РЕЗЮМЕ.
Алиментарно-зависимые микроэлементозы, в первую очередь хронический дефицит цинка и магния, остаются актуальной проблемой здравоохранения Российской Федерации. Существующие фармацевтические формы коррекции дефицита (неорганические соли, синтетические хелаты) характеризуются ограниченной биодоступностью и низкой технологической совместимостью с пищевыми матрицами массового спроса.
Цель исследования – разработка биотехнологической схемы получения функционального пищевого ингредиента на основе биофортифицированного мицелия Pleurotus eryngii, обеспечивающего поступление цинка и магния в биодоступной форме.
Материалы и методы.
Культивирование штамма Pleurotus eryngii из коллекции базидиомицетов лаборатории биотехнологии РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина проводилось в три этапа: 1) подготовка посевного материала на агаризованной среде (солодовый экстракт 30 г/л, пептон 3 г/л, агар 15 г/л; 28 °C, 14 сут); 2) скрининг составов лигноцеллюлозного субстрата на основе отходов растительного сырья; 3) глубинное культивирование в инкубаторе-шейкере ES-20 в жидкой среде с введением сульфатов цинка и магния в концентрациях X1 (расчётная доза) и X2 (двукратная доза). Финальное твёрдофазное культивирование осуществлялось в герметичных контейнерах (28 °C, 21 сут). Высушенная биомасса исследована методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) по 40 элементам, включая токсичные, по методу Скального.
Результаты.
В образцах с двукратной дозой обогащения (X2) достигнуто увеличение содержания магния в 9,95 раза (с 370,6 до 3688,1 мкг/г) и цинка в 3,80 раза (с 20,7 до 78,9 мкг/г) относительно необогащённого контроля при сохранении физиологически приемлемых концентраций остальных эссенциальных элементов. Гигиенические нормативы по токсичным элементам при этом не превышены. Порция сухого мицелия массой 30 г обеспечивает 30% суточной потребности в магнии и 20% суточной потребности в цинке.
Заключение.
Полученный ингредиент соответствует критериям функционального пищевого продукта согласно ГОСТ Р 52349-2005 и представляет собой перспективную сырьевую основу для коррекции элементного статуса населения регионов с документированным дефицитом цинка и магния.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: биофортификация, функциональные пищевые ингредиенты, биодоступность, Pleurotus eryngii, твёрдофазное культивирование, лиофильная сушка, цинк, магний, элементный статус, ИСП-МС.
Для цитирования: Сугуева С.Е., Орлова О.Ю., Перегонцева А.Ю. Биофортификация мицелия Pleurotus eryngii цинком и магнием для создания функциональных пищевых ингредиентов. Микроэлементы в медицине. 2026;27(2):31-37. DOI: 10.19112/2413-6174-2026-27-2-31-37.
ВВЕДЕНИЕ
Дефицит эссенциальных микроэлементов представляет собой одну из наиболее значимых медико-биологических проблем современного здравоохранения. По оценкам ВОЗ, около 71% всех летальных исходов в мире ежегодно ассоциированы с неинфекционными заболеваниями, развитие которых в значительной мере определяется нерациональным питанием и хронической недостаточной обеспеченностью организма биогенными элементами (Тутельян и др., 2002).
Согласно фундаментальным исследованиям А.В. Скального и сотрудников Института биоэлементологии, элементный статус населения Российской Федерации демонстрирует выраженную гетерогенность с устойчивым региональным дефицитом ряда биогенных элементов, в первую очередь железа, кальция, магния, йода, селена, цинка и меди (Скальный и др., 2016; Скальный и др., 2022; Караева и др., 2022; Степанова и др., 2025). У более чем 60% обследованного населения регистрируются субоптимальные или дефицитные значения концентрации цинка и магния в биосубстратах, что коррелирует с повышенной частотой сердечно-сосудистой и эндокринной патологии.
