中藥微生態發酵技術研究進展與展望

汪洋 汪德剛 張世新 鄧貞懷

摘 要：中藥微生態發酵是將現代生物技術與傳統中藥炮制相結合形成的中藥制藥新技術。本文介紹了該技術的基本原理與主要工藝，總結了該技術增加中藥有效成分含量、提高利用率、產生新活性成分、減輕毒副作用、節約資源等方面的優勢，分析了研究中面臨的問題，并對其發展前景進行了展望。

關鍵詞：中藥；微生態；發酵

中藥以其來自天然、多功能性、毒副作用低、不易產生耐藥性等優勢，在人類醫學、動物醫學、食品科學、日用化學等諸多領域得到了越來越廣泛的應用，近年來尤其受到關注與重視。由于中藥多為僅經過簡單物理加工的天然物質，其化學組分復雜，有效成分（部位）不完全清晰，簡單的炮制與制劑工藝常使其難于得到充分的利用。為了提高中藥利用效率，增強藥物效果或調整、修飾藥物功能，人們對中藥的加工工藝開展了多途徑、深層次的研究，如中藥有效成分提取、中藥超微粉碎、中藥微生態發酵等技術的研究都取得了長足的進展，部分技術已應用于中藥制劑生產。在中藥現代加工工藝研究中，中藥微生態發酵技術是相對新興而活躍的領域。其實，常用的中藥神曲（又稱六曲、六神曲）就是傳統中藥炮制的一個發酵產品，但傳統的中藥發酵方法多憑經驗進行，工藝技術缺乏統一標準，導致發酵產品質量參差不齊。隨著現代生物技術的日益發展，將發酵工程等現代工藝與傳統中藥發酵結合起來產生了新的工藝，即中藥微生態發酵：通過利用微生物發酵產生的酶與中藥中復雜的化學成分發生反應，從而得到與提高其有效成分含量。中藥微生態發酵在增強藥物療效、減輕毒副作用、節約藥材資源等方面均較傳統發酵方法存在顯著優勢，具有廣闊的研究與應用前景。

1中藥微生態發酵原理與技術

中藥微生態發酵方法基源于中藥炮制學與現代微生物學，是將傳統炮制方法與發酵工程等現代生物技術相結合而形成的新技術。根據反應體系可分為液體發酵與固體發酵。此后在固體發酵的基礎上，近來又產生了藥用真菌雙向性固體發酵技術[1]。中藥發酵的作用機理比較復雜，主要依靠微生物對有機質的轉化來實現。中藥發酵過程中，微生物會產生纖維素酶、果膠酶、蛋白酶、淀粉酶等多種次生代謝產物，通過這些活性分子與中藥材相互作用，不僅能夠在比傳統的物理化學方法更為溫和的條件下實現對藥性的調整，而且可以進一步增強藥物療效、降低毒副作用、擴大用藥范圍[2]。

1.1 液體發酵

液體發酵又稱為液體深層發酵，其技術起源于抗生素的生產工藝。主體是將菌種加入培養基中，進行充分混合后在適宜溫度下進行發酵，產品包括菌絲體與發酵液兩部分。液體深層發酵生產自動化程度較高，物質傳遞率高，繼承性好，能夠提高發酵中藥的均一性，理論上能夠提高發酵炮制中藥的產量，工業化生產較為容易，具有廣闊的應用空間[3]。但與抗生素相比，大多數中藥并不具有直接的抗菌作用，在發酵過程中容易受到雜菌污染，對生產環節中的工藝要求較高。另外，在目前液體發酵工藝條件下中藥有效成分轉化率較低，相對成本較高，對藥材資源有一定浪費，需要在發酵工藝，尤其是新型發酵罐的設計上進行探索。

1.2 固體發酵

固體發酵與傳統中藥發酵方法相類似，是以富含營養的農副產品作為發酵基質，利用真菌作為發酵菌種的發酵方法。固體發酵不經滅菌，體系開放，易于控制溫度、濕度、酸堿度、通氣等培養條件，藥材有效成分轉化率高于液體發酵，能夠較大程度地提高發酵炮制中藥的質量，但缺乏科學的發酵終點與觀察指標，多數依靠制藥人的經驗標準來進行判斷。我國幅員遼闊，中藥的應用遍布全國各個領域，不同地區與企業對同樣藥材使用不同的發酵方法，缺乏統一標準[4]。同時，開放的體系也造成了發酵菌種的混雜，不利于發酵效果最大化，對產品的衛生質量也有潛在的威脅。相對于液體發酵，固體發酵在大規模工業生產上存在較大困難，從而限制了固體發酵的應用。

1.3 藥用真菌雙向性固體發酵技術

20世紀90年代由莊毅等在研究擴大槐耳菌質對慢性乙肝等病毒性疾病的臨床適應癥時，依據中藥被曲霉Aspergillus sp.、青霉Penicillium sp.等污染后發酵導致藥性變化的原理，獨創了藥用真菌雙向性固體發酵技術，其關鍵是將傳統固體發酵中使用的農副產品替換為具有一定活性成分的中藥或藥渣，以形成“藥-藥”發酵體系，稱為藥用菌質。與使用農副產品作為發酵基質的體系不同的是，藥性基質在提供真菌發酵所需營養的同時，自身的組織、性狀也會受到真菌的影響，甚至產生新的性味與功能[5]。其優勢在于將藥用真菌與中藥有機的結合在一起，可以產生大量的發酵組合，應用前景廣闊。但目前仍缺乏科學完整的理論支撐，還有待于進一步的研究探索。

