中药转化:全面解析中药类发酵技术在四大领域(食品、药品、动保、化妆品)的应用及机理

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我国有着丰富的中药资源,种类多且产量大,中药具有毒副作用小、药效作用时间长、不易产生耐药性、提高免疫力等一系列优点。不同种类的中药需要结合自身的特点进行加工处理才能入药,传统炮制有煎、煮、熬、炼、炒等手段,由于加工深度不够,往往会造成有效物质难以得到充分的吸收利用的现象。

为了提高提取率和利用率,增强药效,降低毒副作用,中药发酵作为一种新的炮制方法备受关注,它是指在适当的温度、水分等条件下,微生物利用自身生长代谢及生命活动对药物产生发酵作用。益生菌是一种对宿主有益的活性微生物,它存在于人体肠道,皮肤和生殖系统内。益生菌和中草药在许多方面有相得益彰的协同作用。利用益生菌发酵中药不但可以节约中药资源,而且还可以促进中药有效成分溶出、将大分子物质分解、降低中药的毒副作用。

1.发酵的类型

(1)固态发酵

固体发酵历史悠久,是在传统的制曲工艺基础上发展而来的,以中药材作为营养发酵基质,通常是1种或几种益生菌作为发酵菌株,在一定条件下进行发酵。研究表明,将中药(如王不留行、苦参、益母草、当归等)、菌株、营养基质和水按照比例配制成湿态的固体华体会体育最新地址 ,发酵后检测发现,总黄酮、阿魏酸、生物碱、干浸膏、皂苷以及粗多糖等有效成分的含量均大幅提高。

固体发酵的优势在于不需要对单纯的营养基质进行灭菌,属于开放体系,温度、湿度、酸碱度、通气等发酵条件易操作。尽管从治疗效果来看,由固体发酵获得的制剂不亚于液体发酵,但固体发酵也存在诸多局限性。比如所用发酵菌株局限于低湿状态下生长的菌株,发酵速度慢导致产量较低,发酵体系开放易染杂菌且影响产品质量,发酵终点和质量控制没有科学的指标作为依据,通常是根据人为经验操作,涉及去渣工作,需要很高的技术和设备支持,实现工业化大规模生产比较困难,这些缺点限制了固体发酵的推广应用。

(2)液态发酵

液体发酵是由抗生素生产工艺发展而来的,又称为深层发酵,主要技术是将菌株活化培养至良好的生长状态,然后接种至培养液内,培养液由华体会体育最新地址 和中药材按一定比例充分混合而成,在适宜的含氧量和温度下培养发酵,产物由菌体和发酵液两部分组成。中药材发酵后,有效成分增加,生物转化效果提高。

研究发现,选用多叶奇果菌Grijola frondosa液体发酵天麻,可以使天麻内的天麻素转化为派立辛( parishin) ,派立辛具有明显的抗衰老和改善记忆力的作用。在抑制肿瘤方面,一株高产B-葡萄糖苷酶的菌株接种到人参茎叶提取液中进行发酵,总皂苷被转化成了人参皂苷Rg,而人参皂苷Rg,已被证实对抑制肿瘤生长起关键作用。

(3)药用真菌双向发酵

药用真菌双向发酵同样包括液固发酵,其中液体发酵是基础培养液、中药提取液和真菌在封闭状态下的组合,固体发酵是药材或药渣和真菌的开放状态的组合。药用真菌双向固体发酵是在20世纪90年代由庄毅提出,把中药或药渣代替基础培养液作为营养基质,中药既可以作为营养物质提供给真菌,又与真菌生长代谢的产物和细胞因子相互作用,影响中药的自身结构和成分,产生新的药效性味功能。双向发酵的优势在于中药和真菌可产生大量的发酵组合,具有良好的应用前景。但是科学的理论支撑尚缺乏,需要进一步探究。

2.发酵的机理

益生菌发酵中药的作用是相互的。以肠道菌群与中药作用的代谢过程分析,可以发现: 一方面,目前大多数中药采用口服方式服药,药物在消化道内吸收、分布、转化及排泄的过程要经过脂溶性扩散的方式,而中药材中存在的大多数苷类物质多以结合型的形式存在,亲脂性低,不易转运到作用靶部位,肠道菌群分泌相应的酶可以水解此类物质使其脱去糖基,变为游离型苷元,增加其脂溶性,从而实现在消化道内的吸收。水解后得到的苷元经小肠吸

收进入血液循环系统,从而在局部或全身发挥药效。另一方面,苷类物质在水解过程中脱去的糖基又可作为菌群生长所需的碳源。且中药又可为菌群生长代谢提供营养物质。同时这些酶类物质还能与中药中的某些特殊成分发生互作,并对其活性成分进行修饰,促使新物质的形成并降低中药中有毒成分的含量。

3发酵的优势

(1)提高药效

中药有效活性物质通常存在于细胞壁内,而植物细胞壁结构致密。这就使得有效成,分在向外界溶出的过程中要抵抗细胞壁的阻碍作用,而益生菌在代谢过程中可以分泌几十种胞外酶,有的可直接水解细胞壁中的纤维素、半纤维素等使细胞壁变得致密的物质,破环其相应结构,促进有效成分得以溶出。

(2)更易人体吸收

中药必须经过炮制之后才能入药,然而由于传统工艺加工深度不够,往往会造成有效物质难以得到充分的吸收利用,但是益生菌在发酵过程中可以通过酶解作用将大分子物质分解,分解而成的小分子物质能更容易透过血脑屏障与人体蛋白相结合,使得吸收更快速、更完全。经微生物发酵分解得到的小分子物质在体内可以得到充分代谢,同时避免了药物残留

