中药黄芪及其生物发酵炮制

2016-01-28史同瑞刘宇侯美如王岩陈楠楠秦平伟

中兽医学杂志 2016年6期

关键词：甲苷药渣菌种

史同瑞，刘宇，侯美如，王岩，陈楠楠，秦平伟

（黑龙江省兽医科学研究所，黑龙江齐齐哈尔161006）

中药黄芪及其生物发酵炮制

史同瑞，刘宇，侯美如，王岩，陈楠楠，秦平伟

（黑龙江省兽医科学研究所，黑龙江齐齐哈尔161006）

黄芪是一种常用的扶正补气中药，可谓药食同源。黄芪除了能作为药用外，亦可开发成保健产品。现代医学研究证实，黄芪具有增强机体免疫力、保肝抗炎、固肾降压、抗肿瘤等药理活性和保健功效，且毒副作用小，无残留，现已被开发成免疫增强剂等产品，广泛用于人和动物疾病预防和免疫功能改善，并已取得理想效果[1]。

在黄芪的传统提取方法中，水提醇沉提取方法成本高，活性成分收率低，中药资源利用率不高，而酸碱提取方法由于存在腐蚀性，黄芪成分活性无法得到保障。上世纪80年代，现代中药发酵技术起步研究。与传统中药提取方法比较，该方法不仅能够提高中药有效成分的提取率，而且还具有保护活性成分免受破坏，降解大分子物质，产生新的活性物质，降低中药毒副作用等优势。应用现代中药发酵技术加工炮制黄芪，开发黄芪中药新制剂，对提高黄芪药效，降低成本，扩大黄芪应用范围具有现实意义。本文综述了黄芪生物发酵的相关研究现状。

1 黄芪药效成分

黄芪化学成分复杂，许多学者对黄芪化学成分进行了大量的研究工作，并己从黄芪中检测出几十种化学成分。研究结果表明，黄芪的主要化学成分是皂苷类、黄酮类、多糖类，以及生物碱、有机酸、氨基酸和微量元素，其中皂苷和黄酮类是黄芪中最为重要的化学成分。

2 黄芪发酵菌种与工艺

2.1 发酵菌种

选育优良发酵菌种是发酵中药黄芪的技术关键。传统中药发酵多用自然菌，现代中药发酵主要是应用人工筛选或选育的发酵菌作为发酵菌种，使发酵产物活性更强。一些学者还用益生菌作为发酵菌种，使发酵中药与益生菌两者功效叠加，协同作用，效果更加理想。目前用于发酵黄芪的菌种主要有保加利亚乳杆菌、乳酸菌、香菇真菌、灵芝真菌、伞枝犁头霉菌和糙皮侧耳菌等。孙豪栋等应用紫外可见光诱变育种技术，筛选出能够将黄芪总皂苷高效转化为黄芪甲苷的伞枝犁头霉菌种，该菌种可提高黄芪甲苷的产量，且产物专一，当发酵底物中黄芪投料量为15mg/mL时，黄芪甲苷的产率最高，达到42.86%[2]。朱新术等从土鸡肠道中筛选出1株发酵性能良好的乳杆菌，该菌具有较强的酶活性，能发酵大多数糖醇类物质产酸，通过在添加黄芪药液的发酵培养基中反复传代驯化，使发酵菌产生了新的酶系，并与黄芪药液发生了良性相互作用，黄芪药液经驯化菌株发酵后可使粗多糖得率提高111.9%，同时黄芪药液也能促进驯化菌株的增殖，使菌体浓度提高251%[3]。

2.2 发酵工艺

现代中药发酵技术分为液体发酵和固体发酵两类，为充分发挥发酵菌种的生物转化能力，提高发酵中药目的产物的收获量，筛选优化科学的发酵工艺至关重要。马伟等应用保加利亚乳杆菌发酵黄芪，选用L9(33)正交实验设计，以菌种接菌量、发酵温度和摇床转速为3个试验因素，每个因素设3个水平，以黄芪甲苷含量作为评价指标，筛选黄芪发酵最佳工艺条件，结果表明，在42℃环境中发酵菌种接菌量为20%，摇床转速80r/min时，发酵黄芪中甲苷含量最高，为0.4366 mg/g[4]。朱新术以发酵液中粗多糖得率为优化目标，应用均匀设计法优选出最佳发酵培养基组方为：玉米粉42.10 g/L、氮源7.45 g/L、胡萝卜粉9.80 g/L、KH2PO4-K2HPO4 2.18 g/L、肉膏6.25 g/L，发酵培养基初始pH 6.7，最佳发酵条件为：发酵温度38℃、菌种接种量5%、发酵时间68 h，应用此工艺进行发酵，发酵液中粗多糖得率可达27.94%，比优化前提高了9.14%[5]。傅晓雪应用单因素试验优化了黄芪发酵条件，初步筛选出发酵培养基为：黄芪粉末100 g、玉米粉20 g、豆饼粉20 g、盐酸硫胺0.05 g、磷酸氢二钾l g、硫酸镁1 g、蒸馏水1000 mL，pH自然。应用筛选培养基，当香菇种子接种量10%，在25℃环境中发酵8 d时效果较为理想[6]。

