稀有人參皂苷生物轉(zhuǎn)化技術(shù)研究進展

裴智文，黃尚信，肖鳳艷，高峰*

（1.吉林農(nóng)業(yè)科技學院，吉林 吉林 132109；2.廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530000）

人參皂苷結(jié)構(gòu)組成及藥理活性的研究表明，稀有人參皂苷相比于原型人參皂苷具有藥理作用活性更高，吸收利用能力更強的優(yōu)勢，如稀有人參皂苷Rg3、C-K、Rh4等，但含量極低，且?guī)缀鯖]有天然產(chǎn)物的存在，野生山參和紅參也只存在極少量，所以如何轉(zhuǎn)化高活性作用強效的稀有人參皂苷成為當下熱門研究對象。

1 ?酶法生物轉(zhuǎn)化技術(shù)

1.1 糖苷酶轉(zhuǎn)化

李有海等[1]通過β-糖苷酶和人參莖葉總皂苷發(fā)生水解反應(yīng)后得到的水解產(chǎn)物經(jīng)過分離純化后，通過波譜鑒定出一個未有相關(guān)報道的新的人參皂苷元（20（S）-達瑪烷-3β，6α，12β，20，25-五醇）。崔瑩瑩[2]首先應(yīng)用多種糖苷酶分別進行多組合發(fā)生催化反應(yīng)，分離純化得到稀有人參單體皂苷Rc、Rb2和Rb3，轉(zhuǎn)化率分別為49.50%、40.00%、47.10%，又以CobgllA和Bglpc28作為單獨或組合的催化劑，對Rc、Rb2以及Rb3進行轉(zhuǎn)化，實驗數(shù)據(jù)顯示此方法可作為制備六種高純度的稀有人參皂苷（C-Mc、C-O、C-Mx、C-Mx1、C-Mc1以及C-Y）的方法。

彭婕等[3]采用人參皂苷Ⅰ型酶（來自A.nigerg.848菌），在水解PPD型皂苷中得到4條轉(zhuǎn)化機理：①Rb1→Rd→F2、C-K②Rb1、Rd→F2→C-K③Rb2、Rc→C-O、C-Mc1④C-O、C-Mc1→C-Y、C-Mc→C-K，該實驗還為低成本制備稀有皂苷C-K、F2、C-Mc和Rh2提供科學理論基礎(chǔ)。劉春瑩[4]利用人參皂苷Ⅰ型酶（從A.nigerg.848菌和g.48菌獲得），并以這兩種不同來源的人參皂苷Ⅰ型酶對西洋參PPD型皂苷進行水解反應(yīng)，水解產(chǎn)物分離純化后得到F2、C-Mc、C-Y和C-K，并表明從A.nigerg.848菌獲得的人參皂苷Ⅰ型酶催化活性更強，理論轉(zhuǎn)化率分別為69.50%、43.70%、42.40%和69.50%；李冠亨等[5]利用人參皂苷Ⅲ型酶（從基因克隆的E.coliC41菌獲得）對人參皂苷Rc定向轉(zhuǎn)化制備C-Mc，產(chǎn)物純度90%，得率為58.33%。王東明[6]以人參皂苷Ⅳ型酶（由Aspergillussp.39g中獲得）催化水解Re和Rg1，得到產(chǎn)物F1的純度為98.2%，轉(zhuǎn)化率2.94%，和Rg1的純度為96.1%，轉(zhuǎn)化率14.3%，為制備高純度高活性的F1和Rg1提供科學基礎(chǔ)，人參皂苷Ⅳ型酶作為一種新型糖苷酶，對苷元的選擇性強，能催化水解多種PPT型皂苷，但對PPD型皂苷無催化能力。

1.2 蝸牛酶轉(zhuǎn)化

于兆慧等[7]在制備稀有皂苷C-K時是利用蝸牛酶對人參皂苷Rb1定向轉(zhuǎn)化得到，得率為86.91%。于兆慧等[8]還通過交聯(lián)-包埋法使蝸牛酶進行微球固定化并對人參皂苷Rb1定向轉(zhuǎn)化C-K，平均得率為36.79%，固定化后蝸牛酶對環(huán)境條件的耐性提高，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，但得率下降的原因有待考究，此研究也為完善蝸牛酶的應(yīng)用提供了科學實驗及理論基礎(chǔ)，其工藝條件簡單，可應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

