中药发酵技术研究进展

中药发酵技术研究进展

摘 要：现代生物技术与中药传统发酵制药技术的有机结合为中药发酵技术的迅速发展提供了广阔的空间，与传统发酵工艺技术相比，现代中药发酵技术有了长足的进步。对现代中药发酵技术进行初步概述、总结，着重介绍当前发酵技术中的热点——药用真菌双向性固体发酵技术，而后对现代中药发酵技术的优势及前景进行探讨，为进一步的探索研究奠定基础。 关键词：中药；发酵；双向性发酵

Research survey on fermentation of Chinese materia medica

Abstract: The combination of the modern biotechnology and traditional fermentation technology of Chinese materia medica (CMM)

provides a broad space for the rapid development of fermentation technology of CMM. Compared with the traditional fermentation

technology, the modern fermentation technology has made considerable progress, this paper attempts to preliminarily summarize the

modern medicine fermentation technology for CMM, and emphasizes the hotspot in the current fermentation technology―medicinal

fungi bidirectional solid-state fermentation technology, then discusses the advantages and prospect of fermentation technology in order

to lay the foundation for the further study.

Key words: Chinese materia medica; fermentation; bidirectional fermentation 中医中药作为中华民族的瑰宝，在预防和治疗

疾病方面做出了突出贡献。近年来，随着人们对健

康的日益关注，国际市场对天然药物以及传统药物

的需求正迅速上升

[1-2]

。我国拥有极为丰富的中药资

源，但是中药成分结构复杂，有效成分的量低，且

人工不易合成，而中药的人工培植又面临成本高、

周期长的问题，因而难以达到工业化生产的要求，

无法满足日益增长的市场需求

[3]

。究其根本原因，

在于我国中药现代化技术水平较低，无法满足中药

现代化发展的需要。而随着现代生物技术的日益发

展，其与中药发酵技术的有机结合为解决这一矛盾

提供了广阔的空间

[4]

。

1 中药发酵技术的分类

中药发酵技术是在继承中药炮制学中发酵法的

基础上，吸取微生态学研究成果，结合现代微生物

工程而形成的高科技中药制药新技术，按照发酵形

式分为液体发酵和固体发酵，而后在固体发酵基础

上，又拓展出了药用真菌双向性固体发酵技术。

1.1 液体发酵

液体发酵又称为液体深层发酵，是在借鉴抗生

素生产工艺基础上发展起来的，主要是把菌丝体加

入培养基中，与药材混合后在一定温度条件下进行

发酵，其发酵产品包括菌丝体和发酵液。液体发酵

具有生产的机械化、自动化程度高，具有较高的物

质传递效率，所以有利于实现大规模工业化生

产

[5-6]

。然而由于多数中药不具备抗生素的抗菌能

力，因而中药液体发酵较易为杂菌污染，因此其工

艺有待进一步提高，新型发酵罐的设计研制也显得

尤为重要。

1.2 固体发酵

固体发酵源自古代的制曲工艺，以富含多种营

养成分的农副产品作为发酵营养基质，用一种或多

种真菌作为发酵菌种，其发酵自然开放，基质不灭

菌，其工艺主要分为去渣型工艺和无渣型工艺 2 种。

收稿日期：2010-10-11

作者简介：孙 静（1986—），女，河北秦皇岛人，在读硕士研究生。研究方向为中药生物工程。Tel: [1**********] E-mail: [email protected]

*通讯作者 马 琳，女，天津中医药大学教授，硕士生导师。E-mail: [email protected] 50 -Drug Evaluation Research 第 34 卷 第 1 期 2011 年 2 月

在当前条件下，虽然多种菌体发酵的制剂疗效并不

亚于深层发酵，但是其工艺还存在一定的局限性，

如机械化程度低、难以大规模生产、速度慢、产品

有限，且工艺上多用经验指标，缺乏科学的发酵终

点与质量控制指标和合理的产品后处理工艺等，这

都限制了固体发酵技术的应用

[7-8]

