人參中稀有人參皂苷轉化工藝研究進展

沈慧玲，楊樹江，王 可

（貴州省檢測技術研究應用中心，貴州貴陽 550014）

人參（Panax ginsengC.A.Meyer.）是五加科（Araliaceae）人參屬植物，經人工曬干之后的根和根莖可入藥[1]。人參由粗大的紡錘形主根和茂密細小的須根組成，其根狀莖通常較短，直立或斜上生長。我國是人參主產地之一，吉林、遼寧和黑龍江等地為其主要產區。因此，近年來受到國內外學者們越來越多的重視，并成為國際醫藥市場中最重要的大宗中藥材品種之一。人參皂苷多樣化的結構特點和多重功效作用被廣泛關注，是目前研究最為廣泛、深入，開發最為成功的人參有效成分。

人參皂苷是人參的藥效物質基礎，單體形態多以白色粉末或無色結晶形式存在。人參皂苷因其母核結構的差異分為四環三萜類的達瑪烷型、五環三萜的齊墩果烷型、奧克梯隆型皂苷，其中達瑪烷型皂苷占人參皂苷構型的大部分。按四環母核上C-3、C-6、C-12、C-20四個羥基中無或有C-6位羥基取代，可分為原人參二醇型和原人參三醇型。原人參二醇型皂苷在C-6 位沒有羥基取代，原人參三醇型皂苷在C-6 位有羥基取代。根據原人參二醇型皂苷和原人參三醇型皂苷在C-20 手性碳取代位置的差異，可進一步分為20（S）和20（R）構型的人參皂苷[1]。目前，人參中鑒定出的皂苷有100 余種，這100 余種人參皂苷經研究能夠顯著改善細胞氧化和刺激功能低下的生理系統，還能起到抑制腫瘤的作用以及促進腫瘤細胞向良性細胞方向分化。稀有人參皂苷是人參皂苷的次級衍生物，它在天然植物中的含量非常少，但它的活性相較于人參皂苷更強，具體包括了抗腫瘤、抑制癌細胞轉移、保護神經中樞、增強免疫力、改善記憶以及抗應激等功能[2-7]。研究表明，人參經口服后在體內檢測到的僅為代謝后的稀有皂苷及其皂苷元。這些稀有人參皂苷更易被人體吸收。如能開發成保健食品，將帶來巨大的社會經濟效益。

1 稀有人參皂苷的轉化工藝

1.1 熱處理法

熱處理法常用于炮制紅參、黑參等人參炮制品。人參皂苷水溶液經水浴加熱處理后形成相應C-20 位去糖基次級皂苷，且C-20 位去糖基皂苷回收率增加，同時熱處理增加了稀有人參皂苷的含量。

熱處理過程可引起氧化、水解、酯化、甲基化、乙酰化、羥基化和羰基化等反應發生。利用化合物之間的相互轉變，改變各種化合物的比例，使藥物的活性提高或產生新的活性物質。鮮參中常見的成分有人參皂苷Rb1、Rb2、Rd、Rg1、Re 和Rf 等。人參皂苷Rs3、Rs4和Rg5常見于處理后的人參中[8-9]。ZHANG 等[10]將人參、西洋參和三七根部和莖葉經熱處理后用酸溶液轉化人參皂苷。經檢測，3 種原植物中的小極性皂苷的含量在轉化后大于中極性皂苷的含量。

1.2 化學處理法

化學轉化法是指利用化學試劑使人參皂苷的側鏈在酸性或堿性條件下發生脫水、環和、雙鍵移位的反應，該反應能得到豐富的反應產物。酸水解法、堿降解法是常用的化學轉化法。

1.2.1 酸水解法

酸水解法會使糖苷配基的結構變化，形成原人參二醇型皂苷和原人參三醇型皂苷及C-20 差向異構[20（S）和20（R）構型的人參皂苷][11]。相較于熱處理法，酸水解的產物更加豐富且產量較高。傳統的酸水解法大多采用高濃度無機酸，會使人參皂苷的苷元側鏈發生脫水、環和、雙鍵移位，從而導致產物復雜多變。其缺點是反應劇烈且對環境污染嚴重，目前研究的熱點在于選用更加綠色環保且高效低廉的水解酸溶液。例如，天然產物中的有機酸有無需分離就可以直接用于功能性食品領域的優勢。成樂琴等[12]選用與10 mg·mL-1原人參二醇組皂苷等體積的乳酸水溶液進行酸水解反應，水浴加熱后的水解產物用飽和Na2CO3水溶液中和后用等體積的水飽和正丁醇反復萃取，濃縮萃取液后得到人參皂苷Rg3。根據正交試驗設計得到制備Rg3的適宜條件。人參皂苷Rg3可以分離得到兩種構型的人參皂苷，即20（R）-Rg3和20（S）-Rg3。其還進一步研究了實驗條件的變化對人參皂苷Rg3向兩種不同構型人參皂苷的轉化過程的影響。

