李秋阳，唐金鑫，刘士伟，邹佳琪，王丽娜，于雷，毕云枫*
（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118；
2.吉林医药学院药学院，吉林 吉林 132013）
人参作为一种草本植物，具有非常高的药用价值和经济价值，在中国医药研究和工业应用领域一直占有极其重要的战略地位，人参中的活性物质也受到了较高的关注[1]。在草药市场，人参主要经过3种方式加工后被食用，即通过阳光脱水后可以从鲜人参中获得白参[2]，鲜人参蒸制一次后晒干用于生产红参[3-4]，以及近年来通过“九蒸九晒”制成的黑参也因其表现出比白参或红参更强大的生物活性而引起研究者的关注[5]。红参的抗氧化活性和免疫调节功能被证明优于白参[6]。然而，研究表明，人参中的活性物质可在蒸煮过程中改变部分结构[7-8]。人参也可以利用微生物加工制成发酵人参，这种处理又进一步改变了人参提取物的组成，由于这些处理过程复杂多样，因此识别其被加工后的活性成分变化及药理功效是有重要意义的。
发酵食品备受关注是因为它们的菌株特异性能力可以发挥超出其营养价值的免疫调节作用[9]。多个研究表明，发酵后的人参及其加工品无论是从生物活性还是功效作用上都表现出比发酵前更优的效果[10-11]。尽管已经开发了大量的分析方法来检测人参中存在的人参皂苷，但对氨基酸的关注相对较少。本文通过发酵白参、红参、黑参，探究发酵前后人参炮制品的功能性成分变化，为后续的功效分析提供参考。
1.1 材料与试剂
植物乳杆菌：吉林农业大学食品科学与工程学院新资源加工与利用实验室保存；
肠膜明串珠菌肠膜亚种：中国工业微生物菌种保藏管理中心；
白参、红参、黑参：市售，经吉林农业大学中药材学院何忠梅教授鉴定分别为五加科植物人参、红参及黑参的干燥根；
蜂蜜：市售；
邻苯二甲醛（O-phthalaldehyde，OPA）、3-巯基丙酸、17种氨基酸混合标准品、天冬酰胺标准品、谷氨酰胺标准品、瓜氨酸标准品、正缬氨酸标准品、色氨酸标准品、21-羟脯氨酸标准品、肌氨酸标准品：Sigma-Alarich生物科技公司；
101型大孔吸附树脂：天津市海光化工有限公司；
超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）试剂盒：南京建成生物工程研究所；
3，5-二硝基水杨酸、异辛烷、醋酸铜、油酸、橄榄油、福林酚、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）：上海源叶生物科技有限公司；
没食子酸、L-酪氨酸：天津市光复精细化工研究所；
乙腈、甲醇（均为色谱纯）：赛默飞世尔科技（中国）有限公司。
1.2 仪器与设备
UV-2600I/岛津型可见分光光度计：岛津企业管理（中国）有限公司；
YT1101酶标仪：赛默飞世尔科技（中国）有限公司；
Agilent1100高效液相色谱仪：安捷伦（中国）科技有限公司；
BXM-30R型灭菌锅：上海东亚压力容器制造有限公司；
300A旋转蒸发仪：中国力辰科技有限公司；
DOU-2HP型粉碎机：日本佑琦有限公司。
1.3 方法
1.3.1 人参发酵样品的制备
原料经过粉碎后，过60目筛，准确称取60.00 g，添加120.00 mL水，接种4%混合菌[植物乳杆菌∶肠膜明串珠菌肠膜亚种=1∶1（体积比）]，菌液浓度为3.63×108CFU/mL，室温（30℃～32℃）发酵23 d。
1.3.2 总酸含量的测定
参照GB 12456—2021《食品安全国家标准食品中总酸的测定》中的指示剂滴定法检测，结果以柠檬酸计。
1.3.3 总糖含量的测定
参照NY/T 2332—2013《红参中总糖含量的测定分光光度法》中分光光度法测定总糖含量，结果以葡萄糖计。总糖含量的计算公式如下。
式中：W 为总糖含量，%；
m1为葡萄糖含量，mg；
V为试样的定容体积，mL；
V1为稀释液的体积，mL；
f为稀释倍数；
m为试样的质量，g。
1.3.4 总酚含量的测定
