讲座与综述１Ｉｌ２；【肘 隧 嚣 ＿…………………………一一 ２０１２年第１３卷第４期 液体发酵技术在中药研究方面的应用 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍａｔｅｒｉａ Ｍｅｄｉｃａ 梁红娟，季新燕，李津，常瑞华，刘亚明 （山西中医学院，山西太原０３００２４） 关键词液体发酵；中药；生物量 中图分类号：Ｒ２８５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—０２５８（２０１２）０４—００７５—０４ 液体发酵法是将营养物质溶解在液体中作为培 丝或孢子，还可在发酵液中得到多糖、多肽、生物碱、 养基，然后接入菌种，通过一段时间培养得到目的产 萜类化合物、甾醇、酶、核酸、氨基酸、维生素、植物激 物。液体发酵的优点是规模大，可以进行工业化连续 素等多种具有生理活性的物质，这些物质具有抗癌、 生产，产量高，生产效率高，适于机械化和自动化生 抗炎、抗菌、抗溃疡和抗衰老等功效。我国药用真菌 产，是当前微生物发酵工业的主要生产方式。实验室 的液体发酵技术已接近世界先进水平，药用真菌的 中的液体发酵可以使微生物迅速生长、繁殖，获得大 生产也由田间栽培发展到工业化发酵生产，这种方 量的培养物。液体发酵有静置培养和通气培养两种 法周期短、规模大、效率高、质量稳定，且可直接从发 类型，静置培养适于厌氧菌发酵，如酒精、丙酮、丁 酵液中分离提取活性成分。药用真菌的液体发酵技 醇、乳酸等发酵；通气发酵适于好氧菌发酵，如抗生 术已成为中药研发的一个重要方向，液体发酵技术 素、氨基酸、核苷酸等发酵 。液体发酵受物质浓度、 在中药的研究与开发中主要有以下几方面的特点。 接种量、培养基成分、温度、ｐＨ、需氧量、发酵时间等 条件制约。 １提高中药有效成分含量 二战时期，由于成功创立了液态深层发酵技术， 中药中含有的化学活性成分有挥发油、生物 特别是通气搅拌液体发酵技术，使青霉素作为医治 碱、皂苷类、蒽醌类、萜类、黄酮类等，提高中药有效 战伤感染的药物而迅速工业化生产，加之微生物代 成分的含量，使中药能最大限度地发挥作用，是中药 谢技术的应用和微生物发酵原料由过去单一性 现代提取研究的一个重要方面。 碳水化合物向非碳水化合物的变化，使发酵技术得 徐非一等 １采用微生物发酵法，从中药牛蒡子 以广泛地应用到工业、食品、药品等各个方面。 中筛选到一株具有转化牛蒡子苷能力的菌株ＨＢ一 液体发酵技术应用于中药研究开始于２０世纪 ２，将其用于牛蒡子发酵时，利用其产生的Ｂ一葡萄糖 ８０年代，是将中药材与辅料拌和，置于一定温度和 苷酶将牛蒡子苷转化为牛蒡子苷元，将天然牛蒡子 湿度下，通过微生物的发酵达到提高中药药效、改 中含量甚微的有效成分牛蒡子苷元含量提高数十 变药性、降低毒副作用、扩大用药品种等目的。国内 倍，提高了牛蒡子的利用率。欧志敏等口 采用黑曲霉 外学者相继开展了利用微生物分解转化中药，特别 发酵产生的Ｂ一葡萄糖苷酶酶液直接水解牛蒡子苷制 依靠微生物对中药与中药药渣进行转化和再利用， 备牛蒡子苷元，产率可以达到９４．７％。甘草次酸是甘草 对冬虫夏草、银杏、红豆杉等多种名贵中药进行了 中重要有效成分之一，但其含量较低 。陈永强［５］通过 大规模的发酵实验，并对发酵后产物的化学成分及 高产Ｂ一葡萄糖醛酸酶的菌种ＨＣ一１２对甘草酸进行 药理活性进行了较深入的研究，取得了有意义的研 发酵转化，在优化的发酵和酶解条件下，使甘草酸在 究成果。 