葛根药理作用、微生物转化及发酵食品应用

◎ 程 浩，陈 冲，黄 静，马晓娟,2，刘 巍，游佳欣，倪彩新，熊艳霞,2，谢有发,2

（1.江中药业股份有限公司，江西 南昌 330004；2.中药矫味（掩味）和感官评价关键技术重点实验室，江西 南昌 330004）

葛根为豆科植物野葛[Pueraria lobata（Willd.）Ohwi]的干燥根，是一种常用的传统中药，具有解肌退热、透疹、生津止渴和升阳止泻的功效。葛根中含有黄酮类、香豆素类、三萜类、三萜皂苷类等成分[1]。其中异黄酮类为主要药理活性成分，如葛根素、大豆苷和大豆苷元等，具有改善心脑血管功能、预防和改善骨质疏松、解酒护肝、调节神经系统及调节免疫等功能[2-6]。

中草药的有效药用成分十分复杂，主要包括生物碱、皂苷类、挥发油、黄酮类、多糖类、有机酸、矿物元素以及维生素等，这些活性成分能增强机体免疫、抗应激和抗菌。通过微生物发酵可以释放更多的活性物质或代谢得到更高活性的物质[7]。本文对葛根药理作用及部分活性成分的微生物转化和葛根发酵食品进行综述，为葛根发酵食品开发提供思路。

1 葛根药理作用

1.1 改善心脑血管功能

葛根异黄酮类成分在改善心脑血管疾病方面具有良好作用，包括防治动脉粥样硬化、保护心肌、降血脂等。JI等[8]使用动脉粥样硬化兔模型发现葛根素能够通过抑制炎症反应减少NF-κB通路的活性来改善动脉粥样硬化。ZHENG等[9]的研究表明，大豆苷元能够通过抑制线粒体凋亡途径来减轻压力过大引起的心脏重构。BUHLMANN等[10]发现大豆苷元和染料木素可剂量依赖性地诱导棕色脂肪细胞活性，而葛根水提液中的多种异黄酮糖苷在代谢后可能释放大豆苷元，从而达到激活棕色脂肪的效果。大豆苷元通过调节成脂基因的表达来降低3T3-L1前脂肪细胞的增殖和肥胖[11]。同时，葛根水提液还能够改善部分疾病的并发症。例如，ZHOU等[12]发现葛根水提液能够改善自发性高血压大鼠逼尿肌的过度活动。

1.2 预防和改善骨质疏松

葛根在预防和改善骨质疏松方面也有较好的功效。GUO等[13]研究发现葛根素能够通过HDAC1/HDAC3信号抑制炎症反应和细胞凋亡，从而缓解链脲佐菌素（STZ）诱导大鼠的骨质疏松症。同时，有研究表明葛根素抗骨质疏松活性可能与其对破骨细胞形成和成骨细胞中NF-κB配体的受体激活体骨保护素的表达有关[3]。

1.3 解酒护肝

有大量研究表明葛根具有解酒护肝作用。当大量摄入酒精时，会导致肝脏乙醇脱氢酶、谷胱甘肽巯基转移酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化物酶的含量显著降低，从而对肝脏产生直接损伤[14]。张国哲等[15]研究发现葛根、葛花的解酒功效主要来自总黄酮，且葛根能够降低血清总胆固醇和高、低密度脂蛋白胆固醇水平。LIU等[16]使用微波提取得到葛根黄酮类化合物和葛根素对斑马鱼肝损伤模型进行处理，发现两者均可通过调控与酒精和脂肪代谢密切相关的AMPKα-ACC信号通路来缓解酒精诱导的肝脏脂肪变性。

1.4 改善神经系统

葛根对神经系统的保护作用也有报道。葛根醇提物和葛根素能够促进神经元细胞结构和突触功能，因此有作为治疗脑部疾病的预防性治疗方案的潜在价值[17]。葛根素通过调节p38丝裂原激活蛋白激酶和 c-Jun N-末端激酶信号通路，减少高糖培养大鼠海马神经元的凋亡[5]。大豆苷元的主要代谢产物三羟基异黄酮能通过胆碱能系统和p-CREB BDNF信号通路改善小鼠的学习和记忆能力[18-19]。

