黑茶中的“金花”原来是——冠突散囊菌

日期:2021-05-21 17:21:33 浏览:

2021年5月17日,由包括中国食品发酵工业研究院在内的多家单位共同完成的“冠突散囊菌发酵茶关键技术创新与产业化应用”项目在湖南安化通过了中国轻工业联合会组织的科技成果鉴定。


此项目首次从湖南安化“百年木仓”茶样中筛选到一株冠突散囊菌专利菌株CGMCC No.8730,经过系统的安全性评价,被列入国际乳业联合会标准IDF 495-2018发酵食品用微生物菌种名单中,为该菌株应用于发酵茶的国际化奠定了基础。以该菌株为发酵菌株,研发了砖茶强化发花、紧压茶表面发花和散茶发花三种创新工艺及产品,比传统砖茶强化发花工艺缩短发酵周期50%以上,冠突散囊菌数量可达106CFU/g。该项目获得授权发明专利8件、授权实用新型专利9件,发表论文10篇,并制定相关标准4项。


今天,我们就来聊一聊这个项目的主角——冠突散囊菌。


#1

什么是冠突散囊菌?


冠突散囊菌(Eurotium cristatum):俗称"金花":属于散囊菌目发菌科散囊菌属的一种真菌,可生长在土壤、茯砖茶、冬虫夏草、中药片、沉香、木屑等基物上。


该种分布于中国、南非、以色列、瑞士、英国、美国等地。冠突散囊菌是小冠曲霉(Aspergilus cristatellus)的有性型。


在国家标准中,茯砖茶是唯一要求"冠突散囊菌"这项指标的黑茶类品种。(详见:中华人民共和国国家标准GB/T 9833.3-2002紧压茶茯砖茶)。经科学研究,"金花"对后发酵茶品质不但没有影响,反而"金花"能分泌茶叶中的淀粉酶和氧化酶,可催化茶叶中的淀粉转化为单糖,催化多酚类化合物质氧化,使茶叶汤色变棕红,消除粗青味。在口味上更加醇和爽口,甜滑回甘。它具有较强的促消化、降血脂、溶解脂肪、调节糖类代谢等功效。其颗粒的大小会随着湿度等因素变化而发生变化,茂盛的时候似"米兰",萎缩时会变小,甚至变成白色的小斑点。


只有黑茶类茯茶,才会在制作过程中刻意培植“冠突散囊菌”群落,这需要极独特的加工工艺才能制成。


#2

冠突散囊菌的生物活性

提高机体免疫力活性成分

目前,虽然有大量的文献表示冠突散囊菌具有提高机体免疫力的作用,但作用机制尚未有明确的结论。大部分学者认为冠突散囊菌可能是通过以下两个方面提高机体免疫力:


一是产生微生物多糖对免疫系统进行调节。微生物多糖根据其在细胞内不同的存在部位可分为胞内多糖,胞壁多糖与胞外多糖三种。龚淑俐等发现在茶源性冠突散囊菌发酵液中可提取到多种胞外多糖,而真菌多糖能通过多条途径激活免疫细胞、调节细胞因子的分泌,从而提高机体细胞免疫和体液免疫功能。真菌多糖能促进白介素和淋巴细胞活化因子的产生,增强吞噬细胞的吞噬能力的同时,促进巨噬细胞释放炎症相关的免疫因子,如人肿瘤坏死因子-α等,还能改善环磷酰胺引起的免疫抑制,具有激活机体免疫监视等功能,能通过替代途径激活补体从而提高免疫力。


二是产生多种必需氨基酸。刘作易等研究发现冠突散囊茵丝体富含多种氨基酸,其中包括 7 种必需氨基酸。氨基酸在机体免疫系统中发挥重要作用,半胱氨酸可以通过影响免疫细胞中的谷胱甘肽的浓度调节免疫反应,包括Th细胞功能和抗体的产生,临床研究发现,补充必需氨基酸能有效改善患者免疫功能。由此表明,真菌多糖与必需氨基酸是冠突散囊菌所产生代谢产物中的重要活性成分,在冠突散囊菌的开发与利用中,需要不断提高提取工艺的水平,减少有效成分的损失。


降脂减肥活性成分

冠突散囊菌正是由于其所具有的显著降血脂功效而受到广泛关注,大量学者也针对其降脂的作用机制及降脂有效成分做了大量研究。吕嘉枥等对冠突散囊菌液体发酵物中提取到的产物分析后,发现其与降脂类物质洛伐他汀类似,说明在冠突散囊菌的发酵液中含有降脂类物质;而袁勇的研究证实,冠突散囊菌孢子粉提取物能有效降低脂肪肝细胞内甘油三酯含量,与药物组辛伐他汀和血脂康降脂效果相当,原因可能与冠突散囊菌孢子粉中高含量的多酚类物质有关,产生降脂活性成分或许是冠突散囊菌具有降脂功效的主要原因;另一方面,其可能通过影响消化酶的活性达到降脂的目的。邓放明的研究发现冠突散菌发酵液能促进 α-淀粉酶对淀粉的酶解,提高蛋白酶的活性同时抑制脂肪酶活性,进而降低脂肪在胃肠内的分解,减少肠道对脂肪的吸收,使高脂食物中大量的脂肪不能分解而直接排出,达到降脂的目的。