较短的时间内转化为甘草次酸和两分子１３一Ｄ一葡萄 随着微生物研究的深入以及分离技术和结构鉴 糖醛酸，避免了酸水解法成分易破坏的不足，显著提 定的不断发展，研究发现真菌的液体发酵技术简易 高了中药甘草的有效成分含量。殷红等 对产生小 可行，通过对中药进行液体培养，除能够大量增殖菌 檗碱产量比出发菌株有明显提高的高产菌株Ｓ一 ［基金项目］国家科技支撑计划项目（２０１１ＢＡ１０７Ｂ０５）；山西省卫生厅计划项目（２０１００２２３）；山西省食品与药品管理监督局项目（２０１ＩＯ０３Ｂ）；太 原市科技局项目（２０１１０１１５） ［作者简介］粱红娟，女，在读硕士研究生，从事中医药基础研究 ［通讯作者］刘亚明，男，教授，博士生导师，从事方剂学教学、科研和中药发酵技术研究，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｙａｍｉｎｇ６６＠ｙａｈ ＣＯＹＩＩ．Ｃｌｌ ［收稿日期】２０１２—０５—１２ 屠 泛学诼露 ２０１２ Ｖｏ１．１３ Ｎ０．４ 讲座与综述 由于有些中药不仅可以为发酵物质提供营养成 分，还能促进其活性物质的生产，所以不少学者通过 中药材作为液体发酵培养基的成分，来增强药效和 使其配伍产生协同作用。陈丽华等ｎ 在黑木耳的液 体培养基中通过添加中药来增强黑木耳的降脂作 用，研究结果表明添加何首乌、银杏叶和决明子能提 ＮＵ一３—２的培养条件进行了优化，为开发利用发酵 方法生产小檗碱的新途径奠定了基础。敢小双口 用 真菌糙皮侧耳对中药党参进行液体发酵处理，发现 党参皂苷、黄酮含量增加。王建玲等隅俐用新月弯孢 霉对重楼的发酵条件进行优化，发现重楼皂苷的转 化得到了明显的提高，转化率达７６．８０％。田天丽＿９＿ 从自然长菌的虎杖上分离鉴定了一株能转化两种苷 类成分的根霉Ｔ一３４，可高效、专一地将虎杖苷转化 成更有效的成分白藜芦醇，将大黄素８－０一Ｂ—Ｄ一葡 高黑木耳的降脂功效。李津等 明利用啤酒酵母提取 出具有生物活性的ＧＴＦ（葡萄糖耐量因子）。刘亚明 等 将ＧＴＦ与中药葛根的有效物质葛根素共同发 萄糖苷转化成大黄素，白藜芦醇和大黄素的提取率 分别达到５４％和８０％。余志坚等阻。。研究发现用银杏 水提取液对灵芝进行液体发酵，可促使其主要成 分——三萜含量增加１７．１％。Ｌｉｕ ｌｉｎ等 ¨使用木霉 菌液体发酵山药，研究出了由石油醚、乙醇和硫酸铵 组成的三液相的最佳组合方式，最大限度地分离出 山药中皂苷元（回收率达９７．２４％）和甾体皂苷（回收 率几乎达１００％）。张晓洁等 首次从重楼组织中分 离出若干株内生菌经过发酵产生重楼的主要成 分——甾体皂苷，有望缓解重楼药用资源的紧缺。李 姝诺等 首次筛选出产黄酮类化合物的越橘内生真 菌，检测出该菌株所产生的黄酮类化合物与越橘原 植物产生的黄酮类化合物相同或相似，为将来利用 工业发酵方法大量生产药用黄酮类物质提供了依 据，对开发利用越橘资源有重要意义。 ２产生新的成分或药效作用 在液体发酵时，中药中的活性成分可能被微生物 转化或修饰，产生新的物质，为研发新药提供了一条 可能的途径。徐春等 用地衣芽孢杆菌发酵红花黄色 素Ａ，高效液相检测发酵后生成了一种新的物质，对 其分离、纯化，通过紫外光谱、红外光谱和质谱等方法 确定了其结构式，同时药效学实验证明该新物质抗血 栓作用强于红花黄色素Ａ或纤溶酶。王曦等 ｓ研究用 乳酸菌发酵的黄芪发酵液抗疲劳实验中发现该发酵 液能显著延长小鼠负重游泳时间，而相同剂量下黄芪 不具有该作用。崔月花等Ｉ１６ 发现薏苡仁对灵芝菌丝生 长和灵芝发酵产物清除自由基有促进作用，并进行高 效液相色谱分析，发现添加薏苡仁的灵芝发酵产物中 出现了新的活性成分，具体是何物质有待验证。