微生物发酵在中药中的应用

微生物发酵在中药中的应用

1 前言

   我国早在四千多年以前就利用微生物发酵来酿酒， 之后又将微生物发酵应用于中炮制。 现代发酵过程研究表明， 微生物菌群具有氧化、 酯化、 甲基化、羟基化、还原化等多种生物转化能力[1]。中草药经发酵后， 其有效成分能被充分分离、 提取， 使其更具生物活性， 并使发酵液中含有大量的活性酶， 服用后可被机体组织细胞迅速吸收，达到祛病、健体、增强免疫调节的功能，更好地发挥天然中草药的药效。 同时， 在发酵过程中还可能会伴随某些成分的分解转化而生成新的有效成分，这些新成分可能会增强其药理作用或出现新的药理作用。因此利用微生物进行发酵制药，不仅降低了用药成本，提高了功效，还为开发新药提供了途径。

2、中药发酵的分类

   中药发酵分为液体发酵和固体发酵。

液体发酵：是在借鉴抗生素生产工艺的基础上，把菌丝体加入培养基中，将之与药材混合后放置于适温下进行发酵。 液体发酵具有较高的物质传递效率， 易于实现发酵工艺的自动化控制。

 固体发酵：是以富含多种营养成分的农副产品如麦麸、 甘蔗渣、 玉米芯等作为发酵营养基质， 用一种或多种真菌作为发酵菌种， 在一定的温度、 湿度条件下进行发酵。 固体发酵在发酵过程中既生长菌体， 又形成各种次生代谢物质， 难以将其分离，南京中医药大学庄毅教授将它们统称为“菌质”。

   按应用方式又可将其分为“无渣式”和“去渣式”，前者不用经过提取可直接用药，后者要经过有效成分的提取和制剂后才可用药。

3、微生物发酵在中药中的应用

   发酵中药在中药加工工艺上是一个创举， 有望解决中药在煎、煮、熬、炼、蒸、浸等传统工艺中活性成分难于最大限度提取的难题。 同时， 微生物发酵通常是在常温、 常压等较为温和的条件下进行的生物转化， 能最大限度地保护中药中活性成分免遭破坏， 特别是对热敏感的芳香类挥发油、 维生素等活性成分更能有效地加以保护。 微生物在中药的特殊环境中也有可能会产生新的代谢反应， 因为中药的物质可能对微生物的生长和代谢有促进或抑制作用， 从而改变微生物的代谢途径， 形成新的成分或改变各成分的相互比例。 微生物的分解作用也会将中药中的有毒物质进行分解，从而降低药物的毒副作用。

3.1 提高药效，扩展用途

   有研究表明，中草药有效成分大多是微生物的次生代谢产物，这些代谢产物可将人体不能直接利用的中药有效活性组分，在体外降解为分子量较小的小分子活性物质。这些小分子活性物质更易于通过血脑屏障与人体细胞蛋白结合，使得中药有效成分在人体中吸收更快、 更完全， 治疗范围也更广。 由于微生物生长主要消耗的是动植物的蛋白质、糖等常规物质， 有可能对有效成分有浓缩作用， 从而大大提高了中药活性成分的含量。

   云南中医学院的学者戴万生[3]等用发酵法炮制大黄，改变了大黄有效成分中蒽醌类的含量。经酵母发酵后发现较传统方法发酵法保存了更多的大黄蒽醌，并使有泻下作用的结合类蒽醌含量降低，微生物发酵在中药研究中的应用。

赵雯玮，陈祥贵，李　鑫

（西华大学生物工程学院   四川成都   610039）

摘要

   现代中药发酵技术是在充分吸收了微生物学、 生物工程学等学科研究成果的基础上逐渐发展起来的。 利用微生物发酵中药比一般的物理或化学炮制手段优越， 可较大幅度地提高疗效， 降低毒副作用， 并为研发新药提供了新的途径，正逐渐成为中药研究的热点。 本文综述了目前微生物发酵在中药中的主要应用。

关键词 微生物发酵；中药；应用

作者简介：赵雯玮( 1978 -) ，女（汉），河南安阳人，西华大学在读硕士研究生，食品科学专业；E-mail：ayzww@yahoo.com.cn；电话：13880180321