。

1.3 药用真菌双向性固体发酵技术

20 世纪 90 年代，庄毅等

[9-11]

为了研究扩大槐耳

菌质对慢性乙型肝炎（HBV ）等病毒性疾病的临床

适应症，依据中药被空气中曲霉 Aspergillus sp.、青

霉 Penicillium sp.等杂菌污染后发生霉变（发酵）而

导致药性发生变化的原理，独创了药用真菌新型（双

向型）固体发酵工程。其关键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，其产品称药用

菌质。药性基质在提供真菌所需营养的同时，还受

到真菌的酶影响而改变自身的组织、成分，产生新

的性味功能，因此具有双向性

[12-14]

。双向性固体发

酵工程体现了药用真菌与中药材之间的有机结合，

而已知的中药材近万种，可用药用真菌近 50 种，二

者交叉可形成大量的不同性质的发酵组合，从而有

可能产生大量的新药，故而双向性固体发酵技术展

现了极为美好的前景

[8,15]

。

与传统营养型基质固体发酵工程相比，双向性

固体发酵工程主要有增效、扩用和解毒等优势

[16-17]

。

雷公藤被广泛用于类风湿性关节炎、各种肾病、癌

症及系统性红斑狼疮等病症的治疗且疗效显著，然

而其不良反应较大，限制了它的应用，张普照等

[18-20]

运用双向性固体发酵技术，采用多种药用真菌与雷

公藤组成发酵组合，对其发酵前后的毒性进行了研

究，发现发酵后雷公藤的主要毒性成分雷公藤甲素

的量大幅降低，而其生物碱的量变化不大，即降低

了雷公藤毒性的同时也保持了雷公藤的药效。张李

阳等

[21-22]

对于药用真菌及其发酵产物对 AA 肉鸡的

免疫功能的影响进行了研究，发现药用真菌与中药

结合的发酵产物能明显提高肉鸡的免疫能力，后期

又对发酵工艺中菌质中化学成分的变化进行了研

究，为相关菌质新药的开发奠定了基础。潘扬等

[23]

对马钱子双向固体发酵前后的生物碱的量及 HPLC

指纹谱的变化进行了研究，也证明双向发酵前后其

类生物碱的质和量均发生了明显的变化，为马钱子

的减毒增效物质基础的研究做了一定的研究工作。

尽管药用真菌的固体发酵技术相比于传统固体发酵

有多种明显的优势，但仍有一系列问题亟待解决，

比如如何运用中医学或生物学等学科相关理论指导

发酵组合的筛选，如何确定药用真菌的哪种酶影响

了药性基质，其影响药性基质的机制如何等等，均

有待于进一步的研究探索。

2 现代微生物中药发酵技术的优势

现代中药发酵工程研究始于 20 世纪 80 年代，

其本质是将微生物技术与中药技术相结合，在中药

炮制学发酵技术基础上，通过微生物发酵促使中药

中复杂的化学成分与微生物中的酶发生反应，从而

生产出所需的有效中药成分

[24-25]

。与传统中药加工

方式相比，现代中药发酵技术具有极高的优越性。

2.1 增加有效成分利用率，提高药效

中草药中以植物类药材为主，其有效成分多存

在于细胞的胞浆中，而植物细胞的细胞壁是由纤维

素、半纤维素等构成的，其结构致密，因而有效成

分被人体吸收利用时所遇到的阻力较大。同时，中

药的有效成分的相对分子质量一般比较大，不易突

破人体血脑屏障，且传统中草药给药方式多采用口

服，因而导致中药有效成分的生物利用度较低。通

过微生物发酵处理后，微生物在代谢过程中产生的

纤维素酶、果胶酶等多种胞外酶进入培养基，从而

引起中药材细胞破裂，其有效成分得以暴露出来，

而且研究表明，发酵过程中，微生物产生的各种酶

能将不易为人体吸收的大分子有效物质降解为易为

人体吸收的小分子有效物质，同时能去除多种大分

子杂质，从而增强药效

[26]

