謝麗娟，苑冰冰，李健豪，徐芳菲，李 蕾，王國明，郭暢冰，曹志強

（吉林人參研究院·吉林通化·134001）

人參皂苷是五加科人參屬植物人參、西洋參、三七中的主要活性物質，具有一定的藥理活性和功能，具體表現(xiàn)為抗腫瘤、抗氧化、延緩衰老、抗疲勞、抗齲保護、調節(jié)血糖平衡、改善心腦血管、增強免疫力等[1～3]，其中次級皂苷的藥用價值更高。人參皂苷按照苷元結構的不同，分為三類，分別為：達瑪烷型人參皂苷、奧克梯隆型人參皂苷和齊墩果酸型人參皂苷。其中達瑪烷型人參皂苷包括二醇型人參皂苷和三醇型人參皂苷，屬于四環(huán)三萜類化合物，在人參皂苷中占大部分，被認為是人參中的主要活性成分之一，主要有人參皂苷Re、Rb1、Rh1、Rh2 和 Rg3 等[4]，其結構特點是 C-3、C-12、C-20均有羥基取代，三醇型人參皂苷C-6位也有羥基取代。近年來，次級人參皂苷因其生物活性比初級皂苷更強，備受研究人員的青睞，但是次級人參皂苷的天然含量極低，且對其簡單初始產物進行化學合成較為困難，使其在醫(yī)療和科研上的應用受到限制。國內外研究人員發(fā)現(xiàn)利用有效的技術對初級人參皂苷進行結構修飾，對提高次級人參皂苷的產量和生物利用度具有重要意義。人參皂苷結構修飾的方法主要有三種，分別為物理轉化法、化學轉化法及生物轉化法[5]。本文綜述了人參皂苷結構修飾的不同方法，為人參單體皂苷的開發(fā)及利用提供了重要參考。

人參皂苷結構修飾研究方法的現(xiàn)狀見圖1，其中物理轉化法占19%，生物轉化法占35%，化學轉化占法46%。

圖1 人參皂苷結構修飾研究方法占比

1 物理轉化法

物理轉化法是指人參通過蒸制而產生的人參單體皂苷轉化的過程。即對人參進行高溫高壓處理使其失去部分糖基，產生次級人參皂苷[5]。通過控制蒸制的溫度和時間，使人參中含量高的主要皂苷轉化為生物活性更高的次級人參皂苷如Rg3、Rh1、Rh4等[6]。金鳳燮等人[7]利用不同溫度分別分階段加熱處理鮮參，得到的紅參比傳統(tǒng)的紅參人參皂苷單體Rh1、Rh2和Rg3等的含量更高。Lee等人[8]對人參反復蒸制9次后制成黑參，得到主要成分為人參皂苷Rg3、Rk3和Rh4等。物理轉化法有利于保持人參外形的完整度，但加工時間長、耗能大且制備出的次級人參皂苷的產率較低，增加了生產成本。常見的結構修飾路線見圖2。

2 化學轉化法

化學轉化法是指修飾人參皂苷的活潑位點，將得到的一系列衍生物進行活性測定和構效關系研究，最終篩選出活性較高的人參皂苷。常見的化學轉化法主要有酸水解法、堿水解法及其它反應。

圖2 常見的人參皂苷結構修飾路線

2.1 酸水解法

酸水解法操作簡單，根據(jù)溶劑及其酸度的差異，可得到不同的次級產物。Kaku和Kawashima[9]研究發(fā)現(xiàn)使用50%乙酸溶液對人參皂苷Rb1、Rc、Rd進行水解處理，得到了人參皂苷 20（S）-Rg3 和 20（R）-Rg3的混合物。Teng等人[10]對三七總皂苷進行弱酸水解，最終得到20種人參皂苷。劉迎[11]利用醋酸進行酸水解制備了人參皂苷降解產物，最終分離鑒定出15種稀有人參皂苷。陳妍心[12]以三七莖葉皂苷為原料利用醋酸溶液降解，再進行分離，得到了20（S）-人參皂苷Rh2、20（R）-人參皂苷 Rh2、20（S）-人參皂苷 Rg3 和20（R）-人參皂苷Rg3；并研究發(fā)現(xiàn)了在醋酸溶液濃度 20%、料液比 1：15、溫度 90℃、時間 1.5 h 的條件下，Rb1、Rb2、Rb3、Rc和 Rd 轉化為 20(R)-人參皂苷Rh2的轉化率為10.7%，此轉化法可制備單一構型的目標產物且轉化率較高。梁志齊等人[13]利用鹽酸作為催化劑水解人參二醇型皂苷，溫度90℃、時間3.0 h的條件下，可以將其轉化完全。成樂琴等人[14]以原人參二醇組皂苷為原料，利用乳酸催化，制得Rg3。楊爍等人[15]以人參莖葉皂苷提取物為原料，用檸檬酸水解出Rk3、Rh4、Rg3和Rk1等7種產物。

