中藥黃芪及其生物發(fā)酵炮制

史同瑞，劉宇，侯美如，王巖，陳楠楠，秦平偉

（黑龍江省獸醫(yī)科學(xué)研究所，黑龍江齊齊哈爾161006）

中藥黃芪及其生物發(fā)酵炮制

史同瑞，劉宇，侯美如，王巖，陳楠楠，秦平偉

（黑龍江省獸醫(yī)科學(xué)研究所，黑龍江齊齊哈爾161006）

黃芪是一種常用的扶正補(bǔ)氣中藥，可謂藥食同源。黃芪除了能作為藥用外，亦可開發(fā)成保健產(chǎn)品?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證實(shí)，黃芪具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、保肝抗炎、固腎降壓、抗腫瘤等藥理活性和保健功效，且毒副作用小，無(wú)殘留，現(xiàn)已被開發(fā)成免疫增強(qiáng)劑等產(chǎn)品，廣泛用于人和動(dòng)物疾病預(yù)防和免疫功能改善，并已取得理想效果[1]。

在黃芪的傳統(tǒng)提取方法中，水提醇沉提取方法成本高，活性成分收率低，中藥資源利用率不高，而酸堿提取方法由于存在腐蝕性，黃芪成分活性無(wú)法得到保障。上世紀(jì)80年代，現(xiàn)代中藥發(fā)酵技術(shù)起步研究。與傳統(tǒng)中藥提取方法比較，該方法不僅能夠提高中藥有效成分的提取率，而且還具有保護(hù)活性成分免受破壞，降解大分子物質(zhì)，產(chǎn)生新的活性物質(zhì)，降低中藥毒副作用等優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用現(xiàn)代中藥發(fā)酵技術(shù)加工炮制黃芪，開發(fā)黃芪中藥新制劑，對(duì)提高黃芪藥效，降低成本，擴(kuò)大黃芪應(yīng)用范圍具有現(xiàn)實(shí)意義。本文綜述了黃芪生物發(fā)酵的相關(guān)研究現(xiàn)狀。

1 黃芪藥效成分

黃芪化學(xué)成分復(fù)雜，許多學(xué)者對(duì)黃芪化學(xué)成分進(jìn)行了大量的研究工作，并己從黃芪中檢測(cè)出幾十種化學(xué)成分。研究結(jié)果表明，黃芪的主要化學(xué)成分是皂苷類、黃酮類、多糖類，以及生物堿、有機(jī)酸、氨基酸和微量元素，其中皂苷和黃酮類是黃芪中最為重要的化學(xué)成分。

2 黃芪發(fā)酵菌種與工藝

2.1 發(fā)酵菌種

選育優(yōu)良發(fā)酵菌種是發(fā)酵中藥黃芪的技術(shù)關(guān)鍵。傳統(tǒng)中藥發(fā)酵多用自然菌，現(xiàn)代中藥發(fā)酵主要是應(yīng)用人工篩選或選育的發(fā)酵菌作為發(fā)酵菌種，使發(fā)酵產(chǎn)物活性更強(qiáng)。一些學(xué)者還用益生菌作為發(fā)酵菌種，使發(fā)酵中藥與益生菌兩者功效疊加，協(xié)同作用，效果更加理想。目前用于發(fā)酵黃芪的菌種主要有保加利亞乳桿菌、乳酸菌、香菇真菌、靈芝真菌、傘枝犁頭霉菌和糙皮側(cè)耳菌等。孫豪棟等應(yīng)用紫外可見光誘變育種技術(shù)，篩選出能夠?qū)ⅫS芪總皂苷高效轉(zhuǎn)化為黃芪甲苷的傘枝犁頭霉菌種，該菌種可提高黃芪甲苷的產(chǎn)量，且產(chǎn)物專一，當(dāng)發(fā)酵底物中黃芪投料量為15mg/mL時(shí)，黃芪甲苷的產(chǎn)率最高，達(dá)到42.86%[2]。朱新術(shù)等從土雞腸道中篩選出1株發(fā)酵性能良好的乳桿菌，該菌具有較強(qiáng)的酶活性，能發(fā)酵大多數(shù)糖醇類物質(zhì)產(chǎn)酸，通過(guò)在添加黃芪藥液的發(fā)酵培養(yǎng)基中反復(fù)傳代馴化，使發(fā)酵菌產(chǎn)生了新的酶系，并與黃芪藥液發(fā)生了良性相互作用，黃芪藥液經(jīng)馴化菌株發(fā)酵后可使粗多糖得率提高111.9%，同時(shí)黃芪藥液也能促進(jìn)馴化菌株的增殖，使菌體濃度提高251%[3]。

