河南省蛹虫草产业发展现状与展望

作者: 娄海伟 刘祎岚 丁文涛 王子依 康文艺 赵仁勇 刘振花

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蛹虫草(Cordyceps militaris),又称北冬虫夏草,是一种珍贵的药食同源真菌。根据国际真菌名录数据库(Index Fungorum),目前已记载的虫草菌有607种,冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)和蛹虫草为其中最具经济价值的两种。然而,冬虫夏草人工培育难度大、生产成本高,限制了其大规模应用。相反,蛹虫草的人工培育技术已发展成熟,可低成本、规模化生产。由于蛹虫草和冬虫夏草在成分与保健功效上具有较高相似性,蛹虫草被广泛作为冬虫夏草的理想替代品。

蛹虫草富含虫草素、腺苷、多糖、免疫调节蛋白、喷司他丁和新型色素等多种生物活性物质,具有抗肿瘤、增强免疫力、抗氧化、调节血糖、抗疲劳等重要作用,已被广泛应用于营养补充剂、药品添加剂及功能性食品领域。

近年来,随着人们健康意识的提升,蛹虫草产品的市场需求持续增长,蛹虫草的种植规模、产品种类和市场应用也不断拓展。目前,中国已成为全球最大的蛹虫草生产国和消费市场。

河南省作为农业大省,生物资源(如蚕蛹和小麦)丰富,具有适宜蛹虫草生长的气候条件。近年来,河南的蛹虫草产业发展迅速,逐步形成了涵盖科研、生产、加工和消费的完整产业链。

河南省的蛹虫草产业之所以能取得快速发展,主要原因包括以下几方面:一是市场需求旺盛。河南省拥有庞大的消费群体,对养生和功能性食品的需求较旺,为蛹虫草市场提供了广阔空间。二是生产技术较为成熟。蛹虫草的人工培育技术稳定,尤其是河南省部分企业在蚕蛹培养基栽培方面进行了深入研究,提升了产品品质和市场竞争力。三是产业链逐步完善。河南省已经建立了从菌种研发、规模化培育、产品深加工到终端销售的完整供应体系,使得蛹虫草产业的附加值不断提高。四是政策扶持力度持续加大。河南省政府在中药材与食用菌产业发展方面提供了有力支持,推动了蛹虫草产业向更加规范化、现代化的方向迈进。目前,河南省的南阳、信阳、洛阳、济源、三门峡等地已形成一定规模的蛹虫草产业基地,涵盖菌种研究、规模化人工栽培、健康产品开发等多个领域,产业前景广阔。

尽管河南省的蛹虫草产业已展现出较强的市场潜力和发展优势,但仍然面临着菌种退化、市场认知度有待提高等多重挑战。为了进一步推动该产业的持续健康发展,本文在深入分析河南省蛹虫草产业发展现状的基础上,提出了提升该产业竞争力的策略,希望能为科研机构、企业及政策制定者提供有价值的参考,推动河南省蛹虫草产业向更高质量、更科学化、更规范化的方向发展,助力产业升级。

一、蛹虫草的生物活性成分、功能及应用

(一)蛹虫草的生物活性成分

1.虫草素。虫草素(Cordycepin)又称3′-脱氧腺苷(3′-deoxyadenosine),是首个从真菌中提取的核苷类抗菌素,于20世纪50年代从蛹虫草发酵液中分离。中华人民共和国供销合作行业标准GH/T 1240—2019《干制蛹虫草》将虫草素的含量作为衡量蛹虫草品质等级的重要指标,进一步凸显了其在蛹虫草功能活性中的关键作用。

近年来,如何有效提高蛹虫草中虫草素的含量成为科研领域的核心议题,围绕虫草素的生物合成通路和异源表达的研究已成为热点,为其产业化应用提供了重要的理论支撑与技术保障。

2.虫草酸。虫草酸(Cordycepic acid)即D-甘露醇(D-mannitol),是蛹虫草和冬虫夏草的重要生物活性成分之一,其含量直接影响蛹虫草的药用价值,含量越高表明品质越优。

值得注意的是,蛹虫草和冬虫夏草的虫草酸含量相近,使其在功能应用上具有一定的相似性。然而,与虫草素相比,虫草酸的研究相对较少,相关生物合成途径及作用机制有待深入探索。

3.虫草多糖。作为蛹虫草的主要活性成分之一,蛹虫草多糖(C. militaris polysaccharides,CMP)存在于子实体、菌丝体及发酵液中,其单糖组成主要包括甘露糖、半乳糖和葡萄糖等。CMP在免疫调节、抗氧化等功能性食品领域具有广泛应用,近年来已成为保健品开发与质量控制的重要指标。