Цинк является кофактором более 300 ферментов, регулирует процессы пролиферации и дифференцировки клеток, формирование адаптивного иммунитета, антиоксидантную защиту (Скальный и др., 2022). Магний участвует в более чем 600 ферментативных реакциях, обеспечивает стабилизацию мембранных потенциалов, регуляцию нервно-мышечной возбудимости и сосудистого тонуса. Хронический дефицит указанных элементов рассматривается в качестве независимого фактора риска развития эссенциальной артериальной гипертензии, нарушений ритма сердца, нейродегенеративных и иммуноопосредованных заболеваний (Караева и др., 2022).
Современный рынок ингредиентов, предназначенных для восполнения дефицита цинка и магния, представлен преимущественно неорганическими солями и синтетическими хелатами. Применение указанных форм в технологических цепочках производства продуктов массового спроса сопряжено с низкой биодоступностью (15–30%), органолептической несовместимостью с пищевыми матрицами, рисками антагонистических взаимодействий с компонентами пищи. В качестве альтернативы рассматриваются функциональные ингредиенты биологической природы, в которых биогенные элементы включены в состав белково-полисахаридных и низкомолекулярных биолигандов (Falandysz, Borovička, 2013; Muszyńska et al., 2018).
Перспективной матрицей для биотрансформации эссенциальных элементов являются высшие базидиальные грибы (Basidiomycota). Полисахариды, выделенные из мицелия (β-1,3/1,6-глюканы, гетерогликаны, протеогликаны), применяются в комплексном сопровождении противоопухолевой терапии и при состояниях, развивающихся на фоне снижения иммунитета (Zięba et al., 2020; Włodarczyk et al., 2022). Важно, что соотношение концентрации полисахаридов, цинка и селена имеет решающее значение как для механизмов иммуномодулирующего действия, так и для биологического эффекта таких препаратов (Zięba et al., 2020).
Цель исследования – разработка биотехнологической схемы получения функционального пищевого ингредиента – мицелия Pleurotus eryngii, обогащённого цинком и магнием в биодоступной форме.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования служил штамм Pleurotus eryngii (DC.: Fr.) Quél. (вешенка королевская) из коллекции базидиомицетов лаборатории биотехнологии РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. Штамм P. eryngii включён в перечень съедобных грибов согласно СП 2.3.4.009-93. Лигноцеллюлозный субстрат: лузга гречихи (70%), пшеничные отруби (30%), инокуляция водной суспензией соевой муки (4 мл на культивационную единицу). В качестве источников биогенных элементов использовали гептагидраты сульфатов: ZnSO₄·7H₂O (ч.д.а.) и MgSO₄·7H₂O (ч.д.а.).
Схема культивирования
Этап 1. Подготовка посевного материала. Питательный субстрат на основе солодового экстракта (30 г/л), пептона (3 г/л), агара (15 г/л) автоклавировали при 120 °C в течение 1 ч и разливали в чашки Петри. После застывания (24 ч) в центр каждой чашки помещали кусочек штамма P. eryngii. Инкубация – 28 °C, 14 сут.
Этап 2. Скрининг составов лигноцеллюлозного субстрата. Подобрано четыре варианта субстрата на основе отходов растительного сырья (лузга гречихи, пшеничные отруби, соевая мука) в различных пропорциях. Подготовлено 12 чашек Петри (по 3 чашки на каждый вариант). По динамике зарастания мицелием для дальнейшей работы выбрана композиция: лузга гречихи 70%, пшеничные отруби 30%, инокуляция 4 мл суспензии соевой муки.
Этап 3. Глубинное культивирование с введением сульфатов Zn и Mg. Готовый посевной материал переносили в жидкую питательную среду с внесением ZnSO₄·7H₂O и MgSO₄·7H₂O в концентрациях X1 (расчётная доза, обеспечивающая теоретическое накопление в биомассе 15% суточной потребности по цинку и магнию) и X2 (двукратная доза от X1). Контрольный образец культивировали без внесения сульфатов. Глубинное культивирование проводили в инкубаторе-шейкере ES-20 Shaker-Incubator (180 об/мин, 28 °C).
Этап 4. Финальное твердофазное культивирование. Полученную обогащённую биомассу мицелия переносили в герметичные пластиковые контейнеры с подготовленным лигноцеллюлозным субстратом. Культивирование осуществляли при 28 °C в течение 21 сут до получения сплошного мицелиального покрова и формирования первичных плодовых тел. Биомассу подвергали лиофильной сублимационной сушке.