2中藥微生態發酵的優勢與作用

中藥微生態發酵的本質是利用微生物生長代謝過程中產生的酶對中藥材中活性底物進行結構修飾的過程。因微生物種類多、酶系廣，利用微生物發酵更易于獲得活性更好的中藥組分。概括地說，中藥微生態發酵的優點有：提高藥性、增強藥效；降低不良反應；為中藥活性成分的修飾提供新途徑；以及節約藥材資源，保護環境等。

2.1 增加有效成分含量

在王玉紅等的實驗中，利用液體深層發酵的方法，向靈芝發酵培養基中加入黃芪，結果表明加入黃芪的量對靈芝濕重的影響呈現先增加后減少的單一峰，胞內外粗多糖也在同一位置達到峰值，與對照組相比有顯著增加，推測其原因為靈芝胞內存在的纖維素酶系可以利用黃芪中的單糖與纖維素等組分，但過量的黃芪卻對靈芝的生長起抑制作用[6]。在湯興利等的實驗中發現預發酵能夠提高盾葉薯蕷中薯蕷苷元的產率，通過進一步選擇合適的發酵時間與溫度，使盾葉薯蕷中薯蕷皂苷元的產量提高了22.7%，但發酵時間長于24 h后則會出現其他雜質[7]。王貞佐等在研究中發現，在蟲草培養基中加入中藥對菌絲體的生長有明顯的刺激作用，并能提高培養基中多糖的利用率：向冬蟲夏草發酵液中加入占總體系10%且等份的黃芪、當歸、海馬、柴胡、焦三仙等中藥后菌絲體產量較未加入中藥時提高了2.6倍，其有效成分甘露醇的含量提高了5.92倍[8]。蔡琨等通過提取單一發酵菌種，控制淡豆豉進行純種發酵，將產物與自然狀態下發酵得到的淡豆豉進行對比，結果發現純種發酵的淡豆豉中，染料木素和大豆黃素的含量與自然發酵的產物含量存在顯著性差異[9]。

2.2 提高有效成分利用率

目前使用的中藥多為植物體或植物的部分組織，其有效成分多存在于植物細胞內。然而植物細胞由于有細胞壁保護，胞內大分子活性物質難以穿過細胞壁，導致中藥的有效成分利用率較低。在與微生物共同培養、發酵的過程中，微生物代謝產生的纖維素酶、果膠酶等能夠作用于細胞壁并將其破壞，從而使中藥的有效成分釋放到細胞外，更易被生命機體吸收利用。如徐萌萌等通過研究發現微生物能夠利用苷分子中的糖類進行代謝，從而將牛蒡子、甘草、梔子、黃芩中的苷轉化為苷元，顯著提高藥材有效成分苷元的含量，便于人體吸收利用，從而提前起效時間，增強藥效——在治療急性耳廓炎時，經發酵處理的牛蒡子、甘草等藥效明顯強于未經發酵的生品[10]。在馮志華等的實驗中，使用地衣芽孢桿菌C2-13對紅花進行發酵，利用C2-13產生的各種糖苷水解酶，將紅花中的糖苷類化合物水解為苷元，利用率更高，更易于被人體吸收，而且產物較發酵前羥自由基清除能力與肝氧化物產生的抑制能力均有大幅提高，同時對紅細胞溶血抑制率提高了43.75%[11]。

2.3 減輕毒副作用

中藥存在的毒副作用與不良反應是制約其廣泛應用的一個重要因素。中藥的毒性或副作用主要來源于藥材中含有的一些毒性大分子及其進入機體后生成的一些刺激性物質。經過微生物發酵過程，微生物中的酶系統可將毒性大分子分解，或對其分子結構進行修飾，達到降低中藥毒性、減輕毒副作用的效果。鄭利華等使用根霉菌與L-賴氨酸發酵的五倍子治療潰爛性結腸炎，與未經發酵的生五倍子相比，熟五倍子在顯著提高治愈率的同時，發酵生成的大量L-賴氨酸減少了鞣酸與胃腸道內蛋白質結合導致的消耗，提高了五倍子的收斂作用，同時促進了蛋白質的吸收，有效減少了大分子沉淀物對胃腸黏膜的刺激，緩解了服用五倍子后食欲不振的不良反應[12]。

2.4 產生新的活性成分

在中藥微生態發酵的過程中，除了多種酶系，微生物代謝過程中產生的其他初級、次級代謝產物也會同藥材中的活性成分甚至非活性成分發生反應，生成新的前體化合物，為中藥有效成分的人工合成與研制新藥提供了新的途徑。如李國紅等利用枯草芽孢桿菌對三七須根進行發酵，結果在產物中檢出五種化合物，其中人參皂苷Rh4在三七中未見報道，原料藥中也未檢出，可以說明其來自于三七須根與微生物的發酵反應[13]。而王玉紅等在將黃芪加入靈芝發酵體系后也在產物中檢出了新的相對分子質量較小的活性多糖分子，推測其為在發酵體系中加入黃芪后經藥材間相互作用而形成的新組分[6]。

