中药酵素活性成分及其功能作用的研究进展

Research Progress on Active Components of Traditional Chinese Medicine Enzymes and Their Functions

摘要: 中药酵素又称本草酵素或药食两用酵素，凭借其丰富的有益菌和活性成分，以及独特的药食两用植物药效与酵素食品营养保健功能的完美结合，已成为酵素产品开发领域的研究热点。文章在总结相关研究的基础上，深入剖析了中药的主要微生物和酶类、活性成分以及显著的保健作用，旨在为这一领域的深入探索与研发提供宝贵的参考，以期能够进一步推动对中药植物酵素的研究与应用，为健康产业注入新的活力。

Abstract: Traditional Chinese Medicine (TCM) enzymes, also known as herbal enzymes or dual-purpose medicinal and food enzymes, have become a research hotspot in the field of enzyme product development. This is due to their rich beneficial bacteria and active components, along with the perfect integration of the dual-purpose of medicinal plants for their pharmacological effects and the nutritional health benefits of enzyme foods. This article provides a comprehensive review of previous studies and a thorough analysis of the main microorganisms, enzymes, active components, and significant health benefits of traditional Chinese medicine enzymes. The aim is to provide valuable references for further exploration and development in this field, with the hope of further promoting the development of herbal enzymes derived from “medicinal food” sources and injecting new vitality into the health industry.

1. 引言

酵素[1]是糖、新鲜蔬菜等的废弃物和水按照1:3:10的比例进行混合发酵3个月得到的产物(见图1)。酵素种类有很多，诸如水果酵素、蔬菜酵素、混合酵素等。中药酵素即为药食同源植物酵素的一种，对比传统的酵素发酵，中药酵素发酵可以通过发酵菌种与微生物的不同影响与改变酵素的功效或添加新的功能因子。如在山药酵素的发酵过程中，可以根据菌种的不同选择液态发酵、固态发酵与双向发酵，其中液态发酵制作出的中药酵素口感与色泽尚佳，双向发酵则利用功能真菌发酵得到了各种具有药效的菌质，对比传统酵素发酵更为多样、发酵后的活性成分有了更为明显的变化。

Figure 1. Preparation process of garbage enzymes [1]

图1. 酵素制备过程[1]

其中研究较多的是植物酵素。植物酵素[2]中含有丰富的营养物质，如功效酶、多酚类化合物、有机酸、多糖、皂苷类，以及芳香类化合物如酯类、醛类和醇类等。随着生活水平的提高，人们越来越关注健康饮食问题。富含各种生物活性成分兼具食药两用功能的植物资源成为酵素产品开发研究的新热点。药食两用植物指既是药品也是食品的植物，具有药用效果，也可作为食材加工处理[3]。中药酵素就是其中的一类，即用微生物对药食同源植物进行发酵，在发酵后改变其性质，增加生物利用度与活性成分的吸收，进而发挥药物与食物的双重疗效。本文对中药酵素的活性成分和作用功能行综述，以期为其他中药酵素产品开发利用提供参考。

2. 中药酵素的主要成分

2.1. 主要微生物

在中药的酵素生产过程中，微生物的利用起着至关重要的作用。主要涉及的微生物种类包括酵母菌、乳酸菌、醋酸菌以及霉菌等[4]。在沙如意和王珍珍等人[5]的研究，从树莓酵素中分离出了优势菌种鲁氏接合酵母菌，并发现这些菌种在发酵过程中形成了耐高温、耐高糖的优良特性。在制作青梅酵素[6]中分析并从青梅酵素中筛选到Y4、Y5二种株菌，均为鲁氏接合酵母，且与树莓酵素中的菌具有类似的性质。

此外，朱政[7]的研究揭示了黑果枸杞酵素在自然发酵过程中的微生物动态与生物发酵工艺。他们发现，乳杆菌属是其中的优势细菌，其中子囊菌门和担子菌门则是主要的优势真菌。在发酵进行到60天后，乳杆菌属仍是主要细菌，而酵母属则成为主要的真菌。

