“ 百草之王 ”——发酵人参

文摘   2024-11-26 09:35   上海  

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人参是一种多年生草本植物,被人们誉为 “ 百草之王 ” 。目前,人参皂苷[1]、 人参多糖[2]、挥发油(萜类、醇类、脂肪酸类等)[3] 和氨基酸 [4-5]等被发现是人参含有的主要化学成分。


其中较主要的成分是人参皂苷,因为它是人参中重要的一种生物活性有效成分[1,6-7],分类上属于固醇类化合物,结构上是连接有糖链的三萜类皂苷。迄今,已经有超过 150 种的人参皂苷被发现,大约70多种的人参皂苷被分离出来[8-9]。

图源:百家号/瑞得生人参皂苷


人参皂苷主要类型有原型人参皂苷稀有人参皂苷,由于具有较高的生理药理活性和较高的药用价值,稀有人参皂苷的应用前景十分广阔[10-11],得到了广泛的研究和开发。通过研究发现,人参皂苷所含有的糖分子数量会影响它的的生理药理活性, 具体的关系是:人参皂苷含有糖分子数量越多,它的生理和药理作用越少[12]。


为了解决这一问题,很多科学家进行了大量试验研究,由于稀有皂苷与原型皂苷之间区别主要是糖分子的数量,所以可通过去糖基化作用将大量的原型人参皂苷转化为稀有人参皂苷,很多微生物在发酵过程中就能实现这一转化过程[13-14],从而提高人参的药理学活性[15]。


在我国,人参已经被批准作为一种新资源食品,所以,以人参为原料的各种功能性食品成为了研究的热点,人参发酵工艺的研究就是其中很重要的一部分。



人参炮制的方式


图源:安琪


要想真的将人参广泛应用于食品和药品中,不仅要解决人参 “ 燥性 ” 这一问题,还需要解决人参皂苷肠道吸收利用度低的问题。


原型人参皂苷在肝脏内基本不代谢,主要在肠道中降解,然而原型人参皂苷口服后很难被肠道直接吸收,仅有3-5种人参皂苷能够以原形的形式进入血液,生物利用度仅为1%。因此原型人参皂苷必须经过代谢转化成稀有皂苷,才能进入血液发挥生物活性。而目前发现的解决人参“燥性”及“生物利用度低”这两个问题的较好方法就是以微生物发酵转化技术对人参进行加工炮制,从而较好的发挥其医用价值,真正做到为民所用。


图源:安琪


发酵是指利用微生物或生化手段来改变各种物质,然后通过使用由此产生的能量和代谢中间体来获得各种有用的物质。发酵是在如今的食品工业中得到了广泛应用的一种生物化学反应,近年来,各种发酵食品层出不穷并且受到消费者的青睐。


微生物在代谢过程中的某些酶或酶系把人参中含量较多的人参皂苷转化成含有特殊功能基团的稀有人参皂苷的生物化学反应,就叫做人参发酵,也就是微生物转化[16]。人参发酵其实就是其内部的人参皂苷通过各种复杂的作用和途径转化或者生成某些稀有人参皂苷的过程。


安琪采用两种微生物对人参皂苷进行生物转化研究,通过酵母菌乳酸菌微生物的协同作用,依靠菌种自身丰富酶系破坏人参根部组织细胞壁致密结构,使人参有效成分溶出度增加,而在有效成分暴露后,糖苷酶进一步水解皂苷配基上的糖链,人参中的酸性皂苷脱去糖后转化为中性皂苷,而中性皂苷继续脱去糖分子转化稀有皂苷。


图源:安琪


安琪发酵炮制的创新工艺——双菌发酵工艺,食品级乳酸菌和酵母菌发酵,安全可靠。



不同人参产品的对比


01

理化成分

1、总皂苷含量较高,初级代谢产物消耗,皂苷释放。红参含量相对较低。

2、粗多糖含量较低,发酵代谢酶影响较大,代谢利用。红参含量居中,符合其加工特性。

3、蛋白质较高,发酵过程引入菌体的蛋白成分。


图源:安琪

02

皂苷指纹图谱分析

1、红参和发酵人参的皂苷种类明显区别于人参粉。

2、主要区别为人参粉中皂苷种类集中于常见皂苷,而红参和发酵人参包含更多的稀有人参皂苷。

3、对应稀有皂苷的出峰个数和对应峰面积大小,发酵人参均优于红参。


图源:安琪

03

多糖分子量分布

1、人参中可溶性多糖分子量主要集中在大分子量。

2、红参中可溶性多糖分子量相对较小,存在高温破坏的原因。

3、发酵人参的可溶性多糖分子量分布介于二者之间。


图源:安琪

04

多肽分子量分布

1、人参中大分子蛋白类成分较多。

2、红参与发酵人参中大分子蛋白较少,包含更多的肽类和氨基酸,二者水平相当。


图源:安琪

05

氨基酸分析

游离氨基酸:

1、整体游离氨基酸中发酵人参与人参粉含量较高,红参含量较低。

2、磷酸丝氨酸、精氨酸、谷氨酸为主要游离氨基酸。

3、发酵人参中γ-氨基丁酸含量增加明显


水解氨基酸:

