益生菌發酵中草藥的研究進展

摘要：中藥發酵是一種重要的中藥炮制技術，將益生菌運用于中草藥發酵，使中草藥具有藥效提高、毒副作用減弱等優點，可以更好地發揮中草藥在臨床治療中的作用。益生菌作為中草藥發酵的重要微生物，兩者相輔相成，將進一步推動中草藥發酵的現代化應用。本文闡述了益生菌發酵中草藥的菌株種類，詳細介紹了中草藥發酵生物轉化機理，論述了不同發酵工藝特性以及對發酵產品的影響，最終闡明了發酵中草藥的優勢，為中草藥發酵領域的研究者提供一定的參考。

關鍵詞：中草藥；益生菌；發酵技術

中圖分類號：R 283 文獻標志碼：A

中草藥（Chinese herbal medicine）主要由植物藥（根、莖、葉、果）、動物藥（內臟、皮、骨、器官等）和礦物藥組成。因植物藥占中藥的大多數，所以中藥也稱中草藥。中國是中草藥的發源地，古代先賢對中草藥的研究與探索，使得中草藥受到廣泛認同與應用。中草藥在治療疾病、保健養生等方面發揮重要作用。

益生菌（probiotics）是通過定殖在人體內，改變宿主某一部位菌群組成的一類對宿主有益的活性微生物。通過調節宿主黏膜與系統免疫功能或通過調節腸道內菌群平衡，促進營養吸收和保持腸道健康，從而產生有利于健康的單一微生物或組成明確的混合微生物。

隨著現代中醫學的不斷發展，中草藥發酵逐漸成為了醫藥領域聚焦的熱點。中草藥發酵是在繼承了中藥炮制學發酵法的基礎上，結合現代生物工程而形成的新技術。中草藥發酵已被廣泛應用于中藥制備，以增強功效和降低毒性[1]。在中草藥發酵中引入益生菌可進一步促進中藥成分的轉化和釋放，提高藥效，并且能夠產生有益化合物[2]。因此，益生菌與中草藥發酵的結合將進一步發揮中藥的治療潛力，有望為中藥行業發展帶來重大的變革。本研究對中草藥發酵技術的潛在機理及應用進展進行了綜述，期望為中草藥發酵的后續研究和開發應用提供依據和指導。

1 發酵中草藥的益生菌種類

微生物發酵菌劑（微生物發酵劑、生物接種劑）是將目標微生物經過工業化生產擴繁后，通過熱脅迫、冷處理、包埋技術、發酵培養基滲透壓處理和菌體收獲期選擇等方法制成活菌制劑[3]，并可制成不同的劑型，可用于食品、農業等領域。按照發酵過程菌株參與的數量，可分為單一菌株發酵和混合菌株協同發酵兩大類。

1.1 單一菌株發酵

采用單一菌株發酵是中草藥發酵最常見的形式。益生菌通過代謝活動，可能導致中藥材中某些活性成分的降解、轉化或結合，從而影響藥效[4]。這類發酵的特點是菌株發酵過程簡單，代謝清晰，代謝產物可控，但是存在轉化效率低、轉化慢等缺點。現在單獨應用于發酵中草藥的益生菌菌種很多，包括乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌等，表1 列舉了常用的微生物發酵菌株及其相應的發酵底物。

1.2 混合菌株發酵

與單一菌株發酵相比，混合菌株發酵可以提供更多的酶類物質和代謝產物，微生物協同作用可提高中草藥發酵的轉化效率，促進活性物質的釋放。混合菌株發酵不僅僅局限于一類微生物，細菌、真菌、細菌–真菌的發酵模式已被廣泛用于復方中草藥的發酵[21-22]，表2 列舉了常用的微生物協同發酵菌株。

2 中草藥發酵生物轉化機理

中草藥在發酵過程中，會利用微生物生長和代謝過程中產生有益的代謝產物或者利用所產的酶代謝其原有的物質，從而改變草藥的化學組成和藥理特性。中草藥發酵生物轉化過程受菌種、底物、時間、溫度和pH 等影響。圖1 為中草藥發酵生物轉化機理示意圖，微生物在中草藥發酵中的機理主要有5 方面。

