微生物在中药方面的应用 ——中药发酵.

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1 微生物在中药方面的应用 ——中药发酵

2 中药发酵 一、中药发酵的重要意义及科学价值 二、中药的炮制 三、中药栽培 四、中药发酵制药的特点 五、微生物发酵中药的研究展望 六、总结

3 一、中药发酵的重要意义及科学价值 重要意义
发酵中药，是模拟中药在人体内的消化分解过程，采用现代生物工程技术，在人体外建立一个“工业化肠胃系统”，采用人体肠道内的多种益生菌，对中药进行预消化、分解和转化，把大分子的中间物质，分解转化成为能够被直接吸收的有效小分子物质。因此，发酵中药疗效快、效果确切。 　　经长期临床和实践证明，发酵中药相比传统中药药效提高4-28倍。常规中医大夫开的6付中药，经过益生菌发酵，患者可以服用10天，同时药物疗效是6付中药的4-28倍。 　　发酵中药经过预消化和转化。彻底解除药物有害毒性，并去除了传统中药汤剂“苦口”的缺陷，口味好转，患者可以长期服用。

4 科学价值 发酵中药，是对传统中药的重大创新，真正实现了中药疗效提速、减毒增效，改善口感，是对传统中药产业的革命，开创中药的时代。
　发酵中药，是对传统中药的重大创新，真正实现了中药疗效提速、减毒增效，改善口感，是对传统中药产业的革命，开创中药的时代。 科学价值 　发酵中药是将中药提取液和经过优选的人体内有益菌（主要是双歧杆菌、乳酸菌）作为菌种，依据微生态学和仿生学理论，通过生物嫁接方式，在模拟人体胃肠环境的条件下对中药提取物进行生物转化而成的新型中药。利用现代生物技术使中药与有益菌完美结合，形成新兴的中药制剂，在抗生素耐药，超级细菌不断出现的形势下，具有重要意义。

5 二、中药的炮制 0、前言 1、在净制中的应用 2、利用微生物进行中药提取 3、改变药物成分的含量，减小毒副作用 4、增强疗效 5、小结

6 前言 我国很早就将微生物应用于中药的生产与炮制,至今已有上千年的历史。传统名贵菌类中药冬虫夏草、灵芝、茯苓、香菇等因具有免疫调节、抗衰老、抗氧化、抗肿瘤等多种药理作用而沿用至今。另外还有一些应用也很广泛的中药(如神曲、建曲、半夏曲、淡豆豉等)也是通过微生物发酵方法制备的。如半夏曲的制造,《本草纲目》记载：“半夏研末,以姜汁、白矾汤和作饼,楮叶包置篮中,待生黄衣,晒干用。”其性味苦辛、平,能化痰止咳、消食积、治泄泻。而未发酵的半夏则性味辛,有毒,功能燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结。由此可见,我们不仅可以通过微生物生产药用真菌等药物,还可以通过微生物的发酵作用,改变原药的性能,增强原有疗效而生产出具有新的治疗作用的药物。

7 1、在净制中的应用 eg.龟甲为传统滋补中药,但在炮制处理中其筋肉较难分离。传统的炮制方法生产周期长,自然腐败时臭气大,且易使一部分水溶性成分流失等。现有采用食用菌法,将鳖甲浸泡2 d,放于培养料中,将草菇菌均匀接于料面,30～40 ℃发酵6 d后,即可除去皮肉筋膜。龟甲食用菌法净制品中游离氨基酸、水解后氨基酸、总氮、水浸出物、乙醇浸出物和灰分的含量均高于传统炮制品；人体必需微量元素中铬、铜、铁、钙等元素含量高于传统炮制品；对人体有害的微量元素中砷和铅的含量低于传统炮制品；而且食用菌法又克服了传统方法周期长、臭味大等缺点,而且还可以产生鲜菇。此法可进一步推广到其他动物壳甲类中药的净制应用。

8 2、利用微生物进行中药提取 中药材有效成分往往包裹在细胞壁内，植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素等物质构成的致密结构。在中药有效成分提取过程中，当存在于细胞原生质体中的有效成分向提取介质扩散时，必须克服细胞壁及细胞间质的双重阻力。 微生物在代谢过程中可分泌蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等几十种胞外酶进入培养基，这些酶有的可以将药物成分分解转化，形成新的化合物，有的可水解植物细胞壁的纤维素、半纤维素、果胶质等，使细胞破裂，利于有效成分溶出。特别是采用一些酶作用于药用植物材料，使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解，使细胞破裂，细胞间隙增加，减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力，可促进有效成分提取率提高。

