虫草菌丝体发酵的研究进展

虫草菌丝体发酵的研究进展摘要：虫草具有良好的药用和保健价值，国内外对于虫草的需求与日俱增。

但是天然虫草生长环境特殊，产量有限，近年来的过度采挖严重降低了虫草的产量，破坏了产地的生态环境。

人们希望通过掌握虫草的人工栽培和液体发酵技术来解决这个问题。

本文介绍了近年来有关虫草深层发酵条件、发酵产品活性成分和发酵功能用途的研究。

关键字：虫草发酵条件活性成分虫草的子实体、菌核及菌丝体中都含有多种活性成分，如虫草多糖、胆甾醇、真菌甾醇、麦角甾醇、腺嘌呤核苷、腺嘌呤、尿嘧啶、蛋白质、多种氨基酸、硬脂酸、软脂酸、D-甘露醇、维生素、有机酸和微量元素。

但是野生虫草资源短缺，人工栽培周期长、成本高，而利用虫草深层发酵生产虫草替代品，既可有效保护虫草这一珍贵资源，又不受气候、地理环境和虫草寄生条件严格的限制，适合于工业化大规模生产，生产出的替代品如菌丝体其成分和药效也与天然虫草相似。

现在许多科研人员和生产厂家正在从人工培养着手，利用液体深层培养技术进行工业化生产虫草菌丝希望能解决虫草大规模人工栽培的缺点，以求得更好的社会和经济效益。

1虫草菌丝体液体发酵条件的研究：目前国内外报道的虫草菌有几十种，其中以蛹虫草菌和冬虫夏草菌在生产栽培上最为常用。

国内对虫草胞外多糖、虫草素的研究一直十分活跃，因为它们具有十分重要的药用和保健价值。

但是针对不同的发酵条件，虫草的多糖含量、虫草素含量和生物量等指标都有较大不同。

蛹虫草作为虫生真菌，一般认为动物蛋白对其菌丝体生长发育更为有利，但温鲁等（2008）研究发现植物蛋白豆粕和豆粉也适合蛹虫草的生长发育，现在大多数研究都是以蛋白胨作为氮源。

但是，王菊凤等（2009）认为不管是植物蛋白还是动物蛋白，都应该有一定的适宜浓度，她发现1% 低浓度的氮能促进菌丝体的生长，也有利于多糖的合成，随着氮浓度的增高，菌丝体生物量和多糖的含量也随之降低。

王菊凤等（2009）发现在6%的碳源和1%的氮源以及25℃的条件下，能获得蛹虫草的最大生物量以及总多糖和胞外多糖的最大产量；碳源为6%、氮源为1%、温度为22℃时，胞内多糖的产量达到最高。

廖春丽等（2009）在优化蛹虫草产胞外多糖发酵培养基时使用蔗糖2.00%，蛋白胨1.50%，KH2PO40.05%，酵母粉0.20%，硫酸镁0.01%，在pH值6.8，温度28℃时蛹虫草胞外多糖得率为19.4 g/L。

对于蛹虫草菌丝体的最佳生长条件，赵雪梅等（2008）通过实验证明泰山蛹虫草菌丝体液体发酵中最佳碳氮比在3.0到4.0之间；最佳培养基配比为玉米粉3.0%、葡萄糖1.5%、黄豆粉1.0%、酵母膏0.8%，菌丝体的最大生长量平均在1.29g/100ml。

针对虫草素最优发酵条件的研究，郑婷婷（2004）发现蛹虫草菌丝体液体发酵的最适条件为：接种量10%(v/v)，发酵初始pH7.0，发酵温度27℃，发酵时间96 h。

扩大培养后，测得菌丝体中虫草素的含量为51.785 mg/100g，虫草精多糖含量为1.92 g/100g。

文庭池等（2009）认为腺苷作为虫草菌素的直接前体，腺嘌呤能有效地提高虫草菌素产量，它能迅速有效的被蛹虫草吸收与利用。

刘艳芳（2010）的研究也认为腺嘌呤和腺苷均可以明显提高虫草素的产量，两种化合物在虫草素的合成中发挥的作用基本相同，而且细胞吸收利用腺嘌呤的速度比利用腺苷的速度快，在同样的添加浓度下，腺嘌呤比腺苷更有利于虫草素的合成，在培养基中加入0.5g/L的腺嘌呤可使发酵液中虫草素含量提高约30%。