此外， Ｌｉｕ Ｄｅｒｚｅｎ等 对珍贵稀有的牛樟芝分别进行野 生体、固体和液体发酵，研究其对小胶质细胞的抗炎 效果和防止神经退行性疾病的作用机制研究。 ３增加疗效或产生协同作用 酵后，发现葛根素有稳定ＧＴＦ活性和胰岛素受 体基因的作用。张东升等口¨以灵芝作为出发菌株，以 中药葛根作为液体深层发酵基质时，发现葛根对灵 芝菌丝体的生长具有促进作用，并对超氧阴离子的 清除能力比灵芝效果好。崔月花等 把７种中药作 为基质发酵灵芝后，添加银杏叶、薏苡仁、生姜后灵 芝清除羟自由基和超氧阴离子的效果都有提高，薏 苡仁效果最好。陈俊荣等［２３１研究发现黄芪发酵粉（中 药黄芪经液体深层发酵后低温干燥并进行破壁处理 而制得的棕色粉末）对肿瘤化疗药物环磷酰胺有显著 增效和减毒作用。贺晨雨 发现黄芪粉有调节脂代 谢、降低血糖的生物学效应。王锋等 研制出苦瓜鸡 腿蘑发酵液 一葡萄糖苷酶及非酶糖基化的抑制率 明显强于其他中药，且随着发酵液剂量加大降糖作 用明显增强，优于未添加苦瓜组和阳性对照组。 ４增加中药的生物量 菌科中药以固体栽培发酵为主，液体发酵技术 可影响菌科生物量、多糖等。李羿等［２６－２８］研究表明茯 苓发酵罐液体补料发酵与摇瓶补料液体发酵相比， 可提高茯苓的生物量，使菌丝干重从ｌ０．７４ ｇ／Ｌ增长 到１１．９５ ｇ／Ｌ；将薏苡仁添加到茯苓发酵罐液体发酵 培养基中，可促进茯苓的生长；在最佳补料液体发酵 工艺条件下，茯苓菌丝体产量达１５．Ｏ９ ｇ／Ｌ，茯苓胞 外多糖产量达７．５２ Ｌ；将薏苡仁、黄芪、金银花、甘 草等９味中药固体粉末添加到发酵基础培养基中， 研究表明其对茯苓摇瓶液体发酵中菌丝体和胞外多 糖产量有影响。 吴红娟等 发现加松根液发酵培养的茯苓菌丝 产量提高，但水溶性多糖含量下降；发酵菌丝中水溶 性多糖含量较天然茯苓显著提高。 张帆等 以菌丝体的生物量和多糖为指标，对 中药大马勃的液体发酵培养基及培养条件进行优化 筛选，确定了最佳液体培养基组成，为液体发酵生产 大马勃的工业化生产提供了依据。 讲座与综述…………………………一一Ｔ＆Ｍ 绑 艨隧学薰 ２０１２年第１３卷第４期 刘媛等 研究了１０种具有消炎功效的中药对 灵芝菌液体培养的影响，观察中药对灵芝菌生长和 代谓 产物灵芝酸的影响，发现发酵可明显改变灵芝 生物量和胞外灵芝酸产量的作用。杨海龙等 研究 了薏苡仁为基质的灵芝液体发酵培养基的条件，薏 苡仁油作为基质时，发现该成分能促进灵芝菌解体 及胞外多糖的生产。毕澎洋等口 直接在培养基中加 组成并与“证”相关的治疗系统，中药复方经液体发酵 后能显著提高疗效，具有减毒增效的作用。赵越将一 种含有丰富的营养成分和生物活性物质的古老菌 体——光合细菌引入到六味地黄汤中进行发酵代 谢，通过光合细菌的生物转化功能和自身营养价值 的利用，制备出了六味地黄汤中药生物制剂，该制剂 经微生物发酵处理，将大分子物质代谢为小分子活 性物质，提高了生物利用度，吸收迅速、完全，并降低 入不同浓度的薏苡仁油和薏苡仁酯，可促进灵芝菌 体生长、灵芝多糖及灵芝酸的生产。朱强等 以固定 量的甘草、山茱萸、黄芪、黄芩４种中药作为培养基 进行灵芝的液体发酵时，发现甘草和山茱萸对灵芝 的生长有明显的促进作用，甘草利于促进灵芝酸，尤 其是胞外灵芝酸的合成，山茱萸利于促进灵芝多糖， 尤其是胞外灵芝多糖的合成。 汪维云等＿３５ 以菌丝生物量为响应值的响应面方 程，对灰树花液体发酵工艺进行了优化；应用径向基 函数神经网络的方法，对菌丝生物量进行了拟合；采 用正交试验方法，研究了醇析浓度、浸提次数、浸提 温度等因子对多糖提取量的影响。