发酵对铁皮石斛化学成分的影响*

申孝灵，周永强，赵春丽，赵亚敏 ，晏合吕

(贵州中医药大学，贵州 贵阳 550025)

铁皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)为兰科石斛属草本植物的干燥茎，其最早记载于《神农本草经》，在1000多年前成书的《道藏》中尊其为“中华九大仙草”之首，在民间也有“救命仙草”之称，国际药用植物界称其为“药界大熊猫”[1-4]。现代研究发现铁皮石斛中含有多糖、生物碱、茋类、酚类和木质素等有效成分，具有增强免疫力、抗氧化、抗肿瘤、降血糖、抗菌、保肝、抗疲劳等多种功能活性[5]。因此铁皮石斛在用作药品、化妆品和保健品的原料方面，受到了高度重视。

中药发酵技术初始记载于《神农本草经》[6]，是指在一定环境条件(如温度、湿度)下，依靠微生物的作用进行发酵，以此改变中药原有性能、增强药效或产生新功效的方法，进而可扩大用药范围，契合临床用药需求[7]。中药发酵优点在于：促进中药有效成分的释放，达到增强药效的目的；降低不良反应；为修饰中药活性成分提供新途径；减失药材资源浪费，充分利用了中药的生物资源以及保护环境等[8]。而且生物发酵比化学反应转化率更高、专属性更强，且安全无毒等[9]。

铁皮石斛的成分复杂，利用发酵技术对铁皮石斛的化学成分和药理作用的改变均有影响，本综述对近几年铁皮石斛发酵方法及发酵后对铁皮石斛的化学成分及药理活性影响的相关文献进行整理、分析，归纳了铁皮石斛发酵的研究进展。

1 石斛的发酵方式

查阅文献目前铁皮石斛发酵的方法有自然发酵和接种发酵，菌种发酵分为单菌发酵和混菌发酵，其中接种发酵运用较为广泛。

1.1 自然发酵

自然发酵是利用自然环境中的微生物进行的发酵过程[10]。目前主要应用于谷物类发酵产酒、泡菜、酵素等方面。杨俊[11]、邹璐等[12]以新鲜铁皮石斛作为原料，加入红糖密封，通过自然发酵法制备铁皮石斛酵素。但自然发酵技术发酵过程的菌群不明，风险大，发酵启动和终止都较困难，发酵不彻底，结果不可控[13]，所以在铁皮石斛发酵中运用相对较少。

1.2 接种发酵

接种发酵是对已经灭菌的原材料，接种发酵菌进行发酵的过程[10]。接种发酵选择纯种的菌种作为发酵菌，在发酵过程中，减少了杂菌的污染；缩短发酵周期，显著提高了生产效率，更容易使产品达到标准化、规范化，保证了产品的质量[13]。根据接种发酵在接种时选用单个菌种或多个菌种分为单菌发酵与混菌发酵，目前两种方法在铁皮石斛发酵中都应用较为广泛。

1.2.1 单菌种发酵

李坚[14]、安全等[15]采用微生物发酵法制备铁皮石斛多糖，即利用乳酸菌单菌发酵提取铁皮石斛中的多糖。江巍等[16]利用鲜铁皮石斛、干花生仁、鲜牛乳为原料加入川秀双歧杆菌进行发酵制备花生铁皮石斛功能型酸奶。潘斌等[17]以鲜铁皮石斛、超微红枣粉、鲜奶为主要原料，通过乳酸菌发酵进行铁皮石斛复合乳酸菌饮料的研制。黎敏仪等[18]以金柚幼果以及新鲜铁皮石斛花为原料，运用酵母单菌发酵，探究石斛花金柚幼果功能性果酒的酿造工艺。

1.2.2 混菌发酵

舒旭晨等[19]以铁皮石斛鲜条为原料，以酵母菌、乳酸菌为混菌发酵剂，制备铁皮石斛酵素。曾丽萍[20]、任运红等[21]以芽孢杆菌和酿酒酵母发酵制备铁皮石斛酒。唐艳等[22]以水牛乳、铁皮石斛汁为主要原料，适当添加蔗糖及稳定剂，选用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌作为发酵菌种，研发出一种新型功能性酸奶。

