葡萄渣与覆土对 Macrocybe indica 蘑菇可持续生产的差异化调控：栽培性能、营养品质与生物活性成分的基质评价

《Recycling》：Sustainable Production of Macrocybe indica Mushrooms: Enhancing Cultivation Performance, and Nutritional and Bioactive Properties Through Substrate Evaluation

　　

可持续生产 Macrocybe indica 蘑菇：通过基质评价提升栽培性能及营养与生物活性特性

蘑菇栽培提供了将农工业残渣转化为营养食品的可持续途径，同时减少环境废弃物。Macrocybe indica（基名 Calocybe indica）是一种在温暖气候下尤其具有吸引力的蘑菇生产担子菌。本研究评价了四种基质——小麦秸秆（wheat straw, WHS）、山毛榉锯屑（beech sawdust, BSD）及其与葡萄渣的组合（分别为 grape marc plus wheat straw, GMW 和 grape marc plus beech sawdust, GMB）——在应用和不应用覆土层（casing layer）条件下，通过评估 M. indica 栽培性能及所产蘑菇的生物活性化合物含量。带覆土的小麦秸秆表现出最高产量和生物效率（biological efficiency, BE）（153%），表明基于秸秆的基质更适合商业化生产。葡萄渣掺入降低了产量，但显著提高了蛋白质含量、总酚（total phenolics）、抗氧化活性、麦角甾醇（ergosterol）以及若干单个酚酸和三萜类化合物（triterpenic compounds），并观察到原儿茶酸（protocatechuic acid）、咖啡酸（caffeic acid）和熊果酸（ursolic acid）存在强基质—蘑菇相关性。基于山毛榉锯屑的基质有利于β-葡聚糖（β-glucan）和麦角硫因（ergothioneine）含量。ATR-FTIR（attenuated total reflection Fourier transform infrared）光谱结合主成分分析（principal component analysis, PCA）显示，在有或无葡萄渣基质上生长的蘑菇组成存在清晰分化。这些发现揭示了农艺效率与营养保健增强之间的功能性权衡，表明策略性基质选择可引导 M. indica 栽培朝向最大产量和/或增强功能食品价值，支持蘑菇栽培的循环生物经济途径。

研究背景与问题：为保障人类和地球的健康未来，不断增长的人口需要以健康、公平和可持续的方式获得食物。蘑菇栽培可将农工业副产物转化为高营养食品，并同时减少相关废弃物流，但栽培常涉及温度、湿度和通气等环境参数调控，尤其温控成本较高，因为多数商业栽培蘑菇适宜10 °C至20 °C。Macrocybe indica（Purkay. & A. Chandra）Khalid, F. Razzaq & Haqnawaz，俗称“milky mushroom”，能在30–38 °C的温暖气候中生产高质量蘑菇，具有低投入、周期短和货架期较长等优势。该菌营养丰富，并含多糖、酚类化合物和抗氧化剂等生物活性成分，具有免疫调节、抗炎、抗菌、抗凝血和抗肿瘤等报道价值。基质类型是蘑菇生产力、营养组成和生物活性性质的关键决定因素之一，因此研究人员旨在评估不同基质及覆土对 M. indica 栽培性能、营养组成和生物活性的影响，以识别可提高子实体生产和增强生物活性潜力的基质组合与管理策略。

研究人员开展的研究与结论：研究人员比较 WHS、BSD、GMW 和 GMB 四种基质，并设置有无覆土处理，评估栽培性能、营养与生物活性。结论是：WHS加覆土产量最高，BE为152.7%；葡萄渣掺入虽降低栽培效率，却提高蛋白质、总酚、抗氧化活性、麦角甾醇及部分酚酸和三萜；木屑基质有利于β-葡聚糖和麦角硫因积累。ATR-FTIR结合PCA可区分有和无葡萄渣基质上生长的蘑菇。该研究揭示农艺效率与营养保健增强之间存在功能性权衡，说明基质选择可用于最大产量和/或功能食品价值导向，支持循环生物经济。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员采用商业 M. indica 菌株 LGAM 201（雅典农业大学保藏），葡萄渣来自当地酒厂，山毛榉锯屑来自雅典木材加工厂，小麦秸秆来自 Dirfis Mushrooms SA（Evoia, Greece）。设置 WHS、GMW、BSD、GMB 四基质，统一添加10%豆粉，分有/无2 cm覆土。记录 incubation、primordia formation、earliness、yield、平均菇重、BE、productivity。分析粗组成；DPPH与Folin–Ciocalteu法测抗氧化与总酚含量（total phenolic content, TPC）；SIM-GC–MS（selected ion monitoring gas chromatography–mass spectrometry）测酚类和三萜酸；GC–MS测 ergosterol；LC–MS/MS（liquid chromatography–tandem mass spectrometry）测 ergothioneine；Megazyme试剂盒测 glucans；ATR-FTIR结合PCA；ANOVA、Duncan、Pearson相关。