总酚含量采用福林酚法测定，以没食子酸为标准物质计。称取0.5 g没食子酸溶于10 mL无水乙醇中，再用蒸馏水定容至100 mL，得到5 mg/mL标准溶液。量取 1、3、5、7、9 mL 标准溶液于 100 mL 容量瓶中，用蒸馏水定容，配制没食子酸系列标准溶液。分别取0.1 mL没食子酸系列标准溶液于10 mL容量瓶中，添加0.5mL福林酚溶液，混匀，室温（30℃～32℃）下反应5 min，加入2.0 mL 15%碳酸钠溶液，蒸馏水定容至10 mL，置于室温（30℃～32℃）下暗处反应2 h。在波长765 nm处测定吸光度，以标准溶液浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线y=0.001 5x+0.04（R2=0.999 5）。发酵样品3 500 r/min离心10 min，取上清液0.1 mL于10 mL容量瓶中，添加0.5 mL福林酚溶液，之后的步骤同前述方法。
1.3.5 人参皂苷含量的测定
1.3.5.1 人参皂苷的提取方法
准确称取适量发酵前后样品于烧杯中，加入3倍体积的甲醇，超声处理30 min，静置12 h后以3 500 r/min离心10 min，倒出上清液，所剩样品继续加入相同量的甲醇超声30 min，静置12 h，以3 000 r/min离心10 min，合并2次上清液，80℃水浴蒸发至溶液的一半，随后加入4倍体积的正丁醇溶液，摇匀，静置12 h，将上清液旋转蒸发至近干，加入5 mL甲醇溶解，溶液过0.22 μm滤膜，即得人参皂苷待测溶液。
1.3.5.2 色谱条件
色谱柱为C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈（A）-0.05%磷酸盐水溶液（B）；
梯度洗脱（0.1 min～5 min，18%A；
5 min～20 min，21%A；
20 min～22 min，21%～26%A；
22 min～26 min，26%～32%A；
26 min～46 min，32%～33.8%A；
46 min～51 min，33.8%～38%A；
51 min～57.7 min，38%～49%A；
57.7 min～58 min，49%～49.1%A；
58 min～62 min，49.1%A；
62 min～63 min，49.1%～50.6%A；
63 min～68 min，50.6%～59.6%A；
68 min～69.8 min，59.6%～65%A；
69.8 min～77 min，65%A；
77 min～94 min，65%～85%A；
94 min～120 min，18%A）。检测波长：203 nm，流速：1.0 mL/min，进样量：10 μL，柱温：35 ℃。
1.3.6 游离氨基酸含量的测定
1.3.6.1 样品前处理
将样品研碎，称取1.5 g样品置于10 mL离心管中，加0.01 mol/L盐酸5 mL，混匀，沸水浴30 min后，10 000 r/min离心10 min，取上清液；
沉淀中加入2 mL 0.01 mol/L盐酸后悬浮超声5 min，离心（3 500 r/min，10 min），合并上清液，蒸馏水定容至 10 mL，过 0.22 μm滤膜。
1.3.6.2 在线柱前衍生
采用安捷伦公司自动在线衍生化方法，一级氨基酸与邻苯二甲醛（OPA）、二级氨基酸与芴甲氧羰酰氯（fluorenylmethyloxycarbonyl，FMOC）衍生后过柱检测。柱前衍生进样流程：先从样品抽取1 μL样品液（进样针插入洗液瓶中1次，清洗进样针外壁，以下每次进样相同），随后抽取2 μL硼酸缓冲液，在空气中反复抽吸3次，混匀，再抽取1 μL OPA衍生试剂，在空气中反复抽吸3次混匀，静置反应0.5 min，同样抽取1 μL FMOC衍生试剂，在空气中反复抽吸3次混匀，静置反应0.5 min，最后抽取13 μL超纯水，在空气中反复抽吸3次混匀，进样。
1.3.6.3 色谱条件
色谱柱为ZORBAX Eclipse AAA（4.6 mm×75 mm，3.5 μm）；
检测信号为紫外波长 338（0～19 min）、266 nm（19.01 min～25 min）；