2 发酵对铁皮石斛化学成分的影响

中药发酵本质上是运用微生物生长代谢过程中产生的酶，对中药活性底物进行结构修饰的过程。现已有将中药发酵运用到铁皮石斛化学成分的研究中，而且因微生物品种繁多、酶系广，可以更容易获得活性更好的中药组分，利于进一步研究铁皮石斛的化学成分[23]。

2.1 多 糖

王丹等[24]采用6种常用菌种对铁皮石斛进行单菌发酵，发酵后多糖含量、还原糖含量、多糖分子量变化如表1所示。

表1 发酵后多糖含量、还原糖含量、多糖分子量变化Table 1 Changes of polysaccharide content， reducing sugar content and molecular weight of polysaccharides after fermentation

从表1可以看出，乳酸菌发酵后铁皮石斛多糖含量明显下降，酵母菌相较降低较少，而红曲霉中酶系复杂，在发酵过程中将淀粉等其他物质转换为可溶性的糖，所以红曲霉发酵后多糖含量增高。还原糖含量在6个菌种发酵后均减少，减少最多的是酵母菌，其次是乳酸菌，造成此现象的原因可能是酵母菌体内无淀粉酶系，所以酵母菌生长直接利用还原糖，还可能是在发酵过程中酵母菌的生长代谢活动旺盛，糖消耗速度快。多糖分子量在利用曲霉发酵后小幅度增大，但利用酵母菌和乳酸菌发酵后显著降低，原因可能是酵母菌和乳酸菌产生的酶系使得大分子的多糖降解，从而使多糖分子量降低。由此可知，发酵对铁皮石斛多糖含量影响显著，且不同菌种发酵影响结果也不相同，可选用适宜的微生物利用发酵方法提取铁皮石斛多糖，以此增加铁皮石斛的多糖含量。

2.2 总黄酮

黄振勇等[25]用植物乳酸杆菌和保加利亚乳酸菌发酵铁皮石斛，与发酵前相比，利用植物乳杆菌发酵后总黄酮含量有显著提高，利用保加利亚乳杆菌发酵后黄酮含量的提高无显著差异，利用保加利亚乳杆菌与植物乳杆菌混合发酵条件下，总黄酮含量比发酵前提高了31.87%。由此可知，铁皮石斛利用乳酸菌发酵后总黄酮含量增加，且利用植物乳酸菌发酵与保加利亚乳酸菌发酵相比，前者提高铁皮石斛总黄酮含量效果较好，两种菌混合发酵提高铁皮石斛总黄酮含量效果更好。

2.3 总 酚

陈岭等[26]将石斛花利用自然发酵法制备天然酵素，在研究中发现随着发酵时间的推移，石斛花酵素中的总酚含量逐渐上升，而且发酵前期总酚含量上升趋势明显高于后期，到发酵后期，总酚含量逐渐趋于平稳，并且在发酵时间为42天时，石斛花酵素中的总酚含量达到最大值，其含量远高于未发酵的石斛花汁。出现这种现象的原因可能是：刚开始发酵时，发酵液中的微生物需要消耗大量碳源、氮源进行繁殖，因此发酵液中释放出许多大分子酚类物质，经微生物消耗逐渐转变为小分子物质，而到发酵末期，酚类物质基本溶出完毕，所以使得初期的发酵液中总酚含量呈上升趋势，而后期总酚含量逐渐趋于稳定，并出现最大值。

黄振勇等[25]先分别运用植物乳酸杆菌和保加利亚乳酸杆菌进行单菌种发酵铁皮石斛，发酵后发酵液中的总酚含量较发酵前均有所提高，植物乳酸杆菌提高了9.02%，保加利亚乳酸杆菌提高了5.62%。后同时运用上述两种菌对铁皮石斛进行混菌发酵，发现发酵后发酵液中的总酚含量提高了24.17%。实验结果说明铁皮石斛利用乳酸菌发酵能有效提高酚类物质的含量，而且混菌发酵效果优于单菌种发酵。导致此结果的原因可能是：在繁殖过程中，乳酸菌的生理代谢会产生一些能分解铁皮石斛细胞壁结构的酶，使得酚类物质更易溶解释放出来，从而导致铁皮石斛发酵后总酚含量提高。

