益生菌發(fā)酵中草藥的研究進(jìn)展

摘要：中藥發(fā)酵是一種重要的中藥炮制技術(shù)，將益生菌運用于中草藥發(fā)酵，使中草藥具有藥效提高、毒副作用減弱等優(yōu)點，可以更好地發(fā)揮中草藥在臨床治療中的作用。益生菌作為中草藥發(fā)酵的重要微生物，兩者相輔相成，將進(jìn)一步推動中草藥發(fā)酵的現(xiàn)代化應(yīng)用。本文闡述了益生菌發(fā)酵中草藥的菌株種類，詳細(xì)介紹了中草藥發(fā)酵生物轉(zhuǎn)化機(jī)理，論述了不同發(fā)酵工藝特性以及對發(fā)酵產(chǎn)品的影響，最終闡明了發(fā)酵中草藥的優(yōu)勢，為中草藥發(fā)酵領(lǐng)域的研究者提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：中草藥；益生菌；發(fā)酵技術(shù)

中圖分類號：R 283 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中草藥（Chinese herbal medicine）主要由植物藥（根、莖、葉、果）、動物藥（內(nèi)臟、皮、骨、器官等）和礦物藥組成。因植物藥占中藥的大多數(shù)，所以中藥也稱中草藥。中國是中草藥的發(fā)源地，古代先賢對中草藥的研究與探索，使得中草藥受到廣泛認(rèn)同與應(yīng)用。中草藥在治療疾病、保健養(yǎng)生等方面發(fā)揮重要作用。

益生菌（probiotics）是通過定殖在人體內(nèi)，改變宿主某一部位菌群組成的一類對宿主有益的活性微生物。通過調(diào)節(jié)宿主黏膜與系統(tǒng)免疫功能或通過調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡，促進(jìn)營養(yǎng)吸收和保持腸道健康，從而產(chǎn)生有利于健康的單一微生物或組成明確的混合微生物。

隨著現(xiàn)代中醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，中草藥發(fā)酵逐漸成為了醫(yī)藥領(lǐng)域聚焦的熱點。中草藥發(fā)酵是在繼承了中藥炮制學(xué)發(fā)酵法的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代生物工程而形成的新技術(shù)。中草藥發(fā)酵已被廣泛應(yīng)用于中藥制備，以增強(qiáng)功效和降低毒性[1]。在中草藥發(fā)酵中引入益生菌可進(jìn)一步促進(jìn)中藥成分的轉(zhuǎn)化和釋放，提高藥效，并且能夠產(chǎn)生有益化合物[2]。因此，益生菌與中草藥發(fā)酵的結(jié)合將進(jìn)一步發(fā)揮中藥的治療潛力，有望為中藥行業(yè)發(fā)展帶來重大的變革。本研究對中草藥發(fā)酵技術(shù)的潛在機(jī)理及應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了綜述，期望為中草藥發(fā)酵的后續(xù)研究和開發(fā)應(yīng)用提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 發(fā)酵中草藥的益生菌種類

微生物發(fā)酵菌劑（微生物發(fā)酵劑、生物接種劑）是將目標(biāo)微生物經(jīng)過工業(yè)化生產(chǎn)擴(kuò)繁后，通過熱脅迫、冷處理、包埋技術(shù)、發(fā)酵培養(yǎng)基滲透壓處理和菌體收獲期選擇等方法制成活菌制劑[3]，并可制成不同的劑型，可用于食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。按照發(fā)酵過程菌株參與的數(shù)量，可分為單一菌株發(fā)酵和混合菌株協(xié)同發(fā)酵兩大類。

1.1 單一菌株發(fā)酵

采用單一菌株發(fā)酵是中草藥發(fā)酵最常見的形式。益生菌通過代謝活動，可能導(dǎo)致中藥材中某些活性成分的降解、轉(zhuǎn)化或結(jié)合，從而影響藥效[4]。這類發(fā)酵的特點是菌株發(fā)酵過程簡單，代謝清晰，代謝產(chǎn)物可控，但是存在轉(zhuǎn)化效率低、轉(zhuǎn)化慢等缺點。現(xiàn)在單獨應(yīng)用于發(fā)酵中草藥的益生菌菌種很多，包括乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌等，表1 列舉了常用的微生物發(fā)酵菌株及其相應(yīng)的發(fā)酵底物。