1.5 抗糖尿病

葛根具有缓解糖尿病和预防相关并发症的作用。葛根素能够促进胰岛素诱导的前脂肪细胞分化，上调PPARγ mRNA的表达，从而调节前脂肪细胞分化、胰岛素敏感性和炎症相关基因的表达[20]。葛根提取物具有抗糖基化作用，能够预防糖基化相关的糖尿病视网膜病变[21]。

1.6 其他

葛根中的葛根素和大豆苷等异黄酮类化合物已被证实具有极强的抗人体氧化反应的活性[22]。葛根素可有效降低血液黏度，抑制血小板凝集；同时其作为一种对醛糖酶类有抑制作用的物质，可抑制蛋白非酶糖基化，具有消除炎症的效果[23]。其中三萜类化合物具有护肝、抗炎抗癌等功效[24]。

2 葛根功效成分的微生物转化

葛根具有多种药理活性成分，而微生物转化具有促进吸收、增强功效、降低副作用等作用，葛根部分化学成分的微生物转化也已有部分报道，其中主要包括葛根素、大豆苷元。

2.1 大豆苷元的微生物转化

雌马酚是大豆苷元在人体内代谢的最终产物，其典型的生物活性为雌激素样作用和抗氧化作用。雌马酚与雌激素受体蛋白的亲和力高于大豆苷元[25]，抗氧化性也强于雌马酚的前体大豆苷元[26]。早期研究通过将大豆苷加入人体粪便样本后厌氧培养，可检测到S-雌 马酚，说明肠道菌群能将大豆苷转化为S-雌马酚[27]。有大量报道表明肠道中部分微生物能将大豆苷转化为双氢大豆苷，如大肠杆菌HGH21、革兰阳性梭状菌株HGH6[28]、粪芽孢菌TM-40[29]、乳酸杆菌Niu-O16[30]，再通过其他微生物将双氢大豆苷转化为S-雌马酚，如Eggerthella hongkongenis Julong732[31]。同时，也有研究表明，部分微生物能够将大豆苷元直接转化为S-雌马酚，如Lactococcus garvieae20-92[32]、Slackia equolifacienssp. DZE[33]、Eggerthella hongkongensisYY7918[34]等，其中Lactococcus garvieae20-92是首次报道的能够将大豆苷元转化为S-雌马酚的乳酸菌，能够用于食品开发。

8-羟基大豆苷元相比大豆苷元具有更多新的活性，如抗氧化能力、酪氨酸抑制酶活性提高等。大豆苷元的微生物转化是8-羟基大豆苷元外源性来源的主要途径。有效微生物包括Aspergillus属的部分菌种、Streptomycessp. OH-1049、Nocardia farcinicaIFM10152 和Pseudomonassp.。这些菌株主要作为食品发酵菌株，也有部分用于转基因研究[35]。

2.2 葛根素的微生物转化

葛根素具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、降胆固醇、保肝、神经保护、缓解细胞凋亡、促进细胞增殖分化及预防或减轻细胞损伤等作用[36]。大量研究表明，使用冠突散囊菌对葛根或葛根渣进行双向固态发酵，葛根素含量能够显著增加[37-38]。而使用红曲霉发酵葛根也能够明显提高产物中异黄酮的含量，抗氧化活性也随之增加[39]。冠突散囊菌和红曲霉菌均为可食用菌种，可用于葛根相关食品的开发。

3’-羟基葛根素能促进胰岛素抵抗脂肪细胞葡萄糖利用、抑制游离脂肪酸产生，从而改善胰岛素抵抗[40]。杨莉萍等[41]筛选出一株能够将葛根素转化为3’-羟基葛根素的粘帚霉菌NT-01，可用于提高葛根素的生物利用度。蒋洁蓉等[42]筛选出一株氧化微杆菌Microbacterium oxydansCGMCC 1788能够将葛根素转化为葛根素-7-O-葡萄糖苷，显著提高葛根素的水溶解度，相比葛根素具有更长的半衰期及平均滞留时间，舒张血管作用略优于天然葛根素。

