稀有人参皂苷生物转化技术研究进展

裴智文，黄尚信，肖凤艳，高峰*

（1.吉林农业科技学院，吉林 吉林 132109；2.广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530000）

人参皂苷结构组成及药理活性的研究表明，稀有人参皂苷相比于原型人参皂苷具有药理作用活性更高，吸收利用能力更强的优势，如稀有人参皂苷Rg3、C-K、Rh4等，但含量极低，且几乎没有天然产物的存在，野生山参和红参也只存在极少量，所以如何转化高活性作用强效的稀有人参皂苷成为当下热门研究对象。

1  酶法生物转化技术

1.1 糖苷酶转化

李有海等[1]通过β-糖苷酶和人参茎叶总皂苷发生水解反应后得到的水解产物经过分离纯化后，通过波谱鉴定出一个未有相关报道的新的人参皂苷元（20（S）-达玛烷-3β，6α，12β，20，25-五醇）。崔莹莹[2]首先应用多种糖苷酶分别进行多组合发生催化反应，分离纯化得到稀有人参单体皂苷Rc、Rb2和Rb3，转化率分别为49.50%、40.00%、47.10%，又以CobgllA和Bglpc28作为单独或组合的催化剂，对Rc、Rb2以及Rb3进行转化，实验数据显示此方法可作为制备六种高纯度的稀有人参皂苷（C-Mc、C-O、C-Mx、C-Mx1、C-Mc1以及C-Y）的方法。

彭婕等[3]采用人参皂苷Ⅰ型酶（来自A.nigerg.848菌），在水解PPD型皂苷中得到4条转化机理：①Rb1→Rd→F2、C-K②Rb1、Rd→F2→C-K③Rb2、Rc→C-O、C-Mc1④C-O、C-Mc1→C-Y、C-Mc→C-K，该实验还为低成本制备稀有皂苷C-K、F2、C-Mc和Rh2提供科学理论基础。刘春莹[4]利用人参皂苷Ⅰ型酶（从A.nigerg.848菌和g.48菌获得），并以这两种不同来源的人参皂苷Ⅰ型酶对西洋参PPD型皂苷进行水解反应，水解产物分离纯化后得到F2、C-Mc、C-Y和C-K，并表明从A.nigerg.848菌获得的人参皂苷Ⅰ型酶催化活性更强，理论转化率分别为69.50%、43.70%、42.40%和69.50%；李冠亨等[5]利用人参皂苷Ⅲ型酶（从基因克隆的E.coliC41菌获得）对人参皂苷Rc定向转化制备C-Mc，产物纯度90%，得率为58.33%。王东明[6]以人参皂苷Ⅳ型酶（由Aspergillussp.39g中获得）催化水解Re和Rg1，得到产物F1的纯度为98.2%，转化率2.94%，和Rg1的纯度为96.1%，转化率14.3%，为制备高纯度高活性的F1和Rg1提供科学基础，人参皂苷Ⅳ型酶作为一种新型糖苷酶，对苷元的选择性强，能催化水解多种PPT型皂苷，但对PPD型皂苷无催化能力。

1.2 蜗牛酶转化

于兆慧等[7]在制备稀有皂苷C-K时是利用蜗牛酶对人参皂苷Rb1定向转化得到，得率为86.91%。于兆慧等[8]还通过交联-包埋法使蜗牛酶进行微球固定化并对人参皂苷Rb1定向转化C-K，平均得率为36.79%，固定化后蜗牛酶对环境条件的耐性提高，结构更稳定，但得率下降的原因有待考究，此研究也为完善蜗牛酶的应用提供了科学实验及理论基础，其工艺条件简单，可应用于工业化生产。

1.3 其他酶法转化

刘莉等[9]采用湿热酶法水解PPD型人参皂苷，在预实验ph5.0、30℃、培养基浓度为5.5mg/ml条件下转化制备人参稀有皂苷Rg3和C-K。刘彦楠[10]首次采用酶＋酸的组合方式进行制备稀有人参皂苷，首先利用纤维素酶水解人参总皂苷制备Rg3，其转化率为37.50%，再通过柠檬酸水解Rg3制备稀有人参皂苷Rg5，并通过分离纯化，稀有人参皂苷的转化率为27.02%，纯度为98.9%，所以其机理为：总皂苷→Rg3→Rg5。

2  微生物转化

2.1 土壤微生物转化

成乐琴等[11]利用人参土壤微生物GS514菌的粗酶转化人参皂苷Re和Rg1，证明了NaCl可以激活酶的活性，且推测该酶具有金属依赖性，其转化机理为：①Re→Rg1→F1，②Re→20（S）-Rg2，③Rg1→20（S）Rh1，④Rg1→Rh1→20（S）-PPT，⑤Rg1→F1→20（S）-PPT。高娟等[12]利用黑曲霉J7（东北农耕土壤获得）对人参皂苷Rb1定向转化制备C-K，转化率为74.70%，且纯度高，可应用于工业化制备稀有人参皂苷C-K。武伦鹏等[13]从人参根部土壤筛选分离并鉴定从真菌GH26可高效转化人参皂苷Rb1制备C-K，其转化率为76.60%。

