综述：平菇多糖的制备、结构特征、生物活性及食品应用：综述

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Preparation, Structural Features, Bioactivities, and Food Application of Oyster Mushroom Polysaccharides: A Review

　　

水溶性平菇多糖（oyster mushroom polysaccharides, OMPs）是一类多功能生物聚合物，在食品与健康相关应用中的重要性日益增长。本综述总结了OMPs在提取、纯化、结构特征、生物活性和食品应用方面的最新进展，特别强调了受异质性实验证据约束的初步构效关系。研究人员比较了常规和新兴提取方法（包括热水提取、酶辅助提取、超声辅助提取和微波辅助提取）在产率和结构完整性方面的差异。不同制备条件下OMP组分的单糖谱差异显著：葡萄糖普遍是主要成分（17.78%–100%），其次是甘露糖（3.60%–40.34%）和半乳糖（3.09%–100%），这种组成变异主要由提取方法、纯化程序和分级策略驱动。水溶性OMPs主要是具有β-(1→3)(1→6)连接葡萄糖主链的β-葡聚糖，而某些组分中存在少量半乳聚糖。大量体外和动物实验报道了OMPs的抗氧化、抗肿瘤、抗肥胖、免疫调节和胃肠保护能力，然而这些生物学结果依赖于OMP纯度、分子量范围、实验剂量和细胞/动物模型系统。大量体外和体内证据证实，OMP生物活性效力与单糖组成、分子量分布和官能团分布密切相关。化学修饰（如硫酸化、磷酸化、硒化）可进一步增强OMPs的生物活性。在食品体系中，富含β-(1→3)/(1→6)-葡聚糖的OMPs已被用作稳定剂和质构改良剂。尽管取得了进展，但在大规模生产、结构标准化和机制阐明方面仍然存在挑战。未来的研究应整合先进分析技术、多组学策略和人工智能（artificial intelligence, AI）辅助建模，以促进基于OMPs的功能材料的合理设计和工业应用。

1 引言

平菇（Pleurotus ostreatus）属真菌界、担子菌门、伞菌纲、伞菌目、侧耳科、侧耳属，是全球第二大广泛栽培的食用菌，在亚洲、欧洲和南美洲具有较大的生产和消费规模。平菇子实体具有脂肪含量低（约1.20%干重）、优质蛋白含量高（15.00%–30.00%干重）、富含膳食纤维和多种微量营养素的营养特征。平菇含有多种生物活性成分，包括多糖、麦角硫因、酚类化合物和黄酮类化合物，具有抗氧化、抗炎、免疫调节和降胆固醇等健康促进作用。文献计量学分析表明，早期研究集中于营养组成，近年已转向生物活性研究，形成了三个核心研究流：（1）基础生物学与栽培研究；（2）平菇多糖（OMPs）提取与结构表征；（3）OMPs生物活性与应用探索。水溶性OMPs的界定变量包括分子量（molecular weight, MW）、单糖组成、分支度、糖苷键类型和构象。虽然β-(1→3)/(1→6)-葡聚糖是主要类型，但OMPs具有显著异质性，已报道的组分包括31.00 kDa的β-葡聚糖、24.00 kDa的α-(1→6)-半乳聚糖、3.00 kDa的支化甘露半乳聚糖/木聚糖以及5.10 kDa的含葡萄糖醛酸多糖等。

2 方法

文献计量学分析基于Web of Science核心合集，检索时间窗口为2021–2025年，检索式为TS = (("Pleurotus ostreatus" OR "oyster mushroom*") AND ("polysaccharide*" OR "β-glucan*" OR "beta-glucan*" OR "dietary fiber" OR "dietary fibre*" OR "extract*"))。使用VOSviewer 1.6.20生成关键词共现网络，以可视化OMPs研究轨迹。平菇全球分布数据来源于全球生物多样性信息机构（GBIF）骨架分类数据库。

