冬蟲夏草菌絲體多酚提取及對3種癌細胞抑制作用研究

尹 敏，趙迎春，劉雨陽，吳素蕊，趙天瑞，樊 建*

（1．昆明理工大學云南省食品安全研究院，云南 昆明 650500；2．云南省食品藥品監督檢驗研究院，云南 昆明 650106；3．中華全國供銷合作總社昆明食用菌研究所，云南 昆明 650221）

冬蟲夏草菌絲體多酚提取及對3種癌細胞抑制作用研究

尹 敏1，趙迎春2，劉雨陽1，吳素蕊3，趙天瑞1，樊 建1*

（1．昆明理工大學云南省食品安全研究院，云南 昆明 650500；2．云南省食品藥品監督檢驗研究院，云南 昆明 650106；3．中華全國供銷合作總社昆明食用菌研究所，云南 昆明 650221）

以冬蟲夏草的菌絲體為原料，提取溶劑為乙醇，采用Folin-Ciocalteu法測定冬蟲夏草菌絲體中多酚的含量，目的在于研究乙醇濃度、料液比、提取溫度和提取時間對多酚提取率的影響。以單因素試驗為前提，以正交試驗來指導優化提取參數，測定了所得多酚含量及其對Caco-2結腸癌細胞、HepG-2肝癌細胞、MCF-7乳腺癌細胞的抑制作用。研究結果表明，在冬蟲夏草菌絲體的提取工藝中，最佳的提取工藝條件為：溫度為70℃，提取時間60 min，乙醇的濃度70%，料液比（g∶mL）1∶35；冬蟲夏草菌絲體中提取的粗多酚對試驗中3種癌細胞都表現出一定的抑制作用，當菌絲體粗多酚的濃度為100 μg·mL-1時，對3種癌細胞抑制率達到最高，分別為72．12%（Caco-2結腸癌細胞）、83．67%（HepG-2肝癌細胞）和58．78%（MCF-7乳腺癌細胞）。

冬蟲夏草菌絲體；多酚；癌細胞；抗癌作用

冬蟲夏草（Ophiocordyceps sinensis），又名蟲草。在適宜的條件下，寄生在高山草甸土壤中蝠蛾幼蟲身體里，僵化后形成冬蟲夏草菌的子實體，其與僵蟲菌形成菌物復合體，即冬蟲夏草[1]。它是中國歷史上名貴的中藥材，主要分布在我國的西藏、四川、云南、青海等高寒地帶[2]。據《本草從新》描述，冬蟲夏草以四川產的為最佳，云南和貴州次之。研究表明，冬蟲夏草中富含多種不飽和脂肪酸、氨基酸、多糖類物質和維生素B12等。現代醫學研究表明，冬蟲夏草在提高人體免疫力、抗腫瘤活性和抗輻射等方面均具有較好的功效[3]。

冬蟲夏草的醫學研究價值非常高，程麗芳等[4]研究冬蟲夏草內的多糖物質對肝癌SMMC-7721細胞的增殖和抑制作用。孫艷[5]等用不同濃度的冬蟲夏草細粉注射到H22肝癌小鼠的腹腔中，觀察小鼠的腫瘤抑制率以及NK細胞、T淋巴細胞轉化率。劉彥威等[6]研究冬蟲夏草菌絲體水提物的抗新城疫病毒作用。本文以冬蟲夏草菌絲體為原料，采用乙醇溶劑浸提法提取冬蟲夏草中的粗多酚，優化提取工藝條件，確定最佳提取條件，并探究冬蟲夏草粗多酚對3種癌細胞的抑制作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

供試菌種：冬蟲夏草菌種為昆明食用菌研究所保藏菌種；試劑：瓊脂、酵母膏、葡萄糖、蛋白胨、Na2CO3、福林酚、沒食子酸、KH2PO4、MgSO4·7H2O、乙醇等。

1.2 試驗儀器

BSC-250型恒溫恒濕培養箱，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；QYC-2102C型光照振蕩培養箱，寧波江南儀器廠；TU1901型分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；TGL-16G離心機，上海安亭科學儀器廠；ES-315高壓滅菌鍋，TOMY KOGYO Co．Ltd．；AL204型分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；ZD-F12型真空冷凍干燥機，南京載智自動化設備有限公司；N-1100型旋轉蒸發儀，上海愛朗儀器有限公司；SW-CJ-ID超凈工作臺，蘇州凈化儀器廠；HH-4恒溫水浴鍋，金壇科析儀器有限公司；FRD系列多功能薄膜封口機，中國船舶重工集團公司；YHZ82恒溫振蕩器，常州中國電器有限公司。