1.2 混合菌株發(fā)酵

與單一菌株發(fā)酵相比，混合菌株發(fā)酵可以提供更多的酶類物質(zhì)和代謝產(chǎn)物，微生物協(xié)同作用可提高中草藥發(fā)酵的轉(zhuǎn)化效率，促進(jìn)活性物質(zhì)的釋放?；旌暇臧l(fā)酵不僅僅局限于一類微生物，細(xì)菌、真菌、細(xì)菌–真菌的發(fā)酵模式已被廣泛用于復(fù)方中草藥的發(fā)酵[21-22]，表2 列舉了常用的微生物協(xié)同發(fā)酵菌株。

2 中草藥發(fā)酵生物轉(zhuǎn)化機(jī)理

中草藥在發(fā)酵過程中，會利用微生物生長和代謝過程中產(chǎn)生有益的代謝產(chǎn)物或者利用所產(chǎn)的酶代謝其原有的物質(zhì)，從而改變草藥的化學(xué)組成和藥理特性。中草藥發(fā)酵生物轉(zhuǎn)化過程受菌種、底物、時間、溫度和pH 等影響。圖1 為中草藥發(fā)酵生物轉(zhuǎn)化機(jī)理示意圖，微生物在中草藥發(fā)酵中的機(jī)理主要有5 方面。

第一，在發(fā)酵過程中，益生菌自身會形成多種代謝產(chǎn)物，包括有機(jī)酸（如乳酸、丙酸）、抗菌肽、酶、維生素等[13，31]，可能具有多種生物活性，包括調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能、抗菌作用等[32]。

第二，中草藥中原有的物質(zhì)，通過微生物代謝會形成新的成分。某些中草藥本身帶有一定的毒性，傳統(tǒng)去除毒性的方法有蒸煮、曬干等[33]。通過微生物發(fā)酵，既可以有效降低中草藥毒性，又可以避免傳統(tǒng)炮制復(fù)雜低效的缺點。蘇建樹等[34]利用微生物發(fā)酵有效降低了川烏、附子中有毒生物堿的含量。

第三，中藥中含有的某些成分，可能會改變益生菌的代謝途徑，進(jìn)而在發(fā)酵過程中改變中草藥活性成分的化學(xué)特征、分子量等，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，可提高活性成分的生物活性。Zhao 等[35]對發(fā)酵后靈芝孢子粉多糖的結(jié)構(gòu)變化及其抗氧化活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后靈芝孢子粉的抗氧化活性有增強(qiáng)。

第四，在發(fā)酵過程中微生物產(chǎn)生的酶類可以破壞植物細(xì)胞壁，從而促進(jìn)活性物質(zhì)的溶出或者促進(jìn)溶解吸收[2]。中草藥中復(fù)雜的活性成分主要包括皂苷、多糖、黃酮、生物堿、維生素、有機(jī)酸、礦物元素等[21]。發(fā)酵對這些有效成分進(jìn)行了生物轉(zhuǎn)化，促進(jìn)其分解，將不能被腸道直接吸收的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)，從而促進(jìn)人體對中草藥活性成分的吸收[36]。

第五，在發(fā)酵體系中，多成分之間容易發(fā)生分子碰撞，微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物會和中藥的活性成分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生新的豐富多樣的活性物質(zhì)[33]。

3 中草藥發(fā)酵工藝

3.1 固體發(fā)酵

現(xiàn)代的中草藥固體發(fā)酵起源于傳統(tǒng)中藥的制曲發(fā)酵，中草藥的固體發(fā)酵通常是由中藥或中藥渣為營養(yǎng)基質(zhì)的培養(yǎng)基，利用一種或多種益生菌進(jìn)行發(fā)酵的方法[37]。固體發(fā)酵的優(yōu)點在于它是一個自然開放的體系，不需要對發(fā)酵底物滅菌，且操作工藝相對簡單，發(fā)酵成本低[38]。