在酵素饮料的制备方面，汤灿辉、王梦禅等[8]采用了酵母菌和植物乳杆菌作为发酵剂，成功制备了一款沙棘酵素饮料。沙棘酵素发酵过程中细菌群落的物种多样性整体呈逐渐下降的变化趋势。在整个发酵过程中，厚壁菌门和变形菌门是主要优势菌门，制作出来的饮料不仅色泽醇厚，而且具备保健功效。展示了微生物在药食同源植物酵素开发中的实际应用价值。

2.2. 主要酶类

经过微生物发酵处理的中药中富集了多种酶类，其中尤为显著的是超氧化物歧化酶(SOD)、蛋白酶以及脂肪酶等关键酶类[9]。

超氧化物歧化酶作为一种高效的抗氧化酶，能催化超氧阴离子自由基的歧化反应，生成氧气和过氧化氢，有效清除超氧阴离子，从而在抗氧化、抗辐射以及抗肿瘤等方面发挥显著的药用价值。多种药食同源植物，例如桑葚、山药、沙棘等，均富含SOD酶。例如，蒋丽施等[10]以甘孜梨果仙人掌果为原料制作酵素粉，探测其发酵前后SOD值的变化。发现发酵后的仙人掌酵素SOD值明显提升，除此以外发酵后的自由基清除率、羟自由基清除率、铁离子还原力均大大提升，抗氧化性显著高于发酵前。费鹏等[11]在怀山药酵素的发酵研究中发现，最佳发酵条件下，怀山药酵素原液的SOD活性可达15.35 U/mL，优于未进行发酵时的SOD值。

蛋白酶是最重要的一种工业酶制剂，能催化蛋白质和多肽水解，广泛存在于动物内脏、植物茎叶、果实和微生物中；脂肪酶隶属于羧基酯水解酶类，能够逐步的将甘油三酯水解成甘油和脂肪酸从而发挥作用。这些酶在药食同源类植物中的存在，为补充人体特定酶的需求提供了天然来源，因此具有极高的开发潜力和价值。刘加友等[12]利用超声波技术促进多菌种混菌发酵，检测发现在制备出的葛根酵素中蛋白酶和脂肪酶活力分别高达55.32 U/mL和125.9 U/mL。

2.3. 中药酵素主要活性成分

2.3.1. 多酚

植物多酚是植物体内具有多个羟基的芳香族化合物，其作为次生代谢物，广泛分布于水果、蔬菜和草药的根、皮、叶、果实以及种子等组织中，资源十分丰富[13]，目前，研究学者通过溶剂萃取法、酶法、超声波以及微波辅助提取等方法，已从自然界中分离、鉴定出8000余种酚类化合物及其衍生物。在科学研究领域，多酚类成分因其显著的抗氧化特性而备受关注。

吴德光等人[14]的研究揭示，通过发酵过程制备的桑葚酵素中，通过酵工艺条件下制得的桑葚酵素总酚含量是新鲜桑葚汁的1.62倍，有助于提高其抗氧化能力。此外，他们还观察到新生成的16种酚类化合物，其中柚皮苷的含量尤为显著，此外，通过发酵工艺条件酿制的桑葚酵素具有浓郁的发酵果香，色泽清明且无沉淀。张斌等人[15]则聚焦于诺丽酵素的发酵果汁中，从获得了壬酸A和B两种物质，经过结构分析简单是新的乳酸衍生物，后续又鉴定出一种新的天然产物即三叶酸两类新型酚类化合物，其抗氧化活性也随之升高。

2.3.2. 多糖

药用植物多糖是从药用植物中提取得到的一种高分子多聚物[16]。从结构上看，它是由不同单糖以糖苷键形式连接形成的复杂长链，一般具有直链和支链结构，且相对分子质量变化幅度较大。这类化合物在生物体的生命活动中扮演着至关重要的角色。不同相对分子质量的多糖在不同的方面起到作用，例如，高相对分子质量多糖主要调控免疫作用；中等相对分子质量多糖起到了保护肝脏等的作用；低相对分子质量多糖具有抗氧化、调节血糖血脂、保护神等方面的作用[17]。胡肖利的研究[18]揭示了在用当归、黄芪、党参、甘草发酵制备的中草药酵素中，归芪参草功能酵素复配后总黄酮、总多糖显著增加并提高了0.84 mg/mL。此外，在朱丹等人的工作[19]也进一步证实，在黑果腺肋花楸酵素中含多种多糖，对其含量检测发现在发酵过程中总多糖含量呈先升高后降低的趋势。与初始样品相比，发酵液的抗氧化能力均显著升高。这些发现不仅为植物多糖的研究提供了有力的数据支持，也为相关药食两用植物的利用和开发提供了崭新的平台。