1、整体水解氨基酸中发酵人参与人参粉含量较高,红参含量较低。

2、精氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸为为主要氨基酸。

3、发酵人参中精氨酸含量具有优势。


图源:安琪

06

有机酸含量差异

1、发酵后人参中有机酸种类增加;

2、发酵促进苹果酸向乳酸转化;

3、丙酸增加,短链脂肪酸范畴,具有肠道微生物调节的意义。


图源:安琪



发酵人参研究进展



01


安全性评价

1、农药残留:

参照中华人民共和国药典中农药残留检测方法得出:通过发酵的方法处理之后人参中农药残留全部无检出。


2、塑化剂残留:

参照《卫生部关于通报食品及食品添加剂邻苯二甲酸酯类物质最大残留量的函(卫办监督函〔2011〕551号)》。


图源:安琪


3、毒理学检测:

发酵人参经口毒性试验、哺乳动物红细胞微核试验、细菌突变试验、小鼠精原细胞或精母细胞染色体畸变试验、28天经口毒性试验,故发酵人参安全可靠。


图源:安琪


02


作用研究

1、发酵人参的体外抗氧化活性评价

发酵人参在DPPH自由基清除和羟基自由基清除方面表现出较强抗氧化能力


图源:安琪


2、发酵人参小鼠抗疲劳测试

试验考察发酵前后人参粉对小鼠乳酸、尿素氮含量、肝糖原含量、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶、丙二醛、乳酸脱氢酶、肌酸激酶、葡萄糖、甘油三酯、炎症指标CRP、IL-6、TNF-α含量、肌肉组织ATP酶活力的影响。


人参可以很好得缓解小鼠的疲劳程度及相关指标,发酵后人参在各指标优于未发酵人参


图源:安琪


3、发酵人参运动后恢复测试

通过服用发酵人参产品,对运动后下肢疼痛恢复、跳远距离变化、划消实验得分、动力减退改善、体力疲乏程度、精神疲乏程度进行分析。得出发酵人参可以很好的缓解下肢酸痛问题,增强跳远距离,提高运动能力,对于体力疲乏和精神疲乏程度均具有良好的效果。


4、发酵人参抗衰老研究

以秀丽隐杆线虫为实验模型,考察发酵人参对于线虫在正常情况、氧化应激、热应激下寿命的影响。考察线虫体内丙二醛、SOD、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶的变化,同时考察与衰老相关基因的调控。


图源:安琪


得出发酵人参提高了秀丽隐杆线虫的寿命、抗热应激和抗急性氧化应激活性。抗氧化酶如T-SOD、GSH-PX、CAT上调,MDA、ROS和凋亡水平下调。同时发酵人参通过降低秀丽隐杆线虫中DAF-2 mRNA的表达和增加SKN-1和SOD-3 mRNA的表达来发挥抗氧化和抗衰老作用。



发酵人参市场产品


图源:淘宝



供应商推荐


图源:安琪


安琪公司始创于1986年,主导产品酵母深加工产品经过30多年的开发,已被广泛应用于烘焙与发酵面食、食品调味、酿造、人类营养健康、动物、植物、微生物营养等领域。


公司整合技术研发组织,增强在基础研发、前沿技术跟踪、生物新技术开发等方面的能力。开发和储备菌种高效选育、固态发酵应用、特种酶与生物催化合成、衍生品分离纯化、发酵智能控制、健康配料复配、发酵源保健食品开发等技术,不断开发受市场欢迎的新产品。


图源:安琪

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[参考文献]

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[3] 赵岩, 王红, 蔡恩博, 等. 人参挥发油化学成分及其主要活性成分聚乙炔醇类药理作用研究进展[J]. 中国药房, 2017, 28(13):1856-1859

[4] 李刚凤, 杨天友, 高健强, 等. 土人参不同部位营养成分分析与评价[J]. 食品工业, 2016 (7): 295-298

[5] 朱海林. 基于 NMR 和 UPLC-QTOF-MS/MS 技术的林下山参化学成分研究[D].长春:吉林大学,2017

[6]Baque M A, Moh S H, Lee E J, 等. Production of biomass and usefulcompounds from adventitious roots of high-value added medicinalplants using bioreactor [J]. Biotechnology Advances, 2012, 30 (6):1255-1267

[7] 于雪妮,冯小刚, 张建民,等. 人参化学成分与药理作用研究新进展[J]. 人参研究, 2019(01): 47-51

[8]Cheng L Q, Ju R N, Bang M H, et al. Conversion of major ginsenoside Rb1 to 20(S)-ginsenoside Rg3 by Microbacterium sp. GS514[J].Phytochemistry, 2008, 69(1): 218-224

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[11]吴苑琪. 稀有人参皂苷对实验性白癜风模型的影响[J]. 西北大学学报(自然科学版), 2018, 48(5): 58-62

[12] 王雨珊, 游颖, 李万丛, 等. 发酵乳杆菌发酵人参缓解酒精性脂肪肝损伤的研究[J]. 食品科技, 2018, 43(5): 59-66

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