9 3、改变药物成分含量，减小毒副作用 发酵一方面可以按照微生物中所含有的某种酶定向地转化某种药物向预先的方向发展,如已知某种微生物含有某种酶,而这种酶可使某种化合物的结构发生羟化或脱氢等反应,从而产生新的化合物。 另一方面,微生物也会形成丰富多样的次生代谢产物,它们有些本身就是功效良好的药物；或以中药中的有效成分为前体,经微生物的代谢可以形成新的化合物,或微生物的次生代谢产物和中药中的成分发生反应形成新的化合物。 微生物在中药的特殊环境中也有可能会产生新的代谢反应,因为中药中的某些成分可能对微生物的生长和代谢有促进或抑制作用,从而改变微生物的代谢途径,进而形成新的成分。 微生物的分解作用有可能将中药中的有毒物质进行分解,从而降低药物的毒副作用,也有可能经微生物的分解作用使原来不易消化吸收的大分子物质经微生物的转化变成小分子后易于肠道吸收。

10 eg.大黄为常用中药,具有泻下攻积、清热解毒、活血化瘀等功效。现代药理研究显示,大黄具泻下、止血、利胆保肝、抗菌、抗肿瘤、抗内毒素、降血脂、降血清尿氮、抗衰老等广泛的药理作用。但大黄生用泻下作用峻烈,易引起腹痛、恶心等胃肠道反应。目前,已知大黄泻下成分主要是结合性蒽醌衍生物,而游离型蒽醌为抗菌、抗肿瘤等的主要有效成分,泻下作用极弱。传统的方法是采用加热,可使蒽醌分解或破坏。现有研究采用酒精酵母、面包酵母发酵,使大黄的结合型蒽醌含量降低,游离型蒽醌含量大大增加。说明发酵法能使大黄结合型蒽醌转化为游离型蒽醌,从而缓和大黄峻泻作用,并且总蒽醌含量略有降低,但明显高于传统炮制方法中总蒽醌的含量。说明发酵法有利于保存大黄总蒽醌,优于传统的炮制方法。

11 4、增强疗效 微生物发酵炮制而成的中药作用原理是利用微生物的生物转化能力。现代发酵工程证实,微生物具有酯化、氧化、乙酰化、还原化、甲基化、羟基化和羰基化等多种能力,因此,利用微生物发酵炮制中药实质上是一种酶催化中药有效成分改性的生物转化反应。发酵一方面可以按照微生物中所含有的某种酶定向地转化某种药物向预先的方向发展,如已知某种微生物含有某种酶,而这种酶可使某种化合物的结构发生羟化或脱氢等反应,从而产生新的化合物。另一方面,微生物也会形成丰富多样的次生代谢产物,它们有些本身就是功效良好的药物；或以中药中的有效成分为前体,经微生物的代谢可以形成新的化合物,或微生物的次生代谢产物和中药中的成分发生反应形成新的化合物。微生物在中药的特殊环境中也有可能会产生新的代谢反应,因为中药中的某些成分可能对微生物的生长和代谢有促进或抑制作用,从而改变微生物的代谢途径,进而形成新的成分。

12 eg. 红花降血栓、抗凝血的有效成分主要是红花黄色素和红花醌苷等,它的纤溶机理主要是作为一种人体内纤溶酶原激活剂,将纤溶酶原激活为纤溶酶,继而起到溶解血栓的作用。红花中有许多糖苷类化合物,其中很多糖苷是酚羟基与葡萄糖缩合而成。当糖苷水解酶将这些糖苷键上的葡萄糖水解掉后,就会使酚羟基的数目大幅度提高,可进一步提高红花的抗氧化活性。此外,水解后产生的苷元比相应的糖苷容易吸收,生物利用率更高,更有利于发挥其药理作用。 　　五倍子的收敛作用主要由它所含的鞣酸与细胞中的蛋白质结合成不溶于水的沉淀物,抑制了细胞的过度分泌,促进水液的再吸收而发挥收敛作用。但鞣酸在肠道内会先遇到食物中的蛋白质,并与之结合,无形中消耗掉一部分鞣酸,因而降低了它的收敛作用。为了克服这一缺点,采用含有根霉菌和L-赖氨酸等物质的酵曲发酵五倍子,利用根霉菌能促进L-赖氨酸生成的作用,而形成更多的L-赖氨酸。L-赖氨酸能促进胃肠道黏膜吸收食物中的蛋白质,因此,能有效地避免鞣酸在胃肠道内竞争性消耗,从而提高了五倍子的收敛作用或消除了食欲不振的反应,并且可以减轻鞣酸在胃肠道内与食物中的蛋白质结合成大分子沉淀物而刺激胃肠黏膜的作用。

