《Food Chemistry: X》：Citric-acid-assisted upcycling of
Sparassis latifolia pseudosclerotia into thermoreversible polysaccharide hydrogels: Structure–property relationships and antioxidant activity
in vitro and
in vivo
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广叶绣球菌（Sparassis latifolia）假菌核是商业化蘑菇生产周期中通常被废弃的重要且未充分利用的真菌生物资源。为升级回收该生物质，研究人员采用可持续的柠檬酸辅助路线，将其提取的多糖（1225 kDa；9.74%糖醛酸）转化为高透明、热可逆水凝胶。
广叶绣球菌（Sparassis latifolia）假菌核是商业化蘑菇生产周期中通常被废弃的重要且未充分利用的真菌生物资源。为升级回收该生物质，研究人员采用可持续的柠檬酸辅助路线，将其提取的多糖（1225 kDa；9.74%糖醛酸）转化为高透明、热可逆水凝胶。流变学分析确认了弹性响应（G'＞G″），并在80–90 °C时出现宏观凝胶-溶胶转变。该水凝胶表现出89%的持水能力和15 min内达280%的溶胀率，并由相互连接的微结构网络所支撑。机制上，物理交联由氢键、疏水缔合和高分子量链缠结驱动。该基质表现出可测量的抗氧化相关活性，在体外羟基自由基测定中实现87.0%的抑制响应。在体内，小鼠口服给药显著增强了全身氧化还原状态；高剂量干预使血清超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性分别提高50.1%和114.1%，同时降低脾脏丙二醛（MDA）水平。这些发现为将假菌核多糖进一步开发为功能性食品亲水胶体奠定了基础。
以下是根据论文主体部分内容撰写的学术性解读文章。
**研究背景与问题**
广叶绣球菌（Sparassis latifolia），俗称 cauliflower mushroom，是一种珍稀但在东亚广泛栽培的药食两用真菌。其多糖主要为含有(1→3)和(1→6)糖苷键的β-葡聚糖，具有抗氧化、抗炎、免疫调节和抗肿瘤等多种生物活性。然而，关于该属真菌凝胶行为的研究十分有限，以往研究多集中于S. crispa，针对S. latifolia的系统性证据仍然匮乏。与此同时，中国广叶绣球菌商业化生产规模不断扩大，2023年子实体年产量约达6971吨，但栽培过程同时产生大量假菌核生物质。根据本研究原料供应基地的生产记录，每个栽培袋约产生150–200 g新鲜子实体，伴随约50–67 g假菌核，鲜重约为子实体产量的三分之一。按此比例推算，全国每年可能产生约2.3×103吨新鲜假菌核生物质。目前这种致密的菌丝体生物质在蘑菇采收后 largely 未被利用，造成潜在真菌资源的浪费。从循环生物经济角度出发，假菌核可作为开发高附加值食品亲水胶体的替代多糖来源。将假菌核转化为功能性多糖水凝胶的研究此前尚未开展。
多糖的凝胶形成能力在食品加工、药物递送和组织工程等领域具有广泛应用前景。酸诱导凝胶化是一种利用食品酸或控制发酵调节pH形成凝胶的绿色策略，具有无需外源交联剂、条件温和的清洁标签优势。柠檬酸（CA）此前已被用作Ulva sp.大型海藻中ulvan多糖的提取剂和交联剂，通过酯化过程实现高提取率并形成具有优异溶胀能力的水凝胶。然而，从可持续和未充分利用的生物质中开发新型胶凝多糖，特别是能够通过简单绿色工艺（如酸化）形成凝胶的多糖，仍是该领域持续追求的目标。
研究人员假设，SLPPs的高分子量和含糖醛酸特征将有利于在特定的柠檬酸辅助热处理条件下形成热可逆物理网络。具体而言，研究人员考察了柠檬酸辅助处理结合加热-冷却过程是否能够促进可逆的分子间缔合和链缠结，从而生成具有良好水分管理和机械性能的稳定三维水凝胶，并对其理化特性、分子间相互作用、热可逆行为和抗氧化相关性能进行了系统评估。该研究为蘑菇栽培副产物的可持续增值提供了可行策略，同时引入了一种具有食品、化妆品和制药工业应用潜力的新型天然胶凝剂。
