人参皂苷体外转化和分析方法的研究

　　人参是五加科、人参属植物，其作为药材使用己有两千多年的历史，《神农本草经》《本草纲目》等古代医药书籍都详细的记述了人参的医用价值，一直被视为中药中的翘楚。研究发现人参中含有多种化学成分，如人参皂苷、多糖、酚性化合物、多肽及氨基酸、生物碱、维生素、挥发性油、微量元素、甾醇类及酶类等成分。

　　其中人参皂苷是人参的主要有效成分之一，它是由皂苷元与糖结合而形成的糖苷类化合物，含量约为4%。人参皂苷一般呈白色、无定形粉末，或无色、针状结晶，味微甘苦。人参皂苷按照苷元的结构不同可分为达玛烷型( Dammarene type ) 、齐墩果酸型( Oleanolic acid type) 和奥克梯隆型( Ocotillol type) 。达玛烷型人参皂苷又根据苷元上所连有羟基不同分为原人参二醇型( Ra1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd 等) 和原人参三醇型( Re、Rf、Rg1、Rg2、Rh1) ; 而齐墩果酸型皂苷则是五环三萜型皂苷，人参皂苷R0是目前发现的唯一的该类皂苷。

　　一般人参所含有的皂苷中，齐墩果酸类皂苷占7% ～ 10%，原人参二醇类皂苷45 ～ 60%，原人参三醇类皂苷占12 ～ 20%。迄今为止，科学家们已分离出来200 多种人参皂苷和非皂苷成分并确定了它们的化学结构。此外，对人参皂苷药理作用的研究也较为广泛，研究表明人参皂苷具有抗肿瘤、抗衰老、抗血栓和动脉硬化、增强机体免疫功能、降血糖等作用。此外，研究发现某些人参皂苷对心肌缺血、烧伤创面愈合、人的精子活力等具有特殊疗效。

　　近代研究发现，人参中所含有的低极性、稀有人参皂苷具有更强的生物活性，更易被机体吸收，大量制备次级苷和苷元具有明显的药用价值和商业价值。但其在人参中含量极少，单纯的依靠提取分离技术很难满足工业化生产的需求。因此，利用体外转化方法制备人参皂苷具有深远意义。

　　1 常见的人参皂苷体外转化方法

　　人参皂苷的体外转化方法主要有物理方法、化学方法、酶水解法以及微生物转化法，其中微生物转化法又包括液体发酵法和固体发酵法。

　　1. 1 物理方法

　　加热法，指通过高温和高压的方式将人参皂苷的糖侧链强行断裂，使之形成C-20 位去糖基的次级皂苷的方法。传统的红参加工就采用的这种方法，该法操作简单，但对反应条件要求高，这是因为在蒸制过程中会造成人参二醇型皂苷和人参三醇型皂苷的大量流失，而且易形成副产物，给后续的提纯带来困难，故此法不适合工业化生产。

　　1. 2 化学方法

　　1. 2. 1 酸水解法

　　酸水解法主要是利用人参皂苷在酸性条件下可水解生成次级皂苷和皂苷衍生物而实现的。刘志辉利用醋酸水解法从三七总皂苷中获得了人参皂苷Rg3。Bae Ea通过酸水解法将二醇型皂苷水解为皂苷Rg3、20( S) -Rg3 和20( R) -Rg3。陶娌娜采用酸降解法从人参根总皂苷中分离出人参皂苷20( R) -Rg3 和20( R) -Rh2。但此反应剧烈，皂苷元母环易发生脱水、环合、双键位移及互变异构等不同反应，得不到原苷元，降低了有价值的次级皂苷转化率。

　　1. 2. 2 碱裂解法

　　碱裂解法是指在高温、高压及碱性条件下分解人参皂苷，并获得单一构型的次级皂苷，产物易于纯化分离，但对反应温度、压力、pH 等条件要求苛刻。姜永涛等采用碱降解法从西洋参茎叶总皂苷中分离出5 种人参皂苷: Rh1、Rh2、Rk2、Rg3 和达玛烷型-20( 21) ，24-二烯-3β，12β-二醇。吴彦君在碱性条件下降解人参皂苷Re，并分离鉴定得到20( S) -PPT、人参皂苷-Rk3、20( S) -人参皂苷-Rh1、人参皂苷-Rg6、20( S) -人参皂苷-Rg2 和20( S) -人参皂苷-Rg1 六种化合物。丛登立等用碱溶液降解西洋参总皂苷得到人参皂苷20( S) -Rh2 和20( S) -Rg3。

　　1. 3 酶水解法

　　酶水解法是通过提取生物体内或者分泌的生物酶( β-葡萄糖苷酶、高峰淀粉酶、陈皮苷酶、纤维素酶、橙皮苷酶、柚皮苷酶及果胶酶等) 水解人参皂苷糖基侧链，生产稀有皂苷的方法。酶解法具有一定的特异性，但其对酶的质量和纯度要求较高; 其次，水解酶不稳定，极易发生异构甚至失活; 再次，有些水解酶的最适反应温度较高，耗能较大，增加了工业生产成本。KIM采用果胶酶酶解法对人参皂苷提取液进行转化，获得人参皂苷Compound K( CK) 。韩颖利用甘蔗镰孢霉与工业用酶将三七茎叶皂苷Rb1、Rb2 转化成Rd，将Rc 转化成稀有皂苷CK。WANGDongming 等研究发现了一种Ⅳ型人参皂苷糖苷酶，可与原人参三醇类皂苷6-O-上的多种糖基发生水解反应。

