稀有人參皂苷生物轉化技術研究進展

裴智文，黃尚信，肖鳳艷，高峰*

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

人參皂苷結構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勢，如稀有人參皂苷Rg3、C-K、Rh4等，但含量極低，且幾乎沒有天然產物的存在，野生山參和紅參也只存在極少量，所以如何轉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 ?酶法生物轉化技術

1.1 糖苷酶轉化

李有海等[1]通過β-糖苷酶和人參莖葉總皂苷發生水解反應后得到的水解產物經過分離純化后，通過波譜鑒定出一個未有相關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]首先應用多種糖苷酶分別進行多組合發生催化反應，分離純化得到稀有人參單體皂苷Rc、Rb2和Rb3，轉化率分別為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進行轉化，實驗數據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。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，水解產物分離純化后得到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定向轉化制備C-Mc，產物純度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，得到產物F1的純度為98.2%，轉化率2.94%，和Rg1的純度為96.1%，轉化率14.3%，為制備高純度高活性的F1和Rg1提供科學基礎，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定向轉化得到，得率為86.91%。于兆慧等[8]還通過交聯-包埋法使蝸牛酶進行微球固定化并對人參皂苷Rb1定向轉化C-K，平均得率為36.79%，固定化后蝸牛酶對環境條件的耐性提高，結構更穩定，但得率下降的原因有待考究，此研究也為完善蝸牛酶的應用提供了科學實驗及理論基礎，其工藝條件簡單，可應用于工業化生產。

1.3 其他酶法轉化

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℃、培養基濃度為5.5mg/ml條件下轉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 ?微生物轉化

2.1 土壤微生物轉化

成樂琴等[11]利用人參土壤微生物GS514菌的粗酶轉化人參皂苷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（東北農耕土壤獲得）對人參皂苷Rb1定向轉化制備C-K，轉化率為74.70%，且純度高，可應用于工業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可高效轉化人參皂苷Rb1制備C-K，其轉化率為76.60%。

2.2 菌種發酵轉化

李粟琳等[14]通過對五株食用菌種進行發酵，轉化制備稀有皂苷人Rd、Rg3、C-K，還得到乳酸菌對Re和Rg1的水解轉化途徑：①Re→F1，②Re→Rg1→Rh1，③Re→Rg2→Rh1。蘇玲等[15]利用人參-靈芝液體發酵法得到水解產物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型人參皂苷的轉化活性更強，初步證實發酵液和菌絲體的強抗氧化活性，為研究和開發新型抗氧化劑通過理論依據。

藏玉蘋[16]對7種食品級微生物進行篩選，以Rd和Rg3的轉化率為指標，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化人參皂苷的最佳發酵工藝，可作為新工藝進行推廣利用

2.3 內生菌轉化

孫曉雨[17]成功發現兩株內生真菌CGMCCNO.4315和4316（人參根內獲得），通過實驗證明其可特異性轉化人參皂苷Rb1制備Rd，并得知NO.4316的轉化活性最強。李俊瑩等[18]應用新成功篩選得到的人參內生真菌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，得到水解產物稀有人參皂苷Rg3，并分析其轉化機理為Rb1→Rd→Rg3。

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

3 ?腸道菌群轉化

人們通過的人腸道菌群和老鼠腸道菌群，進行體內或離體相關實驗，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，得到五條轉化機理：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化，推測稀有皂苷Rb1和C-K是腸道菌群的最終產物。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，為利用腸道菌群轉化得到多種PPT型稀有皂苷奠定了基礎。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，實驗發現兩種腸道菌群只對Rb1有代謝反應，且發現雄鼠的轉化能力更強，證實了腸道菌群的組成或數量有個體性別差異性。

生物轉化是稀有人參皂苷最有效且高效的技術，其具有轉化率高，副產物少利于分離純化，綠色環保，且反應過程容易控制等優點受到人們的認可，但由于目前對其研究還是在初級階段，可適用于工業生產的工藝較少。而且酶法轉化成本相對較高，工藝復雜，較不利于大規模的工業化生產制備，以及微生物轉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，這也是其工業化發展進程的阻礙因素之一。作為“藥食同源”類型中的人參，其產品安全性受到人們的關注，以上的轉化技術都缺乏安全性評價。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酵轉化，以及通過體內腸道菌群轉化進行相關研究，以此獲得具有安全性的稀有人參皂苷及其他人參產品。