4.虫草蛋白。蛹虫草富含高质量蛋白质,其氨基酸组成包括19种氨基酸,其中人体必需的有8种。研究表明,蛹虫草子实体的蛋白质含量可达29%,高于大多数常见的食用菌。

5.喷司他丁。喷司他丁(Pentostatin)是一种嘌呤的结构类似物,能够不可逆地抑制腺苷脱氨酶(Adenosine deaminase,ADA)。在蛹虫草体内,虫草素易被ADA催化而降解,喷司他丁则能够通过抑制ADA活性,有效减少虫草素的降解,从而维持虫草素在体内的高水平积累,提高蛹虫草的药用价值与功能活性。

6.超氧化物歧化酶。在生长过程中,蛹虫草会产生活性氧(Reactive oxygen species,ROS),这些高反应性分子可对DNA、蛋白质及膜脂等生物大分子造成氧化损伤,从而引发基因突变、生长受阻甚至细胞凋亡。为应对ROS的氧化胁迫,蛹虫草会启动抗氧化防御机制,其中之一便是分泌超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD),以清除ROS并降低其对细胞的损害。

SOD在生物医学、食品及化妆品行业具有广泛应用,市场需求量较大,但天然产量有限,难以满足工业化需求。可喜的是,研究人员成功从蛹虫草中克隆SOD编码基因,并通过原核表达系统实现了基因重组与功能鉴定,为SOD的大规模生产及产业化应用奠定了基础。

7.其他成分。除上述6种生物活性成分外,蛹虫草还含有抗真菌多肽、麦角甾醇、大环内酯类化合物,以及多种矿物质、维生素和有机酸等功能性成分。近年来,围绕蛹虫草活性成分的分离纯化、生物技术生产及其在食品、医药等领域的应用,各方都展开了广泛研究,不断拓展其在健康产业中的应用价值。

(二)蛹虫草的主要生理功能

1.免疫调节。蛹虫草富含多糖、免疫调节蛋白和虫草素,可增强机体免疫功能,促进免疫细胞的活化,提高白细胞活性,从而提升机体的免疫防御能力。研究表明,蛹虫草可促进免疫因子的分泌,调节细胞因子表达,在维持免疫平衡、增强抗病能力方面发挥重要作用。

2.抗炎和抗氧化。蛹虫草提取物展现出良好的抗炎和抗氧化能力。其中,蛹虫草子实体的热水提取物可通过抑制炎症信号通路,减轻炎症反应。此外,蛹虫草富含的多糖、色素、酚类及黄酮类化合物能够有效清除自由基,增强细胞抗氧化防御能力,从而在降低氧化损伤方面发挥潜在应用价值。

3.抗肿瘤。蛹虫草中的虫草素、多糖、硒、喷司他丁等活性成分具有一定的抗肿瘤作用。研究表明,蛹虫草提取物可诱导癌细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖,并调控肿瘤相关基因的表达,在肿瘤防治方面具有潜在应用价值。

4.调节血糖。蛹虫草对血糖代谢具有良好的调控作用,其活性成分可增强胰岛素分泌、激活肝脏糖代谢酶活性,并降低葡萄糖转运蛋白的表达水平,从而改善葡萄糖利用,在糖尿病管理和辅助治疗方面具有应用前景。

5.抗疲劳。蛹虫草多糖在缓解疲劳、提高运动耐力及加速体能恢复方面具有良好作用。蛹虫草中的腺苷和多糖成分可调节能量代谢、提高抗氧化能力,从而延缓疲劳发生并促进恢复,在功能性食品开发方面展现出广阔的应用前景,但其具体生物活性机制仍需深入研究。

6.其他生理功能。除上述功能外,蛹虫草还具有抗肝纤维化、抗动脉粥样硬化、抗衰老、抗过敏性皮炎、降血脂、催眠、抗惊厥、神经保护等多种生物学活性。

(三)蛹虫草的应用领域

目前,蛹虫草已广泛应用于营养补充剂、药品添加剂及保健食品等领域,常见的应用形式如下:

