中藥發(fā)酵研究現(xiàn)狀及展望

肖日傳,王德勤,張傳平

(廣州白云山和記黃埔中藥有限公司，廣東 廣州 510515)

中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，凝聚著中華民族幾千年來的健康養(yǎng)生理念及實踐經(jīng)驗。中藥憑借其綠色天然、副作用小、低耐藥性的獨特優(yōu)勢，對慢性病、傳染病、頑固性疾病等的治療有較好的療效，近年來受到了高度重視。為加快中藥產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化的進程，提升中藥產(chǎn)品的價值和品質，國內外學者對中藥的制藥工藝展開了一些創(chuàng)新性的研究，如中藥超微粉碎[1]、中藥配方顆粒[2-3]、真空冷凍干燥[4]等技術的研究已取得一定進展。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對天然活性物質兩大來源的中藥材和微生物的綜合協(xié)同研究引起了比較廣泛的興趣，通過微生物對中藥材進行發(fā)酵的研究備受關注。

中藥的發(fā)酵源于古代人民利用微生物發(fā)酵進行釀酒、制作生產(chǎn)醬醋等輔料，在此基礎上加入不同的藥材，進而形成發(fā)酵中藥。根據(jù)記載，經(jīng)發(fā)酵工藝制成的傳統(tǒng)中藥有建神曲、半夏曲、紅曲、南星曲、淡豆豉、百藥煎等[5]。由于傳統(tǒng)的中藥發(fā)酵缺乏統(tǒng)一的技術標準，發(fā)酵過程多憑主觀經(jīng)驗判斷，導致產(chǎn)品質量良莠不齊。隨著現(xiàn)代生物科技的發(fā)展，發(fā)酵工程技術逐漸在食品和農(nóng)產(chǎn)品等行業(yè)內普及。中藥經(jīng)微生物發(fā)酵后或可使藥性得以改變、藥效提高、毒性減小，能有效提高中藥資源利用率，具有廣闊的發(fā)展和應用前景，將生物發(fā)酵應用到中藥研發(fā)和生產(chǎn)中，也已成為中藥現(xiàn)代化研究的重要內容。本文對中藥發(fā)酵的概念、優(yōu)勢、關鍵技術及品種開發(fā)等方面進行了綜述和展望。

1 中藥發(fā)酵的概念

1.1 中藥發(fā)酵的定義

中藥發(fā)酵是指合適的環(huán)境條件下，經(jīng)處理或凈制后的藥材或藥材提取物，利用酶及微生物的分解催化作用，使藥材發(fā)泡、生衣的方法[6]。傳統(tǒng)中藥發(fā)酵是利用環(huán)境中的自然菌，一般為多菌種混合進行的自然發(fā)酵，參與發(fā)酵的菌種種類和數(shù)量難以控制，受環(huán)境、季節(jié)變化等因素影響較大，發(fā)酵工藝過程存在不確定性，多是憑主觀經(jīng)驗判斷和控制，其質量難以保證。現(xiàn)代中藥發(fā)酵是一種新工藝，由原來的自然條件發(fā)酵轉變?yōu)楦儍?、更精準的發(fā)酵過程，需嚴格控制發(fā)酵過程中的發(fā)酵環(huán)境，如溫度、濕度、酸堿度及氧氣等因素，對發(fā)酵菌種的數(shù)量和種類也做了嚴格的要求和控制，保證發(fā)酵過程在可控環(huán)境中，從而提升中藥發(fā)酵品的質量。

1.2 中藥發(fā)酵的分類

中藥發(fā)酵包括固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩類[7]。固體發(fā)酵源于傳統(tǒng)的制曲工藝，是以中藥材或農(nóng)副產(chǎn)品作為發(fā)酵營養(yǎng)基質，采用一種或多種菌種進行發(fā)酵的方法。中藥固體發(fā)酵后產(chǎn)生益生菌及生物酶，從而發(fā)揮活性。侯美如等[8]采用解淀粉芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵黃芪，研究發(fā)酵前后其有效成分含量的變化，結果顯示，發(fā)酵后黃芪多糖、總黃酮和總皂苷成分得到有效釋放，含量均有明顯提高。固體發(fā)酵的效果與發(fā)酵工藝密切相關，發(fā)酵過程中基質含水量、菌種接種量、原料的預處理、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時長、pH值及輔料的選擇對發(fā)酵結果均有較大的影響。優(yōu)化發(fā)酵工藝，量化評價指標，對促進固體發(fā)酵的產(chǎn)業(yè)化進程有重要意義。