刘小莉等（2008）通过实验发现蛹虫草菌株能适应较宽的pH值范围，在pH值2~11范围内均能生长。

但菌丝生长量和腺苷含量的变化趋势明显不同。

随着pH值的增大，菌丝生长量和腺苷含量均呈现先增大后减少的趋势，但在pH值为6时，菌体干重达到最高，而腺苷含量在pH值为4时最大.周洪波（2006）等认为当菌丝体质量浓度和甘露醇质量浓度达到最大值时，pH维持在5.5左右。

发酵初期将培养基pH控制在6.10左右有利于菌丝体生长。

当菌丝体质量浓度和甘露量的变化与菌丝体质量浓度变化一致。

与不控制pH发酵时相比，菌丝体质量浓度及甘露醇的质量浓度分别增加了32%和14%。

因此，在pH控制策略中，分段控制pH液体深层发酵策略对蛹虫草生长最有利。

2液体发酵活性成分的研究：液体发酵是生产微生物药物的主要手段，相对于固体栽培，虫草液体发酵具有周期短，产量大，产物易分离提取的优点。

所以近年来虫草菌丝体的液体发酵也逐渐应用到食品和药品的生产中来。

陈安徽（2007）等研究表明，虫草的活性成分主要有虫草多糖、甘露醇、核苷类物质及氨基酸等。

虫草多糖是传统的滋补药，为虫草中的主要有效成分之一，能够增强人体免疫力，对肝炎后期肝硬化患者T细胞也具有免疫调节作用。

此外，虫草多糖还具有降血脂，降低胆固醇和脂蛋白，降低血糖，抗辐射，延缓衰老等多种药理作用。

甘露醇也是虫草类产品中重要的活性物质，具有利尿、脱水、镇咳、祛痰、平喘和消除人体内强毒性的羟自由基等多种药理作用。

核苷类成分为虫草的主要有效成分之一，具有扩张心脏和外周血管的药效作用，其中尤以腺苷的作用最为显著。

游明乐（2009）的研究结果表明人工发酵的虫草菌质中虫草素、多糖、锌含量分别为天然虫草的40倍、3倍和8倍；硒含量也略高于天然虫草，可以代替天然虫草应用。

赵雪梅，苏延友等以薄层色谱扫描法（TLCS）测定泰山虫草菌丝体与天然冬虫夏草中腺苷、尿苷、次黄嘌呤核苷、次黄嘌呤成分的含量，结果表明：泰山虫草菌丝体核苷类有效成分及次黄嘌呤含量明显高于冬虫夏草。

其腺苷、尿苷、次黄嘌呤核苷、次黄嘌呤的含量分别是冬虫夏草的8.25、3.76、11.8和1.55倍。

韩燕峰、梁宗琦（2008）对5种虫草的无性型进行了产维生素E的研究并发现它们能产生脂溶性维生素E, 而且不同的培养条件能影响VE的产量。

从这些真菌资源中开发脂溶性物质有极大的潜力。

唐艳萍等（2009）的含量测定结果表明冬虫夏草的甘露醇含量最高，与其他虫草的含量有较大的差异。

随后她发现蛹虫草菌的甘露醇含量在各种人工发酵虫草中是最高的，这也与目前大规模用于生产的菌种一般是蛹虫草的现状相符合。

但当该方法应用于虫草素生产时，淹没在液体培养基中的菌丝体难以得到充足的光照，因此虫草素不能大量产生，这可能也是用液体发酵法生产虫草素难以达到满意效果的原因。

3功能用途研究：目前，虫草液体发酵产物的主要用途是利用发酵产物制成药品、保健品、食品或饲料。

据研究，利用发酵技术获得菌丝体的营养成分和特殊成分的含量以及疗效和保健功效等均与子实体相似，有的特殊成分含量还远高于子实体。

目前，市场上已有许多这类药物出售，如宁心宝胶囊、心肝宝胶囊、百令胶囊、肾康胶囊、虫草头孢胶囊、至灵胶囊、虫草丸、东方神草冲剂、金水康虫草膏、虫草精口服液、西洋参虫草口服液、虫草补酒、虫草雪莲口服液等（邹秦文等2009）。

