发酵中药概述
作者山东巴德生物科技有限公司？郑泉博士
中药发酵目录●?
发酵的概念和历史
●中药生物转化的反应类型
●发酵工程的内容和发酵方法的分类
●根据发酵目的对微生物发酵进行分类。
●发酵工程中常用的微生物
6.发酵培养基的组成
●影响发酵的七个主要因素
●中药发酵的目的
9.发酵技术与中药加工
中药生物转化的十大类型
●发酵技术在中药生产中的应用。
中药生物转化12例
发酵的概念和历史
●发酵的概念——人们将利用微生物的生命活动获得微生物细胞或其代谢转化的产物的过程称为发酵。
●发酵历史
● 1酿造是最早的历史。
●2 65438+9世纪至30年代，发酵产物如乳酸、乙醇、丙酮、丁醇、淀粉酶、蛋白酶等。
●自从Fleming在31929发现青霉素以来，抗生素的发酵生产为现代微生物发酵工程积累了丰富的经验。
现代发酵工程产生了干扰素、白细胞介素、各种细胞生长因子、氨基酸、有机酸、维生素、酶制剂、基因工程药物、微生物转化发酵产物等生物活性物质。
据有关统计，发酵生产的抗生素有200多种。在一些发达国家，发酵工业占国民生产总值的5%。
生物转化的反应类型●生物转化的本质是酶促反应，常用的反应类型如下:
● 1氧化反应:单羟基氧化、环氧化、氨杂基氧化、β-氧化脱氢
● 2还原反应羰基还原杂氮基团还原
● 3水解反应酯和内酯的水解醚的水解和糖苷的裂解酰胺和内酰胺的水解环氧的水解胺的水解胺烷基中烷基的水解。
● 4缩合反应
● 5胺化反应
● 6酰化反应
● 7降解反应
● 8脱水反应
● 9糖基化反应
发酵工程的内容和发酵方法的分类
1生产菌株的选育。
● 2发酵条件的优化控制和生物反应器的设计。
● 3发酵产物的分离、提取和精制。
●按发酵方式可分为厌氧发酵和曝气发酵两大类。
●厌氧发酵:乙醇发酵、酒精发酵、丙酮丁醇发酵、乳酸发酵、甲烷发酵。
通气发酵包括:酵母培养、有机酸发酵、抗生素发酵、氨基酸发酵、酶制剂生产和多糖发酵。
根据发酵的目的，微生物发酵分为● 1。旨在获得微生物细菌的发酵。
●发酵产生茯苓、香菇、冬虫夏草、灵芝等药用真菌；发酵产生白僵菌、绿僵菌、苏云金杆菌等细菌，用于制备生物农药；以及传统发酵生产单细胞蛋白、酵母等。
2.以获得酶制剂为目的的发酵。
●食品工业用淀粉酶和糖化酶，临床检测用胆固醇氧化酶和葡萄糖氧化酶。
●以获得微生物初级或次级代谢物为目的的发酵。
●初级代谢物:氨基酸、蛋白质、核酸、核苷酸和多糖。次生代谢物:抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子。
4.以获得低毒高效的新物质为目的的发酵。
●利用微生物进行氧化、还原、脱水、脱羧、异构化等。例如，L-山梨醇转化为L-山梨糖，葡萄糖转化为葡萄糖酸。
发酵工程中常用的微生物●细菌——单细胞原核生物
大肠杆菌、醋酸杆菌、乳酸杆菌、丙酮丁醇梭菌、肠膜明串珠菌、双歧杆菌、丁酸梭菌等。
●放线菌
●放线菌最大的经济价值是可以产生多种抗生素，如链霉素、土霉素、金霉素、红霉素、氯霉素、红霉素、卡那霉素等。从自然界中分离出5000多种抗生素，其中4000多种来自防御菌。
1链霉菌能产生抗生素。例如，灰色链霉菌中产生的催产素S可用于控制稻瘟病。
● 2小单孢菌，如深红小单孢菌、紫锥小单孢菌，能产生庆大霉素。
● 3罗卡属如利福霉素、灭蚁素等。
● 4放线菌属。
发酵工程中常用的微生物●三种霉菌
