肖日傳,王德勤,張傳平

(廣州白云山和記黃埔中藥有限公司，廣東 廣州 510515)

中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，凝聚著中華民族幾千年來的健康養(yǎng)生理念及實踐經(jīng)驗。中藥憑借其綠色天然、副作用小、低耐藥性的獨特優(yōu)勢，對慢性病、傳染病、頑固性疾病等的治療有較好的療效，近年來受到了高度重視。為加快中藥產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化的進(jìn)程，提升中藥產(chǎn)品的價值和品質(zhì)，國內(nèi)外學(xué)者對中藥的制藥工藝展開了一些創(chuàng)新性的研究，如中藥超微粉碎[1]、中藥配方顆粒[2-3]、真空冷凍干燥[4]等技術(shù)的研究已取得一定進(jìn)展。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對天然活性物質(zhì)兩大來源的中藥材和微生物的綜合協(xié)同研究引起了比較廣泛的興趣，通過微生物對中藥材進(jìn)行發(fā)酵的研究備受關(guān)注。

中藥的發(fā)酵源于古代人民利用微生物發(fā)酵進(jìn)行釀酒、制作生產(chǎn)醬醋等輔料，在此基礎(chǔ)上加入不同的藥材，進(jìn)而形成發(fā)酵中藥。根據(jù)記載，經(jīng)發(fā)酵工藝制成的傳統(tǒng)中藥有建神曲、半夏曲、紅曲、南星曲、淡豆豉、百藥煎等[5]。由于傳統(tǒng)的中藥發(fā)酵缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)酵過程多憑主觀經(jīng)驗判斷，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。隨著現(xiàn)代生物科技的發(fā)展，發(fā)酵工程技術(shù)逐漸在食品和農(nóng)產(chǎn)品等行業(yè)內(nèi)普及。中藥經(jīng)微生物發(fā)酵后或可使藥性得以改變、藥效提高、毒性減小，能有效提高中藥資源利用率，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，將生物發(fā)酵應(yīng)用到中藥研發(fā)和生產(chǎn)中，也已成為中藥現(xiàn)代化研究的重要內(nèi)容。本文對中藥發(fā)酵的概念、優(yōu)勢、關(guān)鍵技術(shù)及品種開發(fā)等方面進(jìn)行了綜述和展望。

1 中藥發(fā)酵的概念

1.1 中藥發(fā)酵的定義

中藥發(fā)酵是指合適的環(huán)境條件下，經(jīng)處理或凈制后的藥材或藥材提取物，利用酶及微生物的分解催化作用，使藥材發(fā)泡、生衣的方法[6]。傳統(tǒng)中藥發(fā)酵是利用環(huán)境中的自然菌，一般為多菌種混合進(jìn)行的自然發(fā)酵，參與發(fā)酵的菌種種類和數(shù)量難以控制，受環(huán)境、季節(jié)變化等因素影響較大，發(fā)酵工藝過程存在不確定性，多是憑主觀經(jīng)驗判斷和控制，其質(zhì)量難以保證?，F(xiàn)代中藥發(fā)酵是一種新工藝，由原來的自然條件發(fā)酵轉(zhuǎn)變?yōu)楦儍?、更精?zhǔn)的發(fā)酵過程，需嚴(yán)格控制發(fā)酵過程中的發(fā)酵環(huán)境，如溫度、濕度、酸堿度及氧氣等因素，對發(fā)酵菌種的數(shù)量和種類也做了嚴(yán)格的要求和控制，保證發(fā)酵過程在可控環(huán)境中，從而提升中藥發(fā)酵品的質(zhì)量。

1.2 中藥發(fā)酵的分類

中藥發(fā)酵包括固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩類[7]。固體發(fā)酵源于傳統(tǒng)的制曲工藝，是以中藥材或農(nóng)副產(chǎn)品作為發(fā)酵營養(yǎng)基質(zhì)，采用一種或多種菌種進(jìn)行發(fā)酵的方法。中藥固體發(fā)酵后產(chǎn)生益生菌及生物酶，從而發(fā)揮活性。侯美如等[8]采用解淀粉芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵黃芪，研究發(fā)酵前后其有效成分含量的變化，結(jié)果顯示，發(fā)酵后黃芪多糖、總黃酮和總皂苷成分得到有效釋放，含量均有明顯提高。固體發(fā)酵的效果與發(fā)酵工藝密切相關(guān)，發(fā)酵過程中基質(zhì)含水量、菌種接種量、原料的預(yù)處理、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時長、pH值及輔料的選擇對發(fā)酵結(jié)果均有較大的影響。優(yōu)化發(fā)酵工藝，量化評價指標(biāo)，對促進(jìn)固體發(fā)酵的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有重要意義。