1.2.2 堿降解法

堿降解法反應較為溫和，通過使C-3 位的糖苷鍵發生斷裂，得到僅含一個糖基的次級人參皂苷或皂苷元。所得產物易于分離純化，且產物沒有構象的變化等優點。

李緒文等[13]采用高沸點有機溶劑將西洋參莖葉總皂苷在強堿條件下溶解，在常壓高溫條件下進行降解，經正交試驗確定，20（S）-原人參二醇的最佳降解條件是m（NaOH）/m（西洋參莖葉總皂苷）=2.0，V（甘油）/m（西洋參莖葉總皂苷）為15.0；在235 ℃下反應200 min 經硅膠柱色譜、乙酸乙酯結晶和ODS 柱色譜分離，最終得到20（S）-原人參二醇，產率為5.01%。

1.3 微生物及酶轉化法

微生物及酶轉化法是利用微生物產生的某種酶或酶系來催化底物或外源化合物，使目標初級產物產生更高的經濟價值。微生物及酶轉化法具有培養難度低、種類多、靶向性強以及轉化效率高的優點。

SONG 等[14]從人參田中的土壤中分離出近150種微生物，并鑒定出一株生長迅速、繁殖力高和酶產率高的青霉屬菌株。此菌株具有很強的人參皂苷轉化能力。在pH 值為7.0 的條件下與人參皂苷Rd 溫育后，使人參皂苷Rd 轉化為人參皂苷CK。DUAN 等[15]將蝸牛酶（內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶）與10%人參皂苷Rb1溶解于乙酸-乙酸鈉緩沖液中反應。蝸牛酶選擇性切斷人參皂苷Rb1的β-D-吡喃葡萄糖苷鍵，得到人參皂苷CK。經單變量實驗設計和響應面方法確定了蝸牛酶將人參皂苷Rb1轉化為人參皂苷CK 的最佳水解條件，即pH 值為5.12，溫度為51 ℃，蝸牛酶∶底物為0.21，反應時間為48 h。此外，添加1.0 mmol·L-1鐵離子可顯著改善蝸牛酶的酶解能力。在上述條件下，人參皂苷CK 的最大轉化率達到89.7%。

目前對于20（S）型人參皂苷的研究較多，而對20（R）型人參皂苷的研究較少。實際上，具有不同化學構型的人參皂苷通常表現出不同的生物活性。例如，人參皂苷20（R）-Rg3比人參皂苷20（S）-Rg3具有更有效的佐劑活性[16]。

1.4 Smith 降解法

Smith 降解法可以將碘酸鈉氧化苷的糖部分（具有鄰二羥基結構）氧化為二元醛，并用四氫硼鈉還原生成相應的二元醇。該二元醇可以通過簡單的縮醛結構來降低糖苷鍵的穩定性，從而在室溫下可以被稀酸水解，避免了劇烈的酸水解反應，最終獲得原糖苷配基[17]。

ZHANG 等[18]利用Smith 降解法制備原人參二醇。其精密稱取50 g 人參提取物，溶于4 L 水中，加入217 g NaIO4后攪拌反應280 min，過濾混合液后，先用硫酸溶液洗后再用水洗，沉淀物用750 mL 70%乙醇液溶解，加入17 g NaBH4室溫孵育17 h，用水稀釋，用2 倍體積硫酸溶液調節pH 放置過夜后經乙酸乙酯萃取后經硅膠柱色譜分離得到20（S）-原人參二醇。

2 結語

隨著人們對健康生活的追求越來越高，人參皂苷已經不能滿足人們的需求，稀有人參皂苷具有更為豐富的生物活性，將人參皂苷轉化為稀有人參皂苷對于保健食品深開發有重要意義。人參皂苷的轉化在原材料的選擇方面也具有多樣化，作為副產物的人參莖葉、花蕾、果實部分都可以用于轉換稀有人參皂苷。化學轉化法的優點是反應產物多樣，可以根據需求得到不同的C-20 位構型人參皂苷，但該法反應劇烈，并存在酸堿殘留、副產物較多、后期分離實驗難度大及對環境具有污染的缺點。目前，微生物及酶轉化法將人參皂苷轉化為稀有人參皂苷是研究的熱門，該法反應溫和，專一性強，高效且對環境污染小。