現(xiàn)代中藥發(fā)酵研究現(xiàn)狀及思路

熊艷霞 董夢依 劉文君 孫 旻 朱曉娟 王誠遠(yuǎn)

江中藥業(yè)股份有限公司，江西南昌 330000

中藥發(fā)酵作為中藥炮制手段之一，早在千余年前就開始運(yùn)用。發(fā)酵炮制是指將藥物洗凈或進(jìn)行其他處理后，在適宜的溫度與濕度的條件下，接觸空氣中的微生物，經(jīng)微生物分泌酶的催化分解作用，使藥物發(fā)泡、生衣的方法[1]。中藥經(jīng)過傳統(tǒng)的炮制后，不僅開發(fā)出多種中藥復(fù)方制劑，如薯蕷丸、午時(shí)茶、片仔癀等，還直接運(yùn)用于臨床，如神曲、紅曲、淡豆豉等[2]。相較于現(xiàn)代中藥發(fā)酵，傳統(tǒng)中藥發(fā)酵方法較為原始，往往采用自然發(fā)酵，即將藥材直接暴露于空氣之中，依靠自然環(huán)境中的微生物進(jìn)行發(fā)酵。而現(xiàn)代中藥發(fā)酵借助微生物技術(shù)、發(fā)酵工程和生物工程等現(xiàn)代生物工程技術(shù)，使得中藥發(fā)酵更加精準(zhǔn)和高效，一定程度上解決了傳統(tǒng)中藥發(fā)酵時(shí)間長、發(fā)酵效果不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低、安全性低等問題[1]?；诖?，本文將對現(xiàn)代中藥發(fā)酵方式、發(fā)酵菌種、中藥發(fā)酵運(yùn)用等方面進(jìn)行概述，提出中藥發(fā)酵研究思路，以期為中藥深入研究及中藥發(fā)酵開發(fā)利用提供一定的借鑒。

1 中藥發(fā)酵的方式

中藥發(fā)酵的方式按時(shí)間分，可分為傳統(tǒng)中藥發(fā)酵與現(xiàn)代中藥發(fā)酵。傳統(tǒng)中藥發(fā)酵工藝較為粗放原始，是固體發(fā)酵的原始雛形，它有兩種發(fā)酵方式，一種是直接發(fā)酵，如淡豆豉、百藥煎等；另一種是與面粉混合進(jìn)行發(fā)酵，如神曲、半夏曲等[3]?，F(xiàn)代中藥發(fā)酵方式有固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵與雙向固態(tài)發(fā)酵，這三種方式在現(xiàn)代研究生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

1.1 固態(tài)發(fā)酵

固態(tài)發(fā)酵源于傳統(tǒng)中藥制曲發(fā)酵，它們之間經(jīng)歷了從敞開式發(fā)酵到封閉式發(fā)酵，從經(jīng)驗(yàn)式發(fā)酵到控制式發(fā)酵的變化?，F(xiàn)代的固態(tài)發(fā)酵已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)系統(tǒng)的工程，它有原料預(yù)處理、菌種、工藝、設(shè)備及下游工程五大系統(tǒng)[1]。固態(tài)發(fā)酵通常是由中藥材與其他農(nóng)副產(chǎn)品，如大米、小麥和大豆等加工后的產(chǎn)物，混合制成發(fā)酵基質(zhì)，利用一種或多種菌株進(jìn)行發(fā)酵的方法[4]。它的優(yōu)點(diǎn)在于幾乎沒有復(fù)雜的后期處理，且設(shè)備簡單，它的發(fā)酵基質(zhì)通?？梢灾苯訒窀苫蛘叩蜏馗稍镉米魉幬颷2]。但是由于固態(tài)發(fā)酵過程中有不易監(jiān)測pH 值、養(yǎng)分流動性差、缺乏科學(xué)準(zhǔn)確的發(fā)酵終點(diǎn)判定指標(biāo)等不足，導(dǎo)致發(fā)酵后的中藥其質(zhì)量穩(wěn)定性、安全性難以保證，因此產(chǎn)業(yè)化存在一定困難[3]?，F(xiàn)有關(guān)固態(tài)發(fā)酵中藥的研究多集中于發(fā)酵條件的優(yōu)化、發(fā)酵后中藥有效部位結(jié)構(gòu)鑒定、有效化學(xué)成分的分離純化等方面。譚顯東等[5]通過響應(yīng)面法研究了中藥三七渣固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)靈芝三萜的工藝條件，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后發(fā)酵三七渣的靈芝三萜含量提高0.013%。朱慶賀等[6]對芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵當(dāng)歸培養(yǎng)基進(jìn)行篩選和優(yōu)化，獲得了符合固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)化要求的培養(yǎng)基。蒙燕瑤等[7]采用固態(tài)發(fā)酵炮制苗藥八角楓，發(fā)現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵后八角楓的抗炎效果得到提高。

