汪洋 汪德剛 張世新 鄧貞懷

摘 要：中藥微生態(tài)發(fā)酵是將現(xiàn)代生物技術(shù)與傳統(tǒng)中藥炮制相結(jié)合形成的中藥制藥新技術(shù)。本文介紹了該技術(shù)的基本原理與主要工藝，總結(jié)了該技術(shù)增加中藥有效成分含量、提高利用率、產(chǎn)生新活性成分、減輕毒副作用、節(jié)約資源等方面的優(yōu)勢，分析了研究中面臨的問題，并對其發(fā)展前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：中藥；微生態(tài)；發(fā)酵

中藥以其來自天然、多功能性、毒副作用低、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)勢，在人類醫(yī)學、動物醫(yī)學、食品科學、日用化學等諸多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用，近年來尤其受到關(guān)注與重視。由于中藥多為僅經(jīng)過簡單物理加工的天然物質(zhì)，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(diào)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(tài)發(fā)酵等技術(shù)的研究都取得了長足的進展，部分技術(shù)已應用于中藥制劑生產(chǎn)。在中藥現(xiàn)代加工工藝研究中，中藥微生態(tài)發(fā)酵技術(shù)是相對新興而活躍的領(lǐng)域。其實，常用的中藥神曲（又稱六曲、六神曲）就是傳統(tǒng)中藥炮制的一個發(fā)酵產(chǎn)品，但傳統(tǒng)的中藥發(fā)酵方法多憑經(jīng)驗進行，工藝技術(shù)缺乏統(tǒng)一標準，導致發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的日益發(fā)展，將發(fā)酵工程等現(xiàn)代工藝與傳統(tǒng)中藥發(fā)酵結(jié)合起來產(chǎn)生了新的工藝，即中藥微生態(tài)發(fā)酵：通過利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生的酶與中藥中復雜的化學成分發(fā)生反應，從而得到與提高其有效成分含量。中藥微生態(tài)發(fā)酵在增強藥物療效、減輕毒副作用、節(jié)約藥材資源等方面均較傳統(tǒng)發(fā)酵方法存在顯著優(yōu)勢，具有廣闊的研究與應用前景。

1中藥微生態(tài)發(fā)酵原理與技術(shù)

中藥微生態(tài)發(fā)酵方法基源于中藥炮制學與現(xiàn)代微生物學，是將傳統(tǒng)炮制方法與發(fā)酵工程等現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合而形成的新技術(shù)。根據(jù)反應體系可分為液體發(fā)酵與固體發(fā)酵。此后在固體發(fā)酵的基礎上，近來又產(chǎn)生了藥用真菌雙向性固體發(fā)酵技術(shù)[1]。中藥發(fā)酵的作用機理比較復雜，主要依靠微生物對有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)。中藥發(fā)酵過程中，微生物會產(chǎn)生纖維素酶、果膠酶、蛋白酶、淀粉酶等多種次生代謝產(chǎn)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(tǒng)的物理化學方法更為溫和的條件下實現(xiàn)對藥性的調(diào)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(fā)酵

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

1.2 固體發(fā)酵

固體發(fā)酵與傳統(tǒng)中藥發(fā)酵方法相類似，是以富含營養(yǎng)的農(nóng)副產(chǎn)品作為發(fā)酵基質(zhì)，利用真菌作為發(fā)酵菌種的發(fā)酵方法。固體發(fā)酵不經(jīng)滅菌，體系開放，易于控制溫度、濕度、酸堿度、通氣等培養(yǎng)條件，藥材有效成分轉(zhuǎn)化率高于液體發(fā)酵，能夠較大程度地提高發(fā)酵炮制中藥的質(zhì)量，但缺乏科學的發(fā)酵終點與觀察指標，多數(shù)依靠制藥人的經(jīng)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(lǐng)域，不同地區(qū)與企業(yè)對同樣藥材使用不同的發(fā)酵方法，缺乏統(tǒng)一標準[4]。同時，開放的體系也造成了發(fā)酵菌種的混雜，不利于發(fā)酵效果最大化，對產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量也有潛在的威脅。相對于液體發(fā)酵，固體發(fā)酵在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)上存在較大困難，從而限制了固體發(fā)酵的應用。

1.3 藥用真菌雙向性固體發(fā)酵技術(shù)

