作者山東巴德生物科技有限公司？鄭泉博士
中藥發酵目錄●?
發酵的概念和歷史
●中藥生物轉化的反應類型
●發酵工程的內容和發酵方法的分類
●根據發酵目的對微生物發酵進行分類。
●發酵工程中常用的微生物
6.發酵培養基的組成
●影響發酵的七個主要因素
●中藥發酵的目的
9.發酵技術與中藥加工
中藥生物轉化的十大類型
●發酵技術在中藥生產中的應用。
中藥生物轉化12例
發酵的概念和歷史
●發酵的概念——人們將利用微生物的生命活動獲得微生物細胞或其代謝轉化的產物的過程稱為發酵。
●發酵歷史
● 1釀造是最早的歷史。
●2 65438+9世紀至30年代，發酵產物如乳酸、乙醇、丙酮、丁醇、澱粉酶、蛋白酶等。
●自從Fleming在31929發現青黴素以來，抗生素的發酵生產為現代微生物發酵工程積累了豐富的經驗。
現代發酵工程產生了幹擾素、白細胞介素、各種細胞生長因子、氨基酸、有機酸、維生素、酶制劑、基因工程藥物、微生物轉化發酵產物等生物活性物質。
據有關統計，發酵生產的抗生素有200多種。在壹些發達國家，發酵工業占國民生產總值的5%。
生物轉化的反應類型●生物轉化的本質是酶促反應，常用的反應類型如下:
● 1氧化反應:單羥基氧化、環氧化、氨雜基氧化、β-氧化脫氫
● 2還原反應羰基還原雜氮基團還原
● 3水解反應酯和內酯的水解醚的水解和糖苷的裂解酰胺和內酰胺的水解環氧的水解胺的水解胺烷基中烷基的水解。
● 4縮合反應
● 5胺化反應
● 6酰化反應
● 7降解反應
● 8脫水反應
● 9糖基化反應
發酵工程的內容和發酵方法的分類
1生產菌株的選育。
● 2發酵條件的優化控制和生物反應器的設計。
● 3發酵產物的分離、提取和精制。
●按發酵方式可分為厭氧發酵和曝氣發酵兩大類。
●厭氧發酵:乙醇發酵、酒精發酵、丙酮丁醇發酵、乳酸發酵、甲烷發酵。
通氣發酵包括:酵母培養、有機酸發酵、抗生素發酵、氨基酸發酵、酶制劑生產和多糖發酵。
根據發酵的目的，微生物發酵分為● 1。旨在獲得微生物細菌的發酵。
●發酵產生茯苓、香菇、冬蟲夏草、靈芝等藥用真菌；發酵產生白僵菌、綠僵菌、蘇雲金桿菌等細菌，用於制備生物農藥；以及傳統發酵生產單細胞蛋白、酵母等。
2.以獲得酶制劑為目的的發酵。
●食品工業用澱粉酶和糖化酶，臨床檢測用膽固醇氧化酶和葡萄糖氧化酶。
●以獲得微生物初級或次級代謝物為目的的發酵。
●初級代謝物:氨基酸、蛋白質、核酸、核苷酸和多糖。次生代謝物:抗生素、生物堿、細菌毒素、植物生長因子。
4.以獲得低毒高效的新物質為目的的發酵。
●利用微生物進行氧化、還原、脫水、脫羧、異構化等。例如，L-山梨醇轉化為L-山梨糖，葡萄糖轉化為葡萄糖酸。
發酵工程中常用的微生物●細菌——單細胞原核生物
大腸桿菌、醋酸桿菌、乳酸桿菌、丙酮丁醇梭菌、腸膜明串珠菌、雙歧桿菌、丁酸梭菌等。
●放線菌
●放線菌最大的經濟價值是可以產生多種抗生素，如鏈黴素、土黴素、金黴素、紅黴素、氯黴素、紅黴素、卡那黴素等。從自然界中分離出5000多種抗生素，其中4000多種來自防禦菌。
1鏈黴菌能產生抗生素。例如，灰色鏈黴菌中產生的催產素S可用於控制稻瘟病。
● 2小單孢菌，如深紅小單孢菌、紫錐小單孢菌，能產生慶大黴素。
● 3羅卡屬如利福黴素、滅蟻素等。
● 4放線菌屬。
發酵工程中常用的微生物●三種黴菌
●黴菌是指在營養培養基上形成蓬松、網狀或絮狀菌絲的真菌，又稱絲狀真菌。其中大部分是好氧微生物。乙醇、檸檬酸、青黴素、澱粉酶、果膠酶、纖維素酶、蛋白酶、多糖和類固醇激素的生產。