Аналитические методы
Элементный состав высушенной биомассы и контрольных образцов исследовали методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС, NexION 300D, PerkinElmer) в АНО «Центр биотической медицины» (Москва). Определяли 40 элементов, включая макроэлементы (K, Na, Ca, Mg, P), микроэлементы (Fe, Zn, Cu, Se, I, Mn, Co, Cr, Mo, V, Si, B, Ni, Li, Sn, Ge, Rb, Sr, Sb, Ba, Bi, Ga, La, W, Zr, Pt, Ag, Au) и токсичные элементы (Al, As, Hg, Pb, Cd, Tl, Be) элементы.
Результаты выражали в микрограммах на грамм сухого вещества. Сопоставление проводили с нормативами среднесуточной физиологической потребности (400 мг/сут по магнию, 12 мг/сут по цинку) и требованиями ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые функциональные».
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Динамика прироста биомассы. Введение сульфатов цинка и магния в исследованных концентрациях не оказало ингибирующего влияния на скорость и характер прироста мицелиальной массы. На 3-и сутки наблюдалось формирование плотного мицелиального покрова на 35–40% площади субстрата, на 17-е сутки – полное (100%) покрытие, что свидетельствует об отсутствии токсического действия применяемых доз на клеточный метаболизм P. eryngii.
Микроэлементный профиль. Полные результаты количественного многоэлементного анализа представлены в табл. 1. В контрольном образце (без внесения сульфатов) содержание цинка составило 20,7 мкг/г сухого вещества, магния – 370,6 мкг/г. В образце с однократной дозой обогащения (X1) содержание цинка возросло до 49,5 мкг/г (× 2,39), магния — до 553,2 мкг/г (× 1,49). В образце с двукратной дозой обогащения (X2) достигнут целевой уровень: цинк 78,9 мкг/г (× 3,80), магний 3688,1 мкг/г (× 9,95).
Кинетика биоаккумуляции не выходит на плато насыщения в исследованном диапазоне концентраций, что свидетельствует о наличии резерва биоаккумулятивной ёмкости P. eryngii и возможности дальнейшего увеличения содержания целевых элементов. Содержание токсичных элементов (Al, As, Cd, Hg, Pb, Tl, Be) во всех образцах не превышало гигиенических нормативов (ТР ТС 021/2011, СанПиН 1.2.3685-21).
Соответствие нормативам функциональных продуктов. Согласно ГОСТ Р 52349-2005, функциональным пищевым продуктом признаётся продукт, обеспечивающий поступление физиологически функциональных пищевых ингредиентов в количестве, составляющем 15–50% от среднесуточной физиологической потребности в одной порции. Для образцов X2 порция сухого мицелия массой 30 г обеспечивает поступление
110,6 мг магния (27,7% суточной нормы) и 2,37 мг цинка (19,7% суточной нормы), что находится в нормативном диапазоне 15–50%.
Биодоступность и физиологические эффекты. Биодоступная форма цинка и магния в составе мицелиальной матрицы имеет принципиальное преимущество перед неорганическими и синтетическими хелатными формами. Цинк, ассоциированный с металлотионеинами и β-глюканами клеточной стенки, поступает в организм в виде физиологически узнаваемых биолигандов и транспортируется через эпителий тонкого кишечника с участием транспортёров ZIP4 и hPepT1 (Alamir, 2021). Магний представлен в форме комплексов с органическими кислотами, аминокислотами и фосфорилированными производными, что обеспечивает его эффективное всасывание по парацеллюлярному и трансцеллюлярному путям (Караева и др., 2022).
Дополнительным преимуществом мицелиальной матрицы является присутствие β-глюканов с документально подтверждённой иммуномодулирующей, антиоксидантной и пребиотической активностью (Włodarczyk et al., 2022), что обеспечивает синергетическое усиление физиологических эффектов цинка и магния. Включение разработанного ингредиента в состав продуктов массового спроса представляется обоснованным инструментом коррекции регионального дефицита эссенциальных элементов, документированного в исследованиях А.В. Скального и сотрудников (Скальный и др., 2016; Скальный и др., 2022).