第一，在發酵過程中，益生菌自身會形成多種代謝產物，包括有機酸（如乳酸、丙酸）、抗菌肽、酶、維生素等[13，31]，可能具有多種生物活性，包括調節腸道菌群平衡、增強免疫系統功能、抗菌作用等[32]。

第二，中草藥中原有的物質，通過微生物代謝會形成新的成分。某些中草藥本身帶有一定的毒性，傳統去除毒性的方法有蒸煮、曬干等[33]。通過微生物發酵，既可以有效降低中草藥毒性，又可以避免傳統炮制復雜低效的缺點。蘇建樹等[34]利用微生物發酵有效降低了川烏、附子中有毒生物堿的含量。

第三，中藥中含有的某些成分，可能會改變益生菌的代謝途徑，進而在發酵過程中改變中草藥活性成分的化學特征、分子量等，對其結構進行修飾，可提高活性成分的生物活性。Zhao 等[35]對發酵后靈芝孢子粉多糖的結構變化及其抗氧化活性進行了研究，發現發酵后靈芝孢子粉的抗氧化活性有增強。

第四，在發酵過程中微生物產生的酶類可以破壞植物細胞壁，從而促進活性物質的溶出或者促進溶解吸收[2]。中草藥中復雜的活性成分主要包括皂苷、多糖、黃酮、生物堿、維生素、有機酸、礦物元素等[21]。發酵對這些有效成分進行了生物轉化，促進其分解，將不能被腸道直接吸收的大分子物質轉化成小分子物質，從而促進人體對中草藥活性成分的吸收[36]。

第五，在發酵體系中，多成分之間容易發生分子碰撞，微生物在發酵過程中產生的次級代謝產物會和中藥的活性成分發生反應，產生新的豐富多樣的活性物質[33]。

3 中草藥發酵工藝

3.1 固體發酵

現代的中草藥固體發酵起源于傳統中藥的制曲發酵，中草藥的固體發酵通常是由中藥或中藥渣為營養基質的培養基，利用一種或多種益生菌進行發酵的方法[37]。固體發酵的優點在于它是一個自然開放的體系，不需要對發酵底物滅菌，且操作工藝相對簡單，發酵成本低[38]。

固體發酵可提高中草藥有效成分的含量，改變有效成分的結構。韋會平等[39] 通過對不同菌株在固體發酵過程中各生長期的蟲草素含量變化研究生產蟲草素的最佳方法，結果表明，固體發酵培養大約13 d，培養基中蟲草素的含量可以達到0.60% 以上，比傳統液體發酵的最高含量提高近2 倍，培養時間縮短2 d，并且固體發酵的生產設備簡單、條件易于控制，對蟲草素的開發具有廣闊的前景。Cheng 等[40] 以枯草芽孢桿菌和釀酒酵母為研究對象，探討固體發酵從黃精中分離不同功能多糖方面的潛在應用價值。結果表明，發酵后多糖的產率、含量、組成和官能團發生改變，并通過小鼠模型驗證了固體發酵提取的天然多糖在調節腸道抗氧化防御和免疫功能方面的重要作用。雖然固體發酵效果較好，但仍然存在難以控制發酵條件、發酵產物質量不穩定、發酵周期長等局限性。

3.2 液體發酵

液體發酵指的是深層液態發酵技術，基于抗生素生產發展而來，是現代企業常用的中草藥發酵技術。中草藥液體發酵是通過調節溫度、pH值、氧氣等發酵條件，以藥材為營養基質的液體培養基，促進益生菌生長及其代謝產物的產生[41]。液體發酵的優勢在于發酵過程中不僅可以檢測發酵環境的溫度、pH 值、溶氧量，還可以按發酵情況調節，而且液體發酵的發酵時間短，效率高，尤其適用于大規模生產[42]。

