黃曉君，汪志強，聶少平

（南昌大學 食品科學與資源挖掘全國重點實驗室 中國-加拿大食品科學與技術聯(lián)合實驗室江西省生物活性多糖重點實驗室 南昌 330047）

鐵皮石斛（Dendrobium officinale）為蘭科石斛屬多年附生草本植物，自古以來就有“藥中黃金”之美譽，在我國民間被稱為“救命仙草”[1]。《神農本草經》首次提及石斛并將其列為上品，記載為“味甘，主傷中，除痹，下氣，強陰，補五臟虛勞贏弱，久服厚腸胃”[2]。鐵皮石斛因獨特的藥用和保健價值而獲得廣泛的關注，隨著它被國家衛(wèi)生健康委員會和國家市場監(jiān)督管理總局正式納入食藥物質目錄，鐵皮石斛勢必迎來在大健康領域的發(fā)展高潮。本文基于前人工作基礎和團隊15 年的研究成果，綜述鐵皮石斛的研究歷程、鐵皮石斛多糖的科研成果，以及鐵皮石斛的產業(yè)化發(fā)展現狀，內容涵蓋鐵皮石斛栽培技術發(fā)展，功能成分挖掘，加工特性研究和鐵皮石斛多糖的結構、溶液構象、生物活性、構效關系研究以及鐵皮石斛產業(yè)發(fā)展的政策導向、產品研發(fā)現狀及難點痛點問題，期望能為鐵皮石斛在健康產業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供參考并引發(fā)思考。

1 鐵皮石斛的研究歷程

1.1 鐵皮石斛的規(guī)模化種植及種質研究

鐵皮石斛喜好生長在半陰、溫暖、濕潤且空氣流通的環(huán)境中，野生鐵皮石斛常生長在疏松厚實的樹干或陰涼潮濕的崖壁上[3]，采摘難度大，因而十分珍貴。石斛原料在上世紀80 年代已由采掘野生資源轉變?yōu)槿斯ゑZ養(yǎng)栽培，近20 年間鐵皮石斛的組培苗馴化培養(yǎng)技術、大棚種植技術以及仿野生栽培種植技術得以快速發(fā)展和推廣應用[4]。組培苗馴化培養(yǎng)包括育苗、消毒和培養(yǎng)基的配制，該技術已趨近成熟，為鐵皮石斛的產業(yè)化奠定了基礎[5]。大棚種植技術包括床栽、地栽、立體架空栽培等方式，這種技術更有利于對溫濕度、光照、肥料等種植因素進行人為控制，可減少病蟲害困擾[6]。仿野生栽培主要包括林下和巖石仿野生栽培，這種技術對種植環(huán)境的要求更為苛刻，然而由于在栽培過程中晝夜溫差大且少氮，更有利于多糖等功效物質的積累，因此被大力推廣[7]。

根據中國中藥協(xié)會石斛委員會截止2021 年的統(tǒng)計結果，我國共有野生石斛資源92 種，石斛種植總面積達30 267 hm2，綜合產值逾500 億元[8]。其中，鐵皮石斛的種植面積在10 年間增長近50 倍，總種植面積達13 300 hm2，其中大棚種植面積達6 500 hm2、仿野生栽培面積達7 700 hm2[9]。鐵皮石斛的性狀、品質、內生菌、代謝產物、藥效以及藥效物質在莖、葉等不同部位的分布均存在種源差別[10]。例如，顏沛沛等[11]發(fā)現采用仿生架栽培的鐵皮石斛“明斛1 號”，其多糖含量最高。王景瑄等[12]發(fā)現石壁附生鐵皮石斛內生真菌多樣性最高，斷木附生次之，大棚種植最低。陳燕蘭等[13]發(fā)現不同產地鐵皮石斛在原料硬度上都會存在差異。