20世紀90年代由莊毅等在研究擴大槐耳菌質(zhì)對慢性乙肝等病毒性疾病的臨床適應癥時，依據(jù)中藥被曲霉Aspergillus sp.、青霉Penicillium sp.等污染后發(fā)酵導致藥性變化的原理，獨創(chuàng)了藥用真菌雙向性固體發(fā)酵技術(shù)，其關(guān)鍵是將傳統(tǒng)固體發(fā)酵中使用的農(nóng)副產(chǎn)品替換為具有一定活性成分的中藥或藥渣，以形成“藥-藥”發(fā)酵體系，稱為藥用菌質(zhì)。與使用農(nóng)副產(chǎn)品作為發(fā)酵基質(zhì)的體系不同的是，藥性基質(zhì)在提供真菌發(fā)酵所需營養(yǎng)的同時，自身的組織、性狀也會受到真菌的影響，甚至產(chǎn)生新的性味與功能[5]。其優(yōu)勢在于將藥用真菌與中藥有機的結(jié)合在一起，可以產(chǎn)生大量的發(fā)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(tài)發(fā)酵的優(yōu)勢與作用

中藥微生態(tài)發(fā)酵的本質(zhì)是利用微生物生長代謝過程中產(chǎn)生的酶對中藥材中活性底物進行結(jié)構(gòu)修飾的過程。因微生物種類多、酶系廣，利用微生物發(fā)酵更易于獲得活性更好的中藥組分。概括地說，中藥微生態(tài)發(fā)酵的優(yōu)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(jié)約藥材資源，保護環(huán)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(fā)酵的方法，向靈芝發(fā)酵培養(yǎng)基中加入黃芪，結(jié)果表明加入黃芪的量對靈芝濕重的影響呈現(xiàn)先增加后減少的單一峰，胞內(nèi)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(nèi)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(fā)現(xiàn)預發(fā)酵能夠提高盾葉薯蕷中薯蕷苷元的產(chǎn)率，通過進一步選擇合適的發(fā)酵時間與溫度，使盾葉薯蕷中薯蕷皂苷元的產(chǎn)量提高了22.7%，但發(fā)酵時間長于24 h后則會出現(xiàn)其他雜質(zhì)[7]。王貞佐等在研究中發(fā)現(xiàn)，在蟲草培養(yǎng)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(yǎng)基中多糖的利用率：向冬蟲夏草發(fā)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(chǎn)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(fā)酵菌種，控制淡豆豉進行純種發(fā)酵，將產(chǎn)物與自然狀態(tài)下發(fā)酵得到的淡豆豉進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)純種發(fā)酵的淡豆豉中，染料木素和大豆黃素的含量與自然發(fā)酵的產(chǎn)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(nèi)。然而植物細胞由于有細胞壁保護，胞內(nèi)大分子活性物質(zhì)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(yǎng)、發(fā)酵的過程中，微生物代謝產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)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(jīng)發(fā)酵處理的牛蒡子、甘草等藥效明顯強于未經(jīng)發(fā)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(fā)酵，利用C2-13產(chǎn)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(chǎn)物較發(fā)酵前羥自由基清除能力與肝氧化物產(chǎn)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(zhì)。經(jīng)過微生物發(fā)酵過程，微生物中的酶系統(tǒng)可將毒性大分子分解，或?qū)ζ浞肿咏Y(jié)構(gòu)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(fā)酵的五倍子治療潰爛性結(jié)腸炎，與未經(jīng)發(fā)酵的生五倍子相比，熟五倍子在顯著提高治愈率的同時，發(fā)酵生成的大量L-賴氨酸減少了鞣酸與胃腸道內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)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(zhì)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(chǎn)生新的活性成分

在中藥微生態(tài)發(fā)酵的過程中，除了多種酶系，微生物代謝過程中產(chǎn)生的其他初級、次級代謝產(chǎn)物也會同藥材中的活性成分甚至非活性成分發(fā)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(fā)酵，結(jié)果在產(chǎn)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(fā)酵反應[13]。而王玉紅等在將黃芪加入靈芝發(fā)酵體系后也在產(chǎn)物中檢出了新的相對分子質(zhì)量較小的活性多糖分子，推測其為在發(fā)酵體系中加入黃芪后經(jīng)藥材間相互作用而形成的新組分[6]。

