發酵對鐵皮石斛化學成分的影響*

申孝靈，周永強，趙春麗，趙亞敏 ，晏合呂

(貴州中醫藥大學，貴州 貴陽 550025)

鐵皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)為蘭科石斛屬草本植物的干燥莖，其最早記載于《神農本草經》，在1000多年前成書的《道藏》中尊其為“中華九大仙草”之首，在民間也有“救命仙草”之稱，國際藥用植物界稱其為“藥界大熊貓”[1-4]。現代研究發現鐵皮石斛中含有多糖、生物堿、茋類、酚類和木質素等有效成分，具有增強免疫力、抗氧化、抗腫瘤、降血糖、抗菌、保肝、抗疲勞等多種功能活性[5]。因此鐵皮石斛在用作藥品、化妝品和保健品的原料方面，受到了高度重視。

中藥發酵技術初始記載于《神農本草經》[6]，是指在一定環境條件(如溫度、濕度)下，依靠微生物的作用進行發酵，以此改變中藥原有性能、增強藥效或產生新功效的方法，進而可擴大用藥范圍，契合臨床用藥需求[7]。中藥發酵優點在于：促進中藥有效成分的釋放，達到增強藥效的目的；降低不良反應；為修飾中藥活性成分提供新途徑；減失藥材資源浪費，充分利用了中藥的生物資源以及保護環境等[8]。而且生物發酵比化學反應轉化率更高、專屬性更強，且安全無毒等[9]。

鐵皮石斛的成分復雜，利用發酵技術對鐵皮石斛的化學成分和藥理作用的改變均有影響，本綜述對近幾年鐵皮石斛發酵方法及發酵后對鐵皮石斛的化學成分及藥理活性影響的相關文獻進行整理、分析，歸納了鐵皮石斛發酵的研究進展。

1 石斛的發酵方式

查閱文獻目前鐵皮石斛發酵的方法有自然發酵和接種發酵，菌種發酵分為單菌發酵和混菌發酵，其中接種發酵運用較為廣泛。

1.1 自然發酵

自然發酵是利用自然環境中的微生物進行的發酵過程[10]。目前主要應用于谷物類發酵產酒、泡菜、酵素等方面。楊俊[11]、鄒璐等[12]以新鮮鐵皮石斛作為原料，加入紅糖密封，通過自然發酵法制備鐵皮石斛酵素。但自然發酵技術發酵過程的菌群不明，風險大，發酵啟動和終止都較困難，發酵不徹底，結果不可控[13]，所以在鐵皮石斛發酵中運用相對較少。

1.2 接種發酵

接種發酵是對已經滅菌的原材料，接種發酵菌進行發酵的過程[10]。接種發酵選擇純種的菌種作為發酵菌，在發酵過程中，減少了雜菌的污染；縮短發酵周期，顯著提高了生產效率，更容易使產品達到標準化、規范化，保證了產品的質量[13]。根據接種發酵在接種時選用單個菌種或多個菌種分為單菌發酵與混菌發酵，目前兩種方法在鐵皮石斛發酵中都應用較為廣泛。

1.2.1 單菌種發酵

李堅[14]、安全等[15]采用微生物發酵法制備鐵皮石斛多糖，即利用乳酸菌單菌發酵提取鐵皮石斛中的多糖。江巍等[16]利用鮮鐵皮石斛、干花生仁、鮮牛乳為原料加入川秀雙歧桿菌進行發酵制備花生鐵皮石斛功能型酸奶。潘斌等[17]以鮮鐵皮石斛、超微紅棗粉、鮮奶為主要原料，通過乳酸菌發酵進行鐵皮石斛復合乳酸菌飲料的研制。黎敏儀等[18]以金柚幼果以及新鮮鐵皮石斛花為原料，運用酵母單菌發酵，探究石斛花金柚幼果功能性果酒的釀造工藝。

1.2.2 混菌發酵

舒旭晨等[19]以鐵皮石斛鮮條為原料，以酵母菌、乳酸菌為混菌發酵劑，制備鐵皮石斛酵素。曾麗萍[20]、任運紅等[21]以芽孢桿菌和釀酒酵母發酵制備鐵皮石斛酒。唐艷等[22]以水牛乳、鐵皮石斛汁為主要原料，適當添加蔗糖及穩定劑，選用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發酵菌種，研發出一種新型功能性酸奶。