通讯联系人：陈祥贵（1967-），男（汉）， 博士，博士后，硕士生导师，电话：028-877205504

生命科学仪器  2008 第6卷/ 10月刊 综述

   在临床应用上缓和了大黄峻烈的泻下作用及对胃肠道的不良反应；同时作为抗菌、抗肿瘤的主要有效成分的游离型蒽醌的含量增加了6倍左右，扩展了其应用范围。

香港中医博士吴志勇与内地教授林陆山合作

[4]将黄芪发酵后使黄芪多糖的含量较传统的煎、 煮、 熬水提法提高了5倍， 且该发酵中药只需1/28的量， 即可与一般煎、煮、熬的水提物一份的量发挥同等药效，大大节省了用药量。

王[5]等在鸡腿蘑的发酵培养基中添加了毒性低、药食两用的中药材进行研究，结果显示添加苦瓜后的发酵液具有明显的降血糖功效。

王贞佐[6]等研究了焦三仙、黄芪、当归、海马、 柴胡五味中药对冬虫夏草的发酵作用， 实验结果表明， 发酵液对冬虫夏草菌丝体生长有明显的刺激作用。 中药能促进冬虫夏草菌丝体对发酵液中多糖的利用，使其甘露醇含量提高，增强其药用价值。獐牙菜苦苷是从龙胆科植物獐牙菜(藏语“甲蒂” )中分离而得的一种环烯醚萜类化合物。獐牙菜苦苷味苦、性寒,归肝、胆、肾经，具有抗氧化、抗菌消炎、抗癌、抗突变以及调节免疫系统、降血脂和胆固醇等一系列药理作用。

德国科学家Keil[7]等利用Tween20对培养印度璋牙菜的毛状根进行渗透性处理后， 可使培养生产的苦杏苷的含量增加了15倍左右。

3.2 降低毒性，减毒存效

   在临床中常采用“以毒攻毒”的疗法，应用适宜的毒药来解疮毒、 除毒疠。 传统的中药炮制法可将带有毒性的生药转化为毒性较弱、可内服的安全用药。 这可能是因为微生物、 生物的分解作用将中药中的有毒物质进行了分解或是合成了新的成分，从而降低了药物的毒副作用。例如4mg 的乌头碱可以导致人的死亡， 但在中医临床中， 使用其炮制品可以使用药量达到1.5-3.0g，不仅可以外用，而且可以内服。 研究发现， 乌头碱经过炮制后水解为乌头次碱和乌头原碱， 它们的毒性分别降低至乌头碱的1/200和1/2000，安全范围得到了扩大，而镇痛效果却没有降低[8]，使临床应用的安全性得到了保证。毒菌是一类含有对人有强烈作用效果的菌类，引起人的精神幻觉，极少量的活性物质就可引起人的强烈反应， 有学者提出， 若采用含有神经毒素的毒蝇鹅膏菌发酵草药制成戒毒中药，可能会收到意想不到的效果[9]。

3.3 发酵药渣，节约药源

  通常中药在提取有效成分后的废渣会被丢弃，不仅对环境造成污染，也浪费了宝贵的中药资源，而利用微生物发酵药渣可以很好地解决这一难题。目前已有学者在中药药渣的综合利用方面做了许多研究，包括利用中药渣培养食用菌、用中药渣发酵制肥料、用中药渣造纸和制备絮凝剂、用中药渣生产蛋白饲料等。利用微生物发酵药渣不仅可以节约药源、提高企业的经济效益，而且有利于资源的保护和环境的可持续发展。香菇生长过程中能够分泌一系列的酶，采用香菇发酵转化中药废渣， 可将药渣中的纤维素、 木质素类大分子物质降解，同时可将中药废渣转化为菌体蛋白和香菇多糖， 具有较高的营养价值， 并可增强机体的免疫功能[10]。

王建芳[11]

等利用香菇对中药的废渣进行了固态和液态发酵，结果表明无论是液态发酵还是固态发酵，香菇发酵中药废渣都能提高粗蛋白和可溶性多糖的含量， 降低纤维素含量， 使中药废渣的营养价值大大提高。