與固體發(fā)酵不同的是，液體發(fā)酵主要是以中藥材或其提取物和基礎(chǔ)培養(yǎng)液的混合物作為發(fā)酵基質(zhì)，其產(chǎn)物為發(fā)酵液。液體發(fā)酵具有培養(yǎng)周期短、生產(chǎn)效率高、發(fā)酵參數(shù)可控的優(yōu)點，可滿足大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)需求。但對無菌要求較高，需嚴(yán)格控制發(fā)酵設(shè)備及工藝生產(chǎn)條件。

隨著研究的深入，雙向發(fā)酵[9-11]成為近年研究熱點，其主要采用藥用真菌與一種或多種中藥材進(jìn)行組合發(fā)酵，中藥與真菌相互作用、相互影響，具有雙向性。雙向發(fā)酵效率高，易產(chǎn)生新物質(zhì)、新功效，但因真菌與藥材之間的不同組合，使發(fā)酵產(chǎn)物和化學(xué)成分變得復(fù)雜，發(fā)酵過程中藥用菌影響藥性基質(zhì)的機理不明確，故有待進(jìn)一步的研究探索。

2 中藥發(fā)酵的優(yōu)勢

2.1 提高有效成分含量，增強藥物療效

自然界中絕大多數(shù)的細(xì)菌、真菌等微生物可產(chǎn)生纖維素酶[12]。中藥經(jīng)過微生物發(fā)酵，代謝產(chǎn)生多種生物酶，其中纖維素酶可直接降解植物細(xì)胞壁的纖維素，從而提高藥材有效成分的透過率及溶出率，增強療效。劉自堯等[13]采用槐耳對板藍(lán)根進(jìn)行發(fā)酵，研究發(fā)酵后有效成分的含量變化，結(jié)果顯示，發(fā)酵后多糖與肌苷含量明顯升高，抗炎藥效顯著增強。

2.2 產(chǎn)生新的活性成分，擴大應(yīng)用范圍

中藥發(fā)酵過程中經(jīng)過酶的催化反應(yīng)，藥物的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化或分解，所獲成分更易被體吸收，也使藥理活性得到最大程度的發(fā)揮。如芍藥苷、升麻苷、白藜蘆醇苷、黃芩苷等苷類成分在轉(zhuǎn)化為苷元后其功效增強，也產(chǎn)生新的藥理活性。此外部分皂苷經(jīng)發(fā)酵后產(chǎn)生稀有皂苷，提升了其利用價值。叢悅怡等[14]采用紅曲霉對人參進(jìn)行發(fā)酵，探索成分轉(zhuǎn)化規(guī)律，結(jié)果顯示發(fā)酵后人參中總皂苷含量增加40%，而人參皂苷Rb1或Rb2隨著發(fā)酵時間的加長，逐漸轉(zhuǎn)化為稀有的人參皂苷Rg3，擴大了其臨床應(yīng)用范圍，該研究為人參發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2.3 降低中藥毒性，改善中藥口感

部分中藥材含有一定毒性，如川烏中的烏頭堿類物質(zhì)、枇杷仁中的氰苷類物質(zhì)、蒼耳子中的毒蛋白類物質(zhì)以及朱砂中所含有的重金屬類物質(zhì)等一般需經(jīng)過炮制減毒方能用于臨床。中藥發(fā)酵作為一種獨特的傳統(tǒng)炮制方法，發(fā)酵后能使藥材中有毒成分分解或轉(zhuǎn)化，毒副作用得到明顯的消除或改善。且傳統(tǒng)的中藥炮制后，口感仍不太理想，而微生物發(fā)酵過程中，代謝產(chǎn)生了多種高級醇、有機酸或具有香味的酯類，如異戊醇、乳酸、檸檬酸、乙酸異戊酯等，這些成分在保證中藥藥效有效發(fā)揮的同時極大地改善了中藥產(chǎn)品的口感和風(fēng)味。曹藝等[15]利用微生物對含馬兜鈴酸A的中藥進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化脫毒，篩選合適菌種，結(jié)果顯示選取的10個菌種中枯草芽孢桿菌對不同藥材所含馬兜鈴酸A的含量有不同程度降低，表明適合的微生物發(fā)酵可使中藥毒性降低。

2.4 節(jié)約中藥資源，保護生態(tài)環(huán)境

中藥經(jīng)過發(fā)酵處理，有效成分提取率提高、藥效增強，可以保證相同藥效的同時減少藥材使用量。相關(guān)實驗結(jié)果顯示[16]，發(fā)酵中藥只需要1/28的中藥材用量，就可以達(dá)到經(jīng)一般煎、煮及熬所得水提物一份量的藥效，可見發(fā)酵中藥利用率極高。此外，中藥材在炮制和中藥制品加工階段會產(chǎn)生大量中藥渣，而中藥渣一般作為廢棄物進(jìn)行堆放處理，造成了中藥資源的浪費和環(huán)境的污染。固體發(fā)酵可用于中藥渣的資源化利用[17]，提升中藥資源利用率，可廣泛應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖等動物生產(chǎn)中。因而中藥發(fā)酵具有較大的社會意義和經(jīng)濟價值，能實現(xiàn)中藥資源的綜合利用及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3 中藥發(fā)酵的關(guān)鍵技術(shù)