研究结果：

2.1 不同基质上 Macrocybe indica 栽培性能评价：所有处理 incubation 为21天，原基形成时间29–34天，覆土和/或葡萄渣可使原基提前1–4天，总栽培周期61–69天，差异较小。WHS加覆土总产量达457 g，BE 152.7%，productivity 2.3，平均子实体重82.7 g；GMB无覆土最差，总产量191 g，BE 36.4%，productivity 0.6。覆土普遍提高产量，在WHS和GMW中BE几乎翻倍；平均菇重无显著差异，产量差异主要来自子实体数量。WHS具较高半纤维素和较低木质素，BSD具最高木质素和纤维素，限制生物降解；葡萄渣降低半纤维素和纤维素，增加TPC，但难降解多酚可能干扰木质纤维素酶活性。

2.2.1 粗组成：葡萄渣基质GMW和GMB上蘑菇蛋白最高，达22.9% dry weight，未掺入的WHS和BSD为16–17%。蛋白与总碳水化合物呈反向关系，BSD加覆土碳水化合物最高。粗脂肪总体低，WHS和BSD无覆土为4.4–4.7%，葡萄渣基质为2–2.8%。粗纤维在锯屑基质略高，灰分在葡萄渣基质略高，总能变化较小。覆土轻微降低蛋白和脂肪，增加碳水化合物。

2.2.2 抗氧化活性：DPPH自由基清除活性在GMB无覆土最高，为100.9 mmol TE/100 g dry weight，其次为WHS无覆土76.7；覆土普遍降低DPPH。TPC范围为98.3–590.5 mg GAE/100 g dry weight，葡萄渣基质最高。DPPH与TPC不完全对应，基质—蘑菇TPC相关系数 r = 0.72，p < 0.05。该研究仅用DPPH，未来可结合ABTS或FRAP。

2.2.3 Ergosterol：麦角甾醇含量5.3–12.1 mg/g dry weight，葡萄渣基质最高，尤其无覆土时。葡萄渣含角鲨烯等甾醇合成前体；覆土在GMW中最多降低37%。其含量还受发育阶段、遗传背景、采后条件和UV影响。

2.2.4 Ergothioneine：麦角硫因含量55.9–189.6 μg/g dry weight，BSD和GMB加覆土最高。与酚类和ergosterol不同，覆土通常增加ergothioneine，尤其锯屑基质。木屑基质的高木质纤维素和特殊营养谱可能促进其生物合成；该研究数值低于部分Pleurotus，但仍处于其他栽培蘑菇范围。

2.2.5 Glucans：β-葡聚糖占24.0–38.6% dry weight，α-葡聚糖为6.0–13.0%。β-葡聚糖在木基BSD和GMB最高，WHS和GMW较低；α-葡聚糖在WHS较高，GMW最低。覆土对β-葡聚糖无一致影响，α-葡聚糖呈基质依赖性。高纤维素和木质素与β-葡聚糖增加相关，可能因细胞壁重塑和氧化应激刺激β-葡聚糖合成。