1.2 鐵皮石斛功能特性與物質基礎

鐵皮石斛的主要功能成分為多糖、黃酮、生物堿、聯(lián)芐、氨基酸以及微量元素等，目前從鐵皮石斛中分離鑒定出的化合物有261 種[14]。多糖是鐵皮石斛中含量最高的生物活性物質，其干基含量通常在10%～30%范圍，部分人工栽培的品種中多糖含量甚至可達50%以上。鐵皮石斛中的黃酮成分以黃酮、黃酮醇、二氫黃酮醇及其苷元為主，是其發(fā)揮抗氧化和免疫調節(jié)功能的重要物質基礎[15-16]。石斛生物堿是最早從石斛中分離的化合物，主要存在于鐵皮石斛的原球莖中，目前被鑒定出的石斛堿共有52 種，它具有減少膽固醇的吸收，緩解焦慮，緩解記憶力減退，抑制腫瘤增殖等功能特性[17]。鐵皮石斛中含有的主要的聯(lián)芐類物質是巨花醇和樹突菌素，也是其主要的抗氧化物質[18]。此外，鐵皮石斛中還含有20 種氨基酸（包括8 種人體必需氨基酸）、22 種微量元素[14]，它們不僅是重要的功能成分，還具有調節(jié)原料口感的作用。

1.3 鐵皮石斛的加工特性

在將鐵皮石斛加工成粉劑、浸膏、楓斗等產品時發(fā)現：炮制方法和時間、干品粉碎度、原料浸提溫度等加工方式都會對功能成分的溶出產生影響[19]。傳統(tǒng)中草藥加工方式中，常喜歡對石斛進行炮制以延長其保存時間，如陳志琳等[20]利用超高效液相色譜-串聯(lián)高分辨質譜技術發(fā)現鐵皮石斛炮制成楓斗后，更有利于糖類化合物的積累。此外，熊慧薇等[21]研究發(fā)現高溫處理雖會降低鐵皮石斛中的多酚和必需氨基酸的含量，但可提高多糖的浸出率；而陳才軍等[22]的研究結果卻與之相反。鄒學哲等[23]根據還原糖含量和黏附性的變化，證實真空冷凍干燥為鐵皮石斛多糖的最佳干燥方式?，F代新型加工方式中已嘗試對石斛進行發(fā)酵處理。如申孝靈等[24]發(fā)現石斛經發(fā)酵后多糖、還原糖、總酚和黃酮的含量都有所增加，且發(fā)酵后的抗氧化能力和降血糖能力明顯提升。于善凱等[25]發(fā)現發(fā)酵會導致鐵皮石斛多糖含量和分子質量下降，黃酮和多酚含量增加，這可能與使用的菌種和發(fā)酵條件有關?？傮w而言，鐵皮石斛的加工特性研究并不系統(tǒng)，其加工適配性信息較為缺失，這也是制約高品質鐵皮石斛深加工產品開發(fā)的原因之一。

2 鐵皮石斛多糖的研究進展

2.1 鐵皮石斛多糖的結構特征和溶液構象

多糖作為鐵皮石斛中含量最高的功能物質，受到廣泛的關注。本團隊圍繞鐵皮石斛多糖（Dendrobium officinale polysaccharide，DOP）的高效制備、結構解析、溶液性質、生物活性以及構效關系開展近15 年的系統(tǒng)性研究（圖1）[26-58]。采用酶解輔助聯(lián)合反復凍融構建了一種石斛多糖簡便、高效的分離純化方法，并成功制備純度達90%以上的鐵皮石斛多糖[26-29]。首次對DOP 的一級精細結構進行表征，證實它是一種主鏈為β-1，4 糖苷鍵鏈接的葡甘露聚糖，且側鏈連接有O-乙?；▓D2a）[30-31]。掃描電鏡下觀察DOP 的形貌特征，發(fā)現它具有線狀結構和小球體的結構（圖2e）[32]。高效體積排阻色譜串聯(lián)多角度激光光散射儀（HPSEC-MALLS）測得DOP 的重均分子質量為76.5 ku，特性黏度為2.39 dL/g，且其在溶液中的構象呈現為分子鏈鋼性較強的無規(guī)卷曲狀（圖2b～2d）[33]。比較DOP 與其它來源的葡甘聚糖，發(fā)現分子質量分布和乙?；鶖盗颗c葡甘聚糖的表觀黏度和ζ-電位呈正相關性；同時，較高的分子質量和較低的甘露糖/葡萄糖比例對提高葡甘聚糖的持水性和持油性有積極作用[34]。

