樟芝是我国台湾地区特有的食药两用真菌,具有极高的研究和商业价值。目前,研究者已经从樟芝中分离纯化出了近百种的生理活性化合物,主要包括活性多糖、萜类化合物、马来酸琥珀酸衍生物和泛醌类衍生物等。然而,目前对樟芝发酵产品特征代谢产物的研究还不够,且缺乏规范的检测和质量评价标准,这对樟芝产品的开发及应用都极为不利。
江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室的张薄博分析了樟芝人工培养方式的研究现状及产品开发存在的问题,并介绍了课题组在相关方面取得的研究进展。
张薄博介绍说,樟芝素有“神芝”、“森林中的红宝石”之称。研究表明,樟芝具有多种生理活性成分,包括多糖类、固醇类、三萜类、腺苷类、不饱和脂肪酸、免疫蛋白等,丰富的生理活性成分使其具有多种生物活性:比如抗氧化及抑制肿瘤的效应;提升免疫系统的作用;降低血糖及血脂的效果;对四氯化碳诱导的大白鼠慢性肝损伤有肝脏生理机能的正面保护作用;不具有致基因突变性,并有抗基因毒性等。因此,樟芝是一种极具开发潜力和应用前景的保健和药用菌,近年来逐渐成为国内外研究和开发的热点。
目前,研究者已经从樟芝中分离纯化出了近百种生理活性化合物,主要包括活性多糖、萜类化合物、马来酸琥珀酸衍生物和泛醌类衍生物等。然而目前对樟芝发酵产品特征代谢产物的研究还不够,且缺乏规范的检测和质量评价标准。张薄博表示,要想使樟芝产业健康发展一定要建立分析检测、定性定量的方法,为樟芝产品的开发和应用建立质量控制的标准。
高质量樟芝产物开发遇瓶颈
随着樟芝的应用范围不断拓展,其需求量急剧上升。然而由于樟芝野生子实体生长缓慢、其寄主牛樟树专一性强且稀有,导致樟芝子实体资源严重匮乏,因此天然野生樟芝子实体的价格也日渐水涨船高。目前为全世界市场上最昂贵的野生真菌之一,市价高达15000美元/公斤,远高于灵芝、人参、冬虫夏草等传统药材。由于天然野生樟芝子实体昂贵难求,完全无法满足社会需求,因此利用现代生物技术对樟芝进行人工培养,得到樟芝菌丝体及其活性代谢产物是最符合经济效益的研究方向。
张薄博介绍说,目前,液态发酵和固态发酵培养方法是快速得到樟芝菌丝体的有效方法。2004年,台湾学者从樟芝液态发酵菌体中鉴定出5种新的马来酸和琥珀酸衍生物(Antrodin A-E),被认为是继1968年Wagner发现水飞蓟素以来,天然物中发现的具有超过水飞蓟素保肝活性的物质。2007年,台湾学者从樟芝固态发酵菌体中鉴定出泛醌类化合物Antroquinonol及其衍生物,这些化合物对多种癌细胞如乳癌、肺癌、肝癌和前列腺癌有良好的抑制效果,是非常有前景的抗癌化合物,目前此化合物已经进行FDA二期临床实验。
然而,目前在樟芝菌丝体产品的研究及开发方面仍存在着不少的问题。
张薄博介绍说,研究者及产品开发者对樟芝人工培养菌丝体特征代谢产物仍缺乏系统的鉴定,而特征性代谢产物的分离、纯化、鉴定、标准品的制备、分析方法的建立是高质量樟芝产物开发的瓶颈之一。只有对其特征活性产物有较为全面的了解,才能制定出较好的质量评价标准,有效地选择优化的目标产物,以提高樟芝产物的品质。
目前樟芝人工培养主要有固态发酵和液态发酵两种方式。张薄博说,台湾的一些已上市樟芝菌丝体保健产品上所标识的成分中,仅能看见有关营养成分的标注,而真正涉及生理活性的特征性代谢产物几乎没有标注,这说明樟芝产品开发仍处于低级水平。而目前大陆还没有一家企业正式生产樟芝产品。
从目前文献报道的内容来看,大多数仅限于樟芝菌丝体发酵条件的优化与生物量、多糖等指标的关系,樟芝菌丝体的发酵条件与特征代谢产物(比如Antrodins类和Antroquinonol类化合物)的产量的关系更是缺乏研究。而在如何找到发酵调控的突破口,优化发酵工艺条件,以提高樟芝中特征性的Antrodins类和Antroquinonol类化合物的产量方面,报道极少。
樟芝发酵产品生理活性成分研究
取得进展
针对樟芝菌丝体产品的研究及开发存在的问题,江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室的研究人员通过多年努力,建立了一套完善的樟芝活性代谢产物的提取、HPLC分析、MS鉴定的方法,发现樟芝人工发酵产品中含有大量Antrodins类和Antroquinonol类化合物,而不完全是一些文献所报道的三萜类化合物。
张薄博介绍说,课题组通过对不同人工培养方式得到的樟芝产物的分析比较,建立樟芝发酵产物HPLC特征图谱,并筛选出特征代谢产物。在此基础上建立了分析检测、定性定量的方法,为樟芝产品的开发和应用建立质量控制标准。
通过分析可知,樟芝固态发酵产物,其主要活性成分为Antrodins类和Antroquinonol类化合物,各组分的含量较为均衡。张薄博说,实验室还建立了完整的樟芝固态发酵方法,包括生产工艺以及产品后处理方法等,得到的樟芝固态发酵产品中保肝活性成分Antrodin C和抗癌活性成分Antroquinonol的含量分别可达到8g/kg和1.2g/kg。
樟芝液态发酵产物,其主要活性成分除了多糖,还含有大量的Antrodins类化合物,尤其以Antrodin C含量最高。同时研究发现常规液态发酵无法合成Antroquinonol,这说明液态发酵体系中,Antroquinonol合成途径的关键酶活性可能受到了抑制,无法表达。通过采用先进的代谢调控手段,课题组已突破常规液态发酵中无法合成Antroquinonol的瓶颈,实现Antroquinonol在液态发酵体系中的合成。
通过对樟芝液态发酵的代谢调控和过程优化,大幅度提高保肝活性成分Antrodin C的含量,同时得到抗癌活性极好的Antroquinonol类化合物,而这类化合物在樟芝液态发酵产物中未见报道,这极大地提高了樟芝液态发酵产品的质量,最终Antrodin C的含量高达1549mg/L,同时Antroquinonol含量接近200mg/L。