2.2 發(fā)酵工藝

現(xiàn)代中藥發(fā)酵技術(shù)分為液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩類，為充分發(fā)揮發(fā)酵菌種的生物轉(zhuǎn)化能力，提高發(fā)酵中藥目的產(chǎn)物的收獲量，篩選優(yōu)化科學(xué)的發(fā)酵工藝至關(guān)重要。馬偉等應(yīng)用保加利亞乳桿菌發(fā)酵黃芪，選用L9(33)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以菌種接菌量、發(fā)酵溫度和搖床轉(zhuǎn)速為3個(gè)試驗(yàn)因素，每個(gè)因素設(shè)3個(gè)水平，以黃芪甲苷含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選黃芪發(fā)酵最佳工藝條件，結(jié)果表明，在42℃環(huán)境中發(fā)酵菌種接菌量為20%，搖床轉(zhuǎn)速80r/min時(shí)，發(fā)酵黃芪中甲苷含量最高，為0.4366 mg/g[4]。朱新術(shù)以發(fā)酵液中粗多糖得率為優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)選出最佳發(fā)酵培養(yǎng)基組方為：玉米粉42.10 g/L、氮源7.45 g/L、胡蘿卜粉9.80 g/L、KH2PO4-K2HPO4 2.18 g/L、肉膏6.25 g/L，發(fā)酵培養(yǎng)基初始pH 6.7，最佳發(fā)酵條件為：發(fā)酵溫度38℃、菌種接種量5%、發(fā)酵時(shí)間68 h，應(yīng)用此工藝進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵液中粗多糖得率可達(dá)27.94%，比優(yōu)化前提高了9.14%[5]。傅曉雪應(yīng)用單因素試驗(yàn)優(yōu)化了黃芪發(fā)酵條件，初步篩選出發(fā)酵培養(yǎng)基為：黃芪粉末100 g、玉米粉20 g、豆餅粉20 g、鹽酸硫胺0.05 g、磷酸氫二鉀l g、硫酸鎂1 g、蒸餾水1000 mL，pH自然。應(yīng)用篩選培養(yǎng)基，當(dāng)香菇種子接種量10%，在25℃環(huán)境中發(fā)酵8 d時(shí)效果較為理想[6]。

3 發(fā)酵黃芪活性成分的變化

3.1 產(chǎn)生新的活性物質(zhì)

在微生物發(fā)酵黃芪過(guò)程中，黃芪某些成分可能對(duì)發(fā)酵菌生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生影響，并改變發(fā)酵菌代謝途徑，產(chǎn)生初生或次生代謝產(chǎn)物，而發(fā)酵菌以黃芪中某些成分為前體，經(jīng)酯化、氧化等生物轉(zhuǎn)化途徑，可生成新的化合物。阮鳴等[7]研究了黃芪雙向固態(tài)發(fā)酵對(duì)黃芪甲苷轉(zhuǎn)化的影響，應(yīng)用HPLC方法分析了發(fā)酵前后黃芪甲苷的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃芪發(fā)酵后黃芪甲苷消失，同時(shí)產(chǎn)生一新成分，經(jīng)對(duì)新成分分離和結(jié)構(gòu)鑒定，確定為6-O-β-D-葡萄糖基-環(huán)黃芪醇，該轉(zhuǎn)化物具有顯著的抗氧化效應(yīng)，這一轉(zhuǎn)化具有增效的作用；研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)基中黃芪含量達(dá)40%時(shí)，黃芪甲苷的轉(zhuǎn)化較為完全，黃芪甲苷的轉(zhuǎn)化率達(dá)97.7%。