● 1青黴菌
產甲烷菌的黃晴黴菌產生多種酶和有機酸。產生青黴素、葡萄糖氧化酶或葡萄糖酸、檸檬酸和抗壞血酸。
桔青黴能產生桔黴素、脂肪酶、葡萄糖氧化酶和凝乳酶。
● 2根根黴
其澱粉酶活性很高，可作為釀酒工業中澱粉的糖化菌。根黴也含有醇酶。根黴能產生有機酸:反式二烯丁酸、乳酸、琥珀酸和芳香酯。
●黑根黴產生富馬酸和果膠酶。
●米根黴常見於葡萄酒和酒曲中。該菌株具有澱粉糖化和蔗糖轉化的特性。它能產生乳酸和富馬酸。
●中國根黴產生乙醇、芳香酯等。它是釀酒所必需的主要黴菌，也是生產酸性蛋白酶和腐乳的主要菌種。
發酵工程中常用的微生物● 3曲黴
黑曲黴具有多種酶系，活性很強，能產生酸性蛋白酶、澱粉酶、果膠酶和葡萄糖氧化酶，還能產生多種有機酸，如抗壞血酸、葡萄糖酸檸檬酸鹽和沒食子酸。
b米曲黴含有多種酶，具有很強的蛋白水解能力和糖化能力，在醬油和醬料生產中的應用由來已久。它是蛋白酶和澱粉酶的生產者。
● 4紅曲黴屬紅曲黴能產生澱粉酶、蛋白酶、檸檬酸、琥珀酸、乙醇和麥角固醇，該菌株能產生紅曲素和紅曲黃素，最適PH3.5-5.0。紅曲，以紅曲黴為支撐的中藥，具有消食活血、健脾和胃的功效。
發酵工程中常用的微生物●酵母是壹種單細胞真核微生物，主要分布在糖分較多的酸性環境中。酵母菌菌落多為乳白色，常用。
有酵母菌和念珠菌。
釀酒酵母常用於1。其菌體中維生素和蛋白質含量高。也可用於提取核酸、甾醇、谷胱甘肽、細胞色素C、凝血酶、輔酶a和ATP。
● 2常見的念珠菌是產朊假絲酵母、解脂假絲酵母和熱帶假絲酵母。
產朊假絲酵母的蛋白質和維生素含量高於釀酒酵母。
解脂假絲酵母可以分解脂肪而不發酵任何糖。
熱帶假絲酵母具有很強的氧化碳氫化合物的能力，是從石油中生產單細胞蛋白質的重要菌株。
● 3紅酵母
●具有良好的產脂能力，部分對碳氫化合物有微弱的氧化作用，可合成β-胡蘿蔔素。
發酵培養基的組成
● 1碳源和氮源
● 2無機鹽和微量元素
● 3生長因子水
● 4代謝產物的前體、誘導劑和促進劑。
適當的營養比例，調節培養基的PH值(緩沖液和不溶性碳酸鹽)、滲透壓和氧化還原電位。
影響發酵的主要因素
低1溫度PH溶解氧泡沫
中藥發酵的目的是充分釋放中藥的有效成分。
1植物的細胞壁由纖維素、半纖維素、果膠和木質素組成。纖維素酶和果膠酶可以破壞細胞壁的致密結構，釋放有效成分。
二是為天然藥物的生產提供了壹種新的有效途徑——結構修飾和定向合成。
● 1將具有相似生物關系或結構的化合物轉化為特定的天然化合物；將資源豐富、活性低的次生代謝生物轉化為人類所需的稀有、昂貴的天然藥物。例如，朱大元和俞柏楊發現許多微生物可以將喜樹堿定向轉化為10-羥基喜樹堿。大連輕工業學院金教授利用糖苷水解酶將人參皂苷Rb1轉化為含量僅為十萬分之幾的人參皂苷Rh2和Rg3。
● 2為天然藥物的結構修飾和設計提供了新的工具——獲得新的高活性物質。
●用化學方法進行結構修飾來獲得高活性的新化合物費時費力，存在產率低、反應轉化率差、副產物多等缺點。生物轉化沒有吸引力的缺點。
中藥發酵的目的●三位壹體藥物篩選為新藥開發提供了研究方法。
●將中藥的生物轉化與高效快速的藥物篩選相結合，尋找新的高活性或低毒性的天然活性先導化合物。
●提高天然活性成分的生物利用度。