周洪波等口 以菌 丝体质量浓度（干重）和发酵液中甘露醇浓度为指 标，研究了蛹虫草液体培养中物理影响和培养基的 最优控制，还创新性地采用了ｐＨ分段控制发酵策 略以利于虫草生长，菌丝体质量浓度为１７－３１ ｇ／Ｌ， 甘露醇质量浓度达４３．４７ ｇ／Ｌ。 ５ 中药废渣的再利用 中药废渣含有大量粗纤维、木质等难以分解的 材料，还含有一些中药有效活性成分和粗蛋白、粗脂 肪、矿物质等营养素，采用液体发酵技术可实现对中 药废渣再利用，减少药渣对环境的污染，提高对中药 的利用率。焦巧芳 通过发酵黄芪药渣筛选出可以 作为中药药渣微生物转化利用的功能菌——棘孢木 霉，并检测了酶活性、黄芪甲苷的含量、纤维素含量、 抑菌性等，得到了该菌的发酵培养基优化条件。王建 芳等 采用香菇作为出发菌种对鼻渊舒系列产品的 中药废渣进行发酵转化，在最优发酵条件下产物中 粗蛋白和多糖的含量分别达１９．８４％和３３．３７％，经 过液体发酵鼻渊舒中药废渣粗蛋白和可溶性多糖含 量明显提高，纤维素含量降低。中药废渣发酵物能促 进小鼠体重增加，增加免疫器官的发育，提高免疫能 力，可作为一种增强免疫作用的饲料添加剂。 ６开展初步的复方研究 中药复方是中医临床用药的主要方式，是由饮片 了服用量，在增强免疫、抗衰老和治疗肾阴虚等方面 具有明显作用，优于传统的六味地黄汤＿３９＿。郭芳等 研究了六昧地黄发酵液的免疫调节作用、抗瘤和减 毒作用，表明六味地黄发酵液在增强小鼠的细胞免 疫和体液免疫功能上优于六味地黄煎剂，非特异性 免疫功能与传统煎剂比较差异无统计学意义；六味 地黄发酵液对小鼠肝癌Ｈ２２肿瘤生长具有显著的抑 制作用，而六味地黄煎剂无此作用，并能升高外周血 白细胞，表明六味地黄发酵液可抗肿瘤，并能减低化 疗所致造血系统毒性损伤。徐启华等［ 对玉屏风散 发酵液与玉屏风散煎剂的免疫作用做了对比研究，发 现发酵液能增强小鼠免疫功能，效果好于传统煎剂。 ７ 工业化生产食品、保健品的研究 有些中药为药食共有资源，液体发酵技术应用 于这类资源，可制得集营养与保健功能于一体的新 型食品。葛根为我国卫生部公布的药食共有资源，以 葛根为原料，张丽杰等 采用双酶法生产酒精度为 ６．４％ｖｏｌ，总黄酮量为２８．６６ ｍｇ／ｍＬ的葛根功能保健 酒。张雁等 将葛根汁与鲜牛奶按３：７进行配比，经 乳酸发酵后制备出一种具有葛根和酸奶双重营养保 健作用的无糖葛根酸奶制品。三株口服液以黑大豆 发芽后的水提取液为发酵药材，以人体胃肠道中的 双歧杆菌、乳杆菌和肠球菌为发酵菌种，在发酵罐内 经液体混合发酵而成，临证对便秘、脾虚证、浅表性 胃炎及慢性非特异性结肠炎有良好治疗作用 。 综上所述，液体发酵技术在中药的研究方面尚 处于起步阶段，不可避免地存在一些问题，特别在药 物的毒性药理方面的研究较少。发酵后其化学成分 的变化及发酵产物的药效学评价相关研究方法学等 标准也没有建立，严重影响着中药液体发酵技术的 发展。但是，我们应该看到，液体发酵技术通过微生 物作用可将药物降解成小分子活性物质，其更易于 通过血脑屏障与人体细胞蛋白结合，可被直接利用， 具有在人体中吸收较快、较完全，治疗效果较好等优 势４７］，所以在进行单味中药的发酵研究基础上，根据 ≯ 詹学隧学诼硎 ………２０１２ Ｖｏ１．１３ ＮＯ．４ 中药和中药复方的理念，尽快加强开展中药配伍发 酵研究，对于中药产业的发展具有重要意义。 参考文献 ［１ 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