北虫草的成分价值.docx

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北虫草的成分价值

引言

冬虫夏草（Cordycepssinensis）的生长不仅需要特

殊的地理与气候环境要求,还有严格的寄生性。

野生冬

虫夏草现已处于极度濒危状态,被列为我国一级保护

物种,价格已经超过黄金。

因野生冬虫夏草资源的严重

缺乏已无法满足社会的需求,所以冬虫夏草的人工培

养受到国内外学者的关注。

北虫草（Cordycepsmilitaris）

又称北冬虫夏草、蛹虫草、东北虫草等,是寄生在鳞翅

目和鞘翅目等昆虫蛹体上的真菌,主要分布在我国东

北、华北、西北等地区,华中、华南和西南地区也有发

现。

北虫草是虫草属的模式种,与冬虫夏草为虫草属的

同属异种真菌,两者的化学成分、营养成分和药用功能

均非常相似,其主要药用成分虫草素等含量远高于野生冬虫夏草,而且比冬虫夏草更易于人工栽培,因此被

选为冬虫夏草的最佳替代品而进行大量的人工培育。

20世纪90年代以来,对作为药物和保健食品的北虫草

的药化、药理、毒理和毒性等进行了大量的分析和安全

评价,证明人工栽培的北虫草无毒副作用,具有明显的

镇静、抗疲劳、抗肿瘤、抑制癌细胞和具有雄性激素样

作用,可增强机体免疫功能等[1-9],作为药品和食品使用

对人体健康是安全可靠的。

2007年国家高技术研究发

展计划（863计划）已将北虫草开发与规模化生产列入

重点研究项目。

开发北虫草及其活性成分资源不仅有

很高的经济价值,而且有重要的社会效益。

1北虫草的人工培养生产

北虫草的人工培养生产主要有菌丝体液体发酵和

子实体固体发酵两种培养方法。

菌丝体液体发酵需要发

酵罐等设备,发酵成本也较高。

而子实体固体发酵要求相

对简单,发展较快。

全国不少地区均有较大规模的生产。

子实体生产需在控温﹑控湿和无菌培养室中进行,

其培养过程可分为菌丝体培养和子实体形成与生长两

个阶段。

菌丝体培养阶段需要在黑暗中,温度18～22℃,

湿度60%～65%,通常需要约20d时间,使菌丝体长满

培养瓶表面后可诱导子实体原基的形成。

子实体原基

的诱导（约10d）需光照和约10℃的昼夜温差。

子实体

的生长（约20d）需光照和较高的湿度（80%～90%）。

整

个生长周期约需要50～60d。

固体发酵的常用培养基为:

