中药发酵研究现状及展望

肖日传,王德勤,张传平

(广州白云山和记黄埔中药有限公司，广东 广州 510515)

中医药是中华民族的瑰宝，凝聚着中华民族几千年来的健康养生理念及实践经验。中药凭借其绿色天然、副作用小、低耐药性的独特优势，对慢性病、传染病、顽固性疾病等的治疗有较好的疗效，近年来受到了高度重视。为加快中药产业化、现代化的进程，提升中药产品的价值和品质，国内外学者对中药的制药工艺展开了一些创新性的研究，如中药超微粉碎[1]、中药配方颗粒[2-3]、真空冷冻干燥[4]等技术的研究已取得一定进展。随着现代科学技术的发展，对天然活性物质两大来源的中药材和微生物的综合协同研究引起了比较广泛的兴趣，通过微生物对中药材进行发酵的研究备受关注。

中药的发酵源于古代人民利用微生物发酵进行酿酒、制作生产酱醋等辅料，在此基础上加入不同的药材，进而形成发酵中药。根据记载，经发酵工艺制成的传统中药有建神曲、半夏曲、红曲、南星曲、淡豆豉、百药煎等[5]。由于传统的中药发酵缺乏统一的技术标准，发酵过程多凭主观经验判断，导致产品质量良莠不齐。随着现代生物科技的发展，发酵工程技术逐渐在食品和农产品等行业内普及。中药经微生物发酵后或可使药性得以改变、药效提高、毒性减小，能有效提高中药资源利用率，具有广阔的发展和应用前景，将生物发酵应用到中药研发和生产中，也已成为中药现代化研究的重要内容。本文对中药发酵的概念、优势、关键技术及品种开发等方面进行了综述和展望。

1 中药发酵的概念

1.1 中药发酵的定义

中药发酵是指合适的环境条件下，经处理或净制后的药材或药材提取物，利用酶及微生物的分解催化作用，使药材发泡、生衣的方法[6]。传统中药发酵是利用环境中的自然菌，一般为多菌种混合进行的自然发酵，参与发酵的菌种种类和数量难以控制，受环境、季节变化等因素影响较大，发酵工艺过程存在不确定性，多是凭主观经验判断和控制，其质量难以保证。现代中药发酵是一种新工艺，由原来的自然条件发酵转变为更纯净、更精准的发酵过程，需严格控制发酵过程中的发酵环境，如温度、湿度、酸碱度及氧气等因素，对发酵菌种的数量和种类也做了严格的要求和控制，保证发酵过程在可控环境中，从而提升中药发酵品的质量。

1.2 中药发酵的分类

中药发酵包括固体发酵和液体发酵两类[7]。固体发酵源于传统的制曲工艺，是以中药材或农副产品作为发酵营养基质，采用一种或多种菌种进行发酵的方法。中药固体发酵后产生益生菌及生物酶，从而发挥活性。侯美如等[8]采用解淀粉芽孢杆菌固态发酵黄芪，研究发酵前后其有效成分含量的变化，结果显示，发酵后黄芪多糖、总黄酮和总皂苷成分得到有效释放，含量均有明显提高。固体发酵的效果与发酵工艺密切相关，发酵过程中基质含水量、菌种接种量、原料的预处理、发酵温度、发酵时长、pH值及辅料的选择对发酵结果均有较大的影响。优化发酵工艺，量化评价指标，对促进固体发酵的产业化进程有重要意义。

与固体发酵不同的是，液体发酵主要是以中药材或其提取物和基础培养液的混合物作为发酵基质，其产物为发酵液。液体发酵具有培养周期短、生产效率高、发酵参数可控的优点，可满足大规模的工业生产需求。但对无菌要求较高，需严格控制发酵设备及工艺生产条件。

随着研究的深入，双向发酵[9-11]成为近年研究热点，其主要采用药用真菌与一种或多种中药材进行组合发酵，中药与真菌相互作用、相互影响，具有双向性。双向发酵效率高，易产生新物质、新功效，但因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，发酵过程中药用菌影响药性基质的机理不明确，故有待进一步的研究探索。

2 中药发酵的优势

2.1 提高有效成分含量，增强药物疗效

自然界中绝大多数的细菌、真菌等微生物可产生纤维素酶[12]。中药经过微生物发酵，代谢产生多种生物酶，其中纤维素酶可直接降解植物细胞壁的纤维素，从而提高药材有效成分的透过率及溶出率，增强疗效。刘自尧等[13]采用槐耳对板蓝根进行发酵，研究发酵后有效成分的含量变化，结果显示，发酵后多糖与肌苷含量明显升高，抗炎药效显著增强。