3.2 促進(jìn)活性成分轉(zhuǎn)化

在發(fā)酵菌生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，能夠產(chǎn)生一系列的酶系，能將黃芪中大分子活性物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化為易于吸收利用的活性物質(zhì)，提高黃芪的生物活性。發(fā)酵菌菌種不同，產(chǎn)生酶系也不同，轉(zhuǎn)化的活性成分也有差異。郁帥陸等[8]利用靈芝真菌對(duì)黃芪進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黃芪發(fā)酵后多糖和黃酮含量增加，而皂苷含量明顯減少。王士中等[9]以黃芪為主要培養(yǎng)基料，接種糙皮側(cè)耳菌種進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵終止后測(cè)定發(fā)酵液中主要活性成分及含量，并與黃芪水煎液活性成分作比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵黃芪中總黃酮、總皂苷和黃芪甲苷含量增加，而多糖和游離氨基酸含量減少。傅曉雪等[8]應(yīng)用香菇菌發(fā)酵黃芪，檢測(cè)發(fā)酵液中活性成份，并與黃芪對(duì)照組比較，結(jié)果表現(xiàn)，發(fā)酵黃芪總黃酮、總皂苷含量增加，但多糖含量降低。

4 發(fā)酵對(duì)黃芪藥效的影響

4.1 提升抗菌、抗病毒效果

黃芪在抗病毒、抗菌等方面也發(fā)揮著重要作用，黃芪經(jīng)生物發(fā)酵后其效果更為理想。焦巧芳應(yīng)用分離篩選的棘孢木霉發(fā)酵黃芪藥渣，經(jīng)檢測(cè)發(fā)酵藥渣抑菌活性，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵藥渣對(duì)變形桿菌、沙門氏菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有較強(qiáng)的抑菌活性，其抑菌譜與黃芪甲苷相同，而未經(jīng)發(fā)酵的藥渣對(duì)照和發(fā)酵菌液均沒(méi)有抑菌活性，試驗(yàn)結(jié)果表明，黃芪藥渣的抑菌活性是藥渣經(jīng)真菌發(fā)酵降解后，黃芪細(xì)胞壁破裂釋放出的中藥活性成分產(chǎn)生的[10]。有學(xué)者研究證實(shí)，將酵母菌接種含大豆粉、蔗糖、黃芪煮液的培養(yǎng)基，在36℃環(huán)境發(fā)酵培養(yǎng)42 h～60 h，該發(fā)酵物可預(yù)防、抑制和治療微生物感染，增強(qiáng)機(jī)體體質(zhì)。

4.2 增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)功能

黃芪增強(qiáng)機(jī)體免疫作用主要體現(xiàn)在促進(jìn)免疫器官發(fā)育、促進(jìn)免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子轉(zhuǎn)化與增殖，以及改善體液免疫等方面。王曉波等研究發(fā)現(xiàn)，黃芪發(fā)酵劑可明顯促進(jìn)小鼠脾臟B細(xì)胞、T細(xì)胞的增殖，以及T細(xì)胞依賴抗體產(chǎn)生，增強(qiáng)小鼠吞噬細(xì)胞的吞噬能力，激發(fā)小鼠淋巴細(xì)胞酸性非特異性酯酶的活性，但黃芪發(fā)酵劑對(duì)免疫器官重量影響不大[11]。陳俊榮等[12]將黃芪發(fā)酵粉劑與環(huán)磷酰胺聯(lián)合用于小鼠，結(jié)果表明，黃芪發(fā)酵劑能降低環(huán)磷酰胺引起的小鼠外周血白細(xì)胞、骨髓有核細(xì)胞減少和脾重減輕等毒性反應(yīng)，保護(hù)腎臟功能，顯著減輕化療藥環(huán)磷酰胺的毒副作用。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代中藥發(fā)酵研究是中藥領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一，但研究水平仍處于探索階段，尤其是黃芪生物發(fā)酵方面的研究。目前有關(guān)黃芪生物發(fā)酵研究主要集中在黃芪主要藥效成分含量的變化上，有關(guān)黃芪次生代謝產(chǎn)物，以及是否產(chǎn)生新的活性成分的研究還較少，而發(fā)酵菌種質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)酵工藝、發(fā)酵制劑的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有一定距離，因此，尚需加快相關(guān)理論的研究工作，為盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

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S853.7

B

1003-8655（2016）06-0084-02

史同瑞（1965-），男，山東濟(jì)寧人，研究員，主要從事動(dòng)物預(yù)防獸醫(yī)學(xué)研究。