大米93%,葡萄糖1%～

2%,蛋白胨或蛋清1%～2%,蚕蛹粉2.5%,磷酸二氢钾

0.2%,硫酸镁0.1%,柠檬酸胺0.1%,微量的维生素B1。

培养基灭菌可在常压（100℃,8～10h或100℃,1h,间

歇灭菌3次）或高压（0.14MPa,125℃,1h）下进行。

固

体发酵生产子实体的技术和条件要求不高。

生产上的

主要问题是菌种迅速退化,需不断筛选和复壮菌种。

2北虫草的化学成分及主要生物活性物质

北虫草的主要化学成分和营养成分都与冬虫夏草

非常相似,具有很高营养价值。

人工北虫草含有28.18%

的粗蛋白;18.28%的氨基酸,共有18种氨基酸,其中7

种为人体必须氨基酸;10种以上的脂肪酸,其中不饱

和脂肪酸的含量很高,反油酸含量为58.38%,亚油酸为

19%;20余种矿质元素和多种维生素,例如维生素A,B1,B2,B6,B12,C,D2,E,烟酸和胡萝卜素等。

北虫草与冬虫夏草的药用成分复杂。

目前认为重

要的生物活性物质包括虫草素等核苷类、多糖类、虫草

酸、超氧化物歧化酶（SOD）和硒等。

虫草素（3’-脱氧腺

苷）与腺苷为虫草中的主要活性成分。

《中华人民共和

国药典》（2005版）规定,腺苷是冬虫夏草菌丝体生产

的重要指标,含量不得低于0.01%。

除虫草素和腺苷外,

已分离出的其他核苷类物质还有腺膘呤、次黄膘呤、胸

腺嘧啶、尿嘧啶、尿苷等。

虫草素可用于提高免疫功能,

治疗癌症、白血病、慢性气管炎、肺心病,降血脂血糖和

抗衰老等。

大量研究表明,北虫草中虫草素和腺嘌呤的

含量均比冬虫夏草高数倍。

虫草素（cordycepin）又名虫草菌素、虫草碱等,为

3’-脱氧腺苷（3’-deoxyadenosine）,分子式为C10H13N5O3,

分子量为251,碱性,水溶液的pH值为7.1,化学结构

如图3所示。

在乙醇、正丁醇、正丙醇、水中能形成针状

或片状结晶,熔点230～231℃,溶于水、热乙醇和甲醇,

不溶于苯、乙醚和氯仿。

国内外的科学家均对虫草素的

药理功能进行过大量的研究,由于虫草素能干扰RNA

和DNA的合成,抑制不正常细胞（如癌细胞）的分裂,

并能作为区别细胞中不同的RNA聚合酶的工具,引起

了医药界的高度重视。

多糖是药食两用真菌的药效活性成分之一。

虫草

多糖大多为半乳甘露聚糖。

药理研究表明,虫草多糖类

物质具有抗肿瘤、抗辐射和提高肌体免疫力等作用。

虫

草多糖的抗肿瘤活性与分子量有关,只有在分子量大

于1.6×104时才具有抗肿瘤活性。

多糖的活性除了与分

子量有关外,还与多糖的溶解度、黏度、初级结构和高

级结构有关[10]。

甘露醇含量是虫草的一个重要质量指标。

虫草中

的D-甘露醇的含量为5%～9%。

甘露醇具有利尿、提高

血浆渗透压、镇喘祛痰、抗自由基等功能,可用于治疗

多种疾病。

此外,虫草中还含有甾醇类物质、高含量的

SOD和硒等活性成分,其中SOD具有抗多种疑难病的

作用,如抗红斑狼疮、类风湿、皮肌炎、防辐射、抗癌,并

有抗衰老和美容肌肤的作用[8,9],甾醇类物质和硒都具有抗癌活性。

3虫草中活性物质的提取分离、分析与生物合成

3.1虫草素等的提取分离与分析

虫草素提取方法有浸提法、超声波法、索氏法和回

流法等,以超声波辅助的酸性水提取法效果最佳[11]。

虫

草素分离纯化常用离子交换树脂法（如732阳离子树

脂等）[10,12],也有用活性炭吸附、氧化铝柱层析、硅胶柱

层析和超临界萃取等方法[13]。

活性碳吸附选择性差、回

收率低,其他方法成本过高、回收率也低,只限于实验

室研究,并且柱层析分离很难获得高纯度产品[10,12]。

通

过研究大孔吸附树脂、聚酰胺树脂、天然吸附材料等对

虫草素的吸附与分离特性,找到了较为理想的虫草素

吸附材料。

通过柱层析可以获得较高纯度的虫草素产

品,然后再用液相色谱纯化即可获得高纯度（含量高于

98%）的虫草素精品[13]。

虫草素含量测定主要用高效液相色谱法[14-15]。

用