圖1 圍繞鐵皮石斛葡甘聚糖的研究工作框架Fig.1 Research framework around the glucomannan of Dendrobium officinale

圖2 DOP 的結構和構象特征[33]Fig.2 Structure and conformational characteristics of DOP[33]

2.2 鐵皮石斛多糖的生物活性

鐵皮石斛多糖的各類生物活性被廣泛研究和報道。本團隊基于現代營養(yǎng)學理論，借助多種生化技術，證實了DOP 在免疫調節(jié)、抗氧化、調節(jié)腸道炎癥、促進胃腸道健康以及改善糖脂代謝等方面具有一定的功能活性，并闡釋了相關可能機制[35-53]。

針對DOP 的免疫調節(jié)功能，開展了體內外系統(tǒng)性評價并闡釋了可能的調節(jié)機制。首先，在體內外試驗中證實DOP 的免疫調節(jié)功能，表現為：能夠在體外增強RAW264.7 的增殖和吞噬能力，促進細胞分泌細胞因子——腫瘤壞死因子（TNF-α）[35-37]；在正常和免疫抑制小鼠中也能有效激活巨噬細胞功能，有效促進脾淋巴細胞的增值和分化，促進炎癥因子的分泌，提升血清中免疫球蛋白水平以及提高肝臟的抗氧化能力[38-39]。同時，通過對比鐵皮石斛水提液、粗多糖和純多糖的免疫調節(jié)能力，確證多糖是鐵皮石斛提取物中起到免疫調節(jié)作用的主要效用物質。之后，借助抑制劑干擾、受體敲低和分子模擬等技術手段，證實巨噬細胞表面的多個先天免疫受體，如Toll 樣受體4（TLR4）、分化抗原簇14 基因（CD14）、甘露糖受體（MR），都參與DOP 的識別，多條先天免疫途徑【包括Toll 樣受體（TLRs）介導的信號通路、C 型凝集素受體（CLRs）介導的信號通路、核苷酸結合寡聚域樣受體（NLRs）介導的信號通路】與Janus 激酶-信號轉導與轉錄激活子（JAK-STAT）信號通路交叉協(xié)同增強了DOP 在腫瘤環(huán)境中的免疫激活能力，并且Toll 樣受體2（TLR2）和TLR4 共同介導了DOP 誘導骨髓源巨噬細胞（BMDM）向M1 型分化，啟動I型干擾素的自分泌循環(huán)以形成JAK1-STAT1 正反饋回路機制。類似的結果在蘆薈和魔芋來源的葡甘聚糖中也有證實，由此提出“多個先天免疫受體協(xié)同介導葡甘聚糖多途徑激活巨噬細胞” 假說并得到證實（圖3）[40-42]。

圖3 “多個先天免疫受體協(xié)同介導葡甘聚糖多途徑激活巨噬細胞”假說[42]Fig.3 Hypothesis of 'Multiple innate immune receptors synergistically mediate the activation of macrophages through multiple pathways of glucomannan'[42]