1.3 方法

1．3．1 冬蟲夏草菌絲體的制備

液體發酵培養：經活化后的菌種進行液體發酵培養，將帶菌的瓊脂塊置于往復式搖床上培養，培養溫度為25℃～27℃，搖床轉速為180 r·min-1～200 r·min-1，培養時間為7 d[7]。

冬蟲夏草菌絲體制備：發酵培養完成后，去除瓊脂塊，離心10 min（5 000 r·min-1），得到冬蟲夏草菌絲體，用純水洗滌菌絲體3次～4次，凍干，即得冬蟲夏草菌絲體。

1．3．2 冬蟲夏草菌絲體多酚提取和含量測定

冬蟲夏草菌絲體→粉碎過篩（70目）→水浴提取→過濾→離心（5 000 r·min-1，10 min）→濃縮凍干→多酚粗提物。

用Folin-Ciocalteu法測定冬蟲夏草多酚粗提物中多酚含量。以不同條件下的冬蟲夏草多酚粗提物為實驗原料測定其吸光值，菌絲體多酚得率（P）公式為：

式中：C表示提取液濃度，mg·mL-1；V表示提取液體積，mL；N表示稀釋倍數；M表示菌粉質量，g。

1．3．3 單因素試驗和正交試驗設計

通過研究不同提取溫度、乙醇濃度、提取時間和料液比等對多酚得率的影響，選擇最佳的試驗條件。在單因素試驗過程中取得的最佳試驗條件的基礎之上，再以這四個因素為正交試驗的因素，采用L9（34）正交優化表作為試驗研究方案，設計3個水平，以冬蟲夏草菌絲體中粗多酚的提取率作為參考指標，確定其最佳提取工藝條件。正交試驗水平與因素設計見表1。

表1 正交提取試驗設計的因素與水平Tab．1 Factors and levels of orthogonal extraction experiment

1．3．4 冬蟲夏草菌絲體多酚類物質對3種癌細胞抑制作用

（1）試驗分組

空白組A0：完全培養液90 μL、PBS 10 μL；模型組Ax0：癌細胞懸液90 μL、PBS 10 μL；樣品組Ax：癌細胞懸液90 μL、樣品10 μL。

96孔板中，每孔加入癌細胞懸液 （1×106個·mL-1） 90 μL，不同濃度多酚提取物稀釋液10 μL（終濃度分別為20 μg·mL-1、40 μg·mL-1、60 μg·mL-1、80 μg·mL-1、100 μg·mL-1），空白組和模型組每孔分別用10 μL的PBS補齊，每個濃度組設3個平行。置于37℃，5%CO2培養箱內培養72 h。

（2）細胞抑制率測定

培養72 h后，每孔中加入10 μL的CCK-8試劑（碧云天），置于37℃，5%CO2培養箱內繼續培養4 h后，在450 nm處測定每孔的吸光值以計算細胞增殖情況，細胞抑制率（I）公式為：

式中：Ax表示樣品組的吸光值；A0表示空白對照組的吸光值；Ax0表示模型組的吸光值。

1.3.5 數據處理

試驗數據采用“平均數±標準差”來表示，數據統計及方差分析工作采用Origin軟件完成。

2 結果與分析

2.1 冬蟲夏草菌絲體多酚提取

2.1.1 單因素試驗結果及分析

（1）乙醇濃度對菌絲體多酚提取率的影響

乙醇濃度對冬蟲夏草菌絲體多酚提取率的影響情況見圖1。

圖1 乙醇濃度對冬蟲夏草菌絲體多酚提取率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on the polyphenols extraction rate of Cordyceps sinensis mycelium