C18反相柱,水与甲醇或乙腈组成的流动相（水∶甲醇

80∶20为流动相,见图4）,260nm紫外检测,虫草素与

腺苷等多种物质能够很好地分离和同时检测。

薄层扫

描法和高效毛细管电泳也可以用于检测虫草素含量。

本研究发现,虫草多糖与虫草酸均为水溶性物质,

用水提取虫草素时,这3种物质和腺苷类物质都能被有效地提取出来。

虫草酸含量测定主要用比色法和高

效液相色谱法（离子交换柱与示差折光检测器）,亦可

用氧化还原法、气相色谱法（乙酰化）、薄层扫描法（高碘

酸钾-联苯胺显色）或固相萃取-高效液相色谱法。

虫草

多糖通常用乙醇沉析、苯酚-硫酸法或干重法定量[14-15]。

3.2虫草素的生物合成与调节

对于虫草素的生物合成与含量,不同研究者报道

的北虫草中的虫草素含量结果差别很大。

总体来说,北

虫草中虫草素含量大大高于冬虫夏草。

以干重为单位,

北虫草的菌丝体中的虫草素含量比子实体高。

对本研

究生产的北虫草材料分析表明,不同培养条件和不同

生长的子实体中,虫草素含量有较大的差别,介于0.2%

～0.45%。

菌丝体中虫草素含量为0.5%～0.6%。

相同条件

下测定的市面上出售的子实体中虫草素含量可低至

0.1%。

一些研究表明[10,12,16],虫草菌丝体向培养基中分泌

虫草素,但分泌出来的虫草素不能被再吸收。

因此,虫

草培养液和固体培养基中都有较高含量的虫草素。

大

量样品分析表明,不同固体培养基中的虫草素含量介

于0.06%～0.35%。

培养基中虫草素含量与其菌丝体生

长量直接相关。

生物合成研究表明[17-19],虫草菌素的合成可能是以

腺苷为直接前体。

但到目前为止,尚未见到虫草素生物

合成酶及其基因研究的进展性报道。

不同培养基成分或添加物对虫草素生物的合成和

含量均有较大影响。

温鲁等[20]表明,培养基中4%碳源和

3%氮源为最好的碳氮源浓度,以豆粕或豆粉作氮源的

效果最好。

液体培养的时间,以7～9d为宜。

若以获得

菌丝为目的,可以选择7d;若以获取虫草素为目的,可

培养9d左右;若以获取腺苷为目的,6～7d即可。

液体

培养的菌丝体中腺苷含量高,而虫草素则主要在培养

液中。

毛先兵和涂永勤[21]报道,硫酸铵作为氮源时最有

利于虫草素的合成,同时加入半胱氨酸、丝氨酸、丙氨

酸等也较有利于虫草素形成。

Masuda等[22]报道,在培养

基中添加甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、腺嘌呤和腺苷能

够提高虫草素的含量。

最佳添加物为1g/L腺嘌呤和

16g/L甘氨酸,它能使虫草素产量达到2.5g/L,为对照

组的4.1倍。

研究还表明,北虫草中合成的虫草素97%

分泌到培养基中。

Li等[23]报道,在蛋白胨2%、蔗糖2%、

MgSO4·7H2O0.05%、KH2PO40.10%的液体母种培养基

中,140r/min,27℃,摇瓶培养84h,再将液体母种以

5%的种子量接入蛋白胨2%、酵母膏3%、麦芽糖3%、

蔗糖4%、KH2PO400.10%、NH4Cl0.20%、MgSO40.05%

的培养基中,140r/min,27℃摇瓶培养192h,可以大大

提高虫草素含量。

Shih等[24]报道,培养基中较低的pH

值（pH6）、酵母提取物（45g/L）、适当的低C/N比,以及

振荡（8d）与静止（16d）相结合的两阶段培养均能获得

最高的虫草素产量。

4北虫草的药理功能

4.1延缓衰老、抗疲劳和耐缺氧

北虫草的主要药力功能是能延缓衰老、抗疲劳、耐缺

氧,特别是具有明显的增强非特异性免疫系统的作用,可

增强巨噬细胞的吞噬功能,促进抗体形成,对化疗药物环

磷酰胺具有增效和降低毒性的作用。

老龄大鼠和小鼠实

验表明,北虫草能降低体内过氧化脂质和自由基水平,

延缓器官和整个机体衰老,提高肝脏SOD比活力;可延

长果蝇平均寿命、最高寿命、半数死亡时间。

北虫草对老

年性痴呆的有效率为57.14%,明显优于维生素E[1-2]。