调节肠道菌群活性成分

近年来,肠道微生物的功能受到越来越多的关注,而肠道菌群失调与很多疾病息息相关。衣喆等发现冠突散囊菌发酵液对小鼠肠道菌群具有调节作用,其主要机理是拮抗肠道病原微生物定植及集群生长,其PDA发酵液有明显抑菌效果,表明冠突散囊菌在生长过程中可产生抑制其他微生物生长的物质。彭晓替等通过研究冠突散囊菌的次级代谢产物苔黑酚,发现其对肠道致病菌具有很强的生物活性。文献报道冠突散囊菌中分离到降异戊二烯 ( Norisoprenoid)与二酮哌嗪二聚体( Eurocristatine) 等化合物具有抗酵母菌类真菌、皮癣菌和葡萄球菌的作用。许爱清对小鼠进行低剂量的冠突散囊菌悬液灌胃后发现、乳酸杆菌属和梭菌属等益生菌群的种群多样性有所增加。由此可见,冠突散囊菌不仅可以在生长过程中通过分泌抑菌物质的方式,抑制有害菌和外源病原菌的生长,同时还有促进益生菌在肠道的定植与增殖的作用,从而达到调节肠道菌群的目的。


抗氧化活性成分

在冠突散囊菌黑茶发酵的过程中,发酵液中含有相当的儿茶素,由于菌体的代谢作用,儿茶素会被进一步氧化。儿茶素及其氧化物是含有酚羟基的化合物,具有酚类抗氧化剂的性质。相关研究表明,儿茶素及其氧化物可以直接清除自由基,避免氧化损伤。Charlton等研究发现,儿茶素及其氧化物具有抗氧化、预防心血管疾病、引发肿瘤细胞凋亡和抑制肿瘤转化等防癌抗癌功效以及抗突变、抗辐射、抗菌抗病毒等多种药理作用。在邓放明的研究中,提到了一种绿原酸的物质。绿原酸是一种有效的酚型抗氧化剂,其抗氧化能力要强于一些常见的抗氧化剂,如丁基羟基茴香醚和生育酚,和丁基羟基甲苯的抗氧化能力相当。


#3

冠突散囊菌价值

食用价值

目前,市售的色素与香料都分为天然与合成两种。随着生活水平的提高,人们对食品安全性的关注度日趋提高,而食品的生产离不开食品添加剂的锦上添花,以改善食品感观性质,增强其市场竞争力。因此,使用天然的香料、色素等食品添加剂必定是大势所趋。


冠突散囊菌在茯砖茶的发酵过程中,是形成其独特的感官品质的首要“功臣”。冠突散囊菌发酵产物——愈创木酚,是一种重要的精细化工的中间体。因为天然合成的愈创木酚的量不能满足生产生活的需要,而且提取天然愈创木酚步骤繁琐、耗费巨大,所以有不少研究者致力于其人工合成的研究,但是,这种化学合成物质在医药、食品中的应用受到限制。因此,天然的愈创木酚依然有很大的发展空间。


蔡正安等研究发现,冠突散囊菌不仅可以在以黑茶作为原料的基础上进行“发花”,而且在没有人工接种冠突散囊菌的条件下也可以进行“发花”,这个实验就为冠突散囊菌发酵复合茶奠定了基础。


黄亚亚研究发现,茯砖茶中多酚类、咖啡碱等物质的部分减少,在一定程度上对其饮料的开发提供了良好的基础。因此,作为饮料开发的原料用茶,茯砖茶有其独特的品质特色。


田鸿等用冠突散囊菌直接发酵茶汁,研究了发酵过程各工艺参数及最优组合对品质的影响,最后感官评审的结果表明,在最优参数组合下,发酵茶汁具有很好的感官品质,汤色红艳透明、味道香甜浓郁、滋味醇和。


欧阳梅选用炒青绿茶作为茶坯,人工接种冠突散囊菌,制成一种新型的黑散茶。


药用价值

冠突散囊菌主要应用于茶叶发酵过程,在临床医药的应用与开发较少。冠突散囊菌所具有的提高机体免疫力,降血脂及调节肠道菌群等生物活性是其具备医药应用价值的基础与前提,基于其上述生理功能所进行的动物或细胞实验已提示冠突散囊菌在抗肿瘤,减肥及治疗腹泻方面具有良好的医用前景。