2 發酵對鐵皮石斛化學成分的影響

中藥發酵本質上是運用微生物生長代謝過程中產生的酶，對中藥活性底物進行結構修飾的過程。現已有將中藥發酵運用到鐵皮石斛化學成分的研究中，而且因微生物品種繁多、酶系廣，可以更容易獲得活性更好的中藥組分，利于進一步研究鐵皮石斛的化學成分[23]。

2.1 多 糖

王丹等[24]采用6種常用菌種對鐵皮石斛進行單菌發酵，發酵后多糖含量、還原糖含量、多糖分子量變化如表1所示。

表1 發酵后多糖含量、還原糖含量、多糖分子量變化Table 1 Changes of polysaccharide content， reducing sugar content and molecular weight of polysaccharides after fermentation

從表1可以看出，乳酸菌發酵后鐵皮石斛多糖含量明顯下降，酵母菌相較降低較少，而紅曲霉中酶系復雜，在發酵過程中將淀粉等其他物質轉換為可溶性的糖，所以紅曲霉發酵后多糖含量增高。還原糖含量在6個菌種發酵后均減少，減少最多的是酵母菌，其次是乳酸菌，造成此現象的原因可能是酵母菌體內無淀粉酶系，所以酵母菌生長直接利用還原糖，還可能是在發酵過程中酵母菌的生長代謝活動旺盛，糖消耗速度快。多糖分子量在利用曲霉發酵后小幅度增大，但利用酵母菌和乳酸菌發酵后顯著降低，原因可能是酵母菌和乳酸菌產生的酶系使得大分子的多糖降解，從而使多糖分子量降低。由此可知，發酵對鐵皮石斛多糖含量影響顯著，且不同菌種發酵影響結果也不相同，可選用適宜的微生物利用發酵方法提取鐵皮石斛多糖，以此增加鐵皮石斛的多糖含量。

2.2 總黃酮

黃振勇等[25]用植物乳酸桿菌和保加利亞乳酸菌發酵鐵皮石斛，與發酵前相比，利用植物乳桿菌發酵后總黃酮含量有顯著提高，利用保加利亞乳桿菌發酵后黃酮含量的提高無顯著差異，利用保加利亞乳桿菌與植物乳桿菌混合發酵條件下，總黃酮含量比發酵前提高了31.87%。由此可知，鐵皮石斛利用乳酸菌發酵后總黃酮含量增加，且利用植物乳酸菌發酵與保加利亞乳酸菌發酵相比，前者提高鐵皮石斛總黃酮含量效果較好，兩種菌混合發酵提高鐵皮石斛總黃酮含量效果更好。

2.3 總 酚

陳嶺等[26]將石斛花利用自然發酵法制備天然酵素，在研究中發現隨著發酵時間的推移，石斛花酵素中的總酚含量逐漸上升，而且發酵前期總酚含量上升趨勢明顯高于后期，到發酵后期，總酚含量逐漸趨于平穩，并且在發酵時間為42天時，石斛花酵素中的總酚含量達到最大值，其含量遠高于未發酵的石斛花汁。出現這種現象的原因可能是：剛開始發酵時，發酵液中的微生物需要消耗大量碳源、氮源進行繁殖，因此發酵液中釋放出許多大分子酚類物質，經微生物消耗逐漸轉變為小分子物質，而到發酵末期，酚類物質基本溶出完畢，所以使得初期的發酵液中總酚含量呈上升趨勢，而后期總酚含量逐漸趨于穩定，并出現最大值。

黃振勇等[25]先分別運用植物乳酸桿菌和保加利亞乳酸桿菌進行單菌種發酵鐵皮石斛，發酵后發酵液中的總酚含量較發酵前均有所提高，植物乳酸桿菌提高了9.02%，保加利亞乳酸桿菌提高了5.62%。后同時運用上述兩種菌對鐵皮石斛進行混菌發酵，發現發酵后發酵液中的總酚含量提高了24.17%。實驗結果說明鐵皮石斛利用乳酸菌發酵能有效提高酚類物質的含量，而且混菌發酵效果優于單菌種發酵。導致此結果的原因可能是：在繁殖過程中，乳酸菌的生理代謝會產生一些能分解鐵皮石斛細胞壁結構的酶，使得酚類物質更易溶解釋放出來，從而導致鐵皮石斛發酵后總酚含量提高。