液體發酵在中草藥發酵中具有靈活性和高效性，拓展了中草藥的應用范圍。范秀芝等[43] 利用優選的菌株和優化培養基發酵黑木耳，研究黑木耳液體發酵不同組分多糖的理化性質，得到了抗氧化活性和保濕性良好的黑木耳胞內多糖，為其在食品和化妝品領域的研究提供了理論依據。盧征華等[44] 在優化培養基和培養條件的基礎上，對紅托竹蓀進行了液體發酵，結果表明，經液體發酵后的紅托竹蓀菌絲體生物量達到3.557 g/L，為擴大培養紅托竹蓀菌絲體提供一種簡便、高效、低成本的方法。目前，液體發酵是一種有效提取中草藥活性成分的工藝，但其下游工程受發酵條件限制，存在設備成本高、維護復雜等問題。

3.3 雙向發酵

中草藥雙向發酵是采用中藥材或中藥渣作為藥性基質來替代傳統發酵營養基質，微生物以中藥中的營養成分作為碳源、氮源，在微生物和中藥材的相互影響下，通過復雜的代謝過程產生新的活性成分。雙向發酵在藥用真菌和中藥材的協同作用下，具有提高活性物質含量、降低毒性、產生新的化合物等優勢[45]。

雙向發酵是中草藥資源與微生物轉化技術的有機結合，在現代中藥材的研發領域有很重要的研究價值。劉佳等[46] 利用桑黃對昆布進行雙向發酵處理，并探究桑黃–昆布雙向發酵菌質的抗腫瘤能力，結果顯示雙向發酵提高了發酵菌質中總糖、多酚、單糖的含量，對腫瘤細胞增殖活性的抑制作用也進一步增強。孫琳等[47] 在刺五加–靈芝發酵工藝優化的基礎上，開展刺五加–靈芝雙向固體發酵，結果表明發酵提高了刺五加發酵產物的抗氧化活性，有望為抗氧化保健產品的開發提供新的物質基礎。雙向發酵技術因其發酵效率高、成本低、發酵過程可控等優點可廣泛運用于中草藥的工業化生產，但是關于拓展中藥材和藥用真菌的發酵組合，闡明微生物對中藥材的轉化機制方面有待開展更深入的研究。

4 益生菌發酵中草藥優勢

4.1 促進中藥有效成分釋放，增強藥理活性

中藥大多是植物藥材，人體可吸收的大多數有效成分分布在根、莖、葉中，被細胞壁包圍。在發酵過程中，益生菌產生的各種酶類比如果膠酶、纖維素酶、木質素酶等能分解結構緊密的細胞壁，促進了生物活性有效成分的釋放[48]。

Xu 等[6] 在優化人參酵素發酵工藝時，篩選出的植物乳植桿菌在發酵人參提取物后，稀有人參皂苷Rg3、F2 和CK 的含量增加，其中稀有皂苷CK 的含量變化最明顯， 增加了256%。崔亞鵬等[25] 利用釀酒酵母和植物乳植桿菌對金銀花浸提液混合發酵，黃酮和多酚的含量較發酵前明顯增加，同時金銀花浸提液的抗氧化性能也明顯提高，這表明益生菌在發酵過程中增加了中草藥活性成分的含量，而且提高了活性成分的功效。田秋豐等[21] 對復方中草藥進行混菌發酵，研究其對蘆丁含量的影響，蘆丁是具有抗炎、抗氧化、清除自由基等的黃酮類化合物，在解淀粉芽孢桿菌和干酪乳酸菌組成1∶4 體積比混合發酵復方中草藥時，蘆丁的含量提高最顯著。Chen 等[49] 研究茯苓固體發酵黃芪過程中黃芪甲苷的生物轉化及其生物可及性，結果表明發酵后黃芪甲苷含量提高了5.16 倍，總皂苷和總黃酮的生物可及性也進一步提高，這為黃芪相關產品的開發提供了理論依據。通過益生菌的發酵作用，中草藥的成分組成會發生改變，從而提高中草藥原材料的穩定性，使其更加耐儲存。總而言之，益生菌發酵可以促進中草藥中活性成分的釋放，提高中草藥的藥理活性，起到增效作用。

4.2 減輕中草藥的毒副作用

中草藥中所含的化學成分復雜，有些成分具有毒性，錯誤的服藥方法可能會導致相應的毒副作用。益生菌可以降解和轉化草藥中的一些有毒物質，從而降低其毒性，發酵還能夠改善中草藥的口感和風味，使得中草藥在口感上更易被接受[50]。同時，益生菌還可以產生一些有益的代謝產物，可以幫助緩解中草藥毒副作用[33，51] 。