隨著現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，發(fā)酵技術(shù)不斷在中藥研究領(lǐng)域的應(yīng)用和普及，中藥發(fā)酵相關(guān)技術(shù)問題逐漸涌現(xiàn)。已有學(xué)者圍繞中藥發(fā)酵工藝、發(fā)酵原理等方面進(jìn)行了較多的探討研究，但發(fā)酵菌種的選育、發(fā)酵中藥的評價體系建立仍是研究重點與難點。

3.1 選擇優(yōu)良發(fā)酵菌種

選育菌種是中藥材發(fā)酵的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。自然界益生菌種種類眾多，每一菌種發(fā)酵的機理也不相同，針對不同的中藥選取適合的發(fā)酵菌種對提高發(fā)酵效率有促進(jìn)作用。李國紅等[18]采用枯草芽孢桿菌對50種中藥進(jìn)行發(fā)酵，并測定抗菌活性，結(jié)果顯示，不同中藥經(jīng)枯草芽孢桿菌發(fā)酵后抗菌活性有不同變化，枯草芽孢桿菌是連翹、土茯苓、射干等12種中藥的優(yōu)勢菌種，發(fā)酵后抗菌活性增強。此外，常用于中藥發(fā)酵的菌種有酵母菌、乳酸菌、紅曲霉、黑曲霉和靈芝菌、蟲草菌、茯苓菌等藥用菌，因而針對更多中藥材的發(fā)酵篩選最佳的單個菌種或復(fù)合菌種，仍是中藥發(fā)酵研究重要內(nèi)容。

3.2 規(guī)范和創(chuàng)新發(fā)酵工藝

傳統(tǒng)發(fā)酵工藝存在效率較低、周期較長等缺點，且發(fā)酵終點的判斷主要依據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗，準(zhǔn)確性和科學(xué)性不足，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動較大。目前并沒有統(tǒng)一規(guī)范的發(fā)酵工藝，也沒有相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)。為解決上述問題，應(yīng)確立發(fā)酵前、發(fā)酵過程中及發(fā)酵后等關(guān)鍵過程控制節(jié)點，縮短發(fā)酵周期。通過對發(fā)酵過程關(guān)鍵工藝參數(shù)的自動在線控制和動態(tài)優(yōu)化，確立工藝標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)規(guī)范化發(fā)酵生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化控制。為防止雜菌污染及環(huán)境影響，保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)設(shè)備及環(huán)境條件要求較高，需明確發(fā)酵的優(yōu)勢菌種類型及數(shù)量，以減少不同菌種發(fā)酵造成的影響，從而保證發(fā)酵中藥質(zhì)量的“有效、安全、可控、穩(wěn)定”。

3.3 建立中藥發(fā)酵的多維質(zhì)量評價體系

探索發(fā)酵過程中科學(xué)的判斷方法，建立發(fā)酵中藥的多維質(zhì)量評價體系，也是中藥發(fā)酵的技術(shù)難點之一。歷代醫(yī)藥典籍中有關(guān)中藥發(fā)酵程度的判斷多是經(jīng)驗性的文字記載，隨著中藥產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，經(jīng)驗性的表述和人工判斷已難以滿足準(zhǔn)確性和規(guī)?；囊蟆Ｒ虼瞬捎眠m當(dāng)方法客觀化經(jīng)驗特征，基于大量的古今文獻(xiàn)資料，建立專業(yè)的中藥發(fā)酵中生產(chǎn)工藝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及藥理應(yīng)用等的數(shù)據(jù)庫，采用機器視覺、電子鼻、電子舌、電子顯微等新技術(shù)對中藥發(fā)酵程度相關(guān)性狀進(jìn)行客觀化的闡釋，將有助于推動發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展傳承。建立定向發(fā)酵適合性中藥篩選，增加發(fā)酵中藥的性狀特征、專屬性指標(biāo)及有害菌檢查，建立符合發(fā)酵中藥特點的多維質(zhì)量評價體系。