酸水解法雖方法簡單、目標產物較為單一，但有些強酸反應條件稍有劇烈，產生的副產物相對較多，利用一些弱酸，如檸檬酸進行酸水解條件較為溫和，反應易控制。人參皂苷結構修飾酸水解法總結見表1。

表1 人參皂苷酸水解法

2.2 堿水解法

堿水解法與酸水解法相比條件穩(wěn)定，適用于遇酸不穩(wěn)定的人參皂苷，且可選擇性斷裂糖苷鍵，從而得到單一糖苷鍵的次級人參皂苷。目前常用的堿水解法有高溫堿水解法和常溫堿水解法，由于人參皂苷在常溫堿溶液條件下降解緩慢，通常采用高溫堿水解法制備。Cui等人[16]用氫氧化鈉溶液水解人參總皂苷，使得人參皂苷Rg1和Re大部分水解為20（S）-原人參三醇及少量的 20（S）-人參皂苷Rhl和F1，人參皂苷Rb1、Rc和Rd則降解為20（S）-原人參二醇。 Im等人[17]對人參葉總皂苷進行降解時發(fā)現(xiàn)利用甲醇鈉-無水吡啶溶液進行降解可制備PPD和PPT，此方法幾乎只含有皂苷元，產物較為簡單。李緒文等人[18]研究發(fā)現(xiàn)將西洋參莖葉總皂苷和強堿溶于高沸點的有機溶劑中制備出的20（S）-原人參二醇產率為5.01%，純度為98.56%，該方法得到的產物產率和純度較高、成本較低。堿水解法得到的次級皂苷結構單一，適合單體的制備，但使用的堿溶液過多，溫度要求較高，反應較為劇烈不易控制，并容易對環(huán)境造成污染。

3 生物轉化法

生物轉化法包括微生物轉化法和酶解法，利用細胞或細胞器及生物酶對人參皂苷進行修飾，能夠有選擇性的制備次級人參皂苷，具有反應條件溫和、易于控制、對環(huán)境危害小的優(yōu)點，近年來成為研究的熱點。

3.1 微生物轉化法

微生物轉化法是指利用生物酶的專一性和特異性對人參皂苷等物質進行轉化[19]，來制備次級人參皂苷，國內外現(xiàn)在用于轉化人參皂苷的微生物主要來自于栽培人參植物的土壤、腸道菌群、食品級微生物、藥用真菌及人工誘變育種等[11]。Gao等人[20]從土壤中分離獲得了Penicillium oxalicum sp.68，并從發(fā)酵液中分離純化得到β-糖苷酶，利用其可分別將人參皂苷Rb1、Rb2、Rc及Rd轉化活性更高的次級人參皂苷C-K。侯耀達等人[21]利用7年生林下參根部土壤中分離的菌種對人參根總皂苷進行微生物轉化，發(fā)現(xiàn)霉菌GS1-33能將人參根總皂苷轉化為人參次級皂苷C-K及Rh1。陳新梅[22]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1在人工胃液中2 h可全部降解，在大鼠腸內菌群的代謝下可轉化為一對同分異構體人參皂苷Rh1和人參皂苷F1。近年，韓國關于微生物次級人參的研究較多，Quan等人[23]從韓國泡菜中分離出菌株Leuconostoc mesenteroides DC102，利用從菌株中分離出的粗酶液成功地將人參皂苷Rb1轉化為次級人參皂苷化合物K。卲淇等人[24]從酸奶、酸菜汁、辣白菜、水果中篩選出乳酸菌，對人參皂苷Rb1進行生物轉化，除菌株L2外均其他菌株具有轉化能力；金艷等人[25]從橙汁中分離的菌株CZ2，成功地將人參皂苷Rb1轉化為次級皂苷F2和gypenoside-XVⅡ，這兩種方法為今后利用食品級微生物轉化人參皂苷提供參考。Yan等人[26]降解人參皂苷Rb1時選用Paecilomyces Bainier sp.229菌，得到次級人參皂苷C-K。Kim等人[27]在紅參的發(fā)酵時選用微生物Lactobacillus plantarum M1，制得人參皂苷Rg2、Rg3和 Rh1等；Hong等人[28]也對紅參總皂苷進行了相關研究，利用KMU103 Monascus pilosus轉化出Rh1、Rh2和Rg3。梁志齊等人[29]從28株菌種中篩選出的菌株GS514能夠高效轉化人參二醇組皂苷產生次級人參皂苷，并利用基因工程技術得到bgp2基因，能夠高效地轉化人參皂苷Rg3為Rh2，具有廣闊的應用前景。