13 5、小结 中药炮制采用微生物发酵法具有一般方法所无法比拟的优势,可以为开发新药、提高药物疗效、降低药物毒副作用的研究提供新的手段,为中药的发展开辟新的研究空间。进行中药发酵研究也具有成熟的现实条件,应当成为我国中药现代化研究的内容之一。但目前对中药的微生物发酵研究仍处于起步阶段,从事这方面研究的人还不多。无论在基础理论机理研究方面还是在应用操作方法上都处于起步阶段。目前,中医药理论与现代科学理论正需要接轨,研究方法和思路有很多,微生物转化的研究有可能成为中药现代化研究的重要手段。在不久的将来,必将会有许多利用微生物发酵技术生产的生物转化炮制品种问世。

14 三、中药栽培 内生菌主要指在其生活史的某一阶段存在于健康植物的组织中、不形成明显侵染的一类微生物。内生菌可以促进宿主的生长、发育，增强对不良环境的抵抗力，甚至会促进宿主植物某些代谢产物的形成。深入研究中药内生菌，对研究中药的活性成分和栽培可能具有重要意义。内生真菌与宿主植物某些活性成分的形成有密切关系，对于不同地方的相同物种来说，其内生真菌类群是不同的，这可能是形成中药道地性的原因之一。

15 例如，开唇兰小菇、石斛小菇、兰小菇等3种小菇属内生真菌，对兰科濒危药用植物铁皮石斛、金线莲的生长有促进作用。接种3种内生真菌后，铁皮石斛苗的生长量高于对照3～5倍，石斛小菇、兰小菇对铁皮石斛原球茎增殖也有明显促进作用；接种3种真菌的金线莲苗，侧芽及侧根数均显著高于对照。在植物试管苗培养基中分别加入20％真菌菌丝及10 毫克发酵液的醋酸乙酯提取物，3种菌的菌丝体及兰小菇的醋酸乙酯提取物能显著提高铁皮石斛原球茎的增殖率；石斛小菇的菌丝体对金线莲的生长和侧芽增殖有显著促进作用；开唇兰小菇和兰小菇的醋酸乙酯提取物分别对金线莲侧芽发生数及生长有显著促进作用，说明3种内生真菌对铁皮石斛、金线莲的促生长作用与菌丝内及分泌到菌丝外的代谢产物有关。 菌根是植物和真菌的共生体，是植物普遍存在的现象。菌根菌能促进菌根植物吸收矿质营养和水分，通过刺激或增加寄主植物产生次生代谢物，如抗生素、植保素、酚类化合物、苯丙烷类代谢酶系、木质素、过氧化物酶、水解酶等，提高寄主植物的抗病和抗逆能力。用VA菌根真菌接种韭菜进行试验，结果接种株比未接种株的株高、鲜质量、干质量、叶绿素质量分数都增加，抗冻性增强。但在中药栽培研究中应用菌根技术报道的文献比较少，需引起足够的重视。

16 四、中药发酵制药的特点 • 中药发酵制药技术的典型特点就是生物转化。可概括如下几点: 1)药物的有效组分、活性物质最大限度的得以提取、利用;
• 中药发酵制药技术的典型特点就是生物转化。可概括如下几点: 1)药物的有效组分、活性物质最大限度的得以提取、利用; 2)药物进入人体后不能直接被利用的有效活性组分,因在体外得以完成而被直接利用,迅速发挥应有效能; 3)优选的人体有益菌种本身具有补充或增强原有药物的功能; 4)中药发酵制药与原有药物相比产生了新的活性物质,从而具有新的保健、预防或治疗功能; 5)是实现中药现代化、具有高科技水平的又一新技术,生产工艺可控,所得产物精确,制剂方便,便于与国际接轨。