與固體發(fā)酵不同的是，液體發(fā)酵主要是以中藥材或其提取物和基礎培養(yǎng)液的混合物作為發(fā)酵基質，其產(chǎn)物為發(fā)酵液。液體發(fā)酵具有培養(yǎng)周期短、生產(chǎn)效率高、發(fā)酵參數(shù)可控的優(yōu)點，可滿足大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)需求。但對無菌要求較高，需嚴格控制發(fā)酵設備及工藝生產(chǎn)條件。

隨著研究的深入，雙向發(fā)酵[9-11]成為近年研究熱點，其主要采用藥用真菌與一種或多種中藥材進行組合發(fā)酵，中藥與真菌相互作用、相互影響，具有雙向性。雙向發(fā)酵效率高，易產(chǎn)生新物質、新功效，但因真菌與藥材之間的不同組合，使發(fā)酵產(chǎn)物和化學成分變得復雜，發(fā)酵過程中藥用菌影響藥性基質的機理不明確，故有待進一步的研究探索。

2 中藥發(fā)酵的優(yōu)勢

2.1 提高有效成分含量，增強藥物療效

自然界中絕大多數(shù)的細菌、真菌等微生物可產(chǎn)生纖維素酶[12]。中藥經(jīng)過微生物發(fā)酵，代謝產(chǎn)生多種生物酶，其中纖維素酶可直接降解植物細胞壁的纖維素，從而提高藥材有效成分的透過率及溶出率，增強療效。劉自堯等[13]采用槐耳對板藍根進行發(fā)酵，研究發(fā)酵后有效成分的含量變化，結果顯示，發(fā)酵后多糖與肌苷含量明顯升高，抗炎藥效顯著增強。

2.2 產(chǎn)生新的活性成分，擴大應用范圍

中藥發(fā)酵過程中經(jīng)過酶的催化反應，藥物的結構發(fā)生轉化或分解，所獲成分更易被體吸收，也使藥理活性得到最大程度的發(fā)揮。如芍藥苷、升麻苷、白藜蘆醇苷、黃芩苷等苷類成分在轉化為苷元后其功效增強，也產(chǎn)生新的藥理活性。此外部分皂苷經(jīng)發(fā)酵后產(chǎn)生稀有皂苷，提升了其利用價值。叢悅怡等[14]采用紅曲霉對人參進行發(fā)酵，探索成分轉化規(guī)律，結果顯示發(fā)酵后人參中總皂苷含量增加40%，而人參皂苷Rb1或Rb2隨著發(fā)酵時間的加長，逐漸轉化為稀有的人參皂苷Rg3，擴大了其臨床應用范圍，該研究為人參發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)應用奠定基礎。

2.3 降低中藥毒性，改善中藥口感

部分中藥材含有一定毒性，如川烏中的烏頭堿類物質、枇杷仁中的氰苷類物質、蒼耳子中的毒蛋白類物質以及朱砂中所含有的重金屬類物質等一般需經(jīng)過炮制減毒方能用于臨床。中藥發(fā)酵作為一種獨特的傳統(tǒng)炮制方法，發(fā)酵后能使藥材中有毒成分分解或轉化，毒副作用得到明顯的消除或改善。且傳統(tǒng)的中藥炮制后，口感仍不太理想，而微生物發(fā)酵過程中，代謝產(chǎn)生了多種高級醇、有機酸或具有香味的酯類，如異戊醇、乳酸、檸檬酸、乙酸異戊酯等，這些成分在保證中藥藥效有效發(fā)揮的同時極大地改善了中藥產(chǎn)品的口感和風味。曹藝等[15]利用微生物對含馬兜鈴酸A的中藥進行生物轉化脫毒，篩選合適菌種，結果顯示選取的10個菌種中枯草芽孢桿菌對不同藥材所含馬兜鈴酸A的含量有不同程度降低，表明適合的微生物發(fā)酵可使中藥毒性降低。

2.4 節(jié)約中藥資源，保護生態(tài)環(huán)境

中藥經(jīng)過發(fā)酵處理，有效成分提取率提高、藥效增強，可以保證相同藥效的同時減少藥材使用量。相關實驗結果顯示[16]，發(fā)酵中藥只需要1/28的中藥材用量，就可以達到經(jīng)一般煎、煮及熬所得水提物一份量的藥效，可見發(fā)酵中藥利用率極高。此外，中藥材在炮制和中藥制品加工階段會產(chǎn)生大量中藥渣，而中藥渣一般作為廢棄物進行堆放處理，造成了中藥資源的浪費和環(huán)境的污染。固體發(fā)酵可用于中藥渣的資源化利用[17]，提升中藥資源利用率，可廣泛應用在水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖等動物生產(chǎn)中。因而中藥發(fā)酵具有較大的社會意義和經(jīng)濟價值，能實現(xiàn)中藥資源的綜合利用及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3 中藥發(fā)酵的關鍵技術