2.3.3. 有机酸

酵素保健功能是由多种物质共同发挥作用而成，其中有机酸不仅因其具有调整肠道菌群能力、维护肠道形态及功能，还具有抗炎、抗氧化作用进而可缓解和治疗结肠炎等多种肠道疾病而备受关注。在中药植物的叶、根、果实等部分中，有机酸的含量尤为丰富，典型的例子有桑葚、百合、栀子花等[20]。

方晟的研究[21]揭示了百合酵素中有机酸成分的显著含量，进一步证实了其在药食同源植物中的丰富性。百合酵素在发酵过程中，其有机酸含量随时间的推移而逐渐上升，百合酵素有机酸组成及含量丰富，以乳酸和醋酸为主，此外还含有草酸等五种酸；类似地，陈犇等人的研究[22]在栀子花酵素的制备过程中也观察到，2种酵素营养液中总酸含量随时间推移总体均呈上升趋势。栀子花酵素营养液在发酵68 d时总酸含量最高。

2.3.4. 其他活性成分

中药酵素中蕴含着丰富的活性成分，这些成分不仅涵盖了甾醇类、皂苷类，还包含了多种杂环类化合物等[23]。在针对浙贝母酵素的研究中，邱迁等人[24]采用了高校液相等方法鉴定出了浙贝母酵素中主要成分有浙贝母碱、多糖、蛋白质、氨基酸、有机酸、核苷等物质，其中氨基酸多达16余种，比魏祖晨等人鉴定的多余两种。这一发现不仅揭示了浙贝母酵素中复杂而多样的风味成分，也为后续的研究和应用提供了新的思路与对照。

2.3.5. 总结

中药酵素中不仅含有多种活性酶类，富含花青素、儿茶素类，黄酮醇等多酚类物质，还含有乳酸、琥珀酸、苹果酸等有机酸类以及氨基酸、维生素等多种营养成分。这些成分不仅作为评价酵素优劣的标准，也赋予了酵素良好的风味和清洁肠道、解酒护肝、抗氧化、抗菌、消炎等功效。

3. 中药酵素的发酵机理

酵素发酵[25]是一个复杂的生物化学过程，在食品科学领域，植物、动物及菌类等原料经历着微生物介导的转化过程。在此过程中，微生物依靠其特有的代谢和增殖机制，在微观层面上引发发酵原料的分子解构与结构重塑，最终促成一系列生物活性酶和复杂代谢物的生成。这些转变不仅丰富了食品的风味与营养，也展现了微生物在食品加工中的独特作用。

在药食两用的植物酵素生产中，中草药植物内的黄酮、多糖以及有机酸等成分，不仅滋养了微生物的生长，还显著促进了中药活性成分的释放。这些微生物，通过其独特的转化机制，生成了一系列具有显著药理价值的次级代谢产物，进而强化了药效，并潜在地降低了潜在的毒性或副作用。酵母菌、乳酸菌和霉菌等微生物种类，在这一过程中发挥着至关重要的作用。

3.1. 酵母菌发酵

酵母菌作为一种单细胞真核微生物，其最适宜的生长环境是pH值为5.0，温度为25℃的条件[26]。酵母菌展现了一种独特的兼性厌氧代谢特性，这允许它在不同的氧气条件下灵活调整代谢路径。在无氧环境下，酵母菌倾向于依赖葡萄糖，通过发酵途径产生大量的乙醇和二氧化碳。然而，在有氧条件下，酵母菌则优先采用有氧呼吸的方式，通过糖酵解和三羧酸循环将糖类完全氧化为水和二氧化碳，同时还会生成乳酸、酒石酸和苹果酸等中间代谢产物。赵馨馨等人[27]的研究发现，利用毕赤酵母发酵骏枣汁时，骏枣汁发酵后苹果酸含量显著上升，而酒石酸含量显著下降，乳酸含量增至373.51 mg/L；酵母菌发酵改变了骏枣汁中挥发性风味化合物的组成和含量，其中醇类、酯类和酮类物质含量升高，在提升风味的同时有效增加了活性物质的成分。

