人參中稀有人參皂苷轉(zhuǎn)化工藝研究進(jìn)展

沈慧玲 楊樹江 王可

摘 要：近年來人參保健食品的開發(fā)呈上升趨勢，稀有人參皂苷是具有更強(qiáng)生物活性的人參皂苷次級代謝物，在天然植物中含量極少。本文綜述了稀有人參皂苷的轉(zhuǎn)化工藝，為人參的進(jìn)一步合理開發(fā)提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：人參；稀有人參皂苷；轉(zhuǎn)化工藝

Abstract： In recent years， the development of Panax ginseng C.A.Meyer. health food is on the rise. Rare ginsenosides are secondary metabolites of ginsenosides with stronger biological activity， and their content in natural plants is very small. In this paper， the conversion technology of rare ginsenosides is reviewed， which provides theoretical basis and technical reference for further rational development of ginseng.

Keywords： Panax ginseng C.A.Meyer.; rare ginsenosides; conversion process

人參（Panax ginseng C.A.Meyer.）是五加科（Araliaceae）人參屬植物，經(jīng)人工曬干之后的根和根莖可入藥[1]。人參由粗大的紡錘形主根和茂密細(xì)小的須根組成，其根狀莖通常較短，直立或斜上生長。我國是人參主產(chǎn)地之一，吉林、遼寧和黑龍江等地為其主要產(chǎn)區(qū)。因此，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者們越來越多的重視，并成為國際醫(yī)藥市場中最重要的大宗中藥材品種之一。人參皂苷多樣化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和多重功效作用被廣泛關(guān)注，是目前研究最為廣泛、深入，開發(fā)最為成功的人參有效成分。

人參皂苷是人參的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，單體形態(tài)多以白色粉末或無色結(jié)晶形式存在。人參皂苷因其母核結(jié)構(gòu)的差異分為四環(huán)三萜類的達(dá)瑪烷型、五環(huán)三萜的齊墩果烷型、奧克梯隆型皂苷，其中達(dá)瑪烷型皂苷占人參皂苷構(gòu)型的大部分。按四環(huán)母核上C-3、C-6、C-12、C-20四個羥基中無或有C-6位羥基取代，可分為原人參二醇型和原人參三醇型。原人參二醇型皂苷在C-6位沒有羥基取代，原人參三醇型皂苷在C-6位有羥基取代。根據(jù)原人參二醇型皂苷和原人參三醇型皂苷在C-20手性碳取代位置的差異，可進(jìn)一步分為20（S）和20（R）構(gòu)型的人參皂苷[1]。目前，人參中鑒定出的皂苷有100余種，這100余種人參皂苷經(jīng)研究能夠顯著改善細(xì)胞氧化和刺激功能低下的生理系統(tǒng)，還能起到抑制腫瘤的作用以及促進(jìn)腫瘤細(xì)胞向良性細(xì)胞方向分化。稀有人參皂苷是人參皂苷的次級衍生物，它在天然植物中的含量非常少，但它的活性相較于人參皂苷更強(qiáng)，具體包括了抗腫瘤、抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、保護(hù)神經(jīng)中樞、增強(qiáng)免疫力、改善記憶以及抗應(yīng)激等功能[2-7]。研究表明，人參經(jīng)口服后在體內(nèi)檢測到的僅為代謝后的稀有皂苷及其皂苷元。這些稀有人參皂苷更易被人體吸收。如能開發(fā)成保健食品，將帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

1 稀有人參皂苷的轉(zhuǎn)化工藝

1.1 熱處理法

熱處理法常用于炮制紅參、黑參等人參炮制品。人參皂苷水溶液經(jīng)水浴加熱處理后形成相應(yīng)C-20位去糖基次級皂苷，且C-20位去糖基皂苷回收率增加，同時熱處理增加了稀有人參皂苷的含量。