●霉菌是指在营养培养基上形成蓬松、网状或絮状菌丝的真菌，又称丝状真菌。其中大部分是好氧微生物。乙醇、柠檬酸、青霉素、淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、蛋白酶、多糖和类固醇激素的生产。
● 1青霉菌
产甲烷菌的黄晴霉菌产生多种酶和有机酸。产生青霉素、葡萄糖氧化酶或葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸。
桔青霉能产生桔霉素、脂肪酶、葡萄糖氧化酶和凝乳酶。
● 2根根霉
其淀粉酶活性很高，可作为酿酒工业中淀粉的糖化菌。根霉也含有醇酶。根霉能产生有机酸:反式二烯丁酸、乳酸、琥珀酸和芳香酯。
●黑根霉产生富马酸和果胶酶。
●米根霉常见于葡萄酒和酒曲中。该菌株具有淀粉糖化和蔗糖转化的特性。它能产生乳酸和富马酸。
●中国根霉产生乙醇、芳香酯等。它是酿酒所必需的主要霉菌，也是生产酸性蛋白酶和腐乳的主要菌种。
发酵工程中常用的微生物● 3曲霉
黑曲霉具有多种酶系，活性很强，能产生酸性蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和葡萄糖氧化酶，还能产生多种有机酸，如抗坏血酸、葡萄糖酸柠檬酸盐和没食子酸。
b米曲霉含有多种酶，具有很强的蛋白水解能力和糖化能力，在酱油和酱料生产中的应用由来已久。它是蛋白酶和淀粉酶的生产者。
● 4红曲霉属红曲霉能产生淀粉酶、蛋白酶、柠檬酸、琥珀酸、乙醇和麦角固醇，该菌株能产生红曲素和红曲黄素，最适PH3.5-5.0。红曲，以红曲霉为支撑的中药，具有消食活血、健脾和胃的功效。
发酵工程中常用的微生物●酵母是一种单细胞真核微生物，主要分布在糖分较多的酸性环境中。酵母菌菌落多为乳白色，常用。
有酵母菌和念珠菌。
酿酒酵母常用于1。其菌体中维生素和蛋白质含量高。也可用于提取核酸、甾醇、谷胱甘肽、细胞色素C、凝血酶、辅酶a和ATP。
● 2常见的念珠菌是产朊假丝酵母、解脂假丝酵母和热带假丝酵母。
产朊假丝酵母的蛋白质和维生素含量高于酿酒酵母。
解脂假丝酵母可以分解脂肪而不发酵任何糖。
热带假丝酵母具有很强的氧化碳氢化合物的能力，是从石油中生产单细胞蛋白质的重要菌株。
● 3红酵母
●具有良好的产脂能力，部分对碳氢化合物有微弱的氧化作用，可合成β-胡萝卜素。
发酵培养基的组成
● 1碳源和氮源
● 2无机盐和微量元素
● 3生长因子水
● 4代谢产物的前体、诱导剂和促进剂。
适当的营养比例，调节培养基的PH值(缓冲液和不溶性碳酸盐)、渗透压和氧化还原电位。
影响发酵的主要因素
低1温度PH溶解氧泡沫
中药发酵的目的是充分释放中药的有效成分。
1植物的细胞壁由纤维素、半纤维素、果胶和木质素组成。纤维素酶和果胶酶可以破坏细胞壁的致密结构，释放有效成分。
二是为天然药物的生产提供了一种新的有效途径——结构修饰和定向合成。
● 1将具有相似生物关系或结构的化合物转化为特定的天然化合物；将资源丰富、活性低的次生代谢生物转化为人类所需的稀有、昂贵的天然药物。例如，朱大元和俞柏杨发现许多微生物可以将喜树碱定向转化为10-羟基喜树碱。大连轻工业学院金教授利用糖苷水解酶将人参皂苷Rb1转化为含量仅为十万分之几的人参皂苷Rh2和Rg3。
● 2为天然药物的结构修饰和设计提供了新的工具——获得新的高活性物质。
●用化学方法进行结构修饰来获得高活性的新化合物费时费力，存在产率低、反应转化率差、副产物多等缺点。生物转化没有吸引力的缺点。
中药发酵的目的●三位一体药物筛选为新药开发提供了研究方法。