3.2. 乳酸菌发酵

乳酸菌[28]，属于革兰氏阳性细菌的一种，因具备乳酸生成能力而备受瞩目，作为备受研究的有益微生物之一，其在食品发酵领域的历史悠久。作为“益生菌群落”的显著成员，乳酸菌在食品工业中常被用作功能性发酵剂，能够生成多种具有生理活性的物质，例如胞外多糖、细菌素、抗氧化物质，以及具有抗炎和免疫调节功效的代谢产物，这些物质有助于保护肠上皮细胞免受炎症侵害。此外，乳酸菌还能通过乳糖和柠檬酸代谢产生多样的风味物质及有机酸，并在发酵过程中产生一系列对健康具有积极影响的代谢产物。在Suqun Yang [29]等人的研究中，通过乳酸菌发酵的蓝莓汁酵素活菌数和总酸分别提高了2.0 log CFU/mL和1.6倍，而酚类和花青素含量分别降低了9.26%和7.86%。这些成分的变化影响了胞外多糖的生物合成。

3.3. 霉菌发酵

米根霉，在中国传统药酒与酒曲制造中占据重要地位，属于关键的霉菌种类。其生长温度范围广泛，在30℃至35℃的环境下能正常发育，最适生长温度为37℃。米根霉具备强大的淀粉糖化和蔗糖转化能力，能够产生乳酸、反丁烯二酸以及微量的酒精。其中，其产L(+)乳酸的能力尤为突出，高达70%左右。不仅如此，米根霉的发酵周期短，生长旺盛，具备高效生产多种酶类的能力。此外，值得一提的是，米根霉还拥有不产毒素、外源基因表达能力强、高效蛋白表达与分泌、以及卓越的基因修饰和重组子遗传稳定性等显著优势[30]。赖春玲[31]在制备余脐橙酵素时，采用了波兰青霉菌对其进行发酵，通过比较橙皮发酵前后的化学成分及生物活性差异发现发酵后橙皮乙醇提取物(FEE)的总酚和总黄酮含量均比发酵前橙皮乙醇提取物(EE)提高了6倍。在抗菌活性测试方面，其抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和抗柑橘溃疡病活性比EE分别增强了32倍和16倍。说明通过青霉菌发酵的橙皮酵素其活性成分和抗氧化成分得到了显著提升。

3.4. 总结

中药酵素食品一般采用自然发酵和人工接种发酵两种发酵工艺，人工接种发酵根据发酵剂的不同可以分为单一菌种发酵和多菌混合发酵。经研究发现，在自然发酵中，酵母菌、乳酸菌和醋酸菌三种菌为常见微生物，三者之共同作用可以形成发酵产品独特的风味。同时，中药植物酵素产品的质地、风味以及所获得的生物活性物质，主要受微生物类型和发酵基质(如温度和pH条件) 2个因素影响。若从菌种选育、原料配方、发酵条件、产品稳定性着手，对中药植物酵素的微生物类型和发酵基质进行控制，能提高产品品质，实现食用植物酵素的标准化、现代化生产，优化中药酵素的生产工艺。

4. 中药酵素的功能及作用

4.1. 抑菌作用

在营造低pH环境的过程中，酵素通过释放有机酸中的H⁺离子，显著地展现出了其抑菌能力。特别提及中药植物酵素中的乳杆菌，作为乳酸菌的一个特殊类型，它能在厌氧或兼性厌氧条件下生存，形态呈杆状。这类乳酸菌在生长与代谢的进程中，不仅会产生乳酸、乙酸等有机酸，还会释放过氧化氢，同时能合成多种具有生物活性的细菌素，这些细菌素在抑制病原微生物和延缓食物腐败等方面，发挥着不可忽视的关键作用[32]。具体而言，在高灿灿[33]等人的研究中，火龙葵酵素具有出色的抑菌作用，龙葵果酵素对SA，EC和LM均有抑菌效果，结合3种食品腐败菌的抑菌圈直径可知龙葵酵素对3株菌抑制能力为SA > EC > LM。