熱處理過程可引起氧化、水解、酯化、甲基化、乙?；?、羥基化和羰基化等反應(yīng)發(fā)生。利用化合物之間的相互轉(zhuǎn)變，改變各種化合物的比例，使藥物的活性提高或產(chǎn)生新的活性物質(zhì)。鮮參中常見的成分有人參皂苷Rb1、Rb2、Rd、Rg1、Re和Rf等。人參皂苷Rs3、Rs4和Rg5常見于處理后的人參中[8-9]。ZHANG等[10]將人參、西洋參和三七根部和莖葉經(jīng)熱處理后用酸溶液轉(zhuǎn)化人參皂苷。經(jīng)檢測，3種原植物中的小極性皂苷的含量在轉(zhuǎn)化后大于中極性皂苷的含量。

1.2 化學(xué)處理法

化學(xué)轉(zhuǎn)化法是指利用化學(xué)試劑使人參皂苷的側(cè)鏈在酸性或堿性條件下發(fā)生脫水、環(huán)和、雙鍵移位的反應(yīng)，該反應(yīng)能得到豐富的反應(yīng)產(chǎn)物。酸水解法、堿降解法是常用的化學(xué)轉(zhuǎn)化法。

1.2.1 酸水解法

酸水解法會使糖苷配基的結(jié)構(gòu)變化，形成原人參二醇型皂苷和原人參三醇型皂苷及C-20差向異構(gòu)[20（S）和20（R）構(gòu)型的人參皂苷][11]。相較于熱處理法，酸水解的產(chǎn)物更加豐富且產(chǎn)量較高。傳統(tǒng)的酸水解法大多采用高濃度無機(jī)酸，會使人參皂苷的苷元側(cè)鏈發(fā)生脫水、環(huán)和、雙鍵移位，從而導(dǎo)致產(chǎn)物復(fù)雜多變。其缺點(diǎn)是反應(yīng)劇烈且對環(huán)境污染嚴(yán)重，目前研究的熱點(diǎn)在于選用更加綠色環(huán)保且高效低廉的水解酸溶液。例如，天然產(chǎn)物中的有機(jī)酸有無需分離就可以直接用于功能性食品領(lǐng)域的優(yōu)勢。成樂琴等[12]選用與10 mg·mL-1原人參二醇組皂苷等體積的乳酸水溶液進(jìn)行酸水解反應(yīng)，水浴加熱后的水解產(chǎn)物用飽和Na2CO3水溶液中和后用等體積的水飽和正丁醇反復(fù)萃取，濃縮萃取液后得到人參皂苷Rg3。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計得到制備Rg3的適宜條件。人參皂苷Rg3可以分離得到兩種構(gòu)型的人參皂苷，即20（R）-Rg3和20（S）-Rg3。其還進(jìn)一步研究了實(shí)驗(yàn)條件的變化對人參皂苷Rg3向兩種不同構(gòu)型人參皂苷的轉(zhuǎn)化過程的影響。

1.2.2 堿降解法

堿降解法反應(yīng)較為溫和，通過使C-3位的糖苷鍵發(fā)生斷裂，得到僅含一個糖基的次級人參皂苷或皂苷元。所得產(chǎn)物易于分離純化，且產(chǎn)物沒有構(gòu)象的變化等優(yōu)點(diǎn)。

李緒文等[13]采用高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑將西洋參莖葉總皂苷在強(qiáng)堿條件下溶解，在常壓高溫條件下進(jìn)行降解，經(jīng)正交試驗(yàn)確定，20（S）-原人參二醇的最佳降解條件是m（NaOH）/m（西洋參莖葉總皂苷）=2.0，V（甘油）/m（西洋參莖葉總皂苷）為15.0；在235 ℃下反應(yīng)200 min經(jīng)硅膠柱色譜、乙酸乙酯結(jié)晶和ODS柱色譜分離，最終得到20（S）-原人參二醇，產(chǎn)率為5.01%。

1.3 微生物及酶轉(zhuǎn)化法

微生物及酶轉(zhuǎn)化法是利用微生物產(chǎn)生的某種酶或酶系來催化底物或外源化合物，使目標(biāo)初級產(chǎn)物產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)價值。微生物及酶轉(zhuǎn)化法具有培養(yǎng)難度低、種類多、靶向性強(qiáng)以及轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)。