2.5 節約藥源

中藥微生態發酵不僅能夠達到增效、解毒的效果，而且可以利用中藥渣作為培養基質，既解決了藥渣可能對環境造成的污染問題，又充分利用了藥渣中的蛋白質與糖類，達到同時節約生產成本與藥材資源的目的。而利用藥用真菌組建的發酵體系更存在著組成新型復方的可能，有希望廣泛提供新的藥用資源，成為未來中藥資源研究的熱點。香港中醫博士吳志勇與內地教授林陸山合作，將黃芪發酵后使黃芪多糖的含量較傳統的煎、煮、水提法提高了5倍，且該發酵中藥只需1/28的量，即可與一般煎、煮、水提物1份的量發揮同等藥效，大大節省了藥材用量[14]。王兵等利用白腐菌對中藥渣進行固態發酵，不僅降低了藥渣中纖維素的質量分數，同時顯著提高了蛋白質與氨基酸的含量，將原本作為污染的藥渣變為生產蛋白飼料的基質[15]。

3中藥微生態發酵技術面臨的問題

中藥微生態發酵較之傳統中藥炮制工藝在產量、利用率及藥效等方面均有明顯進步，是現階段中藥工藝創新的重要研究方向，但仍面臨著一些亟待解決的問題。首先，由于中藥化學成分的復雜性和作用機理的不明確性，中藥的有效成分、某些非有效成分與發酵基質、微生物間的相互作用還有待研究證實。如王林等在實驗中發現向靈芝發酵液中加入黃芩、連翹、金銀花后，樣品生物量明顯降低，而加入麻黃、萊菔子后靈芝的生物量明顯高于對照組，說明向發酵液中加入不同中藥及配比對靈芝生物量的影響差別很大，甚至會表現截然不同的效果[16]。其次，對藥用微生物的研究還比較欠缺，菌種的選育是中藥發酵的關鍵，在多數實驗研究中多采用枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌或根霉菌等部分菌種，但枯草芽孢桿菌對不同的中藥發酵效果也有所不同。根據李國紅等的實驗結果，在經枯草芽孢桿菌發酵后，部分中藥的發酵產物抗菌活性增加，而部分中藥的發酵產物抗菌活性卻有所降低，如何從自然界中選育、分離并純化新的藥用菌種，怎樣根據藥材自身特點選擇合適的發酵菌種等都還有待進一步研究[17]。第三，確定最適發酵條件與終點，尋找發酵過程中科學的觀測指標，建立中藥篩選模型與多維評價體系，也是中藥微生態發酵的技術難點之一[18]。

4中藥微生態發酵技術展望

中藥微生態發酵技術是現代生物技術與傳統中藥工藝研究的有機結合，在新藥、新獸藥開發與中藥現代化、國際化過程中占有重要地位。該技術目前總體仍處于起步階段，存在著巨大的發展空間。從基礎理論方面看，現階段對中藥微生態發酵的研究局限于單一中藥與單一菌種的相互作用，缺少從生物化學及分子生物學角度將特定菌種（酶系）與其作用的有效成分（苷類、有機酸、生物堿等）按類別歸納分析的工作，而這項研究卻能夠作為中藥微生態發酵技術的理論綱領，作為構建最適發酵體系的指導。從藥理方面看，目前對發酵過程中藥材間相互作用機理的研究還比較欠缺，而應用中藥微生態發酵制品的中藥單方、復方也為數不多，投入臨床觀察與生產的發酵新藥更是寥寥無幾，但隨著中醫藥理論與現代科學的接軌，將會有越來越多的中藥發酵產品投入臨床應用[19]。從工藝方面看，利用發酵工程的前沿技術選育優良工程菌，探索最優藥材與菌種發酵組合，將會在最大限度上提高產率與藥效。另外，對多菌種混合發酵模式的嘗試成為近期熱點內容，該技術將會極大地提高產品質量穩定性、可控性，提高產品的藥效與安全性[20]。從產品方面看，作為微生態制劑主要成分的許多菌種，如雙歧桿菌、乳酸菌等在中藥發酵方面也有巨大的潛力，將中藥發酵與微生態制劑有機結合，形成新的集治病、防病、保健于一身的中藥微生態產品，而不僅僅局限于利用微生物的發酵作用，也是中藥微生態發酵的重要發展方向。我們在生產實踐中，積極探索開發了部分微生態發酵的中獸藥產品，投放市場后獲得了滿意的效果，得到普遍好評。綜上所述，隨著現代生物技術的發展與中藥工藝創新的進步，中藥微生態發酵技術將在越來越多的領域發揮重要作用，發酵中藥也將憑借其獨特的優勢為保障人類健康、防治畜禽疾病與維護食品安全做出重大貢獻。■（編輯：何芳）

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