4 中藥發(fā)酵品種研究現(xiàn)狀

淡豆豉和神曲是我國古代受傳統(tǒng)制曲工藝啟發(fā)產(chǎn)生制作的最具代表性應(yīng)用和最常見的中藥發(fā)酵品種。隨著社會進(jìn)步，發(fā)酵技術(shù)由傳統(tǒng)的自然發(fā)酵發(fā)展為現(xiàn)代的雙向發(fā)酵及定向發(fā)酵，通過對近年中藥發(fā)酵相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，總結(jié)列舉了如下具有代表性的中藥發(fā)酵品種及其優(yōu)勢發(fā)酵菌種。見表1。

基于文獻(xiàn)檢索結(jié)果，以及對上述中藥發(fā)酵品種進(jìn)行統(tǒng)計分析，見表2，結(jié)果顯示可用于發(fā)酵且發(fā)酵后活性增強的中藥品種約80余種，幾乎涵蓋了中藥所有類別，其中補益藥和清熱藥品種分布較多，分別為21.95%和19.51%。發(fā)酵中藥品種有一定基礎(chǔ)研究，但大多缺乏規(guī)模生產(chǎn)和實際應(yīng)用，目前基本實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)酵品種有淡豆豉、神曲、發(fā)酵蟲草、三七，其他品種仍待開發(fā)。

5 展望

目前，中藥發(fā)酵仍處于起步階段，基礎(chǔ)研究多集中在發(fā)酵工藝及過程控制方面，且局限于單一菌種發(fā)酵，復(fù)合菌種發(fā)酵中藥產(chǎn)生更多的生物酶和代謝產(chǎn)物，生物轉(zhuǎn)化效率高，更具開發(fā)潛力和價值，未來或?qū)⒊蔀橹兴幇l(fā)酵研究的重要方向。

發(fā)酵技術(shù)方面，發(fā)酵菌種的篩選和評價工作仍是關(guān)鍵研究領(lǐng)域，需要不斷加強。植物內(nèi)生菌可參與宿主植物代謝，能產(chǎn)生與宿主植物相同或相似的活性成分，因而內(nèi)生菌發(fā)酵中藥是中藥發(fā)酵篩選優(yōu)勢菌種的技術(shù)突破點，而對內(nèi)生菌的分離鑒定和特性研究則是技術(shù)關(guān)鍵。隨著中藥與現(xiàn)代科學(xué)的融合，中醫(yī)藥理論逐漸深入，發(fā)酵技術(shù)難題將逐一得到解決，通過開發(fā)設(shè)計新型生物發(fā)酵反應(yīng)器、發(fā)酵產(chǎn)物分析測試設(shè)備精準(zhǔn)定向控制發(fā)酵參數(shù)，中藥發(fā)酵的工業(yè)化條件將越來越成熟。

表1 代表性的發(fā)酵中藥及優(yōu)勢菌種

表2 發(fā)酵中藥品種分類

中藥發(fā)酵在藥品、食品與保健品、獸用藥物或保健劑開發(fā)等方面具有廣泛應(yīng)用前景。藥品方面，經(jīng)微生物發(fā)酵后制得的藥品制劑有效成分提高，毒性成分減少，療效增強，如以發(fā)酵蟲草菌粉為主要成分的金水寶、以微生物發(fā)酵三七為主要原料的片仔癀等藥品在醫(yī)藥市場上具有極大關(guān)注度，分別在補肺益腎和消炎止痛上有良好療效，其他發(fā)酵中藥新藥亟待進(jìn)一步開發(fā)。中藥發(fā)酵后也能作為新型飲片參與臨床配方以及作為制劑原料使用，中藥發(fā)酵飲片開發(fā)和利用必將打開中醫(yī)藥發(fā)展的新空間。食品與保健品開發(fā)方面，大多藥食兩用中藥，通過微生物發(fā)酵，可制備成具有良好保健作用的食品及保健品，其特色在于改善中藥口味，提高中藥成分生物利用度，更易人體吸收。獸用藥或飼料添加劑方面，中藥材發(fā)酵后形成微生態(tài)制劑，用于畜禽養(yǎng)殖、動物生產(chǎn)可明顯促進(jìn)其生長發(fā)育、提高生產(chǎn)性能、增強免疫機能、維持畜禽腸道菌群平衡及改善畜禽產(chǎn)品品質(zhì)，同時還可替代或減少抗生素的使用。因此，發(fā)酵中獸藥和飼料添加劑將具有廣闊的開發(fā)前景。

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展與中藥產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化，中藥發(fā)酵必將在中藥制劑劑型的改進(jìn)、中藥臨床應(yīng)用范圍的擴大、中藥新藥和保健產(chǎn)品的開發(fā)、中獸藥和飼料添加劑的開發(fā)等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，為中藥的研究和發(fā)展開辟新的途徑。發(fā)酵中藥也將憑借其獨特的優(yōu)勢，為保障人類健康、防治畜禽疾病與維護食品安全做出重大貢獻(xiàn)，取得長足發(fā)展。