針對DOP 改善胃腸道功能的作用，已從消化代謝情況到對各類胃腸疾病的影響進行全面剖析與闡述（圖4）。通過體外模擬消化酵解發(fā)現DOP幾乎不能被胃腸液消化降解。然而，在體試驗發(fā)現其能夠被腸道菌群酵解并產生短鏈脂肪酸等代謝產物，同時，顯著促進腸道蠕動，增加糞便持水能力和縮短排便時間[43-44]。此外，DOP 還可以通過激活細胞免疫和體液免疫緩解結腸炎小鼠的炎癥反應，并修復結腸炎小鼠的腸道黏膜損傷和腸道菌群失衡[45-47]。DOP 這種對腸道免疫的調節(jié)能力在更為惡劣的結腸癌模型中也有明顯表現[38]，而它對線粒體功能的破壞和對腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）自噬途徑的過度激活可能是其抗癌途徑[48]。介于DOP 對腸黏膜損傷的優(yōu)秀修復能力，繼續(xù)評估它對于胃黏膜損傷的保護作用，并驚喜地發(fā)現：DOP 對急、慢性胃損傷也有著極為顯著的修護能力，可加速潰瘍面愈合并緩解炎癥反應；對脾胃虛寒造成的消化不良還能夠通過促進胃腸蠕動來促進消化。

圖4 DOP 對胃腸道功能的保護作用Fig.4 The protective effect of DOP on gastrointestinal function

針對DOP 調節(jié)糖脂代謝的功能，也借助多組學技術闡釋了其功效機制。在糖尿病大鼠體內，已證實DOP 的降血糖能力，包括：增強模型動物葡萄糖耐受能力，顯著改善高血糖癥狀，降低血清血糖、糖化血清蛋白和胰島素濃度，以及提升胰島素敏感性；同時，也證實其顯著的降血脂能力，包括：降低血清中總膽固醇、總甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇和游離脂肪酸濃度，提升高密度脂蛋白膽固醇水平，增強胰島β 細胞功能，降低組織中脂肪細胞增值和糖蛋白沉積[49-51]。借助代謝組學、脂質組學和微生物組學技術發(fā)掘其降血糖和降血脂功能，可能與DOP 具有的調節(jié)氨基酸代謝和改善糖尿病個體腸道菌群失衡作用具有顯著的相關性[52]。相似的結果在人群糞便的菌群測試中也有發(fā)現：DOP 能調節(jié)2 型糖尿病病人腸道菌群的多樣性和結構，并通過富集腸道中吉氏副擬桿菌等有益菌的豐度來發(fā)揮改善胰島素抵抗的作用（圖5），這一研究結果[53]已發(fā)表于《Nature Communications》。

圖5 DOP 改善胰島素抵抗的機制Fig.5 Mechanism of DOP improving insulin resistance

2.3 鐵皮石斛多糖的構效關系研究

通過有乙醇分級沉淀、水解、乙酰化、脫乙?；?、硫酸化、以及羧甲基化等手段對鐵皮石斛多糖進行化學修飾，比較它們修飾前、后的理化性質、溶液特性和生物活性變化，以挖掘DOP 的潛在構效關系[54-55]。研究中發(fā)現分子質量分布、溶液黏度、單糖組成、官能團類型和數量與DOP 免疫調節(jié)活性具有明顯的相關性[27]。一定程度的分子質量的降低，可導致DOP 溶液黏度的下降，進而有利于促進巨噬細胞的免疫功能。羧甲基化修飾會降低DOP 激活巨噬細胞的能力，而硫酸化和乙酰化則表現出一定程度的增強能力[56]。乙酰基數量與DOP 激活巨噬細胞的能力呈現“非線性波浪”量效關系[42，57]。與此同時，將DOP 與具有相似單糖組成的蘆薈多糖和魔芋多糖進行比較，可以發(fā)現：雖然3 種多糖同為葡甘聚糖，但是它們的降血糖和降血脂功效與其分子質量分布具有正相關性，而與單糖組成中甘露糖/葡萄糖的比例具有負相關性，并且乙酰基數量的增加不利于葡甘聚糖提升模型動物的葡萄糖耐受能力[58]。