隨著現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的進步和發(fā)展，發(fā)酵技術不斷在中藥研究領域的應用和普及，中藥發(fā)酵相關技術問題逐漸涌現(xiàn)。已有學者圍繞中藥發(fā)酵工藝、發(fā)酵原理等方面進行了較多的探討研究，但發(fā)酵菌種的選育、發(fā)酵中藥的評價體系建立仍是研究重點與難點。

3.1 選擇優(yōu)良發(fā)酵菌種

選育菌種是中藥材發(fā)酵的基礎和關鍵。自然界益生菌種種類眾多，每一菌種發(fā)酵的機理也不相同，針對不同的中藥選取適合的發(fā)酵菌種對提高發(fā)酵效率有促進作用。李國紅等[18]采用枯草芽孢桿菌對50種中藥進行發(fā)酵，并測定抗菌活性，結果顯示，不同中藥經(jīng)枯草芽孢桿菌發(fā)酵后抗菌活性有不同變化，枯草芽孢桿菌是連翹、土茯苓、射干等12種中藥的優(yōu)勢菌種，發(fā)酵后抗菌活性增強。此外，常用于中藥發(fā)酵的菌種有酵母菌、乳酸菌、紅曲霉、黑曲霉和靈芝菌、蟲草菌、茯苓菌等藥用菌，因而針對更多中藥材的發(fā)酵篩選最佳的單個菌種或復合菌種，仍是中藥發(fā)酵研究重要內容。

3.2 規(guī)范和創(chuàng)新發(fā)酵工藝

傳統(tǒng)發(fā)酵工藝存在效率較低、周期較長等缺點，且發(fā)酵終點的判斷主要依據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗，準確性和科學性不足，導致產(chǎn)品質量波動較大。目前并沒有統(tǒng)一規(guī)范的發(fā)酵工藝，也沒有相關工藝標準。為解決上述問題，應確立發(fā)酵前、發(fā)酵過程中及發(fā)酵后等關鍵過程控制節(jié)點，縮短發(fā)酵周期。通過對發(fā)酵過程關鍵工藝參數(shù)的自動在線控制和動態(tài)優(yōu)化，確立工藝標準，實現(xiàn)規(guī)范化發(fā)酵生產(chǎn)和標準化控制。為防止雜菌污染及環(huán)境影響，保證產(chǎn)品質量，生產(chǎn)設備及環(huán)境條件要求較高，需明確發(fā)酵的優(yōu)勢菌種類型及數(shù)量，以減少不同菌種發(fā)酵造成的影響，從而保證發(fā)酵中藥質量的“有效、安全、可控、穩(wěn)定”。

3.3 建立中藥發(fā)酵的多維質量評價體系

探索發(fā)酵過程中科學的判斷方法，建立發(fā)酵中藥的多維質量評價體系，也是中藥發(fā)酵的技術難點之一。歷代醫(yī)藥典籍中有關中藥發(fā)酵程度的判斷多是經(jīng)驗性的文字記載，隨著中藥產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，經(jīng)驗性的表述和人工判斷已難以滿足準確性和規(guī)?；囊蟆Ｒ虼瞬捎眠m當方法客觀化經(jīng)驗特征，基于大量的古今文獻資料，建立專業(yè)的中藥發(fā)酵中生產(chǎn)工藝、質量標準及藥理應用等的數(shù)據(jù)庫，采用機器視覺、電子鼻、電子舌、電子顯微等新技術對中藥發(fā)酵程度相關性狀進行客觀化的闡釋，將有助于推動發(fā)酵技術的發(fā)展傳承。建立定向發(fā)酵適合性中藥篩選，增加發(fā)酵中藥的性狀特征、專屬性指標及有害菌檢查，建立符合發(fā)酵中藥特點的多維質量評價體系。

