发酵技术:微生物发酵中药优势及技术现状

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发酵法是中药炮制的传统方法,在中国最早的中药学著作《神农本草经》中便有记载,直到现在,临床上也常使用发酵炮制的中药。传统发酵技术是利用环境中的微生物在中药中自然发酵,由于环境的温度、湿度、酸碱度都无法精准控制,有时也会存在菌种不纯,影响发酵质量。但随着现代微生态学、发酵工程等学科和技术的发展,现代发酵制药技术不仅克服了传统发酵技术发酵条件不可控的问题,更是可以根据发酵需求利用高纯度的单一菌种或是混合菌种进行发酵,因此发酵中药在现代发酵技术的加持下能够标准化、规模化生产,这使得发酵中药制剂种类不断增加,质量也进一步提高,在畜牧、保健、化妆品等多个领域得到了更广泛的应用。

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一.发酵中药的优势

1.1提高有效成分提取率

用来发酵的中药一般是中草药,中草药中的有效成分大多在其细胞壁内,而植物细胞壁富含木质素、纤维素、果胶等致密结构成分,使细胞壁硬度增加且不易分解,阻碍了中药有效成分从胞内释出。而通过微生物发酵所产生的胞外酶(如纤维素酶和果胶酶)可以一定程度地降解植物细胞壁,有助于中药活性物质的溶出。

1.2降低毒副作用

许多中药虽然有很好的疗效,但毒性很大,利用发酵法可将中药毒副作用降低、减少不良反应。传统中药雷公藤具有良好的免疫调节及抗炎作用,但因毒性较大严重限制了其在临床上的应用。经发酵后雷公藤内酯甲的含量减少,而雷公藤内酯甲含量减少与雷公藤的减毒作用直接相关。发酵和其他炮制法均可使巴豆的毒性降低,而且发酵法减毒效果最佳。

1.3产生新的有效成分

微生物代谢过程中产生的某些初级代谢产物和次级代谢产物能够与药材中的活性成分及非活性成分发生反应,形成新的前体化合物。利用中药的共生菌或者药用真菌来发酵中药材更容易产生新的活性物质,从而产生新疗效。

1.4节约中药资源

随着国内外对中药资源需求的不断增加,中药产业规模也快速增长,但目前中药资源的利用度较低,中药渣废弃物对环境带来的挑战不容忽视。通过生物催化技术实现中药材的有效开发已成为必由之路,利用微生物发酵将废弃中药渣中的有效成分进一步释放,制成饲料或饲料添加剂可有效地对中药资源进行二次利用。

二. 中药发酵技术

2.1固体发酵技术

发酵中药的新活性成分除了中药本身化学成分的改变,还包括了微生物次级代谢产物,而固体发酵更适用于生产次级代谢物,因为主要用于生产次级代谢物的微生物的菌丝形态非常适合在固体基质上生长。固体发酵方法会导致CH4、NO2和NO3等挥发性有机化合物的释放。固体发酵是一种潜力巨大的发酵技术,不管是在微生物次级代谢产物和酶的生产上,还是在生物固体废物的降解或再利用上,其相较液体发酵都具有明显的优势。

2.2液体发酵技术

相较于固体发酵,液体发酵具有产物稳定性高、生产条件量化、可在线监测、自动化的优点,这使得它更适合于微生物产品的大规模工业生产。而且液体发酵可以降低使用霉菌时真菌菌丝干燥的风险,对可培养的微生物种类的限制也较少。在目前采用的液体发酵工艺条件下,中药中有效成分转化率低,相对成本高,存在一定的药材浪费。此外,液体发酵的主要困难还有扩大菌丝培养。液体发酵中药在发酵过程中容易被杂菌污染,并且有效成分转化效率较低。

2.3双向固体发酵技术

双向固体发酵是在固体发酵技术的基础上衍生而来,它是以中药材替代传统营养基质,以一种或多种药用真菌进行发酵的发酵技术,其双向性在于具有活性成分的药性基质为药用真菌提供生长所需营养,同时药用真菌产生的酶又能改变药性基质原来的组织成分,使其产生新成分,具有新功效。双向固体发酵易产生新物质、新功效,但真菌与药材之间的不同组合,使发酵产物和化学成分变得复杂,而且药用真菌影响药性基质的机理不明确。

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