●将中药的生物转化与高效快速的药物筛选相结合，寻找新的高活性或低毒性的天然活性先导化合物。
●提高天然活性成分的生物利用度。
●纯度高的天然活性成分在体内往往溶解性差或吸收差，导致天然活性成分体内外药效活性差异很大，生物转化可以为解决此类问题发挥更大的作用。
例如，俞白阳通过微生物转化在青蒿素及其衍生物蒿甲醚和双光青蒿素的结构中引入羟基，增加了水溶性，但其抗疟活性中心的过氧化物桥没有改变。
5生物转化是去除复方中药制剂中大分子杂质的有效方法。比如水解蛋白酶可以用来去除蛋白质杂质，可以大大提高糖的得率。相反，可以使用适当的酶来去除糖杂质。
发酵技术与中药加工●常用的中药发酵方法有两种:
● 1直接用药材发酵:用淡豆豉等药材炒豆腐。
● 2用药材和面粉混合发酵:六神曲、建设神曲、半夏曲、沉香曲等。
目的:增效减毒，产生新的活性成分。
●中药发酵研究的难点和关键问题
●1中药体系的模糊性和中药成分的复杂性。
● 2发酵理论的发展和完善。
● 3中药发酵机制的不确定性:中药化学成分复杂，作用机制不明确。中药的有效成分、部分无效成分和特殊基质环境与微生物的相互作用有待研究。
● 4微生物生长特性的多样性。
中药生物转化的主要类型
●喜树碱从生物碱到10-羟基喜树碱的微生物转化。
二萜的微生物转化
●三甾体的微生物转化
四黄酮类化合物的微生物转化
发酵技术在中药生产中的应用●中药深层发酵
●虫草菌丝体深层发酵
●灵芝菌丝体深层发酵
●中药红曲深层发酵产山
●中药固体发酵生产。
●固体发酵生产槐耳。
●红曲霉的固体发酵生产。
●中药有效成分发酵。
1993年，美国人从红豆杉树皮中分离出一种真菌，可以直接产生紫杉醇。
曾金峰等人分离获得一株能产生人参皂苷的青霉菌株，通过发酵获得人参皂苷。
微生物发酵加工何首乌●何首乌具有抗衰老、调节免疫、降血脂、抗动脉粥样硬化、促进肾上腺皮质功能等作用。
主要成分为二苯乙烯苷和蒽醌类化合物，被认为是何首乌引起腹泻和肝毒性的主要成分。
杜等人用米根霉发酵何首乌，使大黄素转化为大黄素-6-0-β-D-吡喃葡萄糖苷，从而降低何首乌的泻下作用。在发酵过程中，蒽醌类成分被降解或产生低毒性的化合物，达到中药加工增效减毒的目的。
中药刺五加的发酵加工●刺五加，扶正固本，补肾健脾，益智安神。
●贾云馨等人用猴头菇加工刺五加，实现了苷类的体外转化，有利于人体吸收；发酵后，多糖含量大大增加，药效增强；在相同剂量下，发酵多糖的抗疲劳指数显著增强。
白玉海等用平菇发酵刺五加，发酵提取物能提高小鼠耐缺氧、耐疲劳、耐高温、耐低温的能力；相同剂量发酵的刺五加提取物的抗应激作用增强。因此，经平菇发酵后，可提高有效成分的生物利用度，增强药效。
微生物发酵加工红花
●红花作为活血通络、祛瘀止痛的良药，具有降血脂、抗血栓的作用，抗氧化作用强。红花中有效的抗氧化成分是带有酚羟基的黄酮类化合物，如红花黄色素、红花素、槲皮素等。
冯志华等研究了地衣芽孢杆菌C2-13发酵加工对红花抗氧化活性的影响。发现C2-13发酵显著提高了红花的抗氧化功能。HPLC分析也观察到红花中的一些成分发生了变化。
五倍子的发酵加工
●五倍子含有鞣质、没食子酸等。，具有收敛、止泻、止血的作用。收敛止泻作用主要是其中所含的鞣酸与细胞内的蛋白质结合，形成不溶于水的沉淀，从而抑制细胞分泌，促进水分的重吸收，发挥收敛作用。但鞣酸会在肠道内与食物中的蛋白质相遇并与之结合，从而降低其功能。
王根据酶学原理，利用根霉发酵五倍子，增强了五倍子的收敛性。
黄芩的生物加工