3 發酵對鐵皮石斛活性的影響

中藥以植物類藥材為主，其活性成分多存在于細胞的胞漿中，而植物細胞的細胞壁是由結構緊密的纖維素、半纖維素等構成，因此活性成分釋放遇到較大阻力，從而阻礙了人體充分吸收，使生物利用度較低[27]。微生物在代謝過程中會產生纖維素酶、果膠酶等，中藥材通過微生物發酵，微生物產生的胞外酶進入培養基，使得中藥材的細胞破裂，活性成分釋放出來。并且在發酵過程中，微生物能產生將大分子活性成分降解為小分子活性成分，增強人體對活性成分的吸收，從而增強藥效，提高生物利用度[28]。鐵皮石斛作為一種植物類藥物，其化學成分和結構復雜，活性物質被包裹，藥性不能得到完全釋放，通過發酵技術可以破壞鐵皮石斛的細胞壁，促進其活性物質的釋放，增強藥理活性。

3.1 對抗氧化活性的影響

薛燕等[29]利用液態發酵法制備鐵皮石斛多糖，并測定發酵前后鐵皮石斛多糖清除DPPH-·、ABTS+自由基的能力，發酵前鐵皮石斛多糖對 DPPH-·、ABTS+自由基的ZC50分別為 2.226、0.79 mg/mL；發酵后鐵皮石斛多糖對 DPPH-·、ABTS+自由基的ZC50分別為 1.162、0.235 mg/mL。結果表明鐵皮石斛多糖發酵前后都具有一定的抗氧化活性，但是發酵后鐵皮石斛多糖的抗氧化活性明顯高于發酵前。王丹[30]等利用面包酵母發酵鐵皮石斛，再次證明發酵可以顯著改善鐵皮石斛的抗氧化活性，而且發酵過程可以使羥基裸露出來，所以鐵皮石斛發酵后對于OH·自由基的清除能力高于DPPH·和ABTS+自由基。

3.2 對體外降血糖的影響

α-淀粉酶有助于淀粉消化，是淀粉消化過程中的一種主要酶。α-淀粉酶能使糖尿病患者餐后的淀粉被消化水解，引起血糖升高，所以控制糖尿病可以選擇抑制α-淀粉酶，以此阻礙患者消化水解碳水化合物，可有效控制糖尿病患者餐后血糖升高[31]。α-葡萄糖苷酶可以通過調節多糖類的代謝過程對血糖加以調節[32]，控制血糖水平是II型糖尿病治療過程中的關鍵要素。α-葡萄糖苷酶抑制劑可以通過抑制小腸黏膜刷狀緣的 α-葡萄糖苷酶以延緩碳水化合物的吸收，從而達到降低餐后血糖的目的[33]。

王丹等[30]利用面包酵母發酵鐵皮石斛，并測定發酵過程中發酵液對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制率，結果顯示發酵時間在0～72 h內，發酵液對兩種酶的抑制率均呈現先增加后降低的趨勢，但是相對于未發酵的鐵皮石斛，發酵后體外降血糖活性均有提高。發酵時間48 h時，與發酵空白相比，發酵液對兩種酶的抑制率分別為α-淀粉酶抑制率提高了79.3%，α-葡萄糖苷酶抑制率提高了57.1%，因此發酵后鐵皮石斛對體外降血糖活性增強。

4 結 語

鐵皮石斛作為一種傳統的名貴中藥材，近年來，越來越多的鐵皮石斛相關原料應用到保健食品、化妝品和藥品中，不僅促進了鐵皮石斛資源的開發利用，還符合當下綠色健康的理念。利用微生物發酵鐵皮石斛，既能降低鐵皮石斛的多糖分子量，增加人體對多糖的吸收；又能提高多糖、黃酮、酚類物質的提取量，開辟新的鐵皮石斛成分的提取方法，還能增加鐵皮石斛的抗氧化活性和降血糖能力。目前鐵皮石斛在化學成分和藥理活性研究已經比較成熟了，但是對于鐵皮石斛發酵的研究還處于初級階段，在今后研究中，可通過改變發酵菌種、發酵工藝等條件的改善和摸索，對發酵鐵皮石斛及發酵后的活性再深度研究。鐵皮石斛作為一款藥食同源的名貴中藥材，其功能活性毋庸置疑，鐵皮石斛的發酵值得研究。