●純度高的天然活性成分在體內往往溶解性差或吸收差，導致天然活性成分體內外藥效活性差異很大，生物轉化可以為解決此類問題發揮更大的作用。
例如，俞白陽通過微生物轉化在青蒿素及其衍生物蒿甲醚和雙光青蒿素的結構中引入羥基，增加了水溶性，但其抗瘧活性中心的過氧化物橋沒有改變。
5生物轉化是去除復方中藥制劑中大分子雜質的有效方法。比如水解蛋白酶可以用來去除蛋白質雜質，可以大大提高糖的得率。相反，可以使用適當的酶來去除糖雜質。
發酵技術與中藥加工●常用的中藥發酵方法有兩種:
● 1直接用藥材發酵:用淡豆豉等藥材炒豆腐。
● 2用藥材和面粉混合發酵:六神曲、建設神曲、半夏曲、沈香曲等。
目的:增效減毒，產生新的活性成分。
●中藥發酵研究的難點和關鍵問題
●1中藥體系的模糊性和中藥成分的復雜性。
● 2發酵理論的發展和完善。
● 3中藥發酵機制的不確定性:中藥化學成分復雜，作用機制不明確。中藥的有效成分、部分無效成分和特殊基質環境與微生物的相互作用有待研究。
● 4微生物生長特性的多樣性。
中藥生物轉化的主要類型
●喜樹堿從生物堿到10-羥基喜樹堿的微生物轉化。
二萜的微生物轉化
●三甾體的微生物轉化
四黃酮類化合物的微生物轉化
發酵技術在中藥生產中的應用●中藥深層發酵
●蟲草菌絲體深層發酵
●靈芝菌絲體深層發酵
●中藥紅曲深層發酵產山
●中藥固體發酵生產。
●固體發酵生產槐耳。
●紅曲黴的固體發酵生產。
●中藥有效成分發酵。
1993年，美國人從紅豆杉樹皮中分離出壹種真菌，可以直接產生紫杉醇。
曾金峰等人分離獲得壹株能產生人參皂苷的青黴菌株，通過發酵獲得人參皂苷。
微生物發酵加工何首烏●何首烏具有抗衰老、調節免疫、降血脂、抗動脈粥樣硬化、促進腎上腺皮質功能等作用。
主要成分為二苯乙烯苷和蒽醌類化合物，被認為是何首烏引起腹瀉和肝毒性的主要成分。
杜等人用米根黴發酵何首烏，使大黃素轉化為大黃素-6-0-β-D-吡喃葡萄糖苷，從而降低何首烏的瀉下作用。在發酵過程中，蒽醌類成分被降解或產生低毒性的化合物，達到中藥加工增效減毒的目的。
中藥刺五加的發酵加工●刺五加，扶正固本，補腎健脾，益智安神。
●賈雲馨等人用猴頭菇加工刺五加，實現了苷類的體外轉化，有利於人體吸收；發酵後，多糖含量大大增加，藥效增強；在相同劑量下，發酵多糖的抗疲勞指數顯著增強。
白玉海等用平菇發酵刺五加，發酵提取物能提高小鼠耐缺氧、耐疲勞、耐高溫、耐低溫的能力；相同劑量發酵的刺五加提取物的抗應激作用增強。因此，經平菇發酵後，可提高有效成分的生物利用度，增強藥效。
微生物發酵加工紅花
●紅花作為活血通絡、祛瘀止痛的良藥，具有降血脂、抗血栓的作用，抗氧化作用強。紅花中有效的抗氧化成分是帶有酚羥基的黃酮類化合物，如紅花黃色素、紅花素、槲皮素等。
馮誌華等研究了地衣芽孢桿菌C2-13發酵加工對紅花抗氧化活性的影響。發現C2-13發酵顯著提高了紅花的抗氧化功能。HPLC分析也觀察到紅花中的壹些成分發生了變化。
五倍子的發酵加工
●五倍子含有鞣質、沒食子酸等。，具有收斂、止瀉、止血的作用。收斂止瀉作用主要是其中所含的鞣酸與細胞內的蛋白質結合，形成不溶於水的沈澱，從而抑制細胞分泌，促進水分的重吸收，發揮收斂作用。但鞣酸會在腸道內與食物中的蛋白質相遇並與之結合，從而降低其功能。
王根據酶學原理，利用根黴發酵五倍子，增強了五倍子的收斂性。
黃芩的生物加工
賈雲馨等人發現，黃芩經黑曲黴發酵後黃酮類化合物發生變化，黃芩苷含量降低，而黃芩素和漢黃芩素的含量分別是黃芩的2.73倍和5.77倍，提高了生物利用度和藥理活性。