虫草菌深层发酵的产物直接作为食品虽然还未能为人们广泛接受，但被加工成口服液、营养液、食品添加剂、软饮料、含酒精饮料等，已逐渐被人们所接受。

虫草液体发酵产物的另一个主要用途是其代谢提取物。

即从深层发酵产物中可提取许多有效成分如多糖、多肽、生物碱、萜类化合物、甾醇、苷类、酚类、酶、核酸、氨基酸、维生素、Mn—SOD、具抗生素作用的化合物等再作药用。

我国科学工作者自1970年代开始探索从新鲜的天然虫草中分离虫草菌种，利用现代低温生物发酵工程技术生产人工虫草（虫草菌丝体）以替代天然虫草。

该项工作在1987年取得突破，发酵虫草菌粉及其制剂金水宝胶囊（蝙蝠蛾拟青霉Cs-4菌株）成为我国新药审批办法实施后第一个获得批准的中药一类新药，并于2000年载入国家药典。

陈宏伟等（2007）发现蛹虫草产胞内糖及锌转化率最佳条件组合为锌浓度100 μg/ml，培养时间为6天，pH值为7，培养基选用马铃薯培养基，该条件下产胞内糖达24.264 mg/100 ml，有机锌率转化最高为18.4 %。

于克学（2003）发现冬虫夏草对元素硒具有很高的富集能力，富硒率最高达到了50.85%，有机化程度能够达到77.2%以上，很好地实现了无机硒的转化。

这为富锌、富硒食品开发提供了研究基础。

顾宇翔等（2007）实验表明，蛹虫草无性型菌丝体的醇提物显示出很强的羟自由基清除能力，醇提取物的羟自由基清除率可达90%以上，水提物的羟自由基清除率也为44.5%。

吕国英（2009）的研究也表明蛹虫草菌丝体不同溶剂提取液对·OH自由基有良好的清除能力，70%醇提物的清除能力最强，浓度为30mg/mL时，清除率达到100%。

李忠红等（2008）考察了人工冬虫夏草菌丝体粉、人工蛹虫草菌丝体粉、青海与西藏产天然冬虫夏草Cordyceps sinensis (Berk.) Sacc. 以及古尼虫草Cordyceps gunnii (Berk.) Berk.（产地为尼泊尔）的抗氧化活性，结果表明：人工虫草菌丝体具有比天然虫草更好的抗氧化活性，抗氧化活性与虫草中含有的某些成分的含量有关，抗氧化活性可以作为评价人工虫草菌丝体质量的指标之一。

4 讨论目前有关虫草的发酵生产菌株仍然只是集中在冬虫夏草、蛹虫草及其相关几种无性型之上，新的有特殊作用的虫草类真菌有待进一步筛选和投入生产。

由以上资料我们还可以了解到，液体发酵生产的虫草与固体栽培的虫草、野生的虫草之间就成分含量上仍然存在一些差别，但这并不能说明虫草的液体发酵完全可以或完全不可以代替天然虫草进行大规模应用，我们更应当从不同的功用和不同的成本方面综合考虑虫草的应用前景。

此外，在虫草药用成分的生产和加工方面，由于虫草类真菌能同时产生多糖、核苷、甘露醇等多类药用成分，在针对特定药用成分筛选特定高产菌株和优化其相应的培养条件上亟需进一步研究和规范。

总之，虫草是一类大有利用价值的真菌资源，我们应当加快相应的研究步伐，规范虫草及其制品的生产，使之更好地服务于人类社会。

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