4 中藥發(fā)酵品種研究現(xiàn)狀

淡豆豉和神曲是我國古代受傳統(tǒng)制曲工藝啟發(fā)產(chǎn)生制作的最具代表性應用和最常見的中藥發(fā)酵品種。隨著社會進步，發(fā)酵技術由傳統(tǒng)的自然發(fā)酵發(fā)展為現(xiàn)代的雙向發(fā)酵及定向發(fā)酵，通過對近年中藥發(fā)酵相關文獻進行檢索，總結列舉了如下具有代表性的中藥發(fā)酵品種及其優(yōu)勢發(fā)酵菌種。見表1。

基于文獻檢索結果，以及對上述中藥發(fā)酵品種進行統(tǒng)計分析，見表2，結果顯示可用于發(fā)酵且發(fā)酵后活性增強的中藥品種約80余種，幾乎涵蓋了中藥所有類別，其中補益藥和清熱藥品種分布較多，分別為21.95%和19.51%。發(fā)酵中藥品種有一定基礎研究，但大多缺乏規(guī)模生產(chǎn)和實際應用，目前基本實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)酵品種有淡豆豉、神曲、發(fā)酵蟲草、三七，其他品種仍待開發(fā)。

5 展望

目前，中藥發(fā)酵仍處于起步階段，基礎研究多集中在發(fā)酵工藝及過程控制方面，且局限于單一菌種發(fā)酵，復合菌種發(fā)酵中藥產(chǎn)生更多的生物酶和代謝產(chǎn)物，生物轉化效率高，更具開發(fā)潛力和價值，未來或將成為中藥發(fā)酵研究的重要方向。

發(fā)酵技術方面，發(fā)酵菌種的篩選和評價工作仍是關鍵研究領域，需要不斷加強。植物內生菌可參與宿主植物代謝，能產(chǎn)生與宿主植物相同或相似的活性成分，因而內生菌發(fā)酵中藥是中藥發(fā)酵篩選優(yōu)勢菌種的技術突破點，而對內生菌的分離鑒定和特性研究則是技術關鍵。隨著中藥與現(xiàn)代科學的融合，中醫(yī)藥理論逐漸深入，發(fā)酵技術難題將逐一得到解決，通過開發(fā)設計新型生物發(fā)酵反應器、發(fā)酵產(chǎn)物分析測試設備精準定向控制發(fā)酵參數(shù)，中藥發(fā)酵的工業(yè)化條件將越來越成熟。

表1 代表性的發(fā)酵中藥及優(yōu)勢菌種

表2 發(fā)酵中藥品種分類

中藥發(fā)酵在藥品、食品與保健品、獸用藥物或保健劑開發(fā)等方面具有廣泛應用前景。藥品方面，經(jīng)微生物發(fā)酵后制得的藥品制劑有效成分提高，毒性成分減少，療效增強，如以發(fā)酵蟲草菌粉為主要成分的金水寶、以微生物發(fā)酵三七為主要原料的片仔癀等藥品在醫(yī)藥市場上具有極大關注度，分別在補肺益腎和消炎止痛上有良好療效，其他發(fā)酵中藥新藥亟待進一步開發(fā)。中藥發(fā)酵后也能作為新型飲片參與臨床配方以及作為制劑原料使用，中藥發(fā)酵飲片開發(fā)和利用必將打開中醫(yī)藥發(fā)展的新空間。食品與保健品開發(fā)方面，大多藥食兩用中藥，通過微生物發(fā)酵，可制備成具有良好保健作用的食品及保健品，其特色在于改善中藥口味，提高中藥成分生物利用度，更易人體吸收。獸用藥或飼料添加劑方面，中藥材發(fā)酵后形成微生態(tài)制劑，用于畜禽養(yǎng)殖、動物生產(chǎn)可明顯促進其生長發(fā)育、提高生產(chǎn)性能、增強免疫機能、維持畜禽腸道菌群平衡及改善畜禽產(chǎn)品品質，同時還可替代或減少抗生素的使用。因此，發(fā)酵中獸藥和飼料添加劑將具有廣闊的開發(fā)前景。

隨著現(xiàn)代生物技術的發(fā)展與中藥產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化，中藥發(fā)酵必將在中藥制劑劑型的改進、中藥臨床應用范圍的擴大、中藥新藥和保健產(chǎn)品的開發(fā)、中獸藥和飼料添加劑的開發(fā)等諸多領域得到廣泛的應用，為中藥的研究和發(fā)展開辟新的途徑。發(fā)酵中藥也將憑借其獨特的優(yōu)勢，為保障人類健康、防治畜禽疾病與維護食品安全做出重大貢獻，取得長足發(fā)展。