1.3 其他酶法轉(zhuǎn)化

劉莉等[9]采用濕熱酶法水解PPD型人參皂苷，在預實驗ph5.0、30℃、培養(yǎng)基濃度為5.5mg/ml條件下轉(zhuǎn)化制備人參稀有皂苷Rg3和C-K。劉彥楠[10]首次采用酶＋酸的組合方式進行制備稀有人參皂苷，首先利用纖維素酶水解人參總皂苷制備Rg3，其轉(zhuǎn)化率為37.50%，再通過檸檬酸水解Rg3制備稀有人參皂苷Rg5，并通過分離純化，稀有人參皂苷的轉(zhuǎn)化率為27.02%，純度為98.9%，所以其機理為：總皂苷→Rg3→Rg5。

2 ?微生物轉(zhuǎn)化

2.1 土壤微生物轉(zhuǎn)化

成樂琴等[11]利用人參土壤微生物GS514菌的粗酶轉(zhuǎn)化人參皂苷Re和Rg1，證明了NaCl可以激活酶的活性，且推測該酶具有金屬依賴性，其轉(zhuǎn)化機理為：①Re→Rg1→F1，②Re→20（S）-Rg2，③Rg1→20（S）Rh1，④Rg1→Rh1→20（S）-PPT，⑤Rg1→F1→20（S）-PPT。高娟等[12]利用黑曲霉J7（東北農(nóng)耕土壤獲得）對人參皂苷Rb1定向轉(zhuǎn)化制備C-K，轉(zhuǎn)化率為74.70%，且純度高，可應(yīng)用于工業(yè)化制備稀有人參皂苷C-K。武倫鵬等[13]從人參根部土壤篩選分離并鑒定從真菌GH26可高效轉(zhuǎn)化人參皂苷Rb1制備C-K，其轉(zhuǎn)化率為76.60%。

2.2 菌種發(fā)酵轉(zhuǎn)化

李粟琳等[14]通過對五株食用菌種進行發(fā)酵，轉(zhuǎn)化制備稀有皂苷人Rd、Rg3、C-K，還得到乳酸菌對Re和Rg1的水解轉(zhuǎn)化途徑：①Re→F1，②Re→Rg1→Rh1，③Re→Rg2→Rh1。蘇玲等[15]利用人參-靈芝液體發(fā)酵法得到水解產(chǎn)物PPD型皂苷（Rg5、Rd、Rg3和20（S）-Rg3），以及PPT型皂苷（Rg6、F4和Rf），并得知靈芝對PPD型人參皂苷的轉(zhuǎn)化活性更強，初步證實發(fā)酵液和菌絲體的強抗氧化活性，為研究和開發(fā)新型抗氧化劑通過理論依據(jù)。

藏玉蘋[16]對7種食品級微生物進行篩選，以Rd和Rg3的轉(zhuǎn)化率為指標，最終篩選出黑曲霉和米曲霉，通過對這兩種酶進行單一和混合兩方面做實驗考察得知，混合菌株比單一菌株的轉(zhuǎn)化活性更高，該實驗成功建立了新型的磁性固定化最佳工藝以及食品級微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷的最佳發(fā)酵工藝，可作為新工藝進行推廣利用

2.3 內(nèi)生菌轉(zhuǎn)化

孫曉雨[17]成功發(fā)現(xiàn)兩株內(nèi)生真菌CGMCCNO.4315和4316（人參根內(nèi)獲得），通過實驗證明其可特異性轉(zhuǎn)化人參皂苷Rb1制備Rd，并得知NO.4316的轉(zhuǎn)化活性最強。李俊瑩等[18]應(yīng)用新成功篩選得到的人參內(nèi)生真菌GE17-7（從17年生野山參獲得），其對PPD型皂苷12位碳上具有專一選擇性，得到水解產(chǎn)物稀有人參皂苷Rg3，并分析其轉(zhuǎn)化機理為Rb1→Rd→Rg3。

