人參中稀有人參皂苷轉(zhuǎn)化工藝研究進(jìn)展

沈慧玲，楊樹(shù)江，王 可

（貴州省檢測(cè)技術(shù)研究應(yīng)用中心，貴州貴陽(yáng) 550014）

人參（Panax ginsengC.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(zhǎng)。我國(guó)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(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者們?cè)絹?lái)越多的重視，并成為國(guó)際醫(yī)藥市場(chǎng)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(kāi)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(wú)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(lèi)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(gè)羥基中無(wú)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(méi)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(jí)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(cè)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(kāi)發(fā)成保健食品，將帶來(lái)巨大的社會(huì)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(jí)皂苷，且C-20 位去糖基皂苷回收率增加，同時(shí)熱處理增加了稀有人參皂苷的含量。

熱處理過(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(cè)，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(huì)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(wú)機(jī)酸，會(huì)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(duì)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(wú)需分離就可以直接用于功能性食品領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。成樂(lè)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(jì)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(duì)人參皂苷Rg3向兩種不同構(gòu)型人參皂苷的轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。

1.2.2 堿降解法

堿降解法反應(yīng)較為溫和，通過(guò)使C-3 位的糖苷鍵發(fā)生斷裂，得到僅含一個(gè)糖基的次級(jí)人參皂苷或皂苷元。所得產(chǎn)物易于分離純化，且產(chǎn)物沒(méi)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(lái)催化底物或外源化合物，使目標(biāo)初級(jí)產(chǎn)物產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。微生物及酶轉(zhuǎn)化法具有培養(yǎng)難度低、種類(lèi)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(zhǎng)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(jì)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(shí)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(duì)于20（S）型人參皂苷的研究較多，而對(duì)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(guò)簡(jiǎn)單的縮醛結(jié)構(gòu)來(lái)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(chēng)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(guò)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?zhuān)? 倍體積硫酸溶液調(diào)節(jié)pH 放置過(guò)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(yǔ)

隨著人們對(duì)健康生活的追求越來(lái)越高，人參皂苷已經(jīng)不能滿(mǎn)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(duì)于保健食品深開(kāi)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(duì)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(mén)，該法反應(yīng)溫和，專(zhuān)一性強(qiáng)，高效且對(duì)環(huán)境污染小。