4.2提高人体免疫功能

已有实验证明,北虫草对小鼠的特异性、非特异

性、体液免疫及细胞免疫均有显著的增强作用。

能促进

T淋巴细胞转化和提高机体单核巨噬细胞系统的吞噬

功能,激活巨噬细胞产生细胞毒素直接杀伤癌细胞。

北

虫草多糖还有促进SOD酶的作用。

对肿瘤患者因化疗

所引起的白细胞减少具有较好的疗效[1-4]。

4.3抗癌作用

北虫草中的虫草素对小鼠艾氏腹水癌和人上皮癌

细胞均有明显的抑制作用。

北虫草不仅本身具有较强

的抗肿瘤作用,能增强抗肿瘤药物的疗效,还能通过免

疫调节,达到治疗或控制肿瘤的目的。

虫草素还可以增

强抗癌药环磷酰胺的作用,也可以作为临床抗肿瘤药

物的辅助药。

虫草菌素的抗肿瘤作用与其抑制DNA和

RNA的合成有关。

研究表明[5],虫草素与腺苷竞争核苷

磷酸酶,可以选择性地抑制mRNA合成,因而影响蛋白

质合成,其抑制作用可被腺苷取消。

此外,虫草素还可

以引起白血病细胞凋亡和有丝分裂细胞中S期和G2

期延长[6]。

虫草素在抑制癌细胞分裂的同时,对正常细

胞分裂产生的抑制作用很小。

Yamkaguchi等[7]用虫草素

处理癌细胞和正常细胞发现癌细胞分裂抑制率达到

55%时,正常细胞分裂的抑制率仅为1.5%。

表明虫草素

治疗癌症时对人体的副作用小。

4.4抗菌抗病毒作用

北虫草中的虫草素和虫草多糖都具有抗菌抗炎作

用。

虫草中的抗菌活性物质,对各类病菌都具抑制作

用。

对金黄色葡萄球菌、马铃薯芽胞杆菌、绿色木霉、黄

曲霉等都有明显的抑菌作用;虫草素对枯草杆菌等细

菌、链球菌、鼻疽杆菌、炭疽杆菌、猪出血性败血症杆菌

及葡萄球菌等病原菌的生长有抑制作用;对鸟结核杆

菌、枯草杆菌、鼻疽杆菌等结核杆菌也均有抑制作用;

对石膏样小芽孢癣菌、絮状表皮癣菌、羊毛状小芽孢癣

菌及须疮癣菌等皮肤致病性真菌有抑制作用;虫草素

可以抑制一种脑炎病毒和对人体免疫缺陷型病毒HIVI

型的侵染及其反转录酶的活性有抑制作用;对肺虚咳

嗽、急慢性支气管炎、哮喘等有较好的疗效[4,8]。

4.5抗惊厥及镇静作用

北虫草含有多种维生素,具有调节中枢神经系统的作用,能降低副交感神经兴奋性。

因而具有抗惊厥、

镇静功能,并对心悸、失眠有较好的治疗作用[8-9]。

4.6雄性激素样作用

北虫草能增强睾丸的生精与内分泌功能,促使雄

性激素分泌,并能修复腺嘌呤引起的睾丸功能障碍使

大鼠血清睾酮含量增加,同时使其体重及皮腺、精囊、

前列腺的重量显著增加,有明显的雄性激素样作用。

对

由于激素失调引起的性功能损伤有修复作用。

临床证

明,北虫草对肾虚所致阳萎、早泄、肾虚腰痛有良好的

治疗及保健作用,对治疗肾虚腰痛、糖尿病、蛋白尿等

肾功能障碍者,也有较好的效果[8-9]。

4.7对心脑血管系统的作用

虫草素具有抗缺氧、增加心肌营养血流量的作用,

并可增加犬冠脉血流量,降低冠脉、脑及外围血管阻力。

虫草酸能清除人体自由基、降低血压、扩张心脑血管、调

节血液黏稠度、抑制脂质在血液及血管壁的沉积。

虫草

也具有降血脂作用,能使血清中总胆固醇、血清甘油三

酯浓度明显降低。

虫草还有减肥、瘦身、美容等功效[8-9]。

5结论

随着人们生活水平的提高和工作压力的增大,人们

对功能保健产品的需求量不断增加。

虫草﹑虫草素和虫草

多糖都将有较大的市场增长潜力。

虫草素因资源的限制

和大量提取分离得到纯品非常不易,目前国际市场上虫

草菌素的价格非常昂贵,每0.1g达到207美元。

目前,日

本和韩国等国家一直有研究单位专业从事高纯度虫草菌

素的分离纯化研究工作,并已有产品出口欧美市场。

虽然

我国近年来也曾有大量同类的研究,但仅停留在虫草菌

丝体的人工培养及制剂的研究上,水平有限且技术含量

不高,无法与国外同类产品竞争,因此加速虫草菌素分

离、纯化及产业化的研究不仅能够填补国内主流医药市

场的空白,占据国内同类药品的较大市场份额,而且有可

能较快地在国际同类药品市场占有一席之地.