3 提取与纯化

3.1 提取

OMPs的提取产率高度可变，主要由提取策略、原料条件和分析程序决定。主要方法包括：热水提取（hot-water extraction, HWE）采用两步法，先以80%–95%乙醇脱脂约24 h，再于80°C–115°C进行多循环热水提取，乙醇沉淀后冻干。HWE仍是初步和大规模制备的主要方法，但高温会导致β-葡聚糖降解。超声辅助提取（ultrasound-assisted extraction, UAE）通过声空化破坏细胞壁，产率提升显著，但功率超过120 W会造成OMP主链断裂和大量非糖组分共提取。微波辅助提取（microwave-assisted extraction, MAE）通过偶极旋转和离子传导实现瞬时局部加热，粗提产率最高（白色平菇原料达61.73%），但过度加热会导致β-(1→3)糖苷键不可逆断裂。酶辅助提取（enzyme-assisted extraction, EAE）利用纤维素酶等靶向水解细胞壁，具有高底物选择性，可保留核心糖苷骨架，但酶成本高且需额外纯化去除外源蛋白。亚临界水提取（subcritical water extraction, SWE）利用100°C–374°C的加压液态水，可通过调节温度和压力实现绿色提取，但高温（≥200°C）引起β-葡聚糖解聚。等离子体预处理–超声提取（plasma pretreatment–ultrasonic extraction, PPUE）产率达12.00%，比HWE高72.40%。

提取温度和溶剂极性是影响产率和结构的主要因素。顺序提取实验表明，冷水（25°C）、热中性水（100°C）和稀热NaOH（100°C）分别产生结构显著不同的组分：冷水组分（PC）产率2.00%（MW = 10 kDa，纯半乳聚糖）、热水组分（PH）产率1.50%（MW = 140 kDa，线性β-葡聚糖）、碱性组分（PB）产率4.50%（MW = 30 kDa，支化混合葡聚糖）。

3.2 纯化

去蛋白步骤中，Sevag法（正丁醇/氯仿，1:5，v/v）应用最广泛；20%三氯乙酸也可完全去除蛋白。残余真菌蛋白是OMP生物活性测定的关键混淆因素：未去除蛋白可触发RAW264.7巨噬细胞的非特异性炎症激活，导致体外免疫调节假阳性结果；在体内模型中可诱发肠道过敏反应，掩盖OMPs真实的胃肠保护效应。色素和脂溶性杂质可通过乙醇回流、D101大孔树脂吸附去除，小分子物质通过透析或Sephadex G-25柱层析去除。

分级方面，透析（分子量截留值（molecular weight cutoff, MWCO）0.50–3.50 kDa）作为初始分级；阴离子交换色谱（DEAE纤维素/DEAE-52）结合凝胶渗透色谱（gel permeation chromatography, GPC）是实现高分辨率分离的最常用策略。离子交换介质选择性保留酸性多糖，中性组分用蒸馏水洗脱，酸性组分通过梯度盐溶液回收。工业可扩展性方面，传统色谱法样品载量低，最终目标OMP回收率仅40%–60%；超滤和纳滤膜分离技术作为无溶剂连续工业替代方案，总多糖回收率可达85%–95%。当前最突出的工业瓶颈源于不同生产批次间分级方案不统一，导致高/低分子量和中性/酸性OMP亚型的比例波动。

4 结构特征

4.1 分子量

OMPs的MW分布范围约为3.00–217.00 kDa，主要由菌种、提取溶剂和加工条件决定。低MW（3–10 kDa）组分暴露更多还原端和羟基，有利于自由基清除，但通常缺乏Dectin-1/补体受体3（complement receptor 3, CR3）结合所需的三股螺旋构象；中MW（15–40 kDa）组分显示良好的发酵性和胆汁酸结合能力；高MW（>20 kDa）组分可支持受体介导的免疫调节和肿瘤抑制，但因链堆积致密而自由基清除能力较弱。MW测定最常用高性能GPC或高效液相色谱（high-performance liquid chromatography, HPLC），以葡聚糖标准品校准；尺寸排阻色谱联用多角度光散射可提供绝对平均分子量。