SONG等[14]從人參田中的土壤中分離出近150種微生物，并鑒定出一株生長迅速、繁殖力高和酶產(chǎn)率高的青霉屬菌株。此菌株具有很強(qiáng)的人參皂苷轉(zhuǎn)化能力。在pH值為7.0的條件下與人參皂苷Rd溫育后，使人參皂苷Rd轉(zhuǎn)化為人參皂苷CK。DUAN等[15]將蝸牛酶（內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶）與10%人參皂苷Rb1溶解于乙酸-乙酸鈉緩沖液中反應(yīng)。蝸牛酶選擇性切斷人參皂苷Rb1的β-D-吡喃葡萄糖苷鍵，得到人參皂苷CK。經(jīng)單變量實(shí)驗(yàn)設(shè)計和響應(yīng)面方法確定了蝸牛酶將人參皂苷Rb1轉(zhuǎn)化為人參皂苷CK的最佳水解條件，即pH值為5.12，溫度為51 ℃，蝸牛酶∶底物為0.21，反應(yīng)時間為48 h。此外，添加1.0 mmol·L-1鐵離子可顯著改善蝸牛酶的酶解能力。在上述條件下，人參皂苷CK的最大轉(zhuǎn)化率達(dá)到89.7%。

目前對于20（S）型人參皂苷的研究較多，而對20（R）型人參皂苷的研究較少。實(shí)際上，具有不同化學(xué)構(gòu)型的人參皂苷通常表現(xiàn)出不同的生物活性。例如，人參皂苷20（R）-Rg3比人參皂苷20（S）-Rg3具有更有效的佐劑活性[16]。

1.4 Smith降解法

Smith降解法可以將碘酸鈉氧化苷的糖部分（具有鄰二羥基結(jié)構(gòu)）氧化為二元醛，并用四氫硼鈉還原生成相應(yīng)的二元醇。該二元醇可以通過簡單的縮醛結(jié)構(gòu)來降低糖苷鍵的穩(wěn)定性，從而在室溫下可以被稀酸水解，避免了劇烈的酸水解反應(yīng)，最終獲得原糖苷配基[17]。

ZHANG等[18]利用Smith降解法制備原人參二醇。其精密稱取50 g人參提取物，溶于4 L水中，加入217 g NaIO4后攪拌反應(yīng)280 min，過濾混合液后，先用硫酸溶液洗后再用水洗，沉淀物用750 mL 70%乙醇液溶解，加入17 g NaBH4室溫孵育17 h，用水稀釋，用2倍體積硫酸溶液調(diào)節(jié)pH放置過夜后經(jīng)乙酸乙酯萃取后經(jīng)硅膠柱色譜分離得到20（S）-原人參二醇。

2 結(jié)語

隨著人們對健康生活的追求越來越高，人參皂苷已經(jīng)不能滿足人們的需求，稀有人參皂苷具有更為豐富的生物活性，將人參皂苷轉(zhuǎn)化為稀有人參皂苷對于保健食品深開發(fā)有重要意義。人參皂苷的轉(zhuǎn)化在原材料的選擇方面也具有多樣化，作為副產(chǎn)物的人參莖葉、花蕾、果實(shí)部分都可以用于轉(zhuǎn)換稀有人參皂苷?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)產(chǎn)物多樣，可以根據(jù)需求得到不同的C-20位構(gòu)型人參皂苷，但該法反應(yīng)劇烈，并存在酸堿殘留、副產(chǎn)物較多、后期分離實(shí)驗(yàn)難度大及對環(huán)境具有污染的缺點(diǎn)。目前，微生物及酶轉(zhuǎn)化法將人參皂苷轉(zhuǎn)化為稀有人參皂苷是研究的熱門，該法反應(yīng)溫和，專一性強(qiáng)，高效且對環(huán)境污染小。

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