食药用菌保健金字塔模型对增进人类福祉的作用(二)

张树庭 Solomon P.Wasser

(1.国际蕈菌生物技术服务中心,香港中文大学生物系,香港;2.国际生物多样性与真菌生物技术中心,海法大学自然科学院进化研究所进化与环境生物学系,以色列,海法;乌克兰国家科学院霍洛德内植物研究所,乌克兰,基辅)

3 蕈菌对纤维素副产品 (废料)的利用

如前所述,世界人口在21世纪将继续增加,因此,每一个人,尤其是那些生活在欠发达国家的人所能获得的食品和医疗服务将减少。环境的污染也将成为更严重的问题。然而,世界上有巨大的像太阳能一样可持续利用的木质纤维素资源,这一资源的重要性和商业价值一直为人们所忽视,自然也没有人认为其原始形态是可以食用的。应当指出,已有大量的的科研经费被用于研究如何提高玉米、谷物、椰子油、树木纤维素,剑麻纤维和咖啡等核心产品的生产能力,然而,却很少有资金用于开展谷物秸秆、椰子壳和咖啡渣等通常被认为是废料的副产品的再利用研究。以上理念和实践模式被称为20世纪农业产业核心产品的线性思维[18]。

这种思维意味着处理核心产品而产生的副产品被认为是废料而没有得到适当的利用 (图2)。人们草率地将这些所谓的垃圾倾倒或焚烧,必然会对周围环境和人类健康产生危害。然而,这些木质纤维废料实际上也是一种天然资源或原材料,如果它们得到妥善的处理和使用,最终会使经济得到更快的增长。这就是第二种思维——集群思维,它将被应用于21世纪以农业为基础的产业领域 (图3)。换言之,在处理核心产品时产生的副产品将被回收和用作生产二级或三级核心产品的原料。例如谷物秸秆、咖啡浆、咖啡渣、剑麻废料等都可用于种植蕈菌。收获蕈菌后,废弃培养料可以用作饲养动物或蚯蚓的原料。而后,残留物还可以用作土壤改良剂或农作物肥料。整个过程没有产生废料。这就是零排放或总生产力的概念[29]。这种方法可以概括为将被视为垃圾的生物副产品转化为资源,从而创造就业机会,增加物质财富,减少贫困和减少废料对环境的污染。

图2 20世纪农业/蕈菌产业的线性思维

图3 21世纪农业/蕈菌产业的集群思维

蕈菌与其他真菌一样,缺乏叶绿素,属于非绿色生物。它们不能像绿色植物那样通过光合作用将太阳能转化为有机质,但它们能产生各种胞外酶降解木质纤维材料,作为其生长和发育的营养。蕈菌的生物合成是一种独特的能力,与绿色植物光合作用完全不同。蕈菌产品不仅可以成为具有丰富蛋白质的营养食品,也可作为保健品乃至医药产品。蕈菌生产具有可以依据国际品质标准按计划及时供货的特征,在内销和外销方面都具有巨大潜能。蕈菌产业的集群思维,最重要的是回收利用蕈菌生产每个环节所产生的副产品,创建无污染的环境。通过综合运用基本的生物学知识与实用技术,蕈菌生产可利用在城市和农村都广泛存在的木质纤维素废料作为原料,变废为宝。因此,蕈菌产业的发展对全球的食物营养、健康提升,环境保护和资源的再生利用,以及经济和社会效益提高都会产生长远而积极的影响。蕈菌栽培和蕈菌衍生产品将对21世纪的人类福祉产生深远影响,这种影响被称为 “非绿色”革命[18]。而这个革命必须依靠当地的培养料资源、劳力和气候条件来实现。

4 世界蕈菌产业的发展

在1993年的第一届国际蕈菌生物学及其产品大会召开之前,国际蕈菌组织/产业主要关注于鲜菇、罐头和干菇等食品,1991年其总产值是85亿美元。这只是蕈菌产业中的一条腿。同年药用蕈菌 (MMs)产品的产值据估计是12亿美元,但却没有得到足够的重视。这次大会,提出将药用蕈菌及其产品作为补品和膳食补充品/中药,并认为其是蕈菌产业的第二条腿。此后,药用蕈菌组织迅速扩展到世界各地,意味着蕈菌产业的第二条腿已经越来越强大。2006年世界市场的食用蕈菌产值约为360亿美元,药用蕈菌产品价值为160亿美元左右。