3 发酵对铁皮石斛活性的影响

中药以植物类药材为主，其活性成分多存在于细胞的胞浆中，而植物细胞的细胞壁是由结构紧密的纤维素、半纤维素等构成，因此活性成分释放遇到较大阻力，从而阻碍了人体充分吸收，使生物利用度较低[27]。微生物在代谢过程中会产生纤维素酶、果胶酶等，中药材通过微生物发酵，微生物产生的胞外酶进入培养基，使得中药材的细胞破裂，活性成分释放出来。并且在发酵过程中，微生物能产生将大分子活性成分降解为小分子活性成分，增强人体对活性成分的吸收，从而增强药效，提高生物利用度[28]。铁皮石斛作为一种植物类药物，其化学成分和结构复杂，活性物质被包裹，药性不能得到完全释放，通过发酵技术可以破坏铁皮石斛的细胞壁，促进其活性物质的释放，增强药理活性。

3.1 对抗氧化活性的影响

薛燕等[29]利用液态发酵法制备铁皮石斛多糖，并测定发酵前后铁皮石斛多糖清除DPPH-·、ABTS+自由基的能力，发酵前铁皮石斛多糖对 DPPH-·、ABTS+自由基的ZC50分别为 2.226、0.79 mg/mL；发酵后铁皮石斛多糖对 DPPH-·、ABTS+自由基的ZC50分别为 1.162、0.235 mg/mL。结果表明铁皮石斛多糖发酵前后都具有一定的抗氧化活性，但是发酵后铁皮石斛多糖的抗氧化活性明显高于发酵前。王丹[30]等利用面包酵母发酵铁皮石斛，再次证明发酵可以显著改善铁皮石斛的抗氧化活性，而且发酵过程可以使羟基裸露出来，所以铁皮石斛发酵后对于OH·自由基的清除能力高于DPPH·和ABTS+自由基。

3.2 对体外降血糖的影响

α-淀粉酶有助于淀粉消化，是淀粉消化过程中的一种主要酶。α-淀粉酶能使糖尿病患者餐后的淀粉被消化水解，引起血糖升高，所以控制糖尿病可以选择抑制α-淀粉酶，以此阻碍患者消化水解碳水化合物，可有效控制糖尿病患者餐后血糖升高[31]。α-葡萄糖苷酶可以通过调节多糖类的代谢过程对血糖加以调节[32]，控制血糖水平是II型糖尿病治疗过程中的关键要素。α-葡萄糖苷酶抑制剂可以通过抑制小肠黏膜刷状缘的 α-葡萄糖苷酶以延缓碳水化合物的吸收，从而达到降低餐后血糖的目的[33]。

王丹等[30]利用面包酵母发酵铁皮石斛，并测定发酵过程中发酵液对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制率，结果显示发酵时间在0～72 h内，发酵液对两种酶的抑制率均呈现先增加后降低的趋势，但是相对于未发酵的铁皮石斛，发酵后体外降血糖活性均有提高。发酵时间48 h时，与发酵空白相比，发酵液对两种酶的抑制率分别为α-淀粉酶抑制率提高了79.3%，α-葡萄糖苷酶抑制率提高了57.1%，因此发酵后铁皮石斛对体外降血糖活性增强。

4 结 语

铁皮石斛作为一种传统的名贵中药材，近年来，越来越多的铁皮石斛相关原料应用到保健食品、化妆品和药品中，不仅促进了铁皮石斛资源的开发利用，还符合当下绿色健康的理念。利用微生物发酵铁皮石斛，既能降低铁皮石斛的多糖分子量，增加人体对多糖的吸收；又能提高多糖、黄酮、酚类物质的提取量，开辟新的铁皮石斛成分的提取方法，还能增加铁皮石斛的抗氧化活性和降血糖能力。目前铁皮石斛在化学成分和药理活性研究已经比较成熟了，但是对于铁皮石斛发酵的研究还处于初级阶段，在今后研究中，可通过改变发酵菌种、发酵工艺等条件的改善和摸索，对发酵铁皮石斛及发酵后的活性再深度研究。铁皮石斛作为一款药食同源的名贵中药材，其功能活性毋庸置疑，铁皮石斛的发酵值得研究。