3 葛根发酵食品应用

3.1 葛根醋

葛根除含有异黄酮类化合物等活性成分外，还含有大量淀粉等成分，能够经过糊化、酶解糖化，酵母菌和醋酸菌发酵后制备得到葛根醋。李历等[43]通过液态法酿造的葛根醋酸味柔和，具有醋香味和葛根的清香。邵金华等[44]通过优化液化及糖化工艺，得到葛根糖化率55.1%、总黄酮含量达到2.31 g·L-1的葛根醋制备工艺。赵红年等[45]将葛根与山西老陈醋工艺结合，制备出葛根素含量达到75.5 mg·dL-1的山西老陈醋，显著提高其保健功效。

3.2 葛根酒

葛根酒的研发多以葛根与糯米等其他原料混合后制备葛根黄酒。史路路等[46]使用生料法酿造工艺制得了香味清幽、口感醇和、色泽深黄、富有光泽的葛根黄酒。李蓉等[47]则使用传统的蒸煮工艺对糯米进行处理，通过优化得到酒精度、黄酮含量和感官评价均较优的葛根黄酒发酵工艺。也有研究人员使用单一葛根原料制备葛根酒。张丽杰等[48]利用响应面法对α-淀粉酶、糖化酶、酵母添加量3个因素进行了优化，得到了酒精体积分数为6.37%、总黄酮溶出量为28.66 mg·mL-1的葛根酒。孙术国等[49]采用微波进行葛根糊化处理，研究α-淀粉酶、糖化酶、酵母添加量以及发酵时间对酒精度、葛根素含量和感官品质的影响，以响应面法确定制备工艺，获得酒精体积分数为7.47%、葛根素含量为30.45 mg/100 g的葛根酒。

3.3 葛根酸奶

酸奶是日常生活中的健康饮品，将葛根和酸奶结合既能提高酸奶的功效性，又可增加葛根的使用场景。赖盈盈[50]以葛根粉、全脂奶粉以及白砂糖为原材料，以保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌1∶1发酵剂接种发酵，制得感官评分较高的符合国家标准的酸奶，同时其DPPH自由基和羟自由基清除能力也强于原味酸奶。而李明等[51]则以豆奶、葛根汁、白砂糖为主要原料，豆奶以豆浆∶纯牛奶=8∶2配制，最终确定白砂糖7.86%、葛根汁18.0%、菌种0.35%发酵葛根酸豆奶的感官评分达到最高。

3.4 葛根发酵饮料

发酵葛根饮料多用于解酒护肝相关功能产品的开发。主要检测指标包括黄酮、多酚、抗氧化活性、蛋白酶活性、脂肪酶活性和感官评分等。朱德艳等[52]使用酵母菌对葛根酶解液进行发酵，在发酵液初始pH 4.5、接种量2.5%、28 ℃下发酵72 h，所得葛根酵素的黄酮含量可达81.667 µg·mL-1。王振斌等[53]使用乳酸菌和酵母共同发酵葛根汁，结果表明，发酵葛根汁总黄酮含量、γ-氨基丁酸质量浓度、必需氨基酸总量相较于葛根汁有显著增加。同时，发酵葛根饮料中的辛酸、苯乙醇、乙醇、酯类等风味成分种类及含量有所增加。

4 结语

葛根为我国重要的中药资源之一，其疗效确切，具有悠久的药食两用历史。主要成分包括黄酮类、香豆素类、三萜类等。尽管我国是葛根的主产地之一，但国内葛根深加工的高值化利用方式较少，本文综述了葛根在预防患心脑血管疾病、骨质疏松及解酒护肝、改善神经系统、抗糖尿病等方面的作用，同时整理了葛根主要功效成分葛根素和大豆苷元的微生物转化相关研究以及葛根发酵食品的开发情况。从目前的研究进展看，仅有少数可使用菌种能应用于葛根活性成分的转化中，且多数发酵食品中的应用主要对总黄酮含量、葛根素含量和感官评分等指标进行评价，未来可针对性筛选能够转化葛根素和大豆苷元等葛根活性成分的可食用菌种，开发含有更高生物利用度活性成分的葛根产品，为葛根的高值化利用提供研究思路。