17 五、微生物发酵中药的研究展望 1、微生物发酵中药的机理 2、选育优良发酵菌种，使微生物能够最大限度于作用于中药
3、加大中药废弃物的二次开发利用 4、培养基对发酵中药影响的研究，中药的植物学基础研究 5、菌种混合发酵研究 6、发酵产物综合研究——分离、纯化等条件的优化 7、发酵产物与天然产物的对比研究 8、相关测试设备的研究

18 1、微生物发酵中药的机理还需更深入研究 目前微生物发酵中药的机理主要存在于以下几点基础和推断:
(1)微生物以中药中的有效物质或一些非有效物质为前体，经微生物的代谢形成新的化合物； (2)微生物在生长过程中还能产生丰富的初生或次生代谢产物，有些代谢产物自身就是功能良好的药物； (3)微生物的初生、次生代谢产物和中药中的有些物质发生反应形成新的化合物; (4)由于中药的某些物质可能对微生物的生长代谢及活性成分的产生有促进或抑制作用，微生物在中药的特殊环境中也有可能改变自身的代谢途径，从而形成新的活性成分或改变各活性成分的相互关系； (5)因为微生物的分解转化作用，故其有可能多中药中的有毒物质进行分解，降低毒副作用。

19 2、选育优良发酵菌种，使微生物能够最大限度于作用于中药。 3、加大中药废弃物的二次开发利用。
目前随着中医药现代化的发展，中药材需求量也越来越大，因此有些中药资源显得尤为紧缺。一方面应该加强道地药材的GAP种植、药材基因以及细胞培养等研究；另一方面还需要强化药材的合理利用——合理使用药材，组方更科学实用，同时药材首次利用后药渣的二次开发，微生物在这方面具有很好优势。 药渣废弃物主要含有纤维素、半纤维素等成分，同时也包括没有提取完全的一些有效成分及一些无机元素等；一些微生物具有降解纤维素、半纤维素的功能，将微生物作由于中药药渣，既可以起到降低中药生产后处理的成本，同时也可以节约原料，扩大中药适应症。

20 微生物发酵中药 A、优点——保护中药活性成分免遭破坏；提高中药药性，降低药物的毒副作用；为中药活性成分结构修饰提供新途径；开发新药，产生新药效物质；节省药源，保护环境。 B、问题——如中药自身体系的模糊，微生物生长特性的多样性等。

21 4、培养基对发酵中药影响的研究，中药的植物学基础研究也必须跟上
由于不同中药材的物理结构以及化学结构均不同，结果导致微生物发酵行为以及结果差异很大，主要表现在不同中药含有不同量的木质素、纤维素、半纤维素，这些不同的含量导致降解情况不一样，引起这些变化不同的原因在哪里，不同结构和含量与降解以及成分变化的相关性有哪些，从而让菌种最大限度的利用以中药材为主要组成部分的培养基获取目标物，也是以后值得研究的一个方向。 5、菌种混合发酵研究 自然界微生物的多样性决定了微生物的群居性，如何借鉴微生物的自然生长环境，获取我们需要的材料，更好的将微生物与中药结合，也是值得研究的一个问题。纵观历代微生物发酵中药的研究，其中很多时候是好几种菌种混合产生的作用效果，因此也值得借鉴。

22 6、发酵产物综合研究——分离、纯化等条件的优化
首先，应该对微生物的发酵和培养等进行系统的研究，并进行成分的分离、鉴定和相关药理实验的证明，更加明确微生物的性质以及变化过程。 其次，对中药也应该进行成分与药理作用的全面研究，深入研究中药多靶点作用的机理，并用相应模型进行科学的阐述，进而建立中药多靶点作用的模式。 7、发酵产物与天然产物的对比研究 通过对发酵产物与天然产物的成分、药理药效及毒理对比，寻找目前比较紧缺天然产物的替代品。

23 8、相关测试设备的研究 中药由于自身成份的复杂性，需要分析能力更加强大的测试设备，只有这样，才能更好去阐述微生物发酵中药体系的作用特点与机理。

24 总结 中药现代化研究已经是一个医药、生物等众多学科关心的课题，因此也得到更多的关注。随着多学科的交叉发展，微生物发酵中药的研究必将取得一个长足的发展，微生物发酵中药也必将在中药现代化进程中表现出强大的生命力。

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