。王尊生等

[27]

对冬虫夏草

菌丝体固体发酵粉中的化学成分与冬虫夏草子实体

进行了对比分析，结果证明发酵后菌丝体发酵粉中

的 3′-脱氧腺苷及甘露醇的量明显高于冬虫夏草子

实体中相应成分的量，而其他成分的量保持一致，

由此证明了发酵在提高冬虫夏草药效方面的有

效性。

2.2 降低药物的不良反应

中草药中有很多具有较强的毒性，尽管中药学

中有“以毒攻毒”的疗法，但如果不经处理也无法

在临床应用。而微生物的分解作用可将有毒物质分

解，或者对药材中有毒物质的毒性成分进行修饰使

其毒性降低或者消失，从而扩大药材的应用范围

[28]

。

大量研究表明，中草药经发酵处理后，与未发酵时

相比大部分毒性降低而其有效成分作用不变甚至增

强。陈俊荣等

[29]

研究了联合作用下发酵型黄芪制剂

“芪酵粉”（FAP ）对抗肿瘤药物环磷酰胺的影响，Drug Evaluation Research 第 34 卷 第 1 期 2011 年 2 月 - 51 -

证明二者的联合应用能明显地减轻环磷酰胺的不良

反应。

2.3 为中药活性成分结构修饰提供新途径，开发新药

微生物的生命过程中会产生多种酶类以及其他

初级、次级代谢产物，在发酵过程中，这些酶及代

谢产物会以药材中的有效成分或者非有效成分甚至

有害成分为前体，进行生化反应，对这些物质进行

分解、转化等，从而产生新的活性物质，为解决中

药药效成分人工合成难以及新药开发提供了新的途

径

[30]

。王身艳等

[31]

研究了白芍双向发酵后芍药苷及

芍药内酯苷的量的变化及 HPLC 指纹图谱的差

异，结果证明了双向发酵后白芍“药性菌质”中芍

药苷及芍药内酯苷量都明显降低了，且有未知的成

分出现。

2.4 节省药源

中药有效物质提取后，其废渣通常直接倒掉，

不仅可能造成对环境的污染，同时会造成资源浪费。

中药虽然提取过有效物质，但药渣一般仍富含蛋白

质及其他碳水化合物，仍可作为微生物发酵所需的

氮源、碳源的营养来源，甚至经微生物的发酵作用

产生新的活性物质。因而微生物发酵对中药的综合

利用具有重要意义，不但能使企业效益更大化，还

能实现企业与环境的双效可持续发展

[32]

。王兵等

[33]

利用白腐菌对中药渣进行固态发酵，发现中药渣纤

维素质量分数降低，并且能显著提高蛋白质和氨基

酸的质量分数。

3 展望

现代科学技术的高速发展，各种先进技术特别

是现代生物技术的产生、建立，与中药研究的深入

联系和交叉融合，为中药新药的研制开发提供了广

阔的发展空间。但由于现代中药发酵技术仍处于起

步阶段，因而仍有大量问题有待进一步研究解决。

中药材本身的复杂性加上现代发酵技术的复杂

性，二者的结合必然更趋复杂。如何在纷繁复杂的

条件中找到关键的切入点，从而为中药发酵研究带

来进一步的发展，需要进行大量的基础理论研究提

供指导。目前中药发酵菌主要是从自然界中分离得

到的少量发酵菌和细菌，与自然界中存在的巨量微

生物种类相比，只占很少的一部分，还有大量的菌

种有待进一步的发现利用，同时对于新发现和已经

发现的菌种如何利用现代微生物及理化诱变技术进

行优良菌种的选育，仍有待进一步的研究。此外，

现代中药发酵中的热点——多菌种混合发酵以及新

型培养基诸如双向性发酵中的药性基质等新型发酵

技术的兴起，也对现代生物技术以及发酵技术的基

础理论指导提出了要求，即如何利用现代生物以及

现代中医学中的相关基础理论进行指导，都还有待

进一步的研究探索。

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