**主要技术方法**
研究人员从福建荣益蘑菇科技研发有限公司获得SLP样品，经热水提取、Sevag法除蛋白、乙醇沉淀获得粗多糖，再经D-900大孔树脂脱色、DEAE-52纤维素离子交换层析和Sepharose CL-4B凝胶过滤色谱纯化得到SLPPs。采用凝胶渗透色谱联用多角度光散射（GPC-MALS）测定分子量；通过高效液相色谱（HPLC）分析单糖组成。水凝胶制备条件为2.0 wt% SLPPs分散于10%（w/v）柠檬酸溶液中，85 °C加热30 min后于4 °C保持12 h。流变学特性使用MCR 302e旋转流变仪测定；微观结构采用扫描电子显微镜（SEM）观察；水分状态通过低场核磁共振（LF-NMR）分析；相互作用机制通过添加SDS、尿素和NaCl的选择性破坏实验评估；抗氧化活性分别通过体外DPPH、ABTS和羟基自由基清除实验及体内小鼠模型评估。体内实验采用雄性C57BL/6J小鼠，随机分为正常对照组（NC）、维生素C阳性对照组（VC）和低（HL）、中（HM）、高（HH）三个水凝胶剂量组（30、120和300 mg·kg?1体重），每组12只，连续口服灌胃30天，测定血清、肝脏和脾脏中SOD、CAT活性和MDA含量。
**研究结果**
**3.1 SLPPs的分离纯化**。粗多糖经DEAE-52纤维素阴离子交换柱分离为SLPPs、SLPPs-1和SLPPs-2三个组分，其中SLPPs产率最高（45.30%），经Sepharose CL-4B凝胶过滤后呈单一对称洗脱峰，表明获得了均一的纯化多糖。
**3.2 SLPPs的化学组成和分子量**。SLPPs总糖含量78.93%，糖醛酸含量9.74%，蛋白含量仅0.35%。紫外光谱在260 nm和280 nm处无明显吸收峰，排除了核酸和蛋白质残留。HPGPC测定分子量为1225 kDa，分散度（? = Mw/Mn）为1.43，表明分子量分布较窄。单糖组成分析显示SLPPs由甘露糖（Man）、氨基葡萄糖（GlcN）、葡萄糖醛酸（GlcA）、葡萄糖（Glc）和半乳糖（Gal）组成，摩尔比为1.002:0.244:9.121:88.145:1.488，Glc占绝对优势，表明其为葡萄糖富集的酸性杂多糖。该组成特征与凝胶形成行为密切相关。
**3.3 SLPPs水凝胶的凝胶化和热可逆行为**。在所选配方条件下，2.0 wt% SLPPs在10%柠檬酸溶液中加热冷却后形成稳定透明水凝胶，表观pH为2.76 ± 0.09。该水凝胶加热至80 °C时变为半流体，90 °C完全流体，4 °C冷却后恢复自支撑凝胶，可重复多次，表现出典型的物理凝胶热可逆特征。
**3.4 WHC和SR**。SLPPs水凝胶表现出89%的优异持水能力和15 min内达280%的溶胀率，表明凝胶网络既具有足够的强度抵抗机械应力下的水分流失（高WHC），又具有充分的亲水性和多孔性以允许快速水分渗透和体积膨胀（高SR）。
**3.5 LF-NMR分析**。T?弛豫谱呈现三个峰：T?b（紧密结合水）、T??（弱结合或毛细管水）和T??（类自由水或本体水域）。T??组分的高振幅和窄宽度表明大部分水处于相似的中度受限环境，与具有介观孔的均匀网络一致。
**3.6 FT-IR**。SLPPs与水凝胶的光谱轮廓总体相似，未出现新的特征吸收带，表明凝胶化过程中未形成可检测的新共价键。OH伸缩振动（3318.94/3332.19 cm?1）增强及羧基相关谱带（1712.34 cm?1等）符合酸性条件下质子化羧基和氢键环境的重排。
**3.7 质构特性**。SLPPs水凝胶硬度（71.60 g）适中，弹性（2.77 mm）较高，咀嚼性（8.49 mJ）较低，内聚性（0.64%）可测，凝胶强度13.10 g，表现为柔软而富有弹性的水合网络。
**3.8 流变学特性**。