人参中稀有人参皂苷转化工艺研究进展

沈慧玲，杨树江，王 可

（贵州省检测技术研究应用中心，贵州贵阳 550014）

人参（Panax ginsengC.A.Meyer.）是五加科（Araliaceae）人参属植物，经人工晒干之后的根和根茎可入药[1]。人参由粗大的纺锤形主根和茂密细小的须根组成，其根状茎通常较短，直立或斜上生长。我国是人参主产地之一，吉林、辽宁和黑龙江等地为其主要产区。因此，近年来受到国内外学者们越来越多的重视，并成为国际医药市场中最重要的大宗中药材品种之一。人参皂苷多样化的结构特点和多重功效作用被广泛关注，是目前研究最为广泛、深入，开发最为成功的人参有效成分。

人参皂苷是人参的药效物质基础，单体形态多以白色粉末或无色结晶形式存在。人参皂苷因其母核结构的差异分为四环三萜类的达玛烷型、五环三萜的齐墩果烷型、奥克梯隆型皂苷，其中达玛烷型皂苷占人参皂苷构型的大部分。按四环母核上C-3、C-6、C-12、C-20四个羟基中无或有C-6位羟基取代，可分为原人参二醇型和原人参三醇型。原人参二醇型皂苷在C-6 位没有羟基取代，原人参三醇型皂苷在C-6 位有羟基取代。根据原人参二醇型皂苷和原人参三醇型皂苷在C-20 手性碳取代位置的差异，可进一步分为20（S）和20（R）构型的人参皂苷[1]。目前，人参中鉴定出的皂苷有100 余种，这100 余种人参皂苷经研究能够显著改善细胞氧化和刺激功能低下的生理系统，还能起到抑制肿瘤的作用以及促进肿瘤细胞向良性细胞方向分化。稀有人参皂苷是人参皂苷的次级衍生物，它在天然植物中的含量非常少，但它的活性相较于人参皂苷更强，具体包括了抗肿瘤、抑制癌细胞转移、保护神经中枢、增强免疫力、改善记忆以及抗应激等功能[2-7]。研究表明，人参经口服后在体内检测到的仅为代谢后的稀有皂苷及其皂苷元。这些稀有人参皂苷更易被人体吸收。如能开发成保健食品，将带来巨大的社会经济效益。

1 稀有人参皂苷的转化工艺

1.1 热处理法

热处理法常用于炮制红参、黑参等人参炮制品。人参皂苷水溶液经水浴加热处理后形成相应C-20 位去糖基次级皂苷，且C-20 位去糖基皂苷回收率增加，同时热处理增加了稀有人参皂苷的含量。

热处理过程可引起氧化、水解、酯化、甲基化、乙酰化、羟基化和羰基化等反应发生。利用化合物之间的相互转变，改变各种化合物的比例，使药物的活性提高或产生新的活性物质。鲜参中常见的成分有人参皂苷Rb1、Rb2、Rd、Rg1、Re 和Rf 等。人参皂苷Rs3、Rs4和Rg5常见于处理后的人参中[8-9]。ZHANG 等[10]将人参、西洋参和三七根部和茎叶经热处理后用酸溶液转化人参皂苷。经检测，3 种原植物中的小极性皂苷的含量在转化后大于中极性皂苷的含量。

1.2 化学处理法

化学转化法是指利用化学试剂使人参皂苷的侧链在酸性或碱性条件下发生脱水、环和、双键移位的反应，该反应能得到丰富的反应产物。酸水解法、碱降解法是常用的化学转化法。

1.2.1 酸水解法

酸水解法会使糖苷配基的结构变化，形成原人参二醇型皂苷和原人参三醇型皂苷及C-20 差向异构[20（S）和20（R）构型的人参皂苷][11]。相较于热处理法，酸水解的产物更加丰富且产量较高。传统的酸水解法大多采用高浓度无机酸，会使人参皂苷的苷元侧链发生脱水、环和、双键移位，从而导致产物复杂多变。其缺点是反应剧烈且对环境污染严重，目前研究的热点在于选用更加绿色环保且高效低廉的水解酸溶液。例如，天然产物中的有机酸有无需分离就可以直接用于功能性食品领域的优势。成乐琴等[12]选用与10 mg·mL-1原人参二醇组皂苷等体积的乳酸水溶液进行酸水解反应，水浴加热后的水解产物用饱和Na2CO3水溶液中和后用等体积的水饱和正丁醇反复萃取，浓缩萃取液后得到人参皂苷Rg3。根据正交试验设计得到制备Rg3的适宜条件。人参皂苷Rg3可以分离得到两种构型的人参皂苷，即20（R）-Rg3和20（S）-Rg3。其还进一步研究了实验条件的变化对人参皂苷Rg3向两种不同构型人参皂苷的转化过程的影响。