目前,世界上有针对蕈菌产业各部分的四个大型国际机构组织/会议,并相继发展成为引领国际前沿的组织机构[25]。其中,专注于食用蕈菌的国际食用菌协会 (ISMS),于1950年在英国成立。此后,ISMS每隔3～4年举行一次国际食用菌大会,第18届大会于2012年8月在中国北京举行。专注于蕈菌生物学和药用蕈菌产品的世界蕈菌生物学与产品协会 (WSMBMP),于1993年在香港成立。WSMBMP每3年举办一次国际会议,第七届国际蕈菌生物学与产品大会于2011年在法国举行。世界菌根菌研究会 (IWEMM)于1999年在瑞典成立,该会主要涉及野生蕈菌,每两年举行一次大会,第六届大会于2011年在摩洛哥举行。自1999年推出国际药用菌杂志 (IJMM)后,国际药用蕈菌的活力得到了进一步提升,两年后的2001年,首届国际药用菌大会 (IMMC)在乌克兰基辅举行。国际药用菌大会每隔两年举行一次,第七届国际药用菌大会 (IMMC-7)将于2013年在中国举行。这四大蕈菌组织如同马的四条腿引领世界蕈菌产业向前发展。每个组织都做了大量工作以促进各自领域内重要焦点问题的发展,不仅为科学家和种植者创建了个人信息交流的互动平台,而且也是各种有价值的科研动态和商业信息的传播平台。而骑手就是广大的蕈菌消费者,他们是蕈菌市场拓展、科研提升和产业发展的的驱动力。

5 蕈菌食品

虽然在一些地方,蕈菌很早就被用来作为食品,也为饥荒时期提供营养,但当时人们关注的仅仅是它的风味及其作为调味品的价值,对食用蕈菌是否具有真正的营养价值则众说纷纭[30]。自20世纪70年代初以来,营养师和蕈菌科学家们进行了许多研究,证明食用蕈菌确实存在营养价值。有关蕈菌的营养功效和药用价值的大多数数据已经被公开发表。此后,蕈菌的真正营养价值迅速为大家所认识,包括了蕈菌科研人员、菇农以及广大的普通消费者。这些实验数据已经在众多国际会议上公布,特别是在上述四大蕈菌会议上,而各类国际刊物上也发表了相关的科学论文。这一切表明,食用蕈菌不仅具有很高的营养价值,而且也显示了其药用方面的功效。一些蕈菌营养价值方面的综述性文献已被相继报道[30～32]。

由于采收时间和栽培环境条件的不同,鲜菇的含水量70%～95%不等,而干菇含水量一般为10%～13%。食用蕈菌栽培品种鲜菇的蛋白质含量约占1.75%～5.9%,平均为3.5%～4%。这意味着在一般情况下,食用蕈菌的蛋白质含量是洋葱 (1.4%)和白菜 (1.4%)的2倍,是橘子 (1.0%)的4倍和苹果(0.3%)的12倍;而常见肉类的蛋白质含量分别为：猪肉9%～16%,牛肉12%～20%,鸡肉18%～20%,鱼18%～20%,牛奶25.2%。若以干重计,蕈菌的蛋白质含量通常为10%～35%(表六),而大米的蛋白质含量为7.3%,小麦为12.7%,大豆为38.1%,玉米为9.4%。因此,从粗蛋白含量方面看,蕈菌低于动物肉类,而远远高于大多数其他食品;而且,蕈菌蛋白质包含人类所需的9种必需氨基酸 (表7)。蕈菌还是脂肪、磷、铁以及多种维生素,如维生素B1、维生素B2、维生素C、维生素D和维生素B3等营养元素的重要食物来源。蕈菌是一种低热量、低碳水化合物和和低钙的食品[4]。据报道,常见栽培蕈菌的总脂肪含量一般占干菇重量的0.6%～3.1%不等[33],其中至少72%的脂肪酸为不饱和脂肪酸 (表8)。不饱和脂肪酸对我们的饮食和健康来说是必不可少的。蕈菌具有足够低的核酸含量,可以作为一种经常食用的蔬菜[34]。总而言之,食用菌拥有食品的所有特质——营养、美味和生理功能。

第一个特征 (营养价值),蕈菌含有丰富的蛋白质、几丁质 (膳食纤维)、维生素和矿物质,脂肪含量低,但又有高比例的不饱和脂肪酸,不含胆固醇。关于蕈菌的营养作用,有以下几个方面值得关注。

(1)蕈菌为低能量食物,有益于减少体重;

(2)蕈菌含有显著水平的嘌呤,常食有利于代谢性疾病患者 (痛风,风湿除外)的康复;

(3)蕈菌低糖,多甘露醇,特别适合糖尿病患者食用;

(4)蕈菌钠含量很低,有利于高血压患者;

(5)蕈菌富含多种重要的维生素,对人体具有很好的免疫调节功能。人体每日所需的必要维生素可以通过食用蕈菌获得;

(6)蕈菌中的钾和磷含量高,对人体具有很好的免疫调节作用;

(7)蕈菌的硒含量高,是一种优良的抗氧化剂[35]。

第二特征 (风味),蕈菌因具有各自独特的风味,既可作为美味的食物,也可制成调味品。除挥发性八碳化合物外,其典型的蕈菌风味化合物主要为水溶性物质,如可溶性糖、多元醇、有机酸、游离氨基酸、5′-核苷酸等。

表6 3种蕈菌的基本成分分析结果[36]

第三特征 (生理功能),蕈菌具有多种生理活性物质,不仅包括高分子量的多糖 (主要为β-D-葡聚糖),异源葡聚糖,几丁质,肽聚糖,蛋白多糖,RNA物质和食用纤维,而且包括低分子量的有机物萜类,类固醇以及类多酚等。因此,蕈菌是现代社会一种极具价值的保健食品。