崔磊等[19]從32種黨參內(nèi)生菌分離篩選得到D19菌株，成功制備了稀有皂苷F2、C-K和Rh1，轉(zhuǎn)化率分別為30%、17%和8%，分析得到轉(zhuǎn)化機理為Rb1→Rd→F2→C-K。許文迪等[20]利用冬蟲夏草菌的專一選擇性轉(zhuǎn)化人參單體皂苷Rb1制備F2，得率為70.16%，轉(zhuǎn)化機理為Rb1→Rd→F2。郭從亮等[21]首次對15株入侵性內(nèi)生真菌（從紫莖澤蘭獲得）進行分離篩選得到coniochaetesp，其對人參皂苷Rb1具有特異性，可得到轉(zhuǎn)化產(chǎn)物Rd和C-K，轉(zhuǎn)化率分別為88.38%和11.62%，并分析推測其轉(zhuǎn)化機理為Rb1→Rd→C-K。

3 ?腸道菌群轉(zhuǎn)化

人們通過的人腸道菌群和老鼠腸道菌群，進行體內(nèi)或離體相關(guān)實驗，并取得相當不錯的成就。李雪晴等[22]利用人腸道菌群對三七PPD型和PPT型兩種皂苷進行代謝反應(yīng)，得到五條轉(zhuǎn)化機理：①Rb1→Rd→Rg3→Rh2→PPD，②Rb1→七葉膽苷XVII→F2→C-K→PPD，③R1→R2→Rh1→PPT，④Re→Rg1→F1→PPT，⑤Rg1→Rh1→PPT。韓銘鑫[23]利用人腸道菌群對五種PPD型皂苷在37℃，體外厭氧條件下進行代謝轉(zhuǎn)化，推測稀有皂苷Rb1和C-K是腸道菌群的最終產(chǎn)物。張琰等[24]人腸道菌群對六種PPT型皂苷進行體外代謝實驗，并推測出其轉(zhuǎn)化途徑為Re→Rg1/Rg2→Rh1/F1→PPT；Rg1→Rh1→F1→PPT；Rg2→Rh1→PPT；Rf→Rh1→PPT；R1→Rg1/R2→Rh1→PPT，為利用腸道菌群轉(zhuǎn)化得到多種PPT型稀有皂苷奠定了基礎(chǔ)。唐嵐等[25]分別用從雌、雄大鼠糞便得到的離體腸道菌群對三七皂苷進行反應(yīng)，實驗發(fā)現(xiàn)兩種腸道菌群只對Rb1有代謝反應(yīng)，且發(fā)現(xiàn)雄鼠的轉(zhuǎn)化能力更強，證實了腸道菌群的組成或數(shù)量有個體性別差異性。

生物轉(zhuǎn)化是稀有人參皂苷最有效且高效的技術(shù)，其具有轉(zhuǎn)化率高，副產(chǎn)物少利于分離純化，綠色環(huán)保，且反應(yīng)過程容易控制等優(yōu)點受到人們的認可，但由于目前對其研究還是在初級階段，可適用于工業(yè)生產(chǎn)的工藝較少。而且酶法轉(zhuǎn)化成本相對較高，工藝復雜，較不利于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)制備，以及微生物轉(zhuǎn)化在初期的菌種篩選培育耗時耗力，高效菌株篩選培育成功率不高，這也是其工業(yè)化發(fā)展進程的阻礙因素之一。作為“藥食同源”類型中的人參，其產(chǎn)品安全性受到人們的關(guān)注，以上的轉(zhuǎn)化技術(shù)都缺乏安全性評價。近年來，人們開始對食品級酶和對食品級微生物進行菌種發(fā)酵轉(zhuǎn)化，以及通過體內(nèi)腸道菌群轉(zhuǎn)化進行相關(guān)研究，以此獲得具有安全性的稀有人參皂苷及其他人參產(chǎn)品。