2.2 菌种发酵转化

李粟琳等[14]通过对五株食用菌种进行发酵，转化制备稀有皂苷人Rd、Rg3、C-K，还得到乳酸菌对Re和Rg1的水解转化途径：①Re→F1，②Re→Rg1→Rh1，③Re→Rg2→Rh1。苏玲等[15]利用人参-灵芝液体发酵法得到水解产物PPD型皂苷（Rg5、Rd、Rg3和20（S）-Rg3），以及PPT型皂苷（Rg6、F4和Rf），并得知灵芝对PPD型人参皂苷的转化活性更强，初步证实发酵液和菌丝体的强抗氧化活性，为研究和开发新型抗氧化剂通过理论依据。

藏玉苹[16]对7种食品级微生物进行筛选，以Rd和Rg3的转化率为指标，最终筛选出黑曲霉和米曲霉，通过对这两种酶进行单一和混合两方面做实验考察得知，混合菌株比单一菌株的转化活性更高，该实验成功建立了新型的磁性固定化最佳工艺以及食品级微生物转化人参皂苷的最佳发酵工艺，可作为新工艺进行推广利用

2.3 内生菌转化

孙晓雨[17]成功发现两株内生真菌CGMCCNO.4315和4316（人参根内获得），通过实验证明其可特异性转化人参皂苷Rb1制备Rd，并得知NO.4316的转化活性最强。李俊莹等[18]应用新成功筛选得到的人参内生真菌GE17-7（从17年生野山参获得），其对PPD型皂苷12位碳上具有专一选择性，得到水解产物稀有人参皂苷Rg3，并分析其转化机理为Rb1→Rd→Rg3。

崔磊等[19]从32种党参内生菌分离筛选得到D19菌株，成功制备了稀有皂苷F2、C-K和Rh1，转化率分别为30%、17%和8%，分析得到转化机理为Rb1→Rd→F2→C-K。许文迪等[20]利用冬虫夏草菌的专一选择性转化人参单体皂苷Rb1制备F2，得率为70.16%，转化机理为Rb1→Rd→F2。郭从亮等[21]首次对15株入侵性内生真菌（从紫茎泽兰获得）进行分离筛选得到coniochaetesp，其对人参皂苷Rb1具有特异性，可得到转化产物Rd和C-K，转化率分别为88.38%和11.62%，并分析推测其转化机理为Rb1→Rd→C-K。

3  肠道菌群转化

人们通过的人肠道菌群和老鼠肠道菌群，进行体内或离体相关实验，并取得相当不错的成就。李雪晴等[22]利用人肠道菌群对三七PPD型和PPT型两种皂苷进行代谢反应，得到五条转化机理：①Rb1→Rd→Rg3→Rh2→PPD，②Rb1→七叶胆苷XVII→F2→C-K→PPD，③R1→R2→Rh1→PPT，④Re→Rg1→F1→PPT，⑤Rg1→Rh1→PPT。韩铭鑫[23]利用人肠道菌群对五种PPD型皂苷在37℃，体外厌氧条件下进行代谢转化，推测稀有皂苷Rb1和C-K是肠道菌群的最终产物。张琰等[24]人肠道菌群对六种PPT型皂苷进行体外代谢实验，并推测出其转化途径为Re→Rg1/Rg2→Rh1/F1→PPT；Rg1→Rh1→F1→PPT；Rg2→Rh1→PPT；Rf→Rh1→PPT；R1→Rg1/R2→Rh1→PPT，为利用肠道菌群转化得到多种PPT型稀有皂苷奠定了基础。唐岚等[25]分别用从雌、雄大鼠粪便得到的离体肠道菌群对三七皂苷进行反应，实验发现两种肠道菌群只对Rb1有代谢反应，且发现雄鼠的转化能力更强，证实了肠道菌群的组成或数量有个体性别差异性。

生物转化是稀有人参皂苷最有效且高效的技术，其具有转化率高，副产物少利于分离纯化，绿色环保，且反应过程容易控制等优点受到人们的认可，但由于目前对其研究还是在初级阶段，可适用于工业生产的工艺较少。而且酶法转化成本相对较高，工艺复杂，较不利于大规模的工业化生产制备，以及微生物转化在初期的菌种筛选培育耗时耗力，高效菌株筛选培育成功率不高，这也是其工业化发展进程的阻碍因素之一。作为“药食同源”类型中的人参，其产品安全性受到人们的关注，以上的转化技术都缺乏安全性评价。近年来，人们开始对食品级酶和对食品级微生物进行菌种发酵转化，以及通过体内肠道菌群转化进行相关研究，以此获得具有安全性的稀有人参皂苷及其他人参产品。