　　1. 4 微生物转化方法

　　微生物发酵法，主要是利用微生物代谢产生的特定酶，对人参皂苷进行定向水解，进而获得次级皂苷的过程。与物理或化学方法相比，此法反应条件温和、反应选择性强、副产物少、后处理简单等特点。因此，该方法已成为人参皂苷生物转化的首选方法。

　　1. 4. 1 液体发酵

　　液体发酵是指在液体条件下，利用微生物产生的水解酶对人参皂苷进行发酵的方法。由于高浓度人参皂苷对菌株有抑制作用，影响菌体正常生长代谢，降低产酶量。这种抑制在液体环境中表现尤为明显。因此工业生产中人参皂苷的投料量不高，无法扩大生产。为获得足够的次级皂苷产物，需要多批次发酵生产，带来了反复活化菌种，灭菌培养基的步骤，对资源产生了浪费，增加成本。Cheng 等利用微生物菌株M. esteraromaticum GS514 可将人参皂苷Rb1 转化为Rd，最终转化成Rg3。白龙律等发现了青霉的一种扩展菌类——绿毛状GY206 菌，可将人参皂苷Rb1 转化为Rg3。王青等发现了9 株能将三七提取物转化为高活性人参皂苷的微生物菌株，其中菌株TR-20 还能将三七提取物微转化为人参皂苷Rg3。

　　1. 4. 2 固体发酵

　　固体发酵是一个双向发酵的过程，一方面是人参等药材作为基质，为菌体提供营养物质; 另一方面菌体代谢产生的酶对人参皂苷进行结构修饰，将其转化为活性更高的稀有人参皂苷。这种方法工艺简单，质量易于控制，次级人参皂苷含量丰富，适宜工业化生产。由于微生物与发酵产物不需要分离，在生产过程中没有摆脱对菌株自产酶系的依赖，导致转化产物比较单一。因此该方法对菌种和底物的选择较为严格，同时对反应的时间、温度和PH 等也要严格控制。

　　刘逆夫利用紫红色红曲霉对三七等中药材进行固体发酵，当实验满足发酵时间7 d，起始含水量50%，反应温度33 ℃，相对湿度90%，搅拌速度15 r /min 等条件时，人参皂苷Rg1 的含量显著增加。毕华等用大型担子菌L10对人参进行固体发酵，结果显示经发酵后皂苷Rg1、Re、Rb1 的含量降低近98%，同时生成稀有皂苷Rg3、Rh1，二者的含量分别为0. 09%和0. 009%。

　　2 人参皂苷的分析方法

　　2. 1 比色法

　　比色法( Colorimetry) 是分析皂苷类成分的常用方法。其原理是在一定酸性条件、一定温度下显色试剂可与皂苷类成分生成显色物质，并在一定波长处可测量其吸光度值。常用的显色试剂有香草醛-冰醋酸、香草醛-浓硫酸、香草醛-高氯酸、浓硫酸等。这种方法无法对单一皂苷进行定量测定，只能用于测定总皂苷的含量。这种方法的缺点是重现性差，因此显色变化的程度受温度的影响较大。

　　2. 2 薄层色谱法

　　薄层色谱法( TLC) 又称薄层层析，属于固-液吸附色谱法。利用不同物质的保留时间不同，使用展开剂来分层带走硅胶G 薄层板不同物质，硫酸乙醇溶液作为显色剂。此法操作简单、分离制备效果较好，结果准确，兼具柱色谱和纸色谱的优点，且专属性针对某类皂苷，因此常用于人参皂苷的定性鉴别。但易受反应条件的限制，其精密度和准确度远不如高效液相色谱等方法。

　　2. 3 高效液相色谱法

　　高效液相色谱法( HPLC) 又称高效液相层析，采用高压输液系统，以液体为流动相，当人参皂苷通过液相分离柱时，不同种类的皂苷分子的保留时间不同，再利用紫外检测器或者蒸发光散射检测器等进行检测，从而实现对人参皂苷的定性和定量分析。常用的流动相包括水-甲醇、水-乙腈，也可加入适量的磷酸以调节峰型，常用的固定相有Rp-18、ODS、腈基键合柱和氨基键合柱等。张伟等利用高效液相色谱法从原料中分离、纯化人参皂苷Re 和Rg1，其中Re 的纯度高达91%，收率为92%。高效液相色谱法是一种精确度高、灵敏度高、自动化程度高、回收率高、重现性好的分析方法，但是此类方法的设备投资较高，不宜普及。

　　2. 4 高效液相色谱-紫外吸收联用法

　　高效液相色谱-紫外吸收联用法( HPLC-UV) ，因为紫外检测器的吸收波长是203 nm，容易受到流动相等试剂的干扰，影响定量结果。目前，应用HPLCUV法测定人参皂苷含量的文献报道较多。

　　2. 5 高效液相色谱-质谱联用法

　　高效液相色谱-质谱联用法( HPLC-MS) 是用高效液相色谱对人参皂苷进行精确分离，将质谱仪作为检测器。它兼顾了HPLC 的高分离效能和质谱的高灵敏度、高专属性的特点，在测定单体皂苷含量的同时，还能达到定性、定量的检测目的，还可以对皂苷分子的分子信息进行分析。采用HPLC-MS 法进行人参皂苷测定的文献报道较多。

　　3 展望

　　研究发现，人参皂苷、次级皂苷和皂苷元等成分具有较高的药用价值，但其在人参属植物中含量较少，必须通过降解总皂苷而获取。因此人参的深加工技术、有效成分的提取、转化及分析等工艺越来越受到人们的关注。人参体外转化工艺技术的完善与成熟，必将推进人参皂苷产业化生产的步伐，从而带动人参药理学、药物化学以及人参深加工技术的全面发展，给地区带来一定的经济和社会效益。