雷公藤內酯醇的生物轉化●雷公藤用於治療類風濕性關節炎、腎小球腎炎、紅斑狼瘡等。，但由於其高腎毒性，
應用受到限制。因此，生物轉化有望獲得高效低毒的衍生產品。
● 1雷公藤內酯醇(1-6)被短孢白蛾生物轉化，得到7個產物，分別是5-羥基雷公藤內酯醇(1-8)、16-羥基雷公藤內酯醇(1-12)。
● 2雷公藤內酯酮的生物轉化
寧等用黑曲黴轉化雷公藤內酯醇，得到了四個產物:17-羥基雷公藤內酯醇(1-15)、16-羥基雷公藤內酯醇(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，抗腫瘤活性。
● 1郭德安教授對蟾酥的三個成分進行了微生物轉化，獲得了40個轉化產物，其中23個為新化合物。
●篩選出20多株真菌和細菌轉化蟾蜍毒素。最終發現選擇鏈格孢菌轉化蟾蜍毒素，底物轉化效率高，產物多。
●利用2毛黴細胞對蟾毒配基進行生物轉化，獲得了7個轉化產物，其中包括11β-羥基蟾毒配基(1-44)。
大黃中蒽醌的生物轉化
大黃富含大黃素、大黃酸、大黃酚、大黃甲醚、蘆薈大黃素等蒽醌類化合物，是重要的致瀉和抗菌活性成分。
● 1張偉等人利用微生物轉化修飾大黃中遊離蒽醌的結構。篩選出21種微生物轉化大黃酚(1-54)、大黃素甲醚(1-55)、大黃素(1-56)。最後證實了稗草毛黴可以轉化大黃酚、大黃素甲醚和大黃素。
棘囊毛黴糖基化大黃酚和大黃素甲醚，大黃素的轉化是形成甲基羥基轉化子，β-羥基大黃素。
麻黃堿的生物轉化●麻黃堿又稱麻黃素，其差向異構體L-麻黃堿和d-偽麻黃堿是著名中藥麻黃的主要活性成分。麻黃
堿性腎上腺素能藥物用於支氣管哮喘、咳嗽、過敏、低血壓等。，還具有松弛平滑肌、收縮血管、加快心率、升高血壓、興奮中樞神經系統的作用。偽麻黃堿為擬交感神經藥，對上呼吸道粘膜血管的收縮作用與麻黃堿相同，升壓作用僅為左旋麻黃堿的壹半，對心血管系統和中樞神經系統的興奮作用明顯弱於麻黃堿，但其心率加快、血壓升高、中樞興奮等不良反應輕微，並有明顯的利尿作用。治療感冒的含麻黃堿和偽麻黃堿的復方中藥有很多:白加黑、心康克、銀得發、諾泰感冒片、治療咳嗽的中成藥寧川膠囊、小兒止咳糖漿等。
● 2.常規生產方法:
● 1植物提取法。2.直接化學合成法，成本高。印度、美國、澳大利亞、捷克等國生產的麻黃素多采用化學方法合成。3.半生物合成法:丙酮酸和苯甲醛經酵母細胞生物催化縮合生成L-苯乙酰甲醇，再用甲胺還原胺化得到L-麻黃堿。微生物直接轉化法:董等篩選出壹株能特異性轉化前體1-苯基-2-甲基氨基丙酮生產d-偽麻黃堿的菌株。
延胡索的生化轉化
延胡索是罌粟科植物延胡索塊莖的化學成分，含有20多種生物堿，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、行氣止痛，具有鎮痛、鎮靜、安神、催眠的作用。
其中，延胡索乙素是壹種優良的鎮痛、鎮靜、催眠藥物，毒性低、安全、無成癮性。
中國藥科大學俞柏楊對10株鏈黴菌進行了篩選，發現灰色鏈黴菌能將延胡索總生物堿和L-四氫巴馬汀(L-THP)轉化為L-紫堇堿(L-CDL)，後者的藥理作用明顯強於前者。
微生物和酶法合成紫杉醇
●紫杉醇的生物合成途徑目前基本明確，生物合成途徑中各種酶的基因已被成功克隆。因此，隨著生物技術的不斷發展，通過微生物和酶法大規模生產紫杉醇及其類似物將最終得以實現。
