保護腦部神經細胞等多種途徑提高機體的認知能力,對于記憶力功能衰退的預防和改善具有一定的作用。研究表明,多糖還可通過其他途徑間接影響記憶力,如黃精多糖和玉竹多糖可減輕細胞氧化損傷,間接改善學習記憶力[35]。因此,銀耳多糖改善記憶力的途徑及機制有待深入研究。
銀耳多糖通過調節(jié)糖代謝酶的活性,促進胰島素的分泌及提高外周組織對葡萄糖的利用,進而阻斷膽固醇的肝腸循環(huán)從而達到降血糖血脂的作用[36]。Bach 等[37]利用腹腔注射鏈脲佐菌素構建1 型糖尿病大鼠模型,研究發(fā)現銀耳胞外多糖能增加大鼠高密度脂蛋白膽固醇水平,降低甘油三酯、谷丙轉氨酶和尿素水平,從而有效減輕1 型糖尿病的病癥。Cho等[38]研究發(fā)現,銀耳多糖可通過調節(jié)PPAR-γ介導的脂代謝而改善胰島素敏感性,從而發(fā)揮降血糖作用。Tu 等[39]的研究表明,添加0.6%銀耳多糖可提高淀粉凝膠中高分子量α-糊精的比例,并與葡萄糖協(xié)同轉運蛋白1(SGLT 1)結合,延緩葡萄糖從淀粉凝膠中的擴散,從而起到降血糖的作用。該研究還指出,銀耳多糖對α-葡萄糖苷酶的抑制活性與其分子結構有關,β-葡聚糖和O-乙酰化葡萄糖醛酸甘露聚糖與α-葡萄糖苷酶的結合親和力高于葡萄糖醛酸甘露聚糖。
侯建明等[40]發(fā)現,銀耳多糖分子中含有羥基、羧基和氨基具有極強的親水性,可吸附脂類和膽固醇,從而有利于腸道中脂類和膽固醇的排出。Pau-Roblo 等[41]表示糖醛酸具有吸附膽固醇的能力。Chiu 等[42]研究發(fā)現銀耳多糖由于糖醛酸含量高、黏性大,能減少小鼠腸道中的脂肪吸收,從而降低小鼠體脂百分比和血清總膽固醇含量。因此,具有高粘度和高糖醛酸含量的銀耳多糖有利于膽固醇的排出。Zhang 等[43]的研究發(fā)現,高粘性的銀耳多糖對膽固醇具有較強的吸附能力,從而降低小鼠體內TC、TG、LDL-C 含量,起到降血脂的作用,同時多糖的表面結構也對降脂活性產生了影響。相較于表面致密光滑、呈現海綿狀結構的銀耳多糖,表面粗糙、溝壑和孔洞較多的銀耳多糖具有更高的膽固醇吸收能力,促進膽汁中膽固醇向膽汁酸的轉化,降低血脂水平。此外,銀耳多糖還通過調控與脂質代謝相關的基因達到降血脂的目的。銀耳多糖與降低細胞中PPAR-γ、C/EBPα和瘦素mRNA 的表達呈量效關系,從而抑制3T3-L1 脂肪細胞的分化[44]。
以上研究證實了銀耳多糖的結構對降血糖血脂功能產生重要影響。銀耳多糖在改善飲食相關代謝綜合征方面具有廣闊的應用前景。但是目前的研究仍不夠深入,關于銀耳多糖降血糖血脂的構效關系尚不明確,同時銀耳多糖作為大分子,其在體內如何降解及其降血糖血脂的作用機制仍未探明。
銀耳多糖在預防和改善炎癥方面具有多途徑、多靶點、低毒性、副作用小等獨特的優(yōu)勢。Toll 樣受體4(TLR4)是脂多糖(LPS)的識別受體,LPS 與TLR4 結合后能促進促炎信號通路Akt、MAPK 和NF-κB 的活化,銀耳多糖能抑制促炎信號通路,減少促炎因子的產生,從而起到抗炎作用。Kham 等[45]研究發(fā)現,經銀耳多糖處理后炎癥小鼠TLR4、TNFα、IL-6 基因表達明顯下調。銀耳多糖處理可顯著抑制巨噬細胞Akt、p38MAPK 和NF-κB 的活化,并抑制MCP-1 的表達,從而減輕炎癥反應[46]。王昭晶等[47]采用實時熒光定量PCR 探究銀耳多糖抗炎癥作用,研究發(fā)現其對脂多糖誘導RAW264.7 細胞產生的炎癥因子TNF-α、IL-6 和COX-2 具有顯著的抑制作用。近年來逐漸興起從腸道菌群的角度研究銀耳多糖的抗炎活性機制。Xu 等[48]研究發(fā)現,高劑量的銀耳多糖可刺激Foxp3+T 細胞,促進抗炎細胞因子的產生,16S rRNA 測序分析表明,銀耳多糖能顯著增加腸道菌群多樣性。此研究首次通過腸道菌群和代謝物途徑分析確定銀耳多糖在結腸炎中的潛在機制。隨后,Xie 等[49]指出銀耳多糖可以通過調節(jié)腸道菌群減少小鼠的特應性皮炎。
綜上所述,銀耳多糖通過抑制TLR4/Akt/MAPK/NF-κB 促炎信號通路,調節(jié)RAW264.7 和Foxp3+T細胞從而減少炎癥因子TNF-α、IL-6 和COX-2 的產生。同時,銀耳多糖通過提高腸道有益菌群的多樣性和豐富度,調節(jié)炎癥因子的產生,增強抗炎活性。目前,對銀耳多糖的功能性研究多集中在抗氧化、調節(jié)免疫活性、降血糖血脂等方面,其抗炎活性的作用機制仍需進一步深入研究。