4.2 单糖组成

OMPs通常为中性多糖，主要糖单元为葡萄糖和甘露糖，也报道有少量酸性多糖。单糖组成具有显著多样性：岩藻糖（0.80%–1.44%）、鼠李糖（3.25%–6.60%）、阿拉伯糖（约6.25%）、半乳糖（3.09%–100%）、葡萄糖（17.78%–100%）、甘露糖（3.60%–40.34%）、木糖（4.09%–32.47%）、葡萄糖醛酸（约9.50%）、半乳糖醛酸（1.15%–64.29%）。富含葡萄糖的主链是免疫调节和抗肿瘤活性的核心前提，因其可形成稳定的β-葡聚糖三股螺旋；半乳聚糖为主的组分具有较好的胆汁酸络合和肠道菌群发酵能力；含糖醛酸残基的组分带负电荷，增强金属离子螯合能力，显著提升抗氧化效力。

4.3 糖苷键和序列特征

OMPs主要由α-或β-连接的葡聚糖和半乳聚糖构成，形成线性或支化结构。代表性主链结构包括→3)-β-d-Glcp-(1→、→6)-α-d-Galp-(1→、→2,6)-α-d-Galp-(1→、→3)-α-d-Glcp-(1→和→4)-α-d-Glcp-(1→，支化通常发生在O-3或O-6位。β-(1→3)/(1→6)连接是OMPs的保守结构基序。提取策略对糖苷键模式有决定性影响：HWE往往获得半乳聚糖丰富的杂多糖；H₂O+CO₂辅助SWE获得混合α/β-(1→3)-葡聚糖支化特征。结构解析表明，稀疏支化的β-(1→3)/(1→6)-葡聚糖是免疫调节和抗癌作用的最佳基序；分支比超过30%会破坏三股螺旋排列，大幅削弱受体交联能力。

4.4 构象分析

扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）显示，不同提取方法产生不同表面形态：HWE产生碎片化颗粒，UAE形成致密多孔结构，MAE产生具有较大空腔的塌陷结构，等离子体辅助提取产生小且广泛开裂的碎片。化学修饰可调控OMPs构象：硒化可使OMPs形成规则球形纳米颗粒；磷酸化可诱导形成光滑中空网状结构，这归因于氢键和范德华力被破坏导致的网络解聚。

4.5 构效关系系统总结

MW、单糖组成、糖苷键类型、分支度、三股螺旋构象以及硫酸化、磷酸化、硒化等化学修饰对抗氧化、免疫调节/抗肿瘤、抗肥胖/降脂和胃肠保护四类主要生物活性具有差异化影响，证据级别涵盖无细胞化学测定、细胞模型实验和体内动物研究三个层级。

5 生物活性

5.1 抗氧化活性

OMPs通过多种途径发挥抗氧化作用。DPPH和ABTS自由基清除实验显示OMPs具有剂量依赖性自由基清除能力，低MW组分因暴露更多末端羟基和还原端而活性更强。羟基自由基清除和亚铁离子螯合实验证实OMPs可通过Fenton反应途径抑制自由基生成。在细胞模型中，OMP预处理可降低H₂O₂诱导的HepG2细胞内活性氧（reactive oxygen species, ROS）水平，部分通过上调内源性抗氧化酶表达实现。动物实验显示，灌胃OMPs可提高氧化损伤小鼠血清和肝脏中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，降低丙二醛含量。硒化和磷酸化修饰可进一步增强OMPs的三层级抗氧化性能。

5.2 抗肿瘤活性

OMPs对乳腺癌、结肠癌、宫颈癌、肝癌和胃癌等具有广谱抗癌潜力。体外实验中，OMPs以剂量依赖性方式抑制S180、HepG2和HT-29等细胞增殖，凋亡信号涉及Bax和caspase-3上调及Bcl-2下调。体内小鼠肿瘤模型中，OMPs主要通过增强系统性免疫功能发挥抑瘤作用，包括激活巨噬细胞和T淋巴细胞，提高机体免疫监视能力。硒化修饰可进一步提高OMPs的体内外抗肿瘤活性。目前尚无证据支持其在人类肿瘤辅助治疗中的应用。

5.3 抗肥胖活性

OMPs通过多靶点机制调节脂质代谢。体外模拟层面，OMPs具有直接胆汁酸结合能力和胰脂肪酶抑制活性。细胞层面，OMPs激活分化脂肪细胞中AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）信号通路，抑制脂肪细胞分化和脂滴积累，下调脂肪生成转录因子表达。肠道微生态层面，OMPs经肠道菌群发酵，增加乳杆菌和双歧杆菌等有益菌丰度，促进乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）产生。动物实验中，灌胃OMPs可显著降低高脂饮食诱导肥胖小鼠血清总胆固醇（total cholesterol, TC）、甘油三酯（triglyceride, TG）和低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol, LDL-C）水平，缓解肝脏脂质沉积。富含半乳糖和酸性糖的OMP组分降脂效果更优。