紫羅蘭醇是壹種昂貴的抗癌中藥。多西紫杉醇的抗癌活性略高於紫醇，且更易溶於水。
● 1黃花蒿化學合成提取2株黃花蒿，收率0.25%。3青蒿的半合成青蒿酸通過八步化學反應合成青蒿素。
● 4黃花蒿的生物合成
● A通過增加生物合成的前提來提高黃花蒿的產量。
b .通過調節控制青蒿素合成的關鍵酶或添加某些酶的激活劑來提高青蒿素的效率。
c .通過分子生物學手段克隆該酶的基因，並將其轉入微生物中表達，從而通過基因工程菌發酵生產青蒿素。5青蒿素是通過植物組織培養產生的。
●青蒿素及其衍生物的生物轉化
Lee等人用珊瑚克羅尼奇球菌和產黃青黴轉化青蒿素，前者得到脫氧青蒿素，後者得到脫氧青蒿素和3α-羥基脫氧青蒿素。
陳有根等用微生物灰色鏈黴菌轉化青蒿素，得到壹種新化合物9α-羥基青蒿素，具有抗惡性瘧原蟲活性。
● 。。。。。。
皂苷的生物轉化●人參皂苷是人參的主要成分。人參皂苷屬於三萜皂苷類，可分為二醇型、三醇型和齊墩果酸三種。
類型。人們將含量好的皂苷轉化為稀有皂苷。人參的稀有皂苷有Rh2、Rh1、Rh3、Rg1、Rg3、Rg5，它們只存在於紅參和野山參中。其中Rh2、Rh1、Rh3抗癌效果較高，Rg3具有軟化血管、抗癌的作用。紅參和野山參中稀有人參皂苷的含量只有十萬分之幾。
金教授發現人參皂苷葡萄糖苷酶只在苛刻條件下產生，於是利用人參皂苷葡萄糖苷酶從栽培人參中含量較高的Rb，re，Rd，Rg1中生產出稀有人參皂苷Rh2。現在大連生生綠谷工程公司投產。
● 2人參皂苷Rg1是人參提高智力、預防老年癡呆癥的主要成分；加強心肌細胞保護和心臟功能；抗疲勞作用；對皮膚老化也有壹定的作用。而人參中人參皂苷Rg1的含量只有0.2%左右，人參皂苷Re的含量很高，與人參皂苷Rg1的含量相同。金教授利用微生物產生的皂苷-ι-屬李葡萄糖苷酶去除人參皂苷Re C6端的壹個α-鼠李糖苷酶，大量制備人參皂苷Rg1。
甘草甜素的生物轉化
●甘草甜素是甘草中的主要生理活性成分。甘草甜素失去2個糖基得到甘草甜素，某些生理活性比甘草甜素強。
吳等人采用生物轉化法，分別利用米曲黴39和黑曲黴UV-48的酶解方法和液體發酵轉化法將甘草甜素轉化為甘草甜素。
黃酮類化合物的生物轉化
● 1大豆異黃酮是大豆中含有的壹種活性很高的生理活性物質。
大豆異黃酮* *共有12種異構體，分為遊離苷元和結合糖。天然糖苷的分子結構並不處於最佳活性狀態，糖苷需要經過大豆異黃酮糖苷水解酶的轉化才能被吸收。因此，大豆異黃酮糖苷水解酶對開發富含大豆異黃酮苷元的保健食品具有重要意義。
謝明傑從酒曲中分離到壹株具有高大豆異黃酮糖苷水解酶活性的菌株。
黃酮類化合物的生物轉化
異槲皮苷是廣泛分布於植物界的黃酮類化合物，是蘆丁的衍生物，結構僅比蘆丁少壹個鼠李糖。異槲皮苷由於其抗氧化作用而具有比蘆丁更高的藥理活性。
蘆丁在自然界中含量豐富，而異槲皮苷在自然界中含量極低，只有萬分之壹或幾十萬分之壹。
王侃等人在自然界篩選了壹種微生物菌株，它能產生壹種水解蘆丁上鼠李糖苷的酶。
紅景天苷的生物轉化
紅景天不僅具有明顯的抗缺氧、抗寒冷、抗疲勞、抗微波輻射等作用，還具有增強註意力、提高工作效率、延緩機體衰老、防治老年病等功效。
金教授以酪醇和葡萄糖為底物，以分離菌株發酵得到的粗酶液為轉化酶，最終合成了紅景天苷。
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