固體發(fā)酵可提高中草藥有效成分的含量，改變有效成分的結(jié)構(gòu)。韋會平等[39] 通過對不同菌株在固體發(fā)酵過程中各生長期的蟲草素含量變化研究生產(chǎn)蟲草素的最佳方法，結(jié)果表明，固體發(fā)酵培養(yǎng)大約13 d，培養(yǎng)基中蟲草素的含量可以達(dá)到0.60% 以上，比傳統(tǒng)液體發(fā)酵的最高含量提高近2 倍，培養(yǎng)時間縮短2 d，并且固體發(fā)酵的生產(chǎn)設(shè)備簡單、條件易于控制，對蟲草素的開發(fā)具有廣闊的前景。Cheng 等[40] 以枯草芽孢桿菌和釀酒酵母為研究對象，探討固體發(fā)酵從黃精中分離不同功能多糖方面的潛在應(yīng)用價值。結(jié)果表明，發(fā)酵后多糖的產(chǎn)率、含量、組成和官能團(tuán)發(fā)生改變，并通過小鼠模型驗證了固體發(fā)酵提取的天然多糖在調(diào)節(jié)腸道抗氧化防御和免疫功能方面的重要作用。雖然固體發(fā)酵效果較好，但仍然存在難以控制發(fā)酵條件、發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)量不穩(wěn)定、發(fā)酵周期長等局限性。

3.2 液體發(fā)酵

液體發(fā)酵指的是深層液態(tài)發(fā)酵技術(shù)，基于抗生素生產(chǎn)發(fā)展而來，是現(xiàn)代企業(yè)常用的中草藥發(fā)酵技術(shù)。中草藥液體發(fā)酵是通過調(diào)節(jié)溫度、pH值、氧氣等發(fā)酵條件，以藥材為營養(yǎng)基質(zhì)的液體培養(yǎng)基，促進(jìn)益生菌生長及其代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生[41]。液體發(fā)酵的優(yōu)勢在于發(fā)酵過程中不僅可以檢測發(fā)酵環(huán)境的溫度、pH 值、溶氧量，還可以按發(fā)酵情況調(diào)節(jié)，而且液體發(fā)酵的發(fā)酵時間短，效率高，尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)[42]。

液體發(fā)酵在中草藥發(fā)酵中具有靈活性和高效性，拓展了中草藥的應(yīng)用范圍。范秀芝等[43] 利用優(yōu)選的菌株和優(yōu)化培養(yǎng)基發(fā)酵黑木耳，研究黑木耳液體發(fā)酵不同組分多糖的理化性質(zhì)，得到了抗氧化活性和保濕性良好的黑木耳胞內(nèi)多糖，為其在食品和化妝品領(lǐng)域的研究提供了理論依據(jù)。盧征華等[44] 在優(yōu)化培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件的基礎(chǔ)上，對紅托竹蓀進(jìn)行了液體發(fā)酵，結(jié)果表明，經(jīng)液體發(fā)酵后的紅托竹蓀菌絲體生物量達(dá)到3.557 g/L，為擴(kuò)大培養(yǎng)紅托竹蓀菌絲體提供一種簡便、高效、低成本的方法。目前，液體發(fā)酵是一種有效提取中草藥活性成分的工藝，但其下游工程受發(fā)酵條件限制，存在設(shè)備成本高、維護(hù)復(fù)雜等問題。

3.3 雙向發(fā)酵

中草藥雙向發(fā)酵是采用中藥材或中藥渣作為藥性基質(zhì)來替代傳統(tǒng)發(fā)酵營養(yǎng)基質(zhì)，微生物以中藥中的營養(yǎng)成分作為碳源、氮源，在微生物和中藥材的相互影響下，通過復(fù)雜的代謝過程產(chǎn)生新的活性成分。雙向發(fā)酵在藥用真菌和中藥材的協(xié)同作用下，具有提高活性物質(zhì)含量、降低毒性、產(chǎn)生新的化合物等優(yōu)勢[45]。