Таблица 1. Микроэлементный состав образцов мицелия Pleurotus eryngii по данным ИСП-МС, мкг/г сухого вещества
| Элемент | Контроль | X1 | X2 |
| Калий (K) | 420,526 | 643,965 | 426,476 |
| Натрий (Na) | 110,891 | 102,465 | 108,183 |
| Кальций (Ca) | 1368,15 | 1295,36 | 1638,51 |
| Магний (Mg) | 370,643 | 553,241 | 3688,11 |
| Фосфор (P) | 4168,75 | 3501,37 | 4448,07 |
| Железо (Fe) | 13,649 | 11,902 | 13,518 |
| Цинк (Zn) | 20,739 | 49,476 | 78,871 |
| Медь (Cu) | 4,936 | 3,750 | 5,133 |
| Селен (Se) | 0,265 | 0,254 | 0,222 |
| Иод (I) | 0,258 | 0,259 | 0,207 |
| Марганец (Mn) | 6,684 | 5,932 | 17,328 |
| Кобальт (Co) | 0,0881 | 0,0840 | 0,0719 |
| Хром (Cr) | 1,646 | 1,454 | 1,976 |
| Молибден (Mo) | 0,262 | 0,187 | 0,216 |
| Ванадий (V) | 0,0318 | 0,0253 | 0,0476 |
| Кремний (Si) | 16,010 | 20,840 | 21,809 |
| Бор (B) | 8,921 | 10,075 | 12,595 |
| Никель (Ni) | 0,340 | 0,315 | 0,597 |
| Литий (Li) | 0,0229 | 0,0232 | 0,0280 |
| Олово (Sn) | 0,130 | 0,112 | 0,136 |
| Германий (Ge) | 0,0116 | 0,0136 | 0,0106 |
| Рубидий (Rb) | 5,704 | 4,185 | 6,949 |
| Стронций (Sr) | 8,514 | 8,048 | 8,860 |
| Сурьма (Sb) | 0,00851 | 0,00714 | 0,00793 |
| Барий (Ba) | 3,082 | 3,046 | 2,998 |
| Висмут (Bi) | 0,00234 | 0,00150 | 0,00117 |
| Галлий (Ga) | 0,0125 | 0,0115 | 0,0104 |
| Лантан (La) | 0,0403 | 0,0242 | 0,0489 |
| Вольфрам (W) | 0,00501 | 0,00543 | 0,00484 |
| Цирконий (Zr) | 0,587 | 0,340 | 0,657 |
| Платина (Pt) | 0,000343 | 0,00130 | 0,00349 |
| Серебро (Ag) | 0,0168 | 0,0227 | 0,0137 |
| Золото (Au) | 0,000297 | 0,00056 | <0,0001 |
| Алюминий (Al) | 7,059 | 8,014 | 6,514 |
| Мышьяк (As) | 0,0808 | 0,0814 | 0,0856 |
| Ртуть (Hg) | 0,0578 | 0,0881 | 0,0181 |
| Свинец (Pb) | 0,125 | 0,175 | 0,103 |
| Кадмий (Cd) | 0,0104 | 0,00952 | 0,0111 |
| Таллий (Tl) | 0,00393 | 0,00521 | 0,00544 |
| Бериллий (Be) | 0,00939 | 0,00620 | 0,00781 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработана биотехнологическая схема получения функционального пищевого ингредиента на основе биофортифицированного мицелия Pleurotus eryngii. В образцах с двукратной дозой обогащения сульфатами цинка и магния достигнуты целевые показатели накопления элементов: содержание магния возросло в 9,95 раза, цинка – в 3,80 раза относительно необогащённого контроля. Порция сухого мицелия массой 30 г обеспечивает 30% суточной нормы потребления магния и 20% суточной нормы потребления цинка, что соответствует критериям функционального пищевого продукта согласно ГОСТ Р 52349-2005.
Полученный ингредиент представляет собой перспективную сырьевую основу для коррекции элементного статуса населения регионов с документированным дефицитом цинка и магния.
ОГРАНИЧЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперимент выполнен на лабораторном масштабе, что не позволяет в полной мере оценить технологические параметры процесса при промышленном масштабировании. Анализ биодоступности in vitro и in vivo на лабораторных животных и в клинических исследованиях не проводился – заключение о биодоступной форме элементов сделано на основании сопоставления литературных данных о механизмах биоассимиляции базидиомицетами. Биологическая повторность ограничена тремя образцами, что не позволяет провести строгий статистический анализ межгрупповых различий.
ЛИТЕРАТУРА
Караева А.Ф., Геворкян Э.С., Закарян Г.Г. Роль магния, калия, кальция, цинка и свинца в развитии эссенциальной артериальной гипертензии у детей. Микроэлементы в медицине. 2022; 23(4): 80–86.
Скальный А.В., Тиньков А.А., Скальная М.Г. и др. Цинк: от профилактики дефицита до терапевтического потенциала. Часть 1. Микроэлементы в медицине. 2022; 23(2): 3–14.
Скальный А.В., Демидов В.А., Грабеклис А.Р. и др. Обеспеченность цинком – важный показатель здоровья человека. Микроэлементы в медицине. 2021; 22(3): 3–12.
Степанова Н.В., Святова Н.В., Косов А.В. Сравнительный анализ содержания химических элементов в волосах женщин фертильного возраста, проживающих в условиях зобной эндемии. Микроэлементы в медицине. 2025; 26(1): 23–30.
Тутельян В.А., Княжев В.А., Хотимченко С.А. и др. Селен в организме человека: метаболизм, антиоксидантные свойства, роль в канцерогенезе. М.: Издательство РАМН. 2002; 224 с.
Горбачев А.Л. Эколого-медицинские проблемы дефицита и избытка йода (обзор литературы). Микроэлементы в медицине. 2025; 26(1): 17–22.
Alamir O.F. Nutritional immunity: targeting fungal zinc homeostasis. Heliyon. 2021; 7(8): e07805. DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e07805.
Falandysz J., Borovička J. Macro and trace mineral constituents and radionuclides in mushrooms: health benefits and risks. Applied Microbiology and Biotechnology. 2013; 97(2): 477–501. DOI: 10.1007/s00253-012-4552-8.
Muszyńska B., Kała K., Włodarczyk A. et al. Pleurotus ostreatus and Agaricus bisporus mushrooms in selenium and zinc enriched cultivation. Food Chemistry. 2018; 253: 131–137.
Skalny A.V., Skalnaya M.G., Grabeklis A.R. et al. Hair concentration of essential trace elements in adult non-occupationally exposed residents from a Russian Arctic region. Environmental Science and Pollution Research. 2016; 23(2): 1216–1226.
Włodarczyk A., Krakowska A., Sułkowska-Ziaja K. et al. Pleurotus spp. mycelia enriched in magnesium and zinc salts as a potential functional food. Molecules. 2022; 26(1): 162. DOI: 10.3390/molecules26010162.
Zięba P., Sękara A., Sułkowska-Ziaja K., Muszyńska B. Culinary and medicinal mushrooms: Insight into growing technologies. Acta Mycologica. 2020; 55(2): 5526. DOI: 10.5586/am.5526.
Информация об авторах:
Светлана Евгеньевна Сугуева – аспирант, факультет биотехнологий
E-mail: svetlana_sugueva@rambler.ru; ORCID: не представлен; SPIN: не представлен
Анастасия Юрьевна Перегонцева – бакалавр, кафедра физической и коллоидной химии
ORCID: не представлен; SPIN: не представлен
Ольга Юрьевна Орлова – к.т.н., лидер партнерства Фудтех-индустрии,
директор центра Фудтех (исследовательско-образовательный центр в области питания),
доцент факультета технологического менеджмента и инноваций, вед. науч. сотрудник
SPIN: 4501-4077
Конфликт интересов
Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Финансирование
Исследование выполнено в рамках инициативного научно-исследовательского проекта Университета ИТМО и РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина без привлечения внешнего грантового финансирования.