此外，酵素还具备通过天然多酚的作用，对某些关键信号通路进行抑制，进而发挥其抗炎作用。董延江[34]等人的实验中，证明了由黄芪、党参、杨树花、甘草等经复合乳酸菌发酵制备的发酵中草药酵素对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌的体外抑菌效果。其中，对于金色葡萄球菌抑制作用最为明显，直径达14.2 mm。在王辉[35]等人的研究中发现，青梅酵素原液也有抑菌作用，其中对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌的抑制作用较强。这些结果表明，本草酵素具有广谱的抑菌和杀菌作用，对食品安全和医药领域具有潜在的应用价值。

4.2. 缓解脂溢性脱发

黑枸杞在我国是非常重要的中药药材，含有丰富的黄酮类活性物质，具有极高的营养价值。在闵祥博[36]的实验中，通过建立小鼠模型与分析代谢组学得出在黑枸杞原浆发酵后11种花色苷类代谢物上调。在针对脂溢性脱发对小鼠毛发生长的影响研究中，我们观察到富含花色苷的黑枸杞本草酵素可能发挥关键作用。通过精密的调控机制，该酵素影响了小鼠背部毛囊的生长过程，促进了胶原蛋白的积累，并增强了毛囊增殖细胞和毛囊干细胞标记物的阳性表达。这一系列效应有望为缓解脂溢性脱发带来的毛发问题提供新的治疗思路。

4.3. 调节肠道菌群

植物酵素因其丰富的益生菌含量，展现出显著的肠道菌群调节作用。这些益生菌能够有效改变肠道内的菌群结构，促进有益菌的增殖，同时减少有害细菌的比例，从而达到预防与缓解肥胖的效果。吴东[37]等人针对中药酵素果冻在大鼠肥胖模型中的预防作用进行了深入研究。实验结果显示，与模型对照组相比，接受高剂量中药酵素果冻处理的大鼠在第五周末和试验结束时，体重及体重增长量均显著降低。更为重要的是，这些大鼠体内的脂肪重量也呈现出显著下降，进一步证实了中药酵素果冻在预防肥胖方面的积极作用。张兴敏[38]等人通过制备的陈皮酵素对疾病模型小鼠进行处理，对比发现陈皮酵素可修复酒精引起的肠道菌群紊乱，维持肠道菌群数量，修复肠道黏膜屏障损伤。

4.4. 治疗慢性疾病

慢性病，即慢性非传染性疾病，是一类起病隐匿、病程冗长且缓慢、病情迁延不愈的疾病，它们缺乏明确的生物病因证据，且无明确的治愈标准[39]。目前，高血压、糖尿病和高脂血症，常被称为“三高”，是其中最为常见且发病率较高的三种。研究显示，中药酵素产品对血管紧张素转换酶(ACE)具有高达61.4%的抑制活性，这一发现为其在抗高血压领域的应用提供了潜在价值。另外，总胆固醇(TC)以及低密度脂蛋白胆固醇(LDL-c)水平的异常升高，已被广泛视为心血管疾病的重要风险因素。在李晶[40]等人的实验中，以苦瓜、枸杞子、桔梗、葛根、干姜、黄精为原料制备苦瓜本草酵素，通过建立2型糖尿病小鼠的疾病模型，分别灌喂二甲双胍、生理盐水和中药酵素，结果表明，在苦瓜本草酵素协同二甲双胍干预下，2型糖尿病小鼠饮水量、摄食量和血糖水平含量均明显降低，小鼠葡萄糖耐受力增强，血脂水平有所下降。说明苦瓜本草酵素的辅助降糖效果明显(如图2所示)，为开发降糖产品奠定了理论基础。

Figure 2. Effect of momordica balsam herb enzyme on blood glucose in type 2 diabetic mice [40]

图2. 苦瓜草本酵素对2型糖尿病小鼠血糖的影响[40]

赵迪[41]等人的实验通过制备决明子菊花本草酵素与监测小鼠血压变化发现，决明子菊花本草酵素对大鼠体重不产生影响，未对正常大鼠有降血压作用，对自发性高血压大鼠的血压具有辅助下调作用。表明决明子菊花本草酵素具有辅助降血压作用，