 陈合[12] 等也以中药渣为主要原料， 采用固体发酵法培养的灵芝固体菌质， 不仅重金属含量低而且含有丰富的生物活性成分：灵芝质多糖、灵芝酸三萜、蛋白质等。

3.4 修饰活性成分结构，产生新的活性物质

   中药的天然活性成分往往含量低，结构复杂，合成困难。比如红豆杉和长春花中的有效成分紫杉醇和长春新碱是抗癌和治疗白血病的有效药物，但其含量极低， 仅有十万或百万分之一。 同时这些有效成分的结构复杂， 有多个不对称碳原子， 化学合成难度较大。 随着药物的开发利用， 天然野生资源储存量不断下降，急需开发出针对特定有效成分的天然药物的生产技术。 在微生物发酵的反应过程中， 存在着许多种酶类， 是中药有效成分合成的关键酶。 我们可以将控制合成关键酶的基因插入到植物表达载体中，使酶的合成增加，从而为中药活性成份的结构修饰提供新的途径， 开发出具有新的保健、 预防和治疗功能的中药。有学者提出以微生物为反应器结合同位素示踪法，进行中药活性成分的生物转化和合成。此法有望阐明药用活性成分在生物体内合成的新途径，并找出限速步骤，用微生物把生源关系相近或结构类似的化合物转化为人类需要的天然化合物，把廉价、资源丰富且活性较低的次生代谢产物转化成稀有、昂贵、有较高药用价值的物质加以利用。

据5生命科学仪器  2008 第6卷/ 10月刊 综述

   中国医药报报道[13]，中国药科大学研究人员已利用微生物转化技术，成功地在吗啡类似物蒂巴因的14位碳原子上定向引入了羟基，使其镇痛活性提高了100倍以上。

王玉红[14] 等研究了中药黄芪对灵芝发酵生产灵芝多糖的影响，在发酵后其多糖的组分产生变化， 推测有新的组分产生， 组分Ⅱ有待进一步分析研究。

金建明[15]等利用龙舌兰发酵后，也从发酵液中分离得到了一种新的化合物-- 龙舌兰苷C。探索天然活性成分的生物合成途径并据此设计出仿生合成路线，将对创新中药的研究起到事半功倍的效果。我们可以借鉴中药在反刍动物上的应用效果来进行发酵中药的研究。中药饲喂给反刍动物后经过了瘤胃或者盲肠的微生物发酵，如果某些药物在鸡、 鼠等单胃动物上应用效果不太好而在牛、 羊上疗效明显，则可考虑是否因微生物的存在引起了中药的发酵作用，再模拟反刍动物的胃内微生物环境来进行体外发酵的研究[16]。

4 意义

   随着现代科学技术和现代医药产业的发展，传统中医药的优势面临着日益严峻的挑战，中药现代化将成为我国新药研制的必由之路。将发酵工程应用于中药制剂的研究与开发，已成为中药现代化研究的重要手段。利用微生物发酵研发中药制剂具有较高的技术水平， 此技术不仅可以实现生产工艺的可控性， 确保产品质量， 还有利于推进中药的现代化和国际化进程， 提高我国中药行业的国际竞争力， 为中药走向世界、造福全人类做出更大的贡献。

参考文献

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[3] 戴万生,赵荣华.发酵法对大黄葸醌类成分含量的影响[J].云南中医中药杂志,2005,26(1):38-39

[4] 采用生物工程技术发酵中药获得成功.Wold Science andTechnology Modernization of Troditional Chinese Medicine,2002,4(3):12

[5] 王锋,丁重阳,章克昌.添加中药的鸡腿蘑发酵液对α-葡萄糖苷酶及非酶糖基化的抑制作用[J].中国医药工业杂志,2006,37(6):384-387

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[13] 马艳红.生物技术必将推动天然药物和中药创新[J].中国医药报,2002,12.26

[14] 王玉红,丁重阳,徐鹏,等.中药黄芪对发酵生产灵芝多糖的影响[J].食品与生物技术学报,2005,24(2):38-40,45

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[16] 陈娟娟.发酵中草药在动物生产方面的应用展望[J].山西农业:畜牧兽医版,2007,8:12-14

 

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