1.2.2 碱降解法

碱降解法反应较为温和，通过使C-3 位的糖苷键发生断裂，得到仅含一个糖基的次级人参皂苷或皂苷元。所得产物易于分离纯化，且产物没有构象的变化等优点。

李绪文等[13]采用高沸点有机溶剂将西洋参茎叶总皂苷在强碱条件下溶解，在常压高温条件下进行降解，经正交试验确定，20（S）-原人参二醇的最佳降解条件是m（NaOH）/m（西洋参茎叶总皂苷）=2.0，V（甘油）/m（西洋参茎叶总皂苷）为15.0；在235 ℃下反应200 min 经硅胶柱色谱、乙酸乙酯结晶和ODS 柱色谱分离，最终得到20（S）-原人参二醇，产率为5.01%。

1.3 微生物及酶转化法

微生物及酶转化法是利用微生物产生的某种酶或酶系来催化底物或外源化合物，使目标初级产物产生更高的经济价值。微生物及酶转化法具有培养难度低、种类多、靶向性强以及转化效率高的优点。

SONG 等[14]从人参田中的土壤中分离出近150种微生物，并鉴定出一株生长迅速、繁殖力高和酶产率高的青霉属菌株。此菌株具有很强的人参皂苷转化能力。在pH 值为7.0 的条件下与人参皂苷Rd 温育后，使人参皂苷Rd 转化为人参皂苷CK。DUAN 等[15]将蜗牛酶（内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶）与10%人参皂苷Rb1溶解于乙酸-乙酸钠缓冲液中反应。蜗牛酶选择性切断人参皂苷Rb1的β-D-吡喃葡萄糖苷键，得到人参皂苷CK。经单变量实验设计和响应面方法确定了蜗牛酶将人参皂苷Rb1转化为人参皂苷CK 的最佳水解条件，即pH 值为5.12，温度为51 ℃，蜗牛酶∶底物为0.21，反应时间为48 h。此外，添加1.0 mmol·L-1铁离子可显著改善蜗牛酶的酶解能力。在上述条件下，人参皂苷CK 的最大转化率达到89.7%。

目前对于20（S）型人参皂苷的研究较多，而对20（R）型人参皂苷的研究较少。实际上，具有不同化学构型的人参皂苷通常表现出不同的生物活性。例如，人参皂苷20（R）-Rg3比人参皂苷20（S）-Rg3具有更有效的佐剂活性[16]。

1.4 Smith 降解法

Smith 降解法可以将碘酸钠氧化苷的糖部分（具有邻二羟基结构）氧化为二元醛，并用四氢硼钠还原生成相应的二元醇。该二元醇可以通过简单的缩醛结构来降低糖苷键的稳定性，从而在室温下可以被稀酸水解，避免了剧烈的酸水解反应，最终获得原糖苷配基[17]。

ZHANG 等[18]利用Smith 降解法制备原人参二醇。其精密称取50 g 人参提取物，溶于4 L 水中，加入217 g NaIO4后搅拌反应280 min，过滤混合液后，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室温孵育17 h，用水稀释，用2 倍体积硫酸溶液调节pH 放置过夜后经乙酸乙酯萃取后经硅胶柱色谱分离得到20（S）-原人参二醇。

2 结语

随着人们对健康生活的追求越来越高，人参皂苷已经不能满足人们的需求，稀有人参皂苷具有更为丰富的生物活性，将人参皂苷转化为稀有人参皂苷对于保健食品深开发有重要意义。人参皂苷的转化在原材料的选择方面也具有多样化，作为副产物的人参茎叶、花蕾、果实部分都可以用于转换稀有人参皂苷。化学转化法的优点是反应产物多样，可以根据需求得到不同的C-20 位构型人参皂苷，但该法反应剧烈，并存在酸碱残留、副产物较多、后期分离实验难度大及对环境具有污染的缺点。目前，微生物及酶转化法将人参皂苷转化为稀有人参皂苷是研究的热门，该法反应温和，专一性强，高效且对环境污染小。