5.4 胃肠保护作用

OMPs对胃溃疡和肠道屏障功能障碍具有保护作用。体外模拟胃肠道消化实验证实，OMPs几乎不被唾液淀粉酶、胃蛋白酶和胰淀粉酶降解，能以完整形式进入结肠进行微生物发酵。OMPs可增加高脂饮食小鼠肠道中乳杆菌和双歧杆菌的相对丰度，抑制潜在有害菌增殖。发酵主要产生乙酸、丙酸和丁酸，分别支持外周代谢、肝脏脂质调节和结肠细胞能量供应。菌群反应具有供体依赖性，不同人源粪便接种物产生不同的菌群变化和SCFA产量。

5.5 免疫调节和抗炎活性

OMPs作为以β-葡聚糖为主的天然免疫调节剂，通过与免疫细胞上的Dectin-1和CR3等模式识别受体相互作用，激活核因子kappa-light-chain-enhancer of activated B cells（NF-κB）通路，促进巨噬细胞增殖和吞噬能力，上调共刺激分子CD80和CD86，刺激NO、ROS、TNF-α、白细胞介素-1β和白细胞介素-6等免疫介质分泌。抗炎方面，OMPs通过抑制NF-κB和激活蛋白1（activator protein 1, AP-1）信号通路，减少TNF-α、干扰素-γ和巨噬细胞炎症蛋白-2等促炎因子释放，改善DSS诱导的小鼠结肠炎。

6 应用

6.1 乳制品：质构调节和发酵增强

在发酵乳体系中，OMPs主要作为质构增强剂和发酵促进剂。补充OMP制剂可刺激嗜酸乳杆菌的碳水化合物发酵，在0.25%添加浓度下保水性提高21.00%，改善凝胶稠度和口感。感官评价显示，低剂量添加中性OMP组分对终产品色泽、香气和滋味无显著负面影响。

6.2 结构成分

OMPs在活性包装方面具有初步研究价值，将其混入壳聚糖或淀粉基可食膜基质中可改善膜的机械性能并赋予抗氧化活性。含0.50% OMP和壳聚糖的复合膜拉伸强度达13.69 MPa，且抗氧化和抗菌活性增强。作为天然结构剂，用平菇材料替代15.00%鱼肉可显著改善汉堡质构并降低鱼腥味强度。

6.3 功能性食品和健康导向配方

目前将OMPs转化为经认证的功能性食品仍处于严格探索阶段。化学修饰的OMPs合成涉及有毒试剂，存在残留化学毒性风险，缺乏美国食品药品监督管理局的公认安全（GRAS）地位和欧洲食品安全局的新食品授权，仅限于临床前生物医学探索。

6.4 毒理学安全性和质量控制参数

残留蛋白可能引起过敏反应和非特异性免疫激活；在农业残留物上栽培可能引入重金属或农用化学品；溶剂基纯化需要残留监测。现有研究主要为短期小鼠实验，尚不能确定慢性人体耐受性。

7 结论

OMPs是结构多样的生物活性大分子。HWE仍是主要制备方法，随后采用Sevag去蛋白、透析和色谱分离等纯化策略。结构上，OMPs主要由葡萄糖主链及可变掺入的半乳糖、甘露糖、岩藻糖、鼠李糖、木糖和糖醛酸组成复杂杂多糖体系。未来研究需从三方面推进：（1）上游调控：利用遗传、代谢和栽培干预在源头标准化OMP生物合成与结构均匀性；（2）中游过程强化：实施先进膜分离和连续提取技术以克服生产瓶颈；（3）下游跨学科整合：结合高分辨质谱、多组学和人工智能（artificial intelligence, AI）建模精确解码构效关系。AI辅助多糖结构分析和功能预测是重要未来方向，随着真菌多糖结构数据积累，AI辅助波谱分析和构象预测将有助于提高结构表征效率。