发酵工程微生物工程期中论文现代中药固体发酵技术的最新进展

中央民族大学生命与环境科学学院发酵工程期中论文2014年5月3日姓名：王越学号：1143004年级：11级专业：生物技术指导教师：王斌现代中药固体发酵技术的最新进展1现代中药固体发酵技术的最新进展生命与环境科学学院11级生物技术班王越1143004摘要：简要介绍了微生物固体发酵的含义和特点，总结了其在中药领域的最新应用，并对固体发酵的应用前景进行了展望。关键词：微生物；固体发酵；中药；最新进展1.固体发酵的含义及特点1.1固体发酵的含义固体发酵(solidfermentation)是指在没有或几乎没有自由水存在的情况下，在有一定湿度的水下溶性固态基质中，一种或多种微生物的一个生物反应过程。固体发酵是我国传统与特有的一类制药生产工艺，古代称之为“制曲工艺”，起于北魏时期，至今已1500余年历史，国外尚未见有这类生产工艺产品的药用报道。1.2固体发酵的特点原理上来说，微生物以中药中的有效物质或一些非有效物质为前提，经微生物的代谢形成新的化合物。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，或其中有些物质发生反应形成新的化合物。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。因为微生物的分解转化作用，使其有可能对中药中的有毒物质进行分解，降低毒副作用。一般来说，发酵可以增加中草药有效成分的利用率，提高药效；降低药物毒副作用；修饰中草药活性成分袁产生新药效物质；节约药源，保护环境。而且，与其他培养方式相比，固体发酵所需的培养基简单且来源广泛，多为便宜的天然基质或工业生产的下脚料，投资少，能耗低，技术较简单，产物的产率较高。固体发酵的基质含水量低，可大大减少生物反应器的体积，不需要废水处理，环境污染较少，后处理加工方便，而且发酵过程一般不需要严格的无菌操作，通气一般可由气体扩散或间歇通风完成，不需要连续通风，空气一般也不需严格的无菌空气。随着微生物基因遗传技术的应用、优良菌株的发现和筛选，以及生产工艺等方面的改进，固体发酵技术也得到了进一步发展。22．固体发酵技术在中药开发中的应用2.1固体发酵技术的最新进展固体发酵是以具有一定活性成分的中药材或药渣作为发酵营养基质，用一种或多种真菌作为发酵菌种。中药基质在提供真菌所需营养的同时，还受到真菌酶的影响而改变自身组织、成分，产生新的性味功能，具有双向性，体现了药用真菌与中药材之间的有机结合。不同性质的发酵组合，可能产生大量的新药，故具有广阔的开发前景。上个世纪80年代，庄毅用药用真菌发酵具有活性成分的药性基质，这样药性基质能提供真菌菌体大量生长所需营养，同时通过真菌菌体中的酶而改变原有组织成分。因其具有双向性，被称为新型固体发酵，也称为双向性固体发酵，它的产物称为药性菌质。药性菌质，常比真菌或药性基质本身或两者简单相加有更良好的药效，主要表现在增效、扩用、解毒等方面。2.2固体发酵对中药的作用2.2.1增效、扩用作用双向固体发酵是通过真菌在药性基质中的物质作为营养物质吸收，供其生长，生长代谢过程中的酶，与基质中的药物成分发生生物化学反应，使原来药物基质中的物质被修饰或分解，产生底物衍生物或新的成分，这些物质具有新的性味功能。同时产生的菌质是真菌菌丝深入到中药基质中的复合物，这种复合物由于具有新合成的物质，真菌菌丝，以及中药中未被发酵完的药用成分，他们的复合作用可以大大提高中药基质的药效，扩大中药基质的临床应用范围。庄毅等利用真菌槐耳在中药黄芪基质上发酵得到槐芪菌质，通过多项特异性与非特异性(包括体液与细胞免疫)免疫试验，结果表明槐芪组都占显著优势，甚至明显超过黄芪口服液对照组，另外还具有黄芪不具有的抗病毒和抑制肿瘤的功效。