雙向發(fā)酵是中草藥資源與微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在現(xiàn)代中藥材的研發(fā)領(lǐng)域有很重要的研究價值。劉佳等[46] 利用桑黃對昆布進(jìn)行雙向發(fā)酵處理，并探究桑黃–昆布雙向發(fā)酵菌質(zhì)的抗腫瘤能力，結(jié)果顯示雙向發(fā)酵提高了發(fā)酵菌質(zhì)中總糖、多酚、單糖的含量，對腫瘤細(xì)胞增殖活性的抑制作用也進(jìn)一步增強(qiáng)。孫琳等[47] 在刺五加–靈芝發(fā)酵工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，開展刺五加–靈芝雙向固體發(fā)酵，結(jié)果表明發(fā)酵提高了刺五加發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化活性，有望為抗氧化保健產(chǎn)品的開發(fā)提供新的物質(zhì)基礎(chǔ)。雙向發(fā)酵技術(shù)因其發(fā)酵效率高、成本低、發(fā)酵過程可控等優(yōu)點可廣泛運用于中草藥的工業(yè)化生產(chǎn)，但是關(guān)于拓展中藥材和藥用真菌的發(fā)酵組合，闡明微生物對中藥材的轉(zhuǎn)化機(jī)制方面有待開展更深入的研究。

4 益生菌發(fā)酵中草藥優(yōu)勢

4.1 促進(jìn)中藥有效成分釋放，增強(qiáng)藥理活性

中藥大多是植物藥材，人體可吸收的大多數(shù)有效成分分布在根、莖、葉中，被細(xì)胞壁包圍。在發(fā)酵過程中，益生菌產(chǎn)生的各種酶類比如果膠酶、纖維素酶、木質(zhì)素酶等能分解結(jié)構(gòu)緊密的細(xì)胞壁，促進(jìn)了生物活性有效成分的釋放[48]。

Xu 等[6] 在優(yōu)化人參酵素發(fā)酵工藝時，篩選出的植物乳植桿菌在發(fā)酵人參提取物后，稀有人參皂苷Rg3、F2 和CK 的含量增加，其中稀有皂苷CK 的含量變化最明顯， 增加了256%。崔亞鵬等[25] 利用釀酒酵母和植物乳植桿菌對金銀花浸提液混合發(fā)酵，黃酮和多酚的含量較發(fā)酵前明顯增加，同時金銀花浸提液的抗氧化性能也明顯提高，這表明益生菌在發(fā)酵過程中增加了中草藥活性成分的含量，而且提高了活性成分的功效。田秋豐等[21] 對復(fù)方中草藥進(jìn)行混菌發(fā)酵，研究其對蘆丁含量的影響，蘆丁是具有抗炎、抗氧化、清除自由基等的黃酮類化合物，在解淀粉芽孢桿菌和干酪乳酸菌組成1∶4 體積比混合發(fā)酵復(fù)方中草藥時，蘆丁的含量提高最顯著。Chen 等[49] 研究茯苓固體發(fā)酵黃芪過程中黃芪甲苷的生物轉(zhuǎn)化及其生物可及性，結(jié)果表明發(fā)酵后黃芪甲苷含量提高了5.16 倍，總皂苷和總黃酮的生物可及性也進(jìn)一步提高，這為黃芪相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論依據(jù)。通過益生菌的發(fā)酵作用，中草藥的成分組成會發(fā)生改變，從而提高中草藥原材料的穩(wěn)定性，使其更加耐儲存?？偠灾?，益生菌發(fā)酵可以促進(jìn)中草藥中活性成分的釋放，提高中草藥的藥理活性，起到增效作用。

4.2 減輕中草藥的毒副作用

中草藥中所含的化學(xué)成分復(fù)雜，有些成分具有毒性，錯誤的服藥方法可能會導(dǎo)致相應(yīng)的毒副作用。益生菌可以降解和轉(zhuǎn)化草藥中的一些有毒物質(zhì)，從而降低其毒性，發(fā)酵還能夠改善中草藥的口感和風(fēng)味，使得中草藥在口感上更易被接受[50]。同時，益生菌還可以產(chǎn)生一些有益的代謝產(chǎn)物，可以幫助緩解中草藥毒副作用[33，51] 。

何欒櫻等[52] 以靈芝為藥用真菌，對雷公藤進(jìn)行雙向固體發(fā)酵，并對發(fā)酵后靈芝–雷公藤菌質(zhì)的毒性和抗炎性進(jìn)行測定，結(jié)果顯示雷公藤內(nèi)酯的含量降低，且該指標(biāo)的下降與毒性降低有關(guān)。馬超等[19] 采用篩選出的馬克思克魯維酵母對大黃進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后大黃中的結(jié)合型蒽醌轉(zhuǎn)化或分解成游離型蒽醌，可以緩和大黃引起的腹瀉癥狀，降低對胃腸道的刺激反應(yīng)。王曉敏等[53] 研究了枯草芽孢桿菌、釀酒酵母菌、丁酸梭菌以及霉菌毒素降解酶對黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素的降解效果，結(jié)果顯示在復(fù)合益生菌和霉菌毒素降解酶的配伍下，3 種毒素均能被有效降解。