贾云馨等人发现，黄芩经黑曲霉发酵后黄酮类化合物发生变化，黄芩苷含量降低，而黄芩素和汉黄芩素的含量分别是黄芩的2.73倍和5.77倍，提高了生物利用度和药理活性。
雷公藤内酯醇的生物转化●雷公藤用于治疗类风湿性关节炎、肾小球肾炎、红斑狼疮等。，但由于其高肾毒性，
应用受到限制。因此，生物转化有望获得高效低毒的衍生产品。
● 1雷公藤内酯醇(1-6)被短孢白蛾生物转化，得到7个产物，分别是5-羟基雷公藤内酯醇(1-8)、16-羟基雷公藤内酯醇(1-12)。
● 2雷公藤内酯酮的生物转化
宁等用黑曲霉转化雷公藤内酯醇，得到了四个产物:17-羟基雷公藤内酯醇(1-15)、16-羟基雷公藤内酯醇(1-16)等。
Bubufogens●Bubufagin(1-23)是Bubufogens的主要成分，Bubufalin (1-24)和脂蟾毒配基含量最高。主要功能:防休息
克，抗病毒，抗肿瘤活性。
● 1郭德安教授对蟾酥的三个成分进行了微生物转化，获得了40个转化产物，其中23个为新化合物。
●筛选出20多株真菌和细菌转化蟾蜍毒素。最终发现选择链格孢菌转化蟾蜍毒素，底物转化效率高，产物多。
●利用2毛霉细胞对蟾毒配基进行生物转化，获得了7个转化产物，其中包括11β-羟基蟾毒配基(1-44)。
大黄中蒽醌的生物转化
大黄富含大黄素、大黄酸、大黄酚、大黄甲醚、芦荟大黄素等蒽醌类化合物，是重要的致泻和抗菌活性成分。
● 1张伟等人利用微生物转化修饰大黄中游离蒽醌的结构。筛选出21种微生物转化大黄酚(1-54)、大黄素甲醚(1-55)、大黄素(1-56)。最后证实了稗草毛霉可以转化大黄酚、大黄素甲醚和大黄素。
棘囊毛霉糖基化大黄酚和大黄素甲醚，大黄素的转化是形成甲基羟基转化子，β-羟基大黄素。
麻黄碱的生物转化●麻黄碱又称麻黄素，其差向异构体L-麻黄碱和d-伪麻黄碱是著名中药麻黄的主要活性成分。麻黄
碱性肾上腺素能药物用于支气管哮喘、咳嗽、过敏、低血压等。，还具有松弛平滑肌、收缩血管、加快心率、升高血压、兴奋中枢神经系统的作用。伪麻黄碱为拟交感神经药，对上呼吸道粘膜血管的收缩作用与麻黄碱相同，升压作用仅为左旋麻黄碱的一半，对心血管系统和中枢神经系统的兴奋作用明显弱于麻黄碱，但其心率加快、血压升高、中枢兴奋等不良反应轻微，并有明显的利尿作用。治疗感冒的含麻黄碱和伪麻黄碱的复方中药有很多:白加黑、心康克、银得发、诺泰感冒片、治疗咳嗽的中成药宁川胶囊、小儿止咳糖浆等。
● 2.常规生产方法:
● 1植物提取法。2.直接化学合成法，成本高。印度、美国、澳大利亚、捷克等国生产的麻黄素多采用化学方法合成。3.半生物合成法:丙酮酸和苯甲醛经酵母细胞生物催化缩合生成L-苯乙酰甲醇，再用甲胺还原胺化得到L-麻黄碱。微生物直接转化法:董等筛选出一株能特异性转化前体1-苯基-2-甲基氨基丙酮生产d-伪麻黄碱的菌株。
延胡索的生化转化
延胡索是罂粟科植物延胡索块茎的化学成分，含有20多种生物碱，主要有延胡索乙素、延胡索乙素、延胡索乙素等。它能活血化瘀、行气止痛，具有镇痛、镇静、安神、催眠的作用。
其中，延胡索乙素是一种优良的镇痛、镇静、催眠药物，毒性低、安全、无成瘾性。
中国药科大学俞柏杨对10株链霉菌进行了筛选，发现灰色链霉菌能将延胡索总生物碱和L-四氢巴马汀(L-THP)转化为L-紫堇碱(L-CDL)，后者的药理作用明显强于前者。
微生物和酶法合成紫杉醇
●紫杉醇的生物合成途径目前基本明确，生物合成途径中各种酶的基因已被成功克隆。因此，随着生物技术的不断发展，通过微生物和酶法大规模生产紫杉醇及其类似物将最终得以实现。