1.2 液態(tài)發(fā)酵

液態(tài)發(fā)酵又可被稱為深層液體發(fā)酵技術(shù)，它是基于抗生素生產(chǎn)制作工藝發(fā)展而來，是現(xiàn)代企業(yè)中常用的中藥發(fā)酵技術(shù)[4]。液態(tài)發(fā)酵常運(yùn)用于藥用真菌的發(fā)酵。液態(tài)發(fā)酵較于固態(tài)發(fā)酵的優(yōu)勢在于發(fā)酵過程中不僅可以監(jiān)測酸堿值、基質(zhì)濃度、溶氧量、溫度等，還可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且發(fā)酵時(shí)間短，尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但是其下游工程處理復(fù)雜，故也存在一定的局限性[3]。值得一提的是，像靈芝、茯苓等一些真菌的深層發(fā)酵一直是研究熱門。例如，朱曉璐等[8]對赤芝液態(tài)深層發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)赤芝發(fā)酵產(chǎn)物中的三萜及甾醇含量顯著提高。

1.3 雙向發(fā)酵

雙向發(fā)酵[4]通過采用中藥材作為藥性基質(zhì)來替代傳統(tǒng)發(fā)酵菌微生物營養(yǎng)基質(zhì)，微生物改變中藥材的藥性，中藥材中的活性與營養(yǎng)成分為微生物提供碳源、氮源、微量元素等，在此過程中微生物的活性物質(zhì)也會受中藥材影響而改變，它們之間相互作用相互影響，從而產(chǎn)生新的成分和新的藥效，因此稱為雙向發(fā)酵。雙向發(fā)酵的用途主要體現(xiàn)在增效和解毒方面[9]。李慧星等[10]發(fā)現(xiàn)山藥-蛹蟲草雙向發(fā)酵可以提高菌質(zhì)的抗氧化活性。朱舟等[11]研究證明了白僵蠶與天南星的雙向發(fā)酵對天南星起解毒增效的作用。趙崇妍等[12]建立了蟬擬青霉和黃芪的雙向發(fā)酵體系，經(jīng)過發(fā)酵后發(fā)現(xiàn)，黃芪藥材中黃酮含量增加，而黃芪藥渣中黃酮與皂苷含量均增加。

2 發(fā)酵菌種

傳統(tǒng)中藥發(fā)酵為自然開放的發(fā)酵體系，依靠空氣中的微生物或者以其他方式接種微生物，所以參與發(fā)酵的菌種復(fù)雜，影響發(fā)酵中藥的品質(zhì)與安全性?，F(xiàn)代中藥發(fā)酵融入現(xiàn)代生物工程技術(shù)后，中藥發(fā)酵進(jìn)入明確菌種，篩選優(yōu)良發(fā)酵菌種階段。目前中藥發(fā)酵除了使用單一菌株，還有使用復(fù)合菌株，兩者發(fā)酵效果各有特點(diǎn)，也是研究熱門。

2.1 單一菌株發(fā)酵

用于中藥發(fā)酵的菌株有細(xì)菌和真菌。細(xì)菌中比較常見的有枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌和乳酸菌等。真菌中有冠突散囊菌、白僵菌、曲霉以及大型食藥用真菌（猴頭菇、靈芝、銀耳、灰樹花、蟲草等真菌）等[2]。夏晚霞等[13]研究顯示植物乳桿菌能轉(zhuǎn)化人參皂苷，發(fā)酵可以提高稀有人參皂苷含量。微生物能夠產(chǎn)生纖維素酶，破壞中藥的細(xì)胞壁，使中藥中的有效成分更容易釋放出來[4]。有報(bào)道顯示，枯草芽孢桿菌發(fā)酵中藥靈芝和黃芪等，可以增加有效成分的溶出，從而起到增效作用[14]。尹丹丹[15]將枯草桿菌與川芎進(jìn)行液態(tài)與固態(tài)發(fā)酵，證實(shí)枯草桿菌可利用川芎產(chǎn)生川芎嗪。杜靜[16]進(jìn)行冠突散囊菌發(fā)酵三七成分轉(zhuǎn)化研究，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵改變了三七的活性成分，可以提高抗氧化。大部分中藥兼具中藥和食用屬性，在發(fā)酵研究中也應(yīng)用廣泛。何欒櫻等[17]通過靈芝真菌雙向固體發(fā)酵雷公藤，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵可以使雷公藤的成分發(fā)生變化，起到減毒增效作用。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)，植物共生菌的次級代謝產(chǎn)物與宿主植物有相似的生物活性物質(zhì)，植物共生菌可能是中藥發(fā)酵菌株篩選的一種資源[18]。