4.3 產(chǎn)生新的活性物質(zhì)

益生菌在中草藥的發(fā)酵過程中會產(chǎn)生多種益生菌菌群的初級、次級代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物會與中藥成分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一些更容易被腸胃吸收的新的活性物質(zhì)。益生菌發(fā)酵中草藥可以增加腸道內(nèi)有益菌的數(shù)量，從而改善腸道健康，有利于維持人體免疫系統(tǒng)的正常功能[54]。益生菌和中草藥相輔相成，相互增益，為中藥產(chǎn)品的開發(fā)以及成分合成提供新的研究思路。

Okamoto 等[55] 使用植物乳植桿菌SN13T 發(fā)酵青蒿提取物，與未發(fā)酵的青蒿提取物相比，發(fā)酵后提取出了兒茶酚和短舌匹菊內(nèi)酯兩種新的化合物，因此利用植物乳植桿菌SN13T 發(fā)酵中草藥是獲得具有治療潛力的活性化合物的重要技術(shù)。屈青松等[51] 對發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵人參的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后人參中有新物質(zhì)產(chǎn)生，產(chǎn)生了藥理活性更強(qiáng)的稀有人參皂苷。總的來說，益生菌發(fā)酵中草藥的優(yōu)點主要體現(xiàn)在提高中草藥的藥效和安全性，同時也有一定的營養(yǎng)和保健作用。不過，益生菌發(fā)酵中草藥也有一定的局限性，需結(jié)合具體情況進(jìn)行判斷和選擇。

總體而言，益生菌發(fā)酵中草藥在醫(yī)療中的應(yīng)用具有巨大的潛力，并有望為人類健康帶來更多好處。在動物飼養(yǎng)方面，益生菌發(fā)酵中草藥的應(yīng)用范圍也很廣泛，可以改善飼料的口感、提高動物的生長性能、調(diào)節(jié)動物腸道菌群等。此外，益生菌發(fā)酵中草藥還可應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域，對皮膚有抗衰老、抗氧化、美白等作用。

5 現(xiàn)存問題及未來前景

中草藥與益生菌發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合，兩者相輔相成、協(xié)同作用。益生菌發(fā)酵不僅能夠有效促進(jìn)中藥材中活性物質(zhì)的釋放，還能降低其中有毒物質(zhì)的含量，更重要的是它能夠?qū)⒅兴幉牡挠行С煞洲D(zhuǎn)化為更易被人體吸收利用的形式，進(jìn)一步提高中藥材的功效和營養(yǎng)價值。目前，益生菌發(fā)酵中草藥技術(shù)的實施仍面臨一些問題。首要的問題是益生菌菌株的篩選。這不僅關(guān)系到發(fā)酵效率，還會影響到最終產(chǎn)品的品質(zhì)和安全性。同時，發(fā)酵工藝的優(yōu)化也是一個亟待解決的問題。發(fā)酵過程中的各項參數(shù)（溫度、濕度、pH 值等），在一定程度上會影響發(fā)酵效率導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量難以控制。總之，在中草藥的益生菌發(fā)酵過程中，研究人員需要綜合考慮中藥材的特性和益生菌的作用機(jī)制，確定適合的發(fā)酵條件，制定嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，確保發(fā)酵后的中草藥既安全又有效。

今后益生菌發(fā)酵中草藥的研究可以聚焦于發(fā)酵工藝的優(yōu)化、中藥材與益生菌的不同組合方式、發(fā)酵后中草藥的安全性評估等方面。綜上所述，益生菌用于中草藥發(fā)酵有著廣闊的潛力和前景，未來持續(xù)深入的研究和應(yīng)用探索，將會為消費者提供更多安全有效的中藥產(chǎn)品，提升中藥在市場上的競爭力，推動中藥產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。