由圖1可以看出，隨著乙醇濃度的提高，冬蟲夏草菌絲體中多酚的提取率先上升后下降。且當乙醇濃度從30%升至50%時，多酚提取率提高顯著。當乙醇濃度為60%時，多酚提取率達到最大值，為0.945%。隨著進一步增大乙醇濃度，多酚提取率緩慢下降。造成多酚提取率下降的原因，一方面可能是由于乙醇的濃度太高，容易揮發從而影響多酚的提取效果。另一方面，乙醇濃度過高，導致冬蟲夏草菌絲體內色素和醇溶性成分等的溶出，進而引起多酚提取率的下降。而當乙醇濃度低于60%時，多酚提取率未達到最大值，可能是由于水與菌絲體內的糖類成分相互溶解，從而影響多酚的提取率[8]。試驗結果表明，乙醇濃度60%是最佳提取條件之一。

（2）料液比對菌絲體多酚提取率的影響

料液比對冬蟲夏草菌絲體多酚提取率的影響情況見圖2。

圖2 料液比對冬蟲夏草菌絲體多酚提取率的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on the polyphenols extraction rate of Cordyceps sinensis mycelium

從圖2可以看出，菌絲體多酚得率隨著料液比的遞減呈現出先上升后下降的趨勢。當料液比達到1:35時，冬蟲夏草菌絲體多酚提取率達到最大值。這可能是因為傳質驅動力會隨著料液比的降低而增加，因此，隨著料液比的降低，傳質驅動力隨之增加，從而引起多酚的提取率呈現出上升的趨勢[9]。而當料液比繼續減小時，多酚提取率顯著降低。這可能是由于醇溶性雜質浸出率的增加，以及冬蟲夏草菌絲體多糖或其他物質的溶出，阻礙菌絲體多酚的提取。因此，料液比1:35是最佳提取條件之一。

（3）提取溫度對菌絲體多酚提取率的影響

提取溫度對冬蟲夏草菌絲體多酚提取率的影響情況見圖3。

圖3 溫度對冬蟲夏草菌絲體多酚提取率的影響Fig.3 Effect of temperature on the polyphenols extraction rate of Cordyceps sinensis mycelium

從圖3可知，冬蟲夏草菌絲體多酚提取率隨著提取溫度的升高呈現出先上升后下降的趨勢。在50℃到 90℃溫度范圍內，多酚提取率變化范圍為0.822%～1.362%，當溫度為 80℃時，多酚提取率為1.362%，達到最大值。當溫度超過80℃時，多酚提取率下降的原因可能是溫度過高改變了其細胞壁的可溶性，同時，也造成提取液粘度下降。因此，多酚的滲透、溶解、擴散速度也隨之加快，使得多酚得率有所增加[10]。但是溫度過高一些聚合反應和氧化還原反應也會隨之發生，同時也造成乙醇揮發加快，從而使得多酚的得率明顯急劇降低[11]。試驗結果表明，80℃的提取溫度是最佳的提取條件之一。

（4）提取時間對菌絲體多酚提取率的影響

由一些研究看出，多酚提取率會隨著提取時間的增加而呈現上升的趨勢[12]。然而，隨著提取時間的增長，部分多酚類物質有可能會發生降解和氧化等反應，從而導致菌絲體多酚類物質分子結構發生改變，見圖4。

圖4 時間對冬蟲夏草菌絲體多酚得率的影響Fig.4 Effect of time on the polyphenols extraction rate of Cordyceps sinensis mycelium

由圖4可以看出，當提取時間小于60 min時，菌絲體多酚提取率顯著增加，當提取時間達到60 min時，隨著提取時間的增加，多酚提取率緩慢下降。因此，提取時間60 min是最佳提取條件之一。

2.1.2 冬蟲夏草菌絲體多酚提取工藝的正交試驗

在單因素試驗的前提下，以冬蟲夏草菌絲體中多酚類物質的提取率為考察指標，采用L9(34)正交表研究最佳的提取工藝條件，結果見表2。

表2 正交試驗設計結果Tab.2 Results of orthogonal extraction experiment

由表2可以得出，提取溫度是冬蟲夏草菌絲體多酚類物質提取率的最主要影響條件。其次從主到次的影響因素依次是提取時間、乙醇濃度和料液比。冬蟲夏草菌絲體多酚浸提最好的工藝條件為C1D2A3B2，即提取溫度70℃，提取時間60 min，乙醇濃度70%，料液比1:35（g:mL）。