2.2.6 单个酚类化合物和三萜酸：鉴定出8个酚类化合物和2个三萜酸。肉桂酸在所有蘑菇中占主导，为768.8–2035.3 μg/g dry weight，但在所有基质中均低于检测限，说明主要来自真菌内源生物合成；葡萄渣基质中较高。原儿茶酸和3,4-二羟基苯乙酸主要在葡萄渣基质中检出，基质—蘑菇相关系数分别为 r = 0.94和0.91；咖啡酸 r = 0.99，显示强基质影响。芥子酸呈中等相关 r = 0.60；p-羟基苯甲酸和丁香酸在WHS来源蘑菇中较高。齐墩果酸为171.2–1196.2 μg/g dry weight，GMB最高；熊果酸在葡萄渣处理中较高，基质—蘑菇 r = 0.82，p < 0.05；齐墩果酸 r = 0.65但不显著。覆土影响中等且因化合物而异。

2.3 光谱与主成分分析：ATR-FTIR光谱显示不同基质蘑菇主要在吸收强度上不同。3300 cm^?1附近可能包含蛋白N–H、酚类O–H等贡献；2926和2856 cm^?1与CH₂伸缩有关；1741 cm^?1与脂质C=O有关；1633 cm^?1与蛋白Amide I和酚类芳香C=C重叠；1555 cm^?1与Amide II有关；1411 cm^?1与COO^?和甲基弯曲有关；1200–900 cm^?1主要与多糖C–O–C、C–O、C–C有关。PCA经MSC和均值中心化后，PC1与PC3可区分有和无葡萄渣基质上蘑菇，解释67%总光谱方差；PC3载荷涉及3200、1645、1572和1385 cm^?1，与化学分析所示组成差异一致。

讨论总结与研究结论翻译：讨论认为，基于秸秆的基质最适合 M. indica，葡萄渣可提高功能成分但降低产量；覆土对产量和早熟关键，但通常降低抗氧化相关代谢物，有时提高ergothioneine；FTIR-PCA可作为快速、无损的质量监测工具。研究局限是仅用单一 M. indica 菌株、固定50%葡萄渣掺入比例和特定栽培条件，未来需评估不同葡萄渣比例、菌株和栽培条件。研究结论翻译：本研究证明，Macrocybe indica 可在四种所评价的农工业残渣上有效栽培，而基质类型和覆土应用不仅显著影响栽培参数，也显著影响所产蘑菇的营养和功能谱。在所评价基质中，带覆土的小麦秸秆栽培性能最高，BE为152.7%。尽管葡萄渣掺入降低栽培性能，却显著增强选定生物活性化合物；值得注意的是，在无覆土蘑菇中，GMB基质相比相应BSD基质使TPC增加约93%（从306.0增至590.5 mg GAE/100 g dry weight），ergosterol增加约49%（从8.1增至12.1 mg/g dry weight）。基于葡萄渣的基质显著提高蘑菇蛋白、总酚、抗氧化活性、ergosterol以及若干单个酚酸和三萜化合物，突出栽培效率与营养保健增强之间的功能性权衡。原儿茶酸、3,4-二羟基苯乙酸、咖啡酸和熊果酸在基质与蘑菇浓度间呈强正相关，表明基质组成通过选择性吸收、生物转化和/或代谢诱导直接影响真菌次生代谢物谱。相反，肉桂酸在基质中缺失却始终高含量，表明其由真菌内源生物合成，并可能受基质诱导的生理反应刺激。基于山毛榉锯屑的基质有利于β-葡聚糖和ergothioneine含量增加，进一步说明基质选择可选择性触发不同代谢途径以导向目标功能性状。覆土对最大化产量和早熟至关重要，但通常降低抗氧化相关代谢物，有时提高ergothioneine。此外，FTIR-PCA提供了对基质驱动组成分化的快速、无损确认，具有质量监测潜力。本研究使用单一 M. indica 菌株和固定葡萄渣掺入水平（50%）及特定栽培条件，进一步研究不同葡萄渣掺入率、真菌菌株和栽培条件将有助于确定所观察响应的更广泛适用性。总体而言，该工作突出基质选择可引导蘑菇生产朝向最大农艺效率和/或增强蘑菇质量。利用葡萄渣等农工业残渣代表一种有前景的循环生物经济途径，可将低值副产物转化为高附加值功能食品。这些发现支持基质选择在 M. indica 栽培系统中的重要性，并支持其作为具有显著营养保健潜力、适应气候的蘑菇物种的更广泛商业开发。