一是干品及鲜品,用于煲汤、凉拌菜、火锅食材等传统饮食与滋补品。二是粉末及胶囊,蛹虫草子实体经脱水、研磨制成粉末或胶囊、片剂,作为便携保健品。三是虫草提取物,利用现代技术提取高纯度活性成分(如虫草素、多糖、腺苷等),用于生物医药研发及功能食品配料。四是虫草饮品,将蛹虫草提取液或粉末添加至饮料中,开发即饮型功能性饮品,如蛹虫草茶、虫草咖啡、虫草酒等。

随着蛹虫草市场规模的不断扩大,其应用形式更加多元化,从传统滋补食品拓展至便携保健品、医药添加剂及功能性饮品等现代健康食品领域。未来,随着科技进步和消费升级,蛹虫草的市场潜力将进一步释放,有望成为全球大健康产业的重要组成部分。

二、蛹虫草的培育方式

随着蛹虫草市场需求的增加,其人工培育技术也不断优化,目前主要采用固体培养基栽培和液体发酵两种方法,前者是商业化生产中最广泛采用的方式,后者主要用于工业提取有效成分。

(一)基于固体培养基的人工栽培方式

固体培养是目前蛹虫草生产的主流方式,培养基质主要包括谷物和蚕蛹。

1.谷物培养基。谷物培养基主要以大米和小麦为基质,具有成本低、适合大规模生产的优势,在实际生产中应用广泛。基于南北方谷物种植差异,我国南方主要采用大米培养基,北方则以小麦培养基为主。

蛹虫草菌株对谷物基质存在一定的偏好性。基于实验室实验结果发现,部分菌株在小麦基质上原基数和子实体产量较高,部分菌株则更适应大米基质,还有部分菌株在两种基质上的表现相近。因此,在实际生产中需结合菌株特性选择适宜的培养基。用大米培养基和小麦培养基培育的蛹虫草见图1。

2.柞蚕蛹或桑蚕蛹培养基。柞蚕蛹和桑蚕蛹是蛹虫草的良好寄主,用它们培育的蛹虫草的活性成分含量更接近于野生蛹虫草。然而,在实际生产中,柞蚕蛹和桑蚕蛹的应用相对较少,主要是因为它们的价格较高(50—100元/千克)。鉴于柞蚕蛹虫草和桑蚕蛹虫草的药用价值显著高于谷物基蛹虫草,其在高端市场上具有独特优势。图2为实验室用柞蚕蛹培育的蛹虫草。

(二)基于液体发酵的培育方式

液体发酵技术被广泛应用于生物制药企业,主要用于提取虫草素、多糖等功能性成分,适用于医药和健康食品生产。该方法采用液体培养基,使菌丝体在液态环境中快速繁殖,培养周期通常为3—5天,具有生产周期短、培养条件稳定、适合大规模生产等优点,能够满足工业化提取生物活性成分的需求。

(三)蛹虫草培育技术的发展趋势

当前,蛹虫草培育技术已趋于成熟,实现了生产标准化、培育精细化、产品多元化,推动了产业的快速发展。未来,随着生物技术、智能农业及精准环境控制等技术的深度融合,蛹虫草培育将朝着更高效、更精准、更可持续的方向发展。通过优化菌种选育、改良培养基成分、智能化调控生长环境,可进一步提高蛹虫草的产量、品质及活性成分含量,推动蛹虫草产业迈向更高水平的现代化。

三、河南省蛹虫草产业的发展现状

(一)河南省的主要蛹虫草产区

河南省的蛹虫草产区主要分布在济源、三门峡、南阳、信阳和洛阳等地,这些地区的气候与环境适宜蛹虫草的人工培养和产业化发展,并已形成一定规模的蛹虫草生产基地,孕育了多家行业龙头企业。其中,河南金康源农业科技发展有限公司、河南奥奇药业集团有限公司等企业,在蛹虫草菌种选育、培养条件优化、市场推广和产品研发等方面起到了积极的引领作用。

(二)河南省食用菌的产量

河南省作为全国食用菌生产大省,其食用菌产业在全国市场占有重要地位。根据河南省统计局2024年统计年鉴,2018—2023年,河南省的食用菌年产量从165.26万吨稳步提升至189.78万吨(图3)。然而,关于河南省蛹虫草的具体产量,目前未见相关统计数据,这表明蛹虫草产业仍处于快速发展阶段,在统计体系上尚未形成独立类别,未来可通过产业数据挖掘,加强对蛹虫草市场的监测和数据化管理。

(三)蛹虫草的市场价格

目前,市场上流通的主要是虫草花、柞蚕蛹虫草和桑蚕蛹虫草,它们的市场价格受培育方式、虫草品质、市场供需和季节等因素的综合影响。

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