紫罗兰醇是一种昂贵的抗癌中药。多西紫杉醇的抗癌活性略高于紫醇，且更易溶于水。
● 1黄花蒿化学合成提取2株黄花蒿，收率0.25%。3青蒿的半合成青蒿酸通过八步化学反应合成青蒿素。
● 4黄花蒿的生物合成
● A通过增加生物合成的前提来提高黄花蒿的产量。
b .通过调节控制青蒿素合成的关键酶或添加某些酶的激活剂来提高青蒿素的效率。
c .通过分子生物学手段克隆该酶的基因，并将其转入微生物中表达，从而通过基因工程菌发酵生产青蒿素。5青蒿素是通过植物组织培养产生的。
●青蒿素及其衍生物的生物转化
Lee等人用珊瑚克罗尼奇球菌和产黄青霉转化青蒿素，前者得到脱氧青蒿素，后者得到脱氧青蒿素和3α-羟基脱氧青蒿素。
陈有根等用微生物灰色链霉菌转化青蒿素，得到一种新化合物9α-羟基青蒿素，具有抗恶性疟原虫活性。
● 。。。。。。
皂苷的生物转化●人参皂苷是人参的主要成分。人参皂苷属于三萜皂苷类，可分为二醇型、三醇型和齐墩果酸三种。
类型。人们将含量好的皂苷转化为稀有皂苷。人参的稀有皂苷有Rh2、Rh1、Rh3、Rg1、Rg3、Rg5，它们只存在于红参和野山参中。其中Rh2、Rh1、Rh3抗癌效果较高，Rg3具有软化血管、抗癌的作用。红参和野山参中稀有人参皂苷的含量只有十万分之几。
金教授发现人参皂苷葡萄糖苷酶只在苛刻条件下产生，于是利用人参皂苷葡萄糖苷酶从栽培人参中含量较高的Rb，re，Rd，Rg1中生产出稀有人参皂苷Rh2。现在大连生生绿谷工程公司投产。
● 2人参皂苷Rg1是人参提高智力、预防老年痴呆症的主要成分；加强心肌细胞保护和心脏功能；抗疲劳作用；对皮肤老化也有一定的作用。而人参中人参皂苷Rg1的含量只有0.2%左右，人参皂苷Re的含量很高，与人参皂苷Rg1的含量相同。金教授利用微生物产生的皂苷-ι-属李葡萄糖苷酶去除人参皂苷Re C6端的一个α-鼠李糖苷酶，大量制备人参皂苷Rg1。
甘草甜素的生物转化
●甘草甜素是甘草中的主要生理活性成分。甘草甜素失去2个糖基得到甘草甜素，某些生理活性比甘草甜素强。
吴等人采用生物转化法，分别利用米曲霉39和黑曲霉UV-48的酶解方法和液体发酵转化法将甘草甜素转化为甘草甜素。
黄酮类化合物的生物转化
● 1大豆异黄酮是大豆中含有的一种活性很高的生理活性物质。
大豆异黄酮* *共有12种异构体，分为游离苷元和结合糖。天然糖苷的分子结构并不处于最佳活性状态，糖苷需要经过大豆异黄酮糖苷水解酶的转化才能被吸收。因此，大豆异黄酮糖苷水解酶对开发富含大豆异黄酮苷元的保健食品具有重要意义。
谢明杰从酒曲中分离到一株具有高大豆异黄酮糖苷水解酶活性的菌株。
黄酮类化合物的生物转化
异槲皮苷是广泛分布于植物界的黄酮类化合物，是芦丁的衍生物，结构仅比芦丁少一个鼠李糖。异槲皮苷由于其抗氧化作用而具有比芦丁更高的药理活性。
芦丁在自然界中含量丰富，而异槲皮苷在自然界中含量极低，只有万分之一或几十万分之一。
王侃等人在自然界筛选了一种微生物菌株，它能产生一种水解芦丁上鼠李糖苷的酶。
红景天苷的生物转化
红景天不仅具有明显的抗缺氧、抗寒冷、抗疲劳、抗微波辐射等作用，还具有增强注意力、提高工作效率、延缓机体衰老、防治老年病等功效。
金教授以酪醇和葡萄糖为底物，以分离菌株发酵得到的粗酶液为转化酶，最终合成了红景天苷。
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