2.5 節(jié)約藥源

中藥微生態(tài)發(fā)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(yǎng)基質(zhì)，既解決了藥渣可能對環(huán)境造成的污染問題，又充分利用了藥渣中的蛋白質(zhì)與糖類，達到同時節(jié)約生產(chǎn)成本與藥材資源的目的。而利用藥用真菌組建的發(fā)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(yī)博士吳志勇與內(nèi)地教授林陸山合作，將黃芪發(fā)酵后使黃芪多糖的含量較傳統(tǒng)的煎、煮、水提法提高了5倍，且該發(fā)酵中藥只需1/28的量，即可與一般煎、煮、水提物1份的量發(fā)揮同等藥效，大大節(jié)省了藥材用量[14]。王兵等利用白腐菌對中藥渣進行固態(tài)發(fā)酵，不僅降低了藥渣中纖維素的質(zhì)量分數(shù)，同時顯著提高了蛋白質(zhì)與氨基酸的含量，將原本作為污染的藥渣變?yōu)樯a(chǎn)蛋白飼料的基質(zhì)[15]。

3中藥微生態(tài)發(fā)酵技術(shù)面臨的問題

中藥微生態(tài)發(fā)酵較之傳統(tǒng)中藥炮制工藝在產(chǎn)量、利用率及藥效等方面均有明顯進步，是現(xiàn)階段中藥工藝創(chuàng)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(fā)酵基質(zhì)、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(fā)現(xiàn)向靈芝發(fā)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(fā)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(xiàn)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(fā)酵的關(guān)鍵，在多數(shù)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(fā)酵效果也有所不同。根據(jù)李國紅等的實驗結(jié)果，在經(jīng)枯草芽孢桿菌發(fā)酵后，部分中藥的發(fā)酵產(chǎn)物抗菌活性增加，而部分中藥的發(fā)酵產(chǎn)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(jù)藥材自身特點選擇合適的發(fā)酵菌種等都還有待進一步研究[17]。第三，確定最適發(fā)酵條件與終點，尋找發(fā)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(tài)發(fā)酵的技術(shù)難點之一[18]。

4中藥微生態(tài)發(fā)酵技術(shù)展望

中藥微生態(tài)發(fā)酵技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)與傳統(tǒng)中藥工藝研究的有機結(jié)合，在新藥、新獸藥開發(fā)與中藥現(xiàn)代化、國際化過程中占有重要地位。該技術(shù)目前總體仍處于起步階段，存在著巨大的發(fā)展空間。從基礎理論方面看，現(xiàn)階段對中藥微生態(tài)發(fā)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(tài)發(fā)酵技術(shù)的理論綱領(lǐng)，作為構(gòu)建最適發(fā)酵體系的指導。從藥理方面看，目前對發(fā)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(tài)發(fā)酵制品的中藥單方、復方也為數(shù)不多，投入臨床觀察與生產(chǎn)的發(fā)酵新藥更是寥寥無幾，但隨著中醫(yī)藥理論與現(xiàn)代科學的接軌，將會有越來越多的中藥發(fā)酵產(chǎn)品投入臨床應用[19]。從工藝方面看，利用發(fā)酵工程的前沿技術(shù)選育優(yōu)良工程菌，探索最優(yōu)藥材與菌種發(fā)酵組合，將會在最大限度上提高產(chǎn)率與藥效。另外，對多菌種混合發(fā)酵模式的嘗試成為近期熱點內(nèi)容，該技術(shù)將會極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、可控性，提高產(chǎn)品的藥效與安全性[20]。從產(chǎn)品方面看，作為微生態(tài)制劑主要成分的許多菌種，如雙歧桿菌、乳酸菌等在中藥發(fā)酵方面也有巨大的潛力，將中藥發(fā)酵與微生態(tài)制劑有機結(jié)合，形成新的集治病、防病、保健于一身的中藥微生態(tài)產(chǎn)品，而不僅僅局限于利用微生物的發(fā)酵作用，也是中藥微生態(tài)發(fā)酵的重要發(fā)展方向。我們在生產(chǎn)實踐中，積極探索開發(fā)了部分微生態(tài)發(fā)酵的中獸藥產(chǎn)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(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展與中藥工藝創(chuàng)新的進步，中藥微生態(tài)發(fā)酵技術(shù)將在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，發(fā)酵中藥也將憑借其獨特的優(yōu)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?！觯ň庉嫞汉畏迹?/p>

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