2.2 CCK-8法檢測細胞存活率分析

冬蟲夏草菌絲體中提取的粗多酚對HepG-2肝癌細胞、Caco-2結腸癌細胞和MCF-7乳腺癌細胞的抑制作用分別如圖5所示。從圖5中可以看出，隨著冬蟲夏草多酚濃度的提高，3種癌細胞的抑制率有一定上升趨勢，呈現較好的正相關性。

圖5 粗多酚對3種癌細胞抑制率的影響Fig.5 Effects of crude polyphenols on inhibition of three kinds of cancer cells

由圖5可知，冬蟲夏草菌絲體中粗多酚類物質對3種癌細胞均產生一定程度的抑制作用，對癌細胞抑制效果，從好到壞排列依次是HepG-2肝癌細胞、Caco-2結腸癌細胞、MCF-7乳腺癌細胞。當粗多酚濃度為100 μg·mL-1時，對Caco-2結腸癌細胞的抑制率為72.12%，MCF-7乳腺癌細胞的抑制率為58.78%。可能是因為冬蟲夏草菌絲體中多酚類物質的抗氧化作用可以引起的癌細胞數量減少，多酚中的酚類物質種類和含量也可能會影響到癌細胞的減少程度。Alshatwi等[13]認為茶多酚對宮頸癌細胞有良好的抑制作用，能修復和影響宮頸癌細胞的生長刺激信號和PCD的阻力等。Cai等[14]對不同草藥中的多酚含量以及抗氧化活性和抗癌之間的關系進行研究，結果表明多酚類物質能夠有效抑制癌細胞的繁殖速度，是主要的抗癌活性成分。

3 結論

通過正交實驗確定了最佳的提取工藝條件：提取溫度70℃，提取時間60 min，乙醇濃度70%，料液比是1∶35（g:mL）。在最佳的提取工藝條件下，冬蟲夏草菌絲體中多酚類物質提取得率為1.461%。對Caco-2結腸癌細胞、HepG-2肝癌細胞、MCF-7乳腺癌細胞的抑制試驗結果表明，冬蟲夏草菌絲體中粗多酚類物質對不同癌細胞表現出不同的作用。其對HepG-2肝癌細胞表現出最好的抑制活性，其次依次是Caco-2結腸癌細胞，MCF-7乳腺癌細胞。

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Study on Polyphenol Extraction of Cordyceps sinensis Mycelium and Their Inhibitory Effect on Three Kinds of Cancer Cells

YIN Min1,ZHAO Ying-chun2,LIU Yu-yang1,WU Su-rui3,ZHAO Tian-rui1,FAN Jian1
(1．Yunnan Institute of Food Safety,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China; 2．Yunnan Institute for Food and Drug Control,Kunming 650106,China;3．Kunming Edible Fungi Institute of All-China Federation of Supply and Marketing Cooperatives,Kunming 650221,China)

The polyphenols were extracted from the Cordyceps sinensis mycelium by Folin-Ciocalteu method,with ethanol as extraction solvent extraction．The effect of ethanol concentration,temperature,solid-liquid ratio and time on the extraction efficiency of polyphenols were identified．Based on single factor test,an orthogonal design was applied to optimize extraction process．The polyphenol composition and inhibitory effect of C.sinensis mycelium on three kinds of cancer cells were investigated in the present work．The results showed that the optimum conditions for polyphenols extraction were temperature of 70℃, ethanol concentration of 70%,solid-liquid ratio of 1:35,extracted for 60 min．The polyphenols were extracted from the C. sinensis mycelium have inhibitory effects on three kinds of cancer cells,it showed that the inhibition rate for HepG-2 cell,Caco-2 cell,MCF-7 cell was up to 83．67%,72．12%,58．78%respectively,when the polyphenols concentration was 100 μg·mL-1．

Cordyceps sinensis mycelium;polyphenol;cancer cells;anticancer effect

S646.9

A

1003-8310（2017）04-0048-05

10．13629/j．cnki．53-1054．2017．04．012

尹敏（1992-），女，在讀碩士研究生，主要研究方向：食品科學。E-mail:m18468259476＠163．com

*通信作者：樊建（1964-），男，碩士，副教授，主要從事食品化學方面研究。E-mail:fanj333＠163．com

2017-05-15