2.2 产生新的活性成分，扩大应用范围

中药发酵过程中经过酶的催化反应，药物的结构发生转化或分解，所获成分更易被体吸收，也使药理活性得到最大程度的发挥。如芍药苷、升麻苷、白藜芦醇苷、黄芩苷等苷类成分在转化为苷元后其功效增强，也产生新的药理活性。此外部分皂苷经发酵后产生稀有皂苷，提升了其利用价值。丛悦怡等[14]采用红曲霉对人参进行发酵，探索成分转化规律，结果显示发酵后人参中总皂苷含量增加40%，而人参皂苷Rb1或Rb2随着发酵时间的加长，逐渐转化为稀有的人参皂苷Rg3，扩大了其临床应用范围，该研究为人参发酵产品的开发应用奠定基础。

2.3 降低中药毒性，改善中药口感

部分中药材含有一定毒性，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一般需经过炮制减毒方能用于临床。中药发酵作为一种独特的传统炮制方法，发酵后能使药材中有毒成分分解或转化，毒副作用得到明显的消除或改善。且传统的中药炮制后，口感仍不太理想，而微生物发酵过程中，代谢产生了多种高级醇、有机酸或具有香味的酯类，如异戊醇、乳酸、柠檬酸、乙酸异戊酯等，这些成分在保证中药药效有效发挥的同时极大地改善了中药产品的口感和风味。曹艺等[15]利用微生物对含马兜铃酸A的中药进行生物转化脱毒，筛选合适菌种，结果显示选取的10个菌种中枯草芽孢杆菌对不同药材所含马兜铃酸A的含量有不同程度降低，表明适合的微生物发酵可使中药毒性降低。

2.4 节约中药资源，保护生态环境

中药经过发酵处理，有效成分提取率提高、药效增强，可以保证相同药效的同时减少药材使用量。相关实验结果显示[16]，发酵中药只需要1/28的中药材用量，就可以达到经一般煎、煮及熬所得水提物一份量的药效，可见发酵中药利用率极高。此外，中药材在炮制和中药制品加工阶段会产生大量中药渣，而中药渣一般作为废弃物进行堆放处理，造成了中药资源的浪费和环境的污染。固体发酵可用于中药渣的资源化利用[17]，提升中药资源利用率，可广泛应用在水产养殖、畜禽养殖等动物生产中。因而中药发酵具有较大的社会意义和经济价值，能实现中药资源的综合利用及环境的可持续发展。

3 中药发酵的关键技术

随着现代发酵工业的进步和发展，发酵技术不断在中药研究领域的应用和普及，中药发酵相关技术问题逐渐涌现。已有学者围绕中药发酵工艺、发酵原理等方面进行了较多的探讨研究，但发酵菌种的选育、发酵中药的评价体系建立仍是研究重点与难点。

3.1 选择优良发酵菌种

选育菌种是中药材发酵的基础和关键。自然界益生菌种种类众多，每一菌种发酵的机理也不相同，针对不同的中药选取适合的发酵菌种对提高发酵效率有促进作用。李国红等[18]采用枯草芽孢杆菌对50种中药进行发酵，并测定抗菌活性，结果显示，不同中药经枯草芽孢杆菌发酵后抗菌活性有不同变化，枯草芽孢杆菌是连翘、土茯苓、射干等12种中药的优势菌种，发酵后抗菌活性增强。此外，常用于中药发酵的菌种有酵母菌、乳酸菌、红曲霉、黑曲霉和灵芝菌、虫草菌、茯苓菌等药用菌，因而针对更多中药材的发酵筛选最佳的单个菌种或复合菌种，仍是中药发酵研究重要内容。

3.2 规范和创新发酵工艺

传统发酵工艺存在效率较低、周期较长等缺点，且发酵终点的判断主要依据传统经验，准确性和科学性不足，导致产品质量波动较大。目前并没有统一规范的发酵工艺，也没有相关工艺标准。为解决上述问题，应确立发酵前、发酵过程中及发酵后等关键过程控制节点，缩短发酵周期。通过对发酵过程关键工艺参数的自动在线控制和动态优化，确立工艺标准，实现规范化发酵生产和标准化控制。为防止杂菌污染及环境影响，保证产品质量，生产设备及环境条件要求较高，需明确发酵的优势菌种类型及数量，以减少不同菌种发酵造成的影响，从而保证发酵中药质量的“有效、安全、可控、稳定”。