3 鐵皮石斛的產業(yè)化現狀

3.1 鐵皮石斛的產區(qū)分布與產量

鐵皮石斛的產區(qū)主要分布于安徽西南部、浙江東部、福建西部、廣西西北部、四川、云南東南部以及江西等地。在浙江，鐵皮石斛主要在樂清市、衢州市等地區(qū)發(fā)展壯大[59]。鐵皮石斛是樂清市的重要支柱產業(yè)，樂清市先后榮獲“中國鐵皮石斛之鄉(xiāng)”“國家鐵皮石斛生物產業(yè)基地”等稱號。雁蕩山鐵皮石斛于已被列入中國農業(yè)品牌目錄，并獲得國家地理標志產品[60]。衢州市注重現代生態(tài)種植技術的發(fā)展，開發(fā)了立體林業(yè)栽培新模式，將鐵皮石斛與三葉青、黃精、白及等物種套種，如今已成為當地林下仿野生種植的標桿[61]。在云南，廣南縣是“中國鐵皮石斛之鄉(xiāng)”，廣南鐵皮石斛為國家地理標志產品[62]。在廣西，桂平市白石山鐵皮石斛發(fā)展歷史最早可追溯至東晉，并入選全國農產品地理標志[63]。

江西鐵皮石斛規(guī)?；N植最早出現于2010年前、后，雖然起步較晚，但是種植條件優(yōu)越，丹霞地貌遍布全省，非常適宜鐵皮石斛生長，尤其是龍虎山和井岡山等地[64]。2021 年，江西省的苗床栽培和仿野生栽培的鐵皮石斛產量分別達到1 500 t和390 t，產值也分別達到3 億元和3.15 億元[8]。龍虎山的崖壁鐵皮石斛獨具特色；明月山利用特色富硒山泉水在深山樹林中進行鐵皮石斛的仿野生栽培；贛南龍南地區(qū)石斛谷的掛樹仿野生種植鐵皮石斛面積也突破了1 000 hm2。優(yōu)良的種質資源和充足的產量，為鐵皮石斛的精深加工提供了原料保障。

3.2 鐵皮石斛在健康產業(yè)應用的政策變化

鑒于鐵皮石斛的優(yōu)良生物活性，我國對于石斛產業(yè)的發(fā)展也相繼出臺過多項政策激勵。自2002 年起，鐵皮石斛可被用于醫(yī)藥或保健品原料。2018 年1 月11 日，原國家衛(wèi)生和計劃生育委員會發(fā)布了《關于就黨參、鐵皮石斛等9 種物質作為按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材物質開展試生產征求意見的函》。2019 年11 月25 日，中華人民共和國國家衛(wèi)生健康委員會（以下簡稱國家衛(wèi)健委）、國家市場監(jiān)督管理總局（以下簡稱市場監(jiān)管總局）正式下發(fā)《關于對黨參等9 種物質開展按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材的物質管理試點工作的通知》（國衛(wèi)食品函[2019]311 號），明確開展生產經營試點工作。各省級衛(wèi)生健康委員會提出具體的試點方案，報請省級人民政府同意后，經國家衛(wèi)健委與市場監(jiān)管總局核定，獲批并印發(fā)試點方案后，可啟動試點工作。2020 年6 月12 日，國家衛(wèi)健委辦公廳印發(fā)《關于云南省開展按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材的物質管理試點意見的函》，同意云南省對鐵皮石斛開展食藥物質試點的風險監(jiān)測方案，這是我國獲批鐵皮石斛藥食同源試點的首個省份。自此，我國云南、廣西、廣東、貴州、湖北、四川、浙江、江西、江蘇、山東、福建、安徽12 個地區(qū)的鐵皮石斛食藥同源試點相繼獲國家藥品監(jiān)督管理局批準，并下發(fā)試點通知。2020 年12 月10日，市場監(jiān)管總局還下發(fā)通知，要求必須按照傳統(tǒng)的加工和食用方法開展試點。2021 年開始，我國廣西、廣東、云南、浙江、江西等地開始企業(yè)試點工作。試點結束后，國家衛(wèi)健委會同市場監(jiān)管總局，根據各地試點實施情況，研究論證將鐵皮石斛納入食藥物質目錄管理的可行性。最終，在2023 年11 月9 日，鐵皮石斛被正式納入按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材的物質目錄。由此迎來了其產業(yè)壯大的歷史性轉折點。

