微生物发酵在中草药开发利用中的应用

在开发利用中草药资源过程中,微生物发酵法成为了一种有效的手段。中草药经微生物的酶系作用后,纤维及木质部分变得疏松,活性成分有效释放,甚至产生新的活性物质,极大提高和改善药效。经微生物发酵后,中草药中的活性大分子物质转化为能够被动物肠道直接吸收的小分子物质,在动物体内充分代谢,避免了药物残留。另外,发酵后由中草药产生的益生元能够促进微生物繁殖,微生物也可促进中草药的吸收利用,两者相辅相成、协同增效。

传统中草药发酵是利用空气中的微生物自然发酵,其过程全凭主观经验来控制,因而产品质量的稳定性难以得到保证。传统中草药发酵的产品多为六神曲、红曲之类的曲块,不利于中草药的市场化。现代中草药发酵不再局限于传统的中草药炮制发酵,而是将中草药发酵与生物工程学和微生物学相结合,在发酵的全过程中利用现代生物技术对发酵参数(菌种情况、温湿度、通气情况和酸碱度等)进行监控,大大提升了现代发酵中草药的质量。

微生物转化的本质是利用微生物生长代谢过程中产生的酶对特定底物进行结构修饰的化学反应,具有区域和立体选择性强、反应条件温和、操作简单、成本较低、公害少等优点。微生物在发酵中草药的过程中产生的酶类可以消化植物细胞壁,大幅度地释放活性物质,降解有毒物质,产生新的生物活性物质,从而对中草药有效成分进行生物学转化,将中草药中的大分子物质转化为能够被动物肠道直接吸收的小分子物质,使中草药成为快速吸收、定量疗效的新型药物。

中草药发酵技术是在继承传统中草药发酵炮制方法的基础上,采用现代生物技术而形成的高科技中草药制药新技术,在发酵类型上,中草药发酵分为固体发酵、双向固体发酵以及液体发酵。

固体发酵

固体发酵源自古代的制曲工艺,它是指使用不容性固体基质来培养微生物的工艺过程,固体发酵概念范围广泛,包括将不溶性固态物质悬浮在液体中的发酵方式(也称惰性载体吸附发酵、载体培养),也包括在几乎没有可流动水的湿固体材料上培养微生物的过程。

固体发酵提取工艺简单,没有大量有机废液产生,同时具有节水、节能的独特优势,属于清洁生产技术,因而得到世界各国的重视。

研究发现,中草药经固体发酵后,具有增效降毒和增加活性物质等功效。但其工艺也存在一定的局限性,如机械化程度低,难以大规模生产,发酵速度慢,产量有限,且生产过程多依据经验判断,缺乏科学的发酵终点与质量控制指标以及合理的产品后处理工艺。

双向性固体发酵

双向性固体发酵,也称新型固体发酵,是一种利用真菌与中草药有机结合的复合型中草药生产工艺。药用真菌双向固体发酵技术是采用具有一定活性成分的中药材或药渣作为药性基质来代替传统的营养型基质与发酵菌种构成发酵组合,在提供真菌所需营养的同时,还受到真菌的酶的影响而改变自身的组织、成分,产生新的性味功能,而产生双向性,体现了药用真菌与中药材之间的有机结合。

双向发酵的产物,同时具备药用真菌和中药材的成分和功效,还可能产生新的性味和功效,通过不同真菌与不同中药材交叉、复合可构成大量的组合, 产生种类繁多的发酵产物。与传统发酵技术相比,真菌双向固体发酵技术具有扩用、增效和排毒的特点。

液体发酵

液体发酵,又称为液体深层发酵,是在液体培养基中接入菌种,在适宜温度及pH条件下通过搅拌、通气可控培养获得微生物及代谢产物的一种发酵方式。

液体发酵具有规模大,传质效率高,成本低,工程化程度高等优点,易于实现大规模工业化生产。随着微生物发酵工艺的成熟及各种分离技术和结构鉴定手段的发展,中草药液体发酵的控制变得准确,发酵效率及产率大大提高,发酵活性成分的分析更为便利,现代分析手段的引入及成熟发酵工艺的应用使中草药的液体发酵成为一种可控规模化制取有效中草药活性成分的生产方式。

中草药的有效药用成分十分复杂,主要包括生物碱、皂苷类、挥发油、黄酮类、多糖类、有机酸、矿物元素以及维生素等,这些活性成分有增强机体免疫、抗应激和抗菌等作用。使用微生物对中草药进行发酵,能使中草药活性物质更充分的释放出来或者被代谢得到活性更好的物质。很多中草药自身结构不能被机体直接吸收利用,而是作为前体物,经肠道菌群的作用,才能发挥药效,如含苷类物质的中草药需要经微生物分泌的丰富酶类分解,成为具有药物活性的苷元后,才有药效。

总之,微生物发酵后的中草药具有增加中草药有效成分的利用率,提高药效;降低药物毒副作用;修饰中草药活性成分,产生新药效物质;益生菌与中草药活性成分协同作用;节约药源,保护环境等优点。

参考文献:

[1] 迟晓丽, 许超, 张潇, et al. 固态发酵在中药炮制中的研究进展[J]. 生物产业技术, 2018, No.65(03):32-36.

[2] 艾素,汤伟,郭若琳,李纪前,杨梧,何增国.微生物发酵中草药及其活性物质的研究进展[J/OL].中国中药杂志

*声明:本文由入驻新浪医药新闻作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表新浪医药新闻立场。