表7 3种蕈菌的9种必需氨基酸含量[35] 单位：mg/100 g

表8 3种蕈菌的脂肪酸含量[33]

在滋补和药用价值方面,人们通过长时间的历史经验积累,认为蕈菌对治疗人类疾病具有有益的影响。近年来,关于将蕈菌作为改善生物功能的新型化合物,以及膳食补充品和其他药用产品的来源,已经越来越成为新的关注点[36]。此外,现代分析技术的应用为早期的经验观察提供了科学数据。越来越多的实验数据表明,将蕈菌作为功能性食品,或食用从中提取的活性成分制成的膳食补充品,可以增强人体的抵抗力,甚至在某些情况下,还可以治愈疾病。很多时候,可用于缓解当今社会因工作压力大而造成的人体免疫功能下降的问题。近期出现的术语 “蕈菌营养药”,体现了这些提取自蕈菌的菌丝体、液体培养液或子实体的生物反应调节剂制品具有营养和药用的双重特征[37]。目前,蕈菌是发展最快的一种资源,其萃取物既可以作为增强人体保健作用的膳食补充品,又可以预防和治疗人类疾病。由于蕈菌作为食物资源已具有悠久的传统,蕈菌原料也被归类为 “公认安全”的食材。此外,蕈菌的营养成分具有极低的毒性,即使是高剂量服用,也没有明显的化学合成药品常伴随的各种副作用。

越来越多基于事实依据的蕈菌试验研究,验证了几个世纪以来关于蕈菌营养与药用价值的观察经验结果——蕈菌具有优良品质和高经济价值。

蕈菌蛋白质含量丰富,含有9种人体必需氨基酸,富含几丁质、维生素,尤其是维生素B和维生素D的含量高;低脂肪、低热量、低胆固醇,不饱和脂肪酸比例高;钾、磷、硒等矿物质的含量较高,钠含量不高。对同一种食用蕈菌的子实体和液态培养菌丝体的营养成分进行比较是相当重要的。Tsai等[38]对鸡腿菇子实体和菌丝体的成分进行对比研究,发现所研究的材料的基本成分含量有所不同,如可溶性糖和多元醇在子实体和菌丝体中的含量分别为250.82 mg/g和34.45 mg/g;海藻糖在子实体中的含量最高,达169.1 mg/g,而菌丝体中的蔗糖含量较高,为24.48 mg/g;游离氨基酸在子实体和菌丝体中的含量分别为9.94 mg/g和6.05 mg/g;鸡腿菇子实体中的鲜味成分谷氨酸钠含量 (3.23 mg/g)显著高于菌丝体 (0.50 mg/g)[38],详见表9～11。

表9 鸡腿菇子实体与菌丝体的基本成分[38]

表10 鸡腿菇子实体与菌丝体的可溶性糖和多元醇含量[38]

表11 鸡腿菇子实体与菌丝体中游离氨基酸含量[38]

Ulziijard和Mau分析比较了来自蘑菇属 (Agaricus)、田头菇属 (Agrocybe)、薄孔菌属 (Antrodia)、木耳属 (Auricularia)、牛肝菌属 (Boletus)、杯伞属 (Clitocybe)、鬼伞属 (Coprinus)、虫草属 (Cordyceps)、栓菌属 (Trametes)、竹荪属 (Dictyophora)、冬菇属 (Flammulina)、灵芝属 (Ganoderma)、树花菌属 (Grifola)、猴头菌属 (Hericium)、玉蕈属 (Hypsizygus)、纤孔菌属 (Inonotus)、香菇属 (Lentinus)、羊肚菌属(Morchella)、侧耳属 (Pleurotus)、绣球菌属 (Sparassis)、鸡枞菌属 (Termitomyces)、银耳属 (Tremella)和口蘑属 (Tricholoma)的32种食药兼用蕈菌的19个菌丝体和37个子实体的基本成分 (见附表1、2),并对其进行概述。其中,大多数子实体和菌丝体均具有低脂肪、高蛋白、高膳食纤维的特点;但也有不同,如有些富含可溶性糖,而有些粗纤维含量丰富。由于含有较高的膳食纤维,每100 g子实体干品和菌丝体干品的能量值分别为196.48～1 223.28 kJ、819.39～1561.55 kJ。将该能量值分成以下4个等级：①能量值＞1255.2 kJ(300 kcal),②能量值在836.8～1255.2 kJ(200～300 kcal)之间,③能量值在418.4～836.8 kJ(100～200 kcal)之间,④能量值＜418.4kJ(100 kcal)。大多数子实体列于第3等级;9个菌丝体列于第1等级,其余10个列于第2等级。总而言之,了解各蕈菌子实体和菌丝体的基本成分和能量值,可确定其是否适宜用作食物、调味料,或用于保健食品。(待续)

附表1 常见食药兼用蕈菌菌丝体中的基本成分分析结果[39]

附表2 常见食药兼用蕈菌子实体中的基本成分分析结果[39]

续附表2