(3)降低毒副作用

有些中药含有有毒成分,例如川乌中的乌头碱类物质、枇杷仁中的氰苷类物质、苍耳子中的毒蛋白类物质以及朱砂中所含有的重金属类物质等。而益生菌可以发挥其分解转化作用,将有毒成分进行分解或结构修饰,降低中药的毒副作用。

(4)节约中药资源

中药材在炮制和中药制品加工阶段会剩余大量中药渣,中药渣具有大量不易被消化酶分解的多糖类物质,而益生菌可以利用丰富的酶系将这种多糖类物质转化为易于利用的小分子糖类物质,提高中药渣的资源利用率。这样不仅高值化的利用了中药资源,也解决处理不当带来的环境污染问题。

4益生菌发酵中药应用领域

(1)抗肿瘤

目前肿瘤疾病大多采用手术、化疗、放疗、免疫治疗等,这些方法严重的不良反应会影响人体的免疫功能,而辅以中医治疗,可以减少化学疗法的不良反应,并且提高疗效,增强免疫力。研究证明,利用FGM菌株发酵黄芪获得黄芪多糖后,黄芪多糖含量升高,,脾淋巴细胞增殖能力加强,胸腺和脾脏指数升高,肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白介素1β含量显著下降。

(2)降血糖

益生菌产生的纤维素酶、果胶酶等胞外酶可破坏植物细胞壁,使得中药有效成分苷类、酮类、糖类和酚类等物质更易析出,其中酮类、酚类和多元醇类物质含量的增加,可以使脂类化合物获得更多的自由基,可转化为稳定性更高的酮类、酚类和多元醇类自由基,进而增强机体抗氧化能力,改善了糖类、蛋白质和脂肪的代谢,最终达到降血糖目的。

(3)肝脏疾病

研究表明,人参可有效地缓解酒精性脂肪肝,使得机体对酒精的耐受性提高,醒酒时间变短。而微生物可以通过去糖基化作用使得人参皂苷向稀有人参皂苷转化,提高人参的药理活性,有研究表明人参经发酵乳杆菌KP-3发酵后,人参皂苷Rg、 Rh等稀有皂苷含量提高,其中人参皂苷Rg能够抑制肝损伤小鼠氨基转移酶的活性,并且在食用经益生菌发酵的人参后,酒精模型小鼠体质量无明显差异;肝脏的脂肪积累程度下降;肝脏与体质量比值显著降低,表明肝脏的水肿或肥大得到改善;血清和肝脏中的三酰甘油、氨基转移酶和低密度脂蛋白的含量显著下调。

(4)皮炎

研究表明,益生菌可能对AD治疗产生积极影响,可能依赖于多重治疗因素,如特定的益生菌菌株、给药时间(起效时间)、持续暴露时间和剂量乳酸杆菌发酵新型草药KIOM-MA(甘草、虎杖、槐花、蛇床子、牛蒡子等)的嗜酸发酵产物KIOM-MA128对AD的治疗作用。KIOM-MA128的口服给药显著减少了AD的主要临床症状,包括红斑、丘疹、脱毛、苔藓化、瘙痒等,且血清IgE水平降低。

(5)保健食品

中药中的“药食两用”植物通常含有很高的营养价值,可以被用于保健食品的开发,且与益生菌结合发酵之后不仅改善口感,而且增强保健效果。比如益生菌发酵山药和地黄得到的,复合饮品的风味得到改善,同时又兼具中药和益生菌的养生、滋补和保健功效。

益生菌发酵药食两用中药研制的其他功能型产品

(6)化妆品

中药提取液在经益生菌发酵后药物的安全性、有效性、毒副作用等方面具有优势,有效成分变为小分子物质,更易在皮肤表面或进入表皮或真皮发挥作用,在化妆品领域具有很大的应用潜力。

(7)畜牧养殖业

畜牧养殖业中涉及的中药主要有黄芩、大黄、银杏叶、王不留行、益母草、乌梅、甘草等,益生菌主要包括干酪乳杆菌、产肮假丝酵母、枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌等。而益生菌发酵中药具有毒性低和营养价值高等优势,与现代畜牧养殖业的发展方向更符合,应用前景广泛。主要能够促进机体生长,提高免疫力,抗菌抗病毒等。

益生菌发酵中药应用领域

6益生菌发酵中药趋势

利用益生菌发酵中药是目前研究的热点,这种发酵方式可以获得更多的有效目标成分来提高药效、产生次级代谢产物,扩大了适应证,提高了中药利用率,节约成本,丰富了中药产品的营养结构,降低了中药的毒性和改善了中药产品的口味, 符合新产品新趋势。

但是益生菌发酵中药仍面临一些挑战,如发酵体系作用机制的深入探索,优良菌种的选择、发酵筛选模型及多维评价体系的建立等。在工业化生产中,固体发酵受限较多,通常是根据人为经验操作,需要很高的技术和设备支持。而液体发酵可实现自动化发酵、生产条件量化,应用前景广泛,但是仍需要对发酵工艺和相关设备进行优化升级。

中药发酵具有很好的可持续发展前景,可以深入创新和完善中药在治疗肿瘤等重大疾病、皮肤慢性病、胃肠疾病,降血糖调血脂等方面以及畜牧、化妆品、保健品等领域的应用思路。

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