3 发酵黄芪活性成分的变化

3.1 产生新的活性物质

在微生物发酵黄芪过程中，黄芪某些成分可能对发酵菌生长代谢产生影响，并改变发酵菌代谢途径，产生初生或次生代谢产物，而发酵菌以黄芪中某些成分为前体，经酯化、氧化等生物转化途径，可生成新的化合物。阮鸣等[7]研究了黄芪双向固态发酵对黄芪甲苷转化的影响，应用HPLC方法分析了发酵前后黄芪甲苷的变化，结果发现黄芪发酵后黄芪甲苷消失，同时产生一新成分，经对新成分分离和结构鉴定，确定为6-O-β-D-葡萄糖基-环黄芪醇，该转化物具有显著的抗氧化效应，这一转化具有增效的作用；研究还发现，当培养基中黄芪含量达40%时，黄芪甲苷的转化较为完全，黄芪甲苷的转化率达97.7%。

3.2 促进活性成分转化

在发酵菌生长代谢过程中，能够产生一系列的酶系，能将黄芪中大分子活性物质降解转化为易于吸收利用的活性物质，提高黄芪的生物活性。发酵菌菌种不同，产生酶系也不同，转化的活性成分也有差异。郁帅陆等[8]利用灵芝真菌对黄芪进行固态发酵，结果发现，黄芪发酵后多糖和黄酮含量增加，而皂苷含量明显减少。王士中等[9]以黄芪为主要培养基料，接种糙皮侧耳菌种进行发酵，发酵终止后测定发酵液中主要活性成分及含量，并与黄芪水煎液活性成分作比较，结果发现，发酵黄芪中总黄酮、总皂苷和黄芪甲苷含量增加，而多糖和游离氨基酸含量减少。傅晓雪等[8]应用香菇菌发酵黄芪，检测发酵液中活性成份，并与黄芪对照组比较，结果表现，发酵黄芪总黄酮、总皂苷含量增加，但多糖含量降低。

4 发酵对黄芪药效的影响

4.1 提升抗菌、抗病毒效果

黄芪在抗病毒、抗菌等方面也发挥着重要作用，黄芪经生物发酵后其效果更为理想。焦巧芳应用分离筛选的棘孢木霉发酵黄芪药渣，经检测发酵药渣抑菌活性，发现发酵药渣对变形杆菌、沙门氏菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有较强的抑菌活性，其抑菌谱与黄芪甲苷相同，而未经发酵的药渣对照和发酵菌液均没有抑菌活性，试验结果表明，黄芪药渣的抑菌活性是药渣经真菌发酵降解后，黄芪细胞壁破裂释放出的中药活性成分产生的[10]。有学者研究证实，将酵母菌接种含大豆粉、蔗糖、黄芪煮液的培养基，在36℃环境发酵培养42 h～60 h，该发酵物可预防、抑制和治疗微生物感染，增强机体体质。

4.2 增强免疫调节功能

黄芪增强机体免疫作用主要体现在促进免疫器官发育、促进免疫细胞和细胞因子转化与增殖，以及改善体液免疫等方面。王晓波等研究发现，黄芪发酵剂可明显促进小鼠脾脏B细胞、T细胞的增殖，以及T细胞依赖抗体产生，增强小鼠吞噬细胞的吞噬能力，激发小鼠淋巴细胞酸性非特异性酯酶的活性，但黄芪发酵剂对免疫器官重量影响不大[11]。陈俊荣等[12]将黄芪发酵粉剂与环磷酰胺联合用于小鼠，结果表明，黄芪发酵剂能降低环磷酰胺引起的小鼠外周血白细胞、骨髓有核细胞减少和脾重减轻等毒性反应，保护肾脏功能，显著减轻化疗药环磷酰胺的毒副作用。

5 结语

现代中药发酵研究是中药领域研究热点之一，但研究水平仍处于探索阶段，尤其是黄芪生物发酵方面的研究。目前有关黄芪生物发酵研究主要集中在黄芪主要药效成分含量的变化上，有关黄芪次生代谢产物，以及是否产生新的活性成分的研究还较少，而发酵菌种质量标准、发酵工艺、发酵制剂的质量控制标准与实现产业化还有一定距离，因此，尚需加快相关理论的研究工作，为尽快实现产业化奠定基础。

[1]罗晓,珍于琴.中药黄芪化学成份、药理活性与临床应用[J].中国保健营养,2013,3:1071-1073.

[2]孙豪栋.黄芪总皂苷的微生物转化及其条件优化的研究[D].郑州:河南大学,2011.

[3]朱新术,杨志强,李建喜,等.发酵黄芪的乳酸菌的驯化及其与黄芪相互作用研究.中国微生态学杂志, 2008,20(5):450-451.

[4]马伟,贾艳姝,刘秀波,等.保加利亚乳杆菌发酵黄芪工艺优化[J].中医药学报,2012,40(6):44-46.

[5]朱新术.发酵黄芪的乳酸菌选育与发酵参数优化研究[D].兰州:兰州畜牧与兽药研究所,2008.

[6]傅晓雪.黄芪的香菇发酵及发酵液免疫效果的研究[D].重庆:西南大学,2009.

[7]阮鸣,张李阳,喻斌,等.黄芪双向性固体发酵过程中黄芪甲苷的转化研究[J].2010,33(3):339-343.

[8]郁帅陆,何旬,陆利霞,等.黄芪固态发酵中药效成分的变化[J].食品与药品,2007,9(3):8-10.

[9]王士中.黄芪的糙皮侧耳发酵及其发酵液的药效研究[D].兰州:兰州大学,2008.

[10]焦巧芳.中药渣微生物转化利用菌种筛选研究[D].杭州:浙江师范大学,2010.

[11]王晓波.中药黄芪党参及其发酵型产品对小鼠免疫功能的体内实验研究[D].石家庄:河北医科大学,2002.

[12]陈俊荣,张永健,王梅.发酵型黄芪制剂“芪酵粉”对CTX模型鼠减毒作用的实验研究[J].亚太传统医药, 2008,4910):43-35.