4.5. 保护肝脏

肝脏在维护体内代谢稳态中扮演着举足轻重的角色，其不仅具备调节代谢平衡、支撑免疫应答以及维护生理稳态的能力，还承担着至关重要的解毒功能。在肝脏损伤程度的评估中，血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)与天冬氨酸氨基转移酶(AST)两项生化指标占据核心地位，它们为临床上判断肝脏受损状态提供了关键的参考依据。在余萍[42]的实验研究中制备了葛根枳椇子洛神花本草酵素，并建立小鼠醉酒模型，通过检测小鼠醉酒后的醒酒时间、血液乙醇浓度与肝组织抗氧化酶活性含量的变化，探究酵素解酒护肝作用，实验组小鼠醉酒时间和醒酒时间明显缩短；酒后3 h内小鼠血液乙醇浓度显著降低；乙醇脱氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽水平均显著升高，丙二醛含量显著降低，表明葛根枳椇子洛神花本草酵素具有解酒护肝功能。除此以外，在文永岚[43]等人的实验中结果显示，刺梨酵素化果醋对酒精诱导的急性肝损伤小鼠的脂质代谢紊乱、肝脏氧化应激具有显著的改善效果，可调节急性肝损伤小鼠肠道群落的丰度与种类，增加益生菌含量。

4.6. 其他功能

此外，中药酵素还具有抗疲劳、改善睡眠质量[44]、美容美白[45]、抗氧化[46]-[49]、缓解皮肤衰老等保健功效。在畜牧业中，还起到了提升幼崽身体素质与免疫机能的效果[50]。

4.7. 与传统中药的对比总结

与传统中药进行对比，中药本草酵素经由了各种细菌、酵母菌、放线菌等发酵而成，其活性物质与作用疗效超过普通中药食材。有研究发现，在制备的栀子花酵素原液中，其有机酸含量增加；在黄芪当归酵素中，其活性物质人参皂苷、Re得到了有效的增加；不仅如此，其功能与普通传统中药相比更广泛、更有效。例如，天麻酵素原液在对抗阿尔茨海默症中表现优秀；白首乌酵素对小鼠认知损伤具有一定的恢复作用，天龙酵素具有抗肿瘤作用，对MCF-7有一定的抑制效果等，这是超越传统中草药的疗效。

5. 总结与展望

随着社会压力的增大，人们对健康越来越重视。通过食补达到身体的健康状态是当今社会追求的时尚方法，而酵素的出现使人民对健康有了的新认识[51]。特别是药食两用植物，凭借其丰富的生物活性成分和独特的双重属性(既可食用又具药用价值)，在健康食品市场中备受瞩目。

以中草药为主要原料精心制备的功能性酵素，其内含有丰富的蛋白酶、脂肪酶、糖化酶、黄酮类化合物、多糖体、果胶、乳酸、醋酸以及可溶性膳食纤维。这些成分协同作用，有效推动细胞新陈代谢，减缓细胞老化过程，清除自由基，净化血液，强化排毒解毒能力，并显著提升机体免疫力，有助于癌症的预防。此外，中草药本身蕴含多重药效，如当归能补血活血、止痛润肠，具备补气固表、补气养血、补脾益气以及清热解毒的功效。通过发酵技术，我们不仅能赋予植物酵素宜人的口感，还能保留中草药原有的药用价值。尽管我国官方认可的药食两用植物品种繁多，达101种之众，但当前在酵素研究中真正得到应用的植物资源尚属有限，仅约10种。这一现状凸显了药食两用植物在酵素研发领域的巨大潜力和广阔的发展前景[52]。

在酵素研究的未来探索中，我们应广泛考量药食同源植物的多样化资源，致力于研制出具有明确且显著疗效的新型中药本草酵素。同时，对于天然酵素中的益生菌菌株资源，我们需进行深度挖掘，并系统研究其潜在功效。此外，酵素基质、菌群与风味间相互作用机制的探究亦不容忽视。为确保中药酵素的安全性，我们须建立严格的安全性评估体系，并开发更为科学、高效的方法来监控和保障中药酵素产品的安全。这一系列的举措将为中药酵素的研发与应用奠定坚实基础，推动其在健康产业中的广泛应用[53]。

NOTES

^*通讯作者。