2.2 復(fù)合菌株發(fā)酵

復(fù)合菌株發(fā)酵即在發(fā)酵過程中采用發(fā)酵的菌株不是單一的，當(dāng)采用復(fù)合菌株發(fā)酵時(shí)，菌株產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物可能可以相互補(bǔ)充，從而提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量。梁鑫等[19]研究發(fā)現(xiàn)采用酵母菌與乳酸菌復(fù)合發(fā)酵紅棗汁，酵母菌可以促進(jìn)乳酸菌的生長，經(jīng)復(fù)合發(fā)酵后的紅棗汁有機(jī)酸和氨基酸含量均有所提升，且品質(zhì)高于單一發(fā)酵和未發(fā)酵的紅棗汁。殷紅等[20]采用復(fù)合菌株多級聯(lián)合發(fā)酵對八珍湯進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)八珍湯中有效成分顯著提高，且安全性良好。

3 中藥發(fā)酵的應(yīng)用

中藥發(fā)酵不僅應(yīng)用于藥品、保健品和食品領(lǐng)域，同時(shí)還運(yùn)用于動物產(chǎn)業(yè)、化妝品行業(yè)以及中藥藥渣等領(lǐng)域。

3.1 藥品領(lǐng)域

中藥發(fā)酵在藥品領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，發(fā)酵不僅能夠使中藥的有效成分含量提高、增強(qiáng)藥效、合成新的活性物質(zhì)，還能提高中藥利用率、降低中藥引起的毒副作用和改善中藥口味等[4，21]。發(fā)酵中藥可以極大地促進(jìn)著中藥制藥的發(fā)展，擴(kuò)大了中藥在藥品領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，尤其是運(yùn)用于具有輕微毒性中藥，發(fā)酵可以使它們減毒，擴(kuò)大和提高該類藥物的使用范圍和安全性[2]。筆者認(rèn)為，發(fā)酵導(dǎo)致的有效成分的提高可以使藥效更突出；發(fā)酵產(chǎn)生的新物質(zhì)與降低藥物毒副作用可以擴(kuò)大藥物的主治范圍；口味的改善可以使中藥的接受度提高。甚至，一定程度上，筆者認(rèn)為中藥發(fā)酵是中藥現(xiàn)代化的題中之義，應(yīng)該積極擁抱現(xiàn)代生物轉(zhuǎn)化技術(shù)手段，大力弘揚(yáng)和發(fā)展中藥發(fā)酵技術(shù)。在中藥經(jīng)典名方的傳承和發(fā)揚(yáng)過程中，有研究嘗試采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行開發(fā)和利用。例如，馬新?lián)Q等[22]采用真菌發(fā)酵技術(shù)對四妙勇安湯進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，四妙勇安湯中有效成分得到富集，不僅提高了該藥的療效，同時(shí)還減少了藥物所需用量。

3.2 保健品與食品行業(yè)

自古就有“藥食同源”之說，這類中藥材不僅是食物，同時(shí)也是藥物。筆者認(rèn)為，食物屬性體現(xiàn)了這類食材的傳統(tǒng)食用習(xí)慣及安全性，藥物屬性體現(xiàn)了這類中藥材治療疾病的特殊屬性?，F(xiàn)代人普遍存在一些亞健康問題，人們注重健康保健，采用藥食同源食療的方式溫和、安全、無副作用[2]。目前中藥發(fā)酵在食品行業(yè)的運(yùn)用主要是為了提高中藥有效成分含量的溶出，以及改善中藥不良口感。中藥發(fā)酵的研究多見于一些常常用作補(bǔ)益藥的保健品中藥材，如人參和靈芝等。例如，南博等[23]采用植物乳桿菌對人參液進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵人參液抗氧化能力顯著提高，且人參特有的苦澀感得到明顯的改善。董玉瑋等[24]對蘆筍和靈芝進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵不僅提升了蘆筍的利用價(jià)值，還很好地保留了靈芝的功效活性。

3.3 動物飼養(yǎng)