3.3 建立中药发酵的多维质量评价体系

探索发酵过程中科学的判断方法，建立发酵中药的多维质量评价体系，也是中药发酵的技术难点之一。历代医药典籍中有关中药发酵程度的判断多是经验性的文字记载，随着中药产业化的发展，经验性的表述和人工判断已难以满足准确性和规模化的要求。因此采用适当方法客观化经验特征，基于大量的古今文献资料，建立专业的中药发酵中生产工艺、质量标准及药理应用等的数据库，采用机器视觉、电子鼻、电子舌、电子显微等新技术对中药发酵程度相关性状进行客观化的阐释，将有助于推动发酵技术的发展传承。建立定向发酵适合性中药筛选，增加发酵中药的性状特征、专属性指标及有害菌检查，建立符合发酵中药特点的多维质量评价体系。

4 中药发酵品种研究现状

淡豆豉和神曲是我国古代受传统制曲工艺启发产生制作的最具代表性应用和最常见的中药发酵品种。随着社会进步，发酵技术由传统的自然发酵发展为现代的双向发酵及定向发酵，通过对近年中药发酵相关文献进行检索，总结列举了如下具有代表性的中药发酵品种及其优势发酵菌种。见表1。

基于文献检索结果，以及对上述中药发酵品种进行统计分析，见表2，结果显示可用于发酵且发酵后活性增强的中药品种约80余种，几乎涵盖了中药所有类别，其中补益药和清热药品种分布较多，分别为21.95%和19.51%。发酵中药品种有一定基础研究，但大多缺乏规模生产和实际应用，目前基本实现工业化生产的发酵品种有淡豆豉、神曲、发酵虫草、三七，其他品种仍待开发。

5 展望

目前，中药发酵仍处于起步阶段，基础研究多集中在发酵工艺及过程控制方面，且局限于单一菌种发酵，复合菌种发酵中药产生更多的生物酶和代谢产物，生物转化效率高，更具开发潜力和价值，未来或将成为中药发酵研究的重要方向。

发酵技术方面，发酵菌种的筛选和评价工作仍是关键研究领域，需要不断加强。植物内生菌可参与宿主植物代谢，能产生与宿主植物相同或相似的活性成分，因而内生菌发酵中药是中药发酵筛选优势菌种的技术突破点，而对内生菌的分离鉴定和特性研究则是技术关键。随着中药与现代科学的融合，中医药理论逐渐深入，发酵技术难题将逐一得到解决，通过开发设计新型生物发酵反应器、发酵产物分析测试设备精准定向控制发酵参数，中药发酵的工业化条件将越来越成熟。

表1 代表性的发酵中药及优势菌种

表2 发酵中药品种分类

中药发酵在药品、食品与保健品、兽用药物或保健剂开发等方面具有广泛应用前景。药品方面，经微生物发酵后制得的药品制剂有效成分提高，毒性成分减少，疗效增强，如以发酵虫草菌粉为主要成分的金水宝、以微生物发酵三七为主要原料的片仔癀等药品在医药市场上具有极大关注度，分别在补肺益肾和消炎止痛上有良好疗效，其他发酵中药新药亟待进一步开发。中药发酵后也能作为新型饮片参与临床配方以及作为制剂原料使用，中药发酵饮片开发和利用必将打开中医药发展的新空间。食品与保健品开发方面，大多药食两用中药，通过微生物发酵，可制备成具有良好保健作用的食品及保健品，其特色在于改善中药口味，提高中药成分生物利用度，更易人体吸收。兽用药或饲料添加剂方面，中药材发酵后形成微生态制剂，用于畜禽养殖、动物生产可明显促进其生长发育、提高生产性能、增强免疫机能、维持畜禽肠道菌群平衡及改善畜禽产品品质，同时还可替代或减少抗生素的使用。因此，发酵中兽药和饲料添加剂将具有广阔的开发前景。

随着现代生物技术的发展与中药产业的现代化，中药发酵必将在中药制剂剂型的改进、中药临床应用范围的扩大、中药新药和保健产品的开发、中兽药和饲料添加剂的开发等诸多领域得到广泛的应用，为中药的研究和发展开辟新的途径。发酵中药也将凭借其独特的优势，为保障人类健康、防治畜禽疾病与维护食品安全做出重大贡献，取得长足发展。