振幅扫描确定线黏弹区（LVR）约为1%应变。频率扫描显示在0.1–100 rad·s?1范围内G′始终显著高于G″（约一个数量级），且两模量对频率依赖较弱，证实了具有长寿命交联区间的结构化类固凝胶行为。
**3.9 TGA**。水凝胶呈现三个失重阶段：40–150 °C失重约30–35%（自由水和结晶水去除）；150–400 °C失重约40–45%（最大热降解，DTG峰~340 °C处糖苷键断裂和糖醛酸脱羧）；400–600 °C缓慢失重8–10%，最终残余量约17%（碳化残渣）。表明水凝胶在~300 °C以下保持实际热完整性。
**3.10 微观结构**。SEM观察显示SLPPs粉末呈致密、光滑、无孔形态；而水凝胶呈现高度多孔的三维网络，具有大量相互连接的孔道、粗糙表面和折叠片状层状结构，直接支撑了高WHC和快SR的宏观性能。
**3.11 凝胶化机理**。选择性破坏实验表明，NaCl（0–0.5 M）对凝胶完整性无明显影响，而SDS和尿素随浓度增加逐渐削弱凝胶直至液化，证明疏水相互作用和氢键是网络稳定的主要驱动力。柠檬酸通过强酸性环境（pH 2.76 ± 0.09）促进羧基质子化，降低链间静电排斥，加热增强链流动性以允许构象重排，冷却时重建氢键和疏水接触，结合高分子量的链缠结形成连续三维网络。
**3.12 体外抗氧化活性**。洗涤后水凝胶（表观pH 5.26 ± 0.06）对DPPH、ABTS和羟基自由基的清除率分别为28.0%、34.0%和87.0%。羟基自由基的高清除率可能源于Fe2?介导的Fenton化学中金属离子螯合作用与直接自由基清除的协同效应。
**3.13 体内抗氧化活性**。30天口服给药后，高剂量组（HH）血清SOD和CAT分别达405.6和232.5 U·mL?1，MDA降至5.3 nmol·mL?1，与VC组无显著差异；肝脏中SOD升至186.6、CAT升至352.8 U·mgprot?1、MDA降至5.1 nmol·mgprot?1，改善显著但未完全达到VC水平；脾脏中SOD升至246.6、CAT升至346.8 U·mgprot?1、MDA降至4.7 nmol·mgprot?1，与VC组统计等价。各组织均呈现剂量依赖性响应，高剂量组血清和脾脏指标已与阳性对照VC相当。
**总结讨论**。研究人员提出，SLPPs水凝胶的抗氧化作用机制一方面来自多糖结构中丰富的羟基和羧基对自由基的直接清除和金属离子螯合，另一方面可能通过激活核因子E2相关因子2（Nrf2）信号通路上调SOD和CAT等下游抗氧化基因的转录。柠檬酸诱导的凝胶基质可能在胃转运过程中保护多糖免于降解，促进与肠道免疫细胞表面受体（如Dectin-1或TLR4）的持续相互作用。虽然未观察到明显不良效应，但本研究并非正式的毒理学评估，长期口服安全性需专门研究确认。
**研究结论**。总之，本研究表明，从广叶绣球菌假菌核中回收的多糖可在明确的柠檬酸辅助条件下形成透明且热可逆的水凝胶。所得水凝胶表现出以弹性为主的流变行为、高保水能力、快速溶胀和相互连接的多孔微观结构。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、选择性破坏实验、热可逆性和流变学观察共同支持一种以可逆非共价相互作用和高分子量链缠结为主的物理缔合网络。配方中的强酸性环境可能促进更紧密的分子间缔合；然而，由于有效离子强度、残留柠檬酸和pH匹配的替代酸对照未被独立评估，质子活度和柠檬酸特异性效应的各自贡献仍不明确。至关重要的是，SLPPs的生物活性得以保留并有效转化为体内效应，口服给药显著增强了小鼠血清、肝脏和脾脏中的抗氧化防御系统。本研究弥合了农业废弃物升级回收与生物活性食品亲水胶体设计之间的差距。SLPPs水凝胶可作为食品、化妆品和制药工业中有前景的材料平台，为营养物封装和质构修饰提供可持续替代方案。未来工作应聚焦于凝胶基质与肠道微生物群之间的相互作用，以进一步阐明其健康促进作用的分子机制，从而提升广叶绣球菌产业整体价值链。