自從國家開始實(shí)施減抗生素、禁抗生素政策以來，中藥發(fā)酵在動物產(chǎn)業(yè)上的運(yùn)用與研究越來越多[25]。例如將發(fā)酵中藥作為動物飼料添加劑運(yùn)用于健康動物的飼養(yǎng)中，發(fā)現(xiàn)動物的生長性能、免疫力以及肉質(zhì)水平都得到顯著的提高[25]。沈?qū)W懷等[26]通過對母豬飼喂復(fù)方發(fā)酵中藥飼料，發(fā)現(xiàn)可顯著提高母豬機(jī)體的抗氧化能力、促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)的代謝和吸收，以及提高母豬的免疫能力。羅怡琳等[27]通過將復(fù)方發(fā)酵中藥料添加到豬日糧中，發(fā)現(xiàn)在提高采食量、改善腸道健康、減少腹瀉等方面效果顯著。

3.4 化妝品開發(fā)

中藥的活性物質(zhì)賦予了中藥類化妝品顯著的功效，如美白、延緩衰老、保濕、抗菌等，其次，這類化妝品還膚感良好，安全無毒，低刺激，成分天然簡單。中藥發(fā)酵具有增加藥物活性物質(zhì)溶出，大分子活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子等作用[2]。在研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵可使鐵皮石斛中的活性成分含量改變，使抗衰老功效增強(qiáng)、保濕性能提升及促進(jìn)皮膚表面益生菌生長等作用[28]。李瑜等[29]通過對發(fā)酵中藥美白復(fù)方成分，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液具有良好的體外抗氧化能力和美白功效。孫美娟等[30]對一款發(fā)酵靈芝護(hù)膚霜進(jìn)行抗衰老功效臨床研究，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵靈芝護(hù)膚霜后能顯著增加皮膚的含水量，提高皮膚的光澤度、白度、彈性和減少面部皺紋，表現(xiàn)出良好的抗衰老功效。

3.5 中藥藥渣的再利用

中藥材在經(jīng)過提取后，所剩的中藥渣往往都是以傾倒處理，這不僅造成了環(huán)境的污染，而且藥渣中剩下的有效成分也未得到充分利用，造成了資源的浪費(fèi)。發(fā)酵中藥藥渣屬于中藥二次開發(fā)的范疇，是中藥藥渣增值開發(fā)十分重要的途徑。目前對中藥藥渣微生物發(fā)酵的應(yīng)用集中在厭氧發(fā)酵和有氧發(fā)酵兩個(gè)方面[31]。厭氧發(fā)酵中藥藥渣后產(chǎn)生的生物質(zhì)能源作為生產(chǎn)沼氣的理想原料。開展中藥渣厭氧堆肥處理，即可獲得了生物沼氣，又可得到生物有機(jī)肥[31]。有氧發(fā)酵中藥藥渣后所得基質(zhì)，常用作生物有機(jī)肥、禽畜飼料或飼料添加劑、微生物絮凝劑等[32]。同時(shí)，可將中藥渣發(fā)酵開發(fā)為各類飼料，如郭生虎等[33]對甘草渣進(jìn)行發(fā)酵飼料開發(fā)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵甘草渣飼料營養(yǎng)價(jià)值高，適口性好，可以達(dá)到生物發(fā)酵飼料的標(biāo)準(zhǔn)。

4 中藥發(fā)酵的研究思路

中藥發(fā)酵作為一門古老而新興的技術(shù)，它的研究思路應(yīng)該貫穿傳承與創(chuàng)新這兩個(gè)理念。中藥發(fā)酵實(shí)際過程中，不僅需要深入發(fā)酵菌種研究，篩選出發(fā)酵中的關(guān)鍵菌株；而且需要中藥研究從業(yè)者在中醫(yī)藥理論的指導(dǎo)下開展發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，中藥發(fā)酵不是簡單的中藥與菌種的組合發(fā)酵。而是應(yīng)該將中藥炮制、配伍、四氣五味等中醫(yī)傳統(tǒng)理論作為中藥發(fā)酵的指導(dǎo)依據(jù)；進(jìn)一步，需要建立完善中藥發(fā)酵質(zhì)量評價(jià)和功效評價(jià)體系。中藥發(fā)酵的研究思路，應(yīng)基于傳統(tǒng)的中醫(yī)藥配伍依據(jù)及現(xiàn)代生物發(fā)酵工程原理，開展中藥發(fā)酵菌種、發(fā)酵體系、質(zhì)量控制及發(fā)酵物質(zhì)功效等方面研究。