董玫等将六味地黄丸用真菌发酵后的提取液，进行小鼠中移植H22肿瘤的抑制作用，结果发现，六味地黄发酵液较六味地黄煎剂对小鼠移植的肿瘤生长具有显著的抑制作用。邬吉野将槐耳接种于大黄药材，经槐耳双向发酵后，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，且双向发酵后槐耳大黄菌质体系有新成分产生。双向发酵所得槐耳大黄菌质有一定的抑制肿瘤效果。2.2.2减毒作用为了降低一些剧毒中药的毒性，除了利用传统上的一些炮制方法来降低毒性外，现在人3们利用双向固体发酵技术，通过真菌生长代谢过程中酶系的作用，以中药基质中的成分为底物，经过多步代谢的联合反应，将中药基质中的有毒物质降解，合成具有相同药效而且低毒的新物质，对有毒中药起到减毒作用。例如，马钱子为马钱科植物的干燥成熟种子。作为临床常用中药，但同时它是一味剧毒药，因此限制了其临床应用。潘扬等利用槐耳、灵芝、猴头等20种真菌固体发酵马钱子，在一定的生物技术控制条件下，将菌丝体生长良好的“药性菌质”中很多生物碱成分与马钱子生品(药性基质)相比，在种类和相对含量上都有着明显的差异:士的宁、马钱子碱有毒物质的含量均明显下降，而的士宁氮氧化合物、马钱子碱氮氧化合物等有效成分有不同程度的增加，且指纹谱中显示出5个新产生的或含量变化较大的未知成分出现。雷公藤用于治疗类风湿性关节炎已有两千多年的历史，但其临床毒副反应严重且发生率高，大大限制了雷公藤的临床应用。庄毅用真菌灵芝和槐耳发酵有毒中药雷公藤，得到的菌质，动物试验LD50较雷公藤药物上升，而有毒物质雷公藤甲素含量同步下降，甲素含量下降与毒性LD50上升有一定相关性。进一步证明双向固体发酵技术可能对中药的减毒增效物质基础的研究具有重要意义。李国红等联合采用枯草芽孢杆菌对三七根进行发酵后，在对其中的皂苷成分的研究中发现，从发酵后的三七中分离到了人参皂苷Rh4，这种化合物未在发酵前检测到，说明这种化合物是通过发酵产生的，可能是在发酵的过程中，三七须根的某些皂苷被微生物转化为人参皂苷Rh4。杜晨晖等对不同菌株发酵的何首乌样品及其发酵前后的化学成分进行比较分析，并筛选出可以专一性降解何首乌中蒽醌类成分而不破坏其有效成分二苯乙烯苷的菌种。为降低何首乌的毒副作用，建立了一种炮制何首乌的新方法。2.2.3其他应用双向固体发酵技术在中药基质开发中具有减毒、增效、扩用等作用，还可以对药材渣进行再开发利用。以药材渣作为发酵基质，以药用真菌为发酵菌种，共同构成发酵组合，在二者相适应的情况下，进行固体发酵，所产菌质的成分及药效(性味功能)值得研究。如，陈合等以中药渣为主要原料，固体发酵法培养的灵芝固体菌质含有丰富的生物活性成分(灵芝菌质多糖、灵芝酸三萜、蛋白质等)，重金属含量低，毒副作用小。谷睿等用14种不同的灵芝菌株和甘草渣进行复合型双向发酵，发现发酵后的菌质多糖含量都比没有经过发酵的纯甘草渣有了不同程度的提高。目前“双向发酵”是开发药渣最有希望的途径，通过双向固体发酵可以充分利用药材废弃资源，增加中药新药研发的可持续性，还可作为一种新型资源研发成新药或保健品等。43.展望随着生活水平及科技水平的提高以及对固态发酵机理认识不断加深，现代固态发酵的成功也将成为现代发酵技术的一次革命。随着固态发酵过程动力学数学模型的不断研究和发展，不断揭示固态发酵过程的变化规律，加以系统控制技术的完善，固态发酵反应器的设计会更加科学合理，使固态发酵系统工艺参数控制达到最优化。纵观现代与医药相关的各类生物工程如发酵工程、细胞工程、基因工程、酶工程等，但在中药的历史传统中固体发酵是仅见的一类，它具有自主知识产权的生产工艺等，中成药药渣的发酵再利用，也符合中药创新发展的原则和资源科学利用与可持续发展的原则，很值得与必要去继承、发展。