銀耳多糖具有諸多生物活性,已有的研究表明銀耳多糖經硫酸酯化、磷酸酯化、羧甲基化、乙酰化、接枝等有效的修飾能提高其生物活性,包括增強吸濕保濕性能、提高抗氧化活性、促進淋巴細胞的增殖以及減少白細胞的降低。銀耳多糖結構修飾及其功能如表3 所示。
表3 銀耳多糖結構修飾實例研究Table 3 studies on structural modification of Tremella fuciformis polysaccharide
銀耳多糖的多羥基大分子結構可與油相小液滴以范德華力結合,并且銀耳多糖具有一定的粘度能有效阻止小液滴之間的聚集,起到了乳化的作用[57]。同時,銀耳多糖具有高粘度、剪切稀釋性、食品環(huán)境中的流變穩(wěn)定性等特點,可廣泛用作食品增稠劑[58]。黃明德等[59]對銀耳多糖的乳化性研究發(fā)現1%濃度的銀耳粗多糖溶液對大豆色拉油的乳化性能優(yōu)于吐溫60、司盤60、分子蒸餾單甘酯和大豆磷脂。張珊珊等[60]將銀耳多糖替代部分乳化劑和增稠劑添加到花生蛋白飲料中提高了飲料穩(wěn)定性和質構特性。在面團中添加銀耳能加強面筋蛋白的α-螺旋、β-折疊,提高結合水、緩慢消化淀粉和抗性淀粉的含量,增加面條中風味物質的含量[61]?;阢y耳多糖和黑木耳多糖具有降血糖活性的功能,羿月同等[62]以銀耳多糖和黑木耳多糖為主要原料研制了降血糖代餐餅干,此研究為銀耳多糖代餐食品的開發(fā)應用提供了新思路。
銀耳多糖不僅具有豐富的功能活性,并且能賦予食品良好的加工特性。目前研制了銀耳酸奶、銀耳掛面、銀耳果凍、銀耳多糖谷物蛋白固體飲料等銀耳系列食品。
銀耳多糖具有吸濕、保濕及抗氧化能力。研究表明銀耳中羥基的數量與其溶解度有關,羥基和羧基可以與水形成氫鍵,并且鍵與鍵之間相互交織形成了空間網絡,以增強保水性[63]。多糖鏈上羥基、乙酰基等親水基團越多,其溶解度越好,作為注射劑或保濕劑的效果越好[64]。陳海燕等[65]利用響應面法優(yōu)化保濕霜的配方含量,當銀耳粗多糖提取液濃度為2%,保濕霜的保濕效果最佳。陳云波等[66]研究證明銀耳多糖具有良好的保濕效果,具有改善膚質、修護肌膚屏障、抗氧化等多重作用,是精華液、乳液等化妝品的優(yōu)良添加劑。
銀耳多糖作為一種安全無毒的天然活性產品,具有合成藥物無法比擬的安全性。銀耳多糖具有抗腫瘤、調節(jié)免疫活性、降血糖血脂、抗輻射、抗?jié)兊茸饔?,以銀耳多糖為主要成分研發(fā)出了復方銀耳魚肝油乳、銀耳孢糖膠囊、銀耳孢糖腸溶膠囊、輔助降糖片、瘦身膠囊等產品[36]。此外,銀耳多糖的酸性基團在水溶液中帶負電荷,可與殼聚糖組成納米結構,使得銀耳多糖具有良好的緩釋性。將銀耳多糖與殼聚糖、聚乙二醇混合制備成凝膠敷料,可達到長效、溫和、促進創(chuàng)面愈合的目的[67]。
銀耳多糖具有獨特的理化性質,如剪切稀釋、弱凝膠、乳化等使其在液體產品中具有良好的穩(wěn)定性。然而,銀耳多糖的結構復雜多樣性是研究結構與藥理功能關系的巨大挑戰(zhàn),且從銀耳提取得到的多糖質量不穩(wěn)定以及發(fā)酵制得的多糖成本較高導致了銀耳多糖在各個領域的開發(fā)應用受到影響[67]。
銀耳多糖分子具有結構復雜和活性多樣的特點,既是銀耳多糖研究的優(yōu)勢又是挑戰(zhàn)。本文綜述了銀耳多糖在增強免疫、抗氧化、降血糖血脂、抗炎、改善記憶力以及結構修飾等方面的內容。多糖作為銀耳主要的功能性物質一直都是研究的熱點,但對其的研究仍存在著一些問題,本文在已有的研究基礎上提出展望,為銀耳多糖的研究開發(fā)提供參考:a.銀耳多糖作為生物大分子具有復雜的結構,其活性中心的構效關系尚不清楚,可分析不同來源銀耳多糖的結構和活性差異的構效關系;b.對于銀耳多糖功能性的研究大多停留在動物和細胞層次上,對其作用機制的研究仍不夠深入;c.銀耳中除了多糖外還含有蛋白質、礦物質等多種營養(yǎng)物質,提取所得多糖的純度難以得到保證;d.近年來食用菌多糖對腸道菌群的調節(jié)作用備受關注,但相關研究表明銀耳多糖對腸道菌群的作用較少,未來可進一步從腸道菌群的角度探討銀耳多糖及其代謝產物在消化道中的降解和代謝變化,以此探究其發(fā)揮生物活性的機制;e.對銀耳多糖的功能性研究多集中于抗氧化、增強免疫力、輔助降血糖血脂方面,今后可從銀耳多糖抗輻射及腸道保護作用方面深入研究。
未來需要進一步優(yōu)化銀耳多糖的制備技術,結合現代分析技術解析銀耳多糖的結構,在化學分析技術的基礎上結合物理、生物等技術手段對銀耳多糖的功能及作用機理進行深入的研究,為實現其在多個領域的大規(guī)模、市場化應用提供理論依據。