抗肿瘤作用

人们对食品及药物抗肿瘤作用的研究已开展多年, 近年关于微生物的抗癌作用也引起广泛关注。虽然尚未有将冠突散囊菌代谢产物作为制剂用于临床的报道, 但是从大型食用真菌中提取出的多糖制剂, 有部分已广泛应用于临床抗肿瘤治疗当中。细胞学实验显示冠突散囊菌次级代谢产物对人乳腺癌细胞株 (MCF-7) 、人神经胶质瘤细胞株 (SF-268) 和人肺癌细胞株 (NCI-H460) 有很强的抑制活性, 菌种所产生的多糖对人类红白血病K562细胞有一定的抑制作用。冠突散囊菌与金黄色葡萄球菌混合发酵的次级代谢产物对MCF-7、人肺癌细胞系 (A549) 、人肝癌细胞系 (Bel-7402) 、人结肠癌细胞 (Colo205) 等4种肿瘤细胞具有较强的细胞毒性。这意味着提高冠突散囊菌代谢产物的提取工艺水平, 分离其抗肿瘤的有效成分, 将为抗癌药物的寻找提供了良好的思路。


减肥

肥胖是多种慢性疾病发生的主要诱因, 已成为世界性公共卫生问题。人工接种发酵茯砖茶能有效降低肥胖大鼠的甘油三酯 (Triglyeeride, TG) 与总胆固醇 (Total cholesterol, TC) 水平, 而冠突散囊菌标准化发酵的金花黑茶提取物对SD大鼠有控制体重、降低血清甘油三酯的功效。速溶茯茶除了降低Wistar大鼠体重、TC与TG外还有升高高密度脂蛋白的作用。


治疗腹泻

腹泻是由多种因素引起的疾病, 人群发病率高, 对健康危害极大。民间早有使用茯砖茶治腹泻的做法, 实验证明在小鼠腹泻模型中应用茯砖茶能达到良好的抗腹泻效果, 这可能与茯砖茶中含有大量冠突散囊菌有关, 肠道菌群紊乱是引起腹泻的重要原因, 而冠突散囊菌具有调节肠道菌群的生理功能, 因此, 冠突散囊菌微生态制剂在将来或许能应用于腹泻的治疗。


当前,分子生物学技术手段日趋完善,但冠突散囊菌的分子生物学研究还处于初步阶段,未来可以通过分子生物学手段,改造冠突散囊菌,使其次生代谢产物高效表达,成为各类生物活性成分的高产菌株。冠突散囊菌产孢子受很多因素影响,未来可以通过分子生物学手段阐明基因影响冠突散囊菌产孢方式的机制,并利用基因工程的手段定向改造,达到只产并且高产有性孢子的目的。


#4

冠突散囊菌在发酵中的应用

目前,冠突散囊菌主要应用于茶叶的发酵。因此,优化冠突散囊菌液态发酵条件,组合优化工艺参数,开发金花茶饮料将成为冠突散囊菌发展蓝图中的黄金板块。未来,通过进一步的研究和开发,冠突散囊菌作为一种益生菌,将会被越来越多地应用到植物、果蔬、中药材等各种原料的发酵中。


李鹏程等首次将冠突散囊菌用于枸杞发酵以开发枸杞保健功能,结果表明冠突散囊菌发酵枸杞可增加其活性成分多酚、黄酮、氨基酸的含量,并增强抗氧化活性,为开发枸杞发酵饮料、功能食品提供一定的理论依据。


唐梓尧等以燕麦为原料,采用冠突散囊菌发酵燕麦制备燕麦面酱,利用单因素试验及感官分析的方法分析冠突 散囊菌发酵时间、盐水腌制浓度、腌制温度、腌制时间对燕麦面酱品质的影响来确定发酵工艺参数。结果表明,冠突散囊菌发酵燕麦 制备燕麦面酱的最优发酵工艺条件为在28℃条件下,冠突散囊菌发酵燕麦时间5d,采用浓度8%盐水与发酵燕麦坯混合,在温度45℃ 保温25d,经细磨制得燕麦面酱。该优化条件下,所得燕麦面酱中还原糖含量为22.14%,氨基酸态氮含量为0.38g/100g,多酚含量为 4.154mg/g,并且多酚含量约为原料燕麦的6倍,感官评分为92.9分。


王吉成等以桑叶为药性基质,冠突散囊菌为发酵菌种,在一定条件下进行固体发酵。与生品相比,经固体发酵后的桑叶70%乙醇提取部位的抗氧化能力发生了变化。其中对于清除自由基和铁还原能力而言,未发酵 效果优于发酵后桑叶70%乙醇提取物;但固体发酵却提升了Fe2+螯合能力。目前,发酵产物中的抗氧化活性成分还尚不明确,由实验结果可以初步推测,起到清除自由基作用的主要活性成分可能是非黄酮的多酚类物质,而与Fe2+螯合能力的主要活性成分有可能为黄酮类成分。



参考文献:

黄彦等《冠突散囊菌的研究与应用进展》;

覃金球等《冠突散囊菌医药价值研究进展》;

唐梓尧等《冠突散囊菌发酵制备燕麦面酱工艺研究》;

王吉成等《中药桑叶固体发酵前后抗氧化活性的研究》;

李鹏程等《冠突散囊菌发酵枸杞工艺优化及其抗氧化活性研究》……