3.3 鐵皮石斛的深加工現狀與問題

有關鐵皮石斛的專利技術主要集中在保健品的研發(fā)和人工種植技術上，專利總量超過5 400件，其中涉及鐵皮石斛深加工產品開發(fā)的專利占83.1%，這當中鐵皮石斛保健飲品和酒類的專利數超500 件[65]。鐵皮石斛產品主要可分為4 類：一是鐵皮石斛干制品，二是鐵皮石斛中成藥或保健品，三是添加石斛原料的新食品，四是添加了石斛提取物的日化產品[66]。

鐵皮石斛的干制品主要是干條和楓斗2 種形式，前者呈段狀，后者呈螺旋狀。相比于石斛鮮品，鐵皮楓斗雖更易保存且保留了石斛豐富的營養(yǎng)物質和功能活性，但需經久煮或打粉后久煮服用為最佳，食用不方便[67]。依照中醫(yī)藥典籍，將石斛與其它中草藥進行復配，還可開發(fā)出功效多樣的中成藥產品，例如：石斛夜光丸、脈絡寧注射液、通塞脈片、養(yǎng)陰口服液等[68]。然而，這些產品主要在藥店銷售，其藥品屬性極大地限制了產品的流通渠道。鐵皮石斛保健品很好地拓展了它的流通渠道，市面上常見的石斛保健品主要以粉劑、顆粒劑、膠囊、片劑、口服液、浸膏等劑型存在[69]，比干制品食用更方便。然而，這些產品形式守舊、缺乏創(chuàng)新性和創(chuàng)造力，對年輕消費者吸引力弱。目前，以石斛為原料開發(fā)的新食品主要以石斛飲料、石斛酒、薄脆餅干等形式在售[70]。這些產品形式相對新穎且方便食用，更易吸引年輕消費者的關注。然而，部分產品存在“功能定位不精準”“功效成分含量模糊”等問題?！鞍伟俨　钡男麄鞣绞礁亲璧K了正確的消費者心智教育，制約了產品品質提升，導致產品口碑和影響力不足。此外，含有鐵皮石斛提取物的牙膏、面膜、香皂等日化產品近幾年也活躍在市場上[71]。目前，部分日化產品存在石斛提取物成分不清、添加量不明、功能特性未知等問題。整體而言，現有石斛相關健康產品存在的突出問題是：缺乏科學的配方設計，缺乏新技術的投入，缺乏新產品的創(chuàng)制。新技術的投入和新產品的開發(fā)是未來鐵皮石斛資源實現高品質精深加工的必經之路。

4 結語與展望

綜上所述，充足且優(yōu)質的鐵皮石斛資源為其精深加工孕育溫床，扎實且深厚的科研基礎為其創(chuàng)新產品的研發(fā)奠定基石，有力的政策保障也為其產業(yè)渠道的拓展保駕護航。在這“天時、地利、人和”的境遇下，鐵皮石斛產業(yè)迎來了高速發(fā)展的最佳時機。尤其在經歷新冠疫情后，食藥同源資源的免疫調節(jié)功能再次受到人們的關注，也為“大健康”產業(yè)的蓬勃發(fā)展提供了新選擇。鐵皮石斛營養(yǎng)健康產品的研發(fā)將成為其立足“大健康”領域的重要環(huán)節(jié)。當前，應將傳統(tǒng)中藥瑰寶與現代營養(yǎng)理論相結合，建立食藥同源營養(yǎng)配方設計的新理論；同時，系統(tǒng)性完善鐵皮石斛加工指紋圖譜研究，形成其特色加工新技術，并最終創(chuàng)制科學營養(yǎng)的鐵皮石斛健康食品。