何欒櫻等[52] 以靈芝為藥用真菌，對雷公藤進行雙向固體發酵，并對發酵后靈芝–雷公藤菌質的毒性和抗炎性進行測定，結果顯示雷公藤內酯的含量降低，且該指標的下降與毒性降低有關。馬超等[19] 采用篩選出的馬克思克魯維酵母對大黃進行發酵，發現發酵后大黃中的結合型蒽醌轉化或分解成游離型蒽醌，可以緩和大黃引起的腹瀉癥狀，降低對胃腸道的刺激反應。王曉敏等[53] 研究了枯草芽孢桿菌、釀酒酵母菌、丁酸梭菌以及霉菌毒素降解酶對黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素的降解效果，結果顯示在復合益生菌和霉菌毒素降解酶的配伍下，3 種毒素均能被有效降解。

4.3 產生新的活性物質

益生菌在中草藥的發酵過程中會產生多種益生菌菌群的初級、次級代謝產物，這些代謝產物會與中藥成分發生反應，產生一些更容易被腸胃吸收的新的活性物質。益生菌發酵中草藥可以增加腸道內有益菌的數量，從而改善腸道健康，有利于維持人體免疫系統的正常功能[54]。益生菌和中草藥相輔相成，相互增益，為中藥產品的開發以及成分合成提供新的研究思路。

Okamoto 等[55] 使用植物乳植桿菌SN13T 發酵青蒿提取物，與未發酵的青蒿提取物相比，發酵后提取出了兒茶酚和短舌匹菊內酯兩種新的化合物，因此利用植物乳植桿菌SN13T 發酵中草藥是獲得具有治療潛力的活性化合物的重要技術。屈青松等[51] 對發酵乳桿菌發酵人參的工藝進行了優化，研究發現，發酵后人參中有新物質產生，產生了藥理活性更強的稀有人參皂苷。總的來說，益生菌發酵中草藥的優點主要體現在提高中草藥的藥效和安全性，同時也有一定的營養和保健作用。不過，益生菌發酵中草藥也有一定的局限性，需結合具體情況進行判斷和選擇。

總體而言，益生菌發酵中草藥在醫療中的應用具有巨大的潛力，并有望為人類健康帶來更多好處。在動物飼養方面，益生菌發酵中草藥的應用范圍也很廣泛，可以改善飼料的口感、提高動物的生長性能、調節動物腸道菌群等。此外，益生菌發酵中草藥還可應用于化妝品領域，對皮膚有抗衰老、抗氧化、美白等作用。

5 現存問題及未來前景

中草藥與益生菌發酵技術相結合，兩者相輔相成、協同作用。益生菌發酵不僅能夠有效促進中藥材中活性物質的釋放，還能降低其中有毒物質的含量，更重要的是它能夠將中藥材的有效成分轉化為更易被人體吸收利用的形式，進一步提高中藥材的功效和營養價值。目前，益生菌發酵中草藥技術的實施仍面臨一些問題。首要的問題是益生菌菌株的篩選。這不僅關系到發酵效率，還會影響到最終產品的品質和安全性。同時，發酵工藝的優化也是一個亟待解決的問題。發酵過程中的各項參數（溫度、濕度、pH 值等），在一定程度上會影響發酵效率導致產品的質量難以控制。總之，在中草藥的益生菌發酵過程中，研究人員需要綜合考慮中藥材的特性和益生菌的作用機制，確定適合的發酵條件，制定嚴格的質量控制標準，確保發酵后的中草藥既安全又有效。

今后益生菌發酵中草藥的研究可以聚焦于發酵工藝的優化、中藥材與益生菌的不同組合方式、發酵后中草藥的安全性評估等方面。綜上所述，益生菌用于中草藥發酵有著廣闊的潛力和前景，未來持續深入的研究和應用探索，將會為消費者提供更多安全有效的中藥產品，提升中藥在市場上的競爭力，推動中藥產業的現代化發展。