4.1 發(fā)酵菌種

目前在中藥發(fā)酵菌種的研究大部分都是集中于單一菌株，不同微生物之間聯(lián)合發(fā)酵的研究較少?；趥鹘y(tǒng)發(fā)酵就是在空氣中各種微生物的共同作用中藥的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)傳承，推測復(fù)合菌種對中藥發(fā)酵的影響，可能更能體現(xiàn)中藥發(fā)酵的優(yōu)勢。其次，可以憑借現(xiàn)代生物工程技術(shù)，對發(fā)酵菌種進(jìn)行分離和純化，挑選發(fā)酵優(yōu)勢菌，了解不同發(fā)酵菌的發(fā)酵性能和應(yīng)用范圍，為發(fā)酵的精細(xì)化進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。再者，重視真菌在中藥發(fā)酵過程的運(yùn)用和價(jià)值，中藥中的香菇、茯苓、猴頭菇及靈芝等都是極具價(jià)值的藥用真菌，利用這類真菌對中藥進(jìn)行發(fā)酵可能可以起到協(xié)同增效的作用。

4.2 發(fā)酵體系

在發(fā)酵試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，現(xiàn)代發(fā)酵應(yīng)根據(jù)中藥的“偏性”和中醫(yī)理論加以研究，同時(shí)結(jié)合微生物工程、發(fā)酵工程等生物工程技術(shù)選擇合適復(fù)合發(fā)酵菌種，建立發(fā)酵體系。中藥在發(fā)酵后，其藥性和藥效會發(fā)生改變。復(fù)方中藥發(fā)酵產(chǎn)物需要在中醫(yī)藥理論的指導(dǎo)下，根據(jù)用藥的需要和發(fā)酵藥材的性質(zhì)，進(jìn)行復(fù)方科學(xué)配伍?？梢試L試研究腸道益生菌對中藥的發(fā)酵，建立發(fā)酵體系，研究中藥組分在腸道益生菌代謝過程中的變化。

4.3 發(fā)酵中藥質(zhì)量控制

發(fā)酵中藥質(zhì)量評價(jià)體系是現(xiàn)代中藥發(fā)酵的質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的重要一環(huán)。傳統(tǒng)發(fā)酵中藥，因不同的地區(qū)發(fā)酵菌群和方法的不一致以及沒有在嚴(yán)格的相同環(huán)境下進(jìn)行，質(zhì)量參差不齊，這使得傳統(tǒng)發(fā)酵中藥的應(yīng)用與規(guī)?；a(chǎn)受到限制。采用現(xiàn)代先進(jìn)的科技監(jiān)控和分析手段，建立相應(yīng)的發(fā)酵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)范工藝生產(chǎn)，才能得到發(fā)酵中藥的質(zhì)量趨于穩(wěn)定。發(fā)酵中藥不是簡單的菌種與中藥的組合，而是為了提高中藥有效成分、降低毒副作用或產(chǎn)生新的活性物質(zhì)等，所以建立較為科學(xué)的評價(jià)體系對發(fā)酵起始、過程和終點(diǎn)進(jìn)行控制，是中藥發(fā)酵研究和可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。

4.4 發(fā)酵物質(zhì)功效

發(fā)酵物質(zhì)包含兩個(gè)部分，一部分是中藥原有的成分以及發(fā)酵后改變的成分；第二部分是微生物的代謝產(chǎn)物。發(fā)酵物質(zhì)的功效成分首先可以聚焦在原有中藥所有具備的功效方向，研究發(fā)酵中藥是否具有減毒增效功效，通過動物或臨床試驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)評價(jià)。其次，考慮到微生物所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物、分解的活性小分子，酸性物質(zhì)等都對胃腸健康及腸道微生物有一定的影響，可以聚焦胃腸道方面，研究發(fā)酵中藥對胃腸道的影響。

5 總結(jié)

中藥發(fā)酵是一門古老而又新興的學(xué)科，它在中藥的傳承與發(fā)展中起著舉足輕重的作用。它融合著中藥炮制的理念，也吸收著現(xiàn)代生物工程技術(shù)的理念，它在傳承的基礎(chǔ)上創(chuàng)新。它作為一種溫和的中藥炮制手法，發(fā)酵可以極大地提高中藥利用率、降低中藥的毒副作用，這些優(yōu)勢不僅可以拓寬中藥的應(yīng)用領(lǐng)域，還可以使中藥得到二次開發(fā)利用，為傳承中醫(yī)藥與節(jié)約中藥資源提供了研究方向，發(fā)展?jié)撃芫薮蟆５?，現(xiàn)代中藥發(fā)酵仍然面對著巨大的困難和挑戰(zhàn)，比如中藥發(fā)酵菌種的選擇，中藥發(fā)酵體系的建立，發(fā)酵中藥產(chǎn)品質(zhì)量控制，發(fā)酵中藥藥性變化的優(yōu)劣，中藥發(fā)酵前后藥理學(xué)研究等。這都需要科研工作人員、企業(yè)和社會等層面更多地關(guān)注到中藥發(fā)酵，深入研究和開發(fā)中藥發(fā)酵。