微生物法具有副產物少、成本要求低、生產周期短、產物更安全等優(yōu)點，即可通過廣泛的篩選得到可以定向合成得到菌株，再篩培出高產的菌株，對今后大規(guī)模生產次級人參皂苷具有重要意義。不同種類微生物對人參皂苷的結構修飾見表2。

表2 不同種類微生物對人參皂苷的結構修飾

3.2 酶解法

酶解法利用不同類型酶的選擇性的不同，對人參皂苷的不同組成糖和不同構型的苷鍵進行水解，從而得到目標皂苷產物。酶解法具有高效性、專一性，轉化過程可控等特點，被廣泛應用于人參皂苷的結構修飾。KO等人[30]將人參主要皂苷成分人參皂苷Re和人參皂苷Rg1作為降解底物，利用青霉屬獲取乳糖酶和黑曲霉屬獲取半乳糖苷酶來制備次級人參皂苷Rg2和Rh1。Kim等人[31]研究發(fā)現(xiàn)不同酶對人參皂苷水解的作用不同，經淀粉酶處理后的人參提取物，再經Rapidase處理，發(fā)現(xiàn)可顯著提高次級人參皂苷的總含量。金豆豆等人[32]利用酶轉化和金屬離子催化聯(lián)用的二步法催化三醇類人參皂苷Re轉化，優(yōu)化出最佳反應條件，為次級人參皂苷R h1組異構體的制備提供了新方法。崔瑩瑩[33]研究了糖苷酶在人參皂苷單體分離純化和制備其降解產物中的作用并成功分離純化出人參皂苷Rb2、Rb3和Rc，并制備了相應皂苷的降解產物 C-O、C-Y、C-Mx1、C-Mx、C-Mc1 和 C-Mc，為以上九種人參皂苷的大量生產提供了新方法，且糖苷酶的應用為人參皂苷單體的分離純化提供了新的思路。劉莉等人[34]對人參次級皂苷的酶解法進行了研究，發(fā)現(xiàn)使用濕熱酶能夠轉化原人參二醇型皂苷生成Rg3和C-K，該方法為大規(guī)模工業(yè)化生產次級人參皂苷奠定基礎。王彩艷等人[35]選用Aspergillus niger sp.G8菌所產酶與Aspergillus niger sp.G4菌所產酶的等體積混合酶對三七莖葉總皂苷進行轉化，在最佳反應條件下，得到C-K、C-Mx、Fc和R7四種產物，其中C-K的轉化得率可達32.7%，為三七莖葉總皂苷的充分利用提供了新的研究方向。

4 存在問題與前景展望

近年來人參及人參衍生產品越來越受到人們的關注，人參皂苷早在20世紀60年代被分離出來，對活性優(yōu)良的人參皂苷進行結構修飾對新藥的研發(fā)有著指導價值，且在體外將初級人參皂苷轉化為次級皂苷，對人參皂苷進行結構修飾可以提高人參的生物利用率和藥用價值。人參皂苷的物理轉化法更有利于保持人參的原有的形態(tài)；化學轉化法方法相對簡單、產物相對單一、轉化率較高，探索反應條件溫和的弱酸制備出單一、活性較強的人參皂苷有利于今后的工業(yè)化生產；酶解法由于一些酶易失去活性且最適溫度較高，大大增加了生產成本，尋找熱穩(wěn)定性好的耐熱重組酶將是我們今后的研究重點；微生物轉化法其工藝流程簡單、價格低廉，但目前菌種的轉化率不高，研究出一種高轉化率的菌種，對得到藥理活性強、應用性高的人參皂苷具有重要意義。