流动相为（A）乙腈，（B）乙腈 ∶甲醇∶水=45∶45∶10（体积比）；
梯度洗脱（0.1 min～1 min，100%A；
1 min～7.5 min，100%～23%A；
7.5 min～12 min，23%～40%A；
12 min～23 min，40%～46%A；
23 min～27 min，46%～0%A；
27 min～40 min，0%～100%A）。流速：1.0 mL/min，进样量：10 μL。
1.3.7 蛋白酶酶活力的测定
称取发酵前后样品10 g，4 000 r/min离心20 min，取上层清液1 mL于10 mL容量瓶中，蒸馏水定容后取0.5 mL，滴加0.5 mol/L 0.2 mL氢氧化钠溶液，加入80 mL缓冲液（pH7.5磷酸氢二钠和磷酸二氢钠溶液），在沸水浴中边加热边搅拌，直至完全溶解，冷却后转入100 mL容量瓶中，用缓冲液定容，备用。蛋白酶酶活力的测定参照王学标等[12]的方法。
1.3.8 脂肪酶酶活力的测定
取发酵前后样品10 g，4 500 r/min离心25 min，取上清液0.5 mL于10 mL容量瓶中，加蒸馏水定容，备用。脂肪酶酶活力的测定参照孙淑夷[13]的方法。
1.3.9 SOD酶活力的测定
取发酵前后样品10 g，4 000 r/min离心15 min，取上清液0.5 mL于10 mL容量瓶中，加蒸馏水定容，取适量稀释后的样品液，按照SOD酶试剂盒方法进行SOD酶活力的测定。
1.3.10 数据处理与分析
数据表示为平均值±标准差，每组试验重复3次，使用Microsoft Excel 2019和Origin pro 8.5作图及SPSS 26进行数据分析。
2.1 发酵前后基本理化指标结果分析
总酸、总糖、总酚是发酵产品中理化检测的指标，其中，总酸作为微生物代谢酒精发酵及苹果酸-乳酸发酵过程中最终合成的代谢产物，常常被用于优化发酵工艺，在发酵过程中微生物会不断分解糖类用来满足自身生长所需的碳源[14]；
同时，微生物代谢产生的酚类物质具有很强的清除自由基的能力，还有抑制低密度脂蛋白氧化等功能[15]。利用指示剂滴定法测定总酸含量，分光光度计法测定总糖和总酚含量，表1为发酵前后总酸、总糖、总酚含量对比。
表1 发酵前后总酸、总糖、总酚含量对比Table 1 Comparison of total acid，total sugar and total phenol content before and after fermentation
由表1可知，在发酵后，人参炮制品的总酸含量增加，其中，红参发酵前后总酸含量增幅最大，由3.840 mg/mL增至43.390 mg/mL；
白参对总糖利用率最高，达到75.00%；
发酵后的黑参总酚含量由0.680 mg/mL增至1.360 mg/mL，增加至2倍左右。从结果可以看出，随着发酵的进行，微生物对底物的不断利用使发酵液中总糖含量降低，作为发酵代谢产物的总酚及总酸含量增加，这些理化指标的变化表明，发酵过程符合微生物生长代谢基本生理变化，同时也不同程度地提升了发酵液的功能性。
2.2 发酵前后人参皂苷转化结果分析
采用高效液相色谱法对人参皂苷进行了分析，发酵前后人参皂苷含量对比结果见表2。
表2 发酵前后人参皂苷含量对比Table 2 Comparison of ginsenoside content before and after fermentation
由表2可知，发酵前的白参中人参皂苷Rb1、Rc及Re的含量较高，由于高温加工的进行，红参和黑参中 Rb1、Rc、Rb2 及 Re含量减少，转化成 Rg3、Rk1 和F2等白参中极少含有的稀有皂苷。白参生成的二醇型次级代谢产物主要为Rg3、F2和Rh2，含量分别为0.16、0.69 mg/g和0.21 mg/g；
生成的三醇型次级代谢产物主要为Rg2和Rh4，含量分别为1.94 mg/g和0.49 mg/g。红参中的二醇型人参皂苷主要转化为稀有皂苷Ck、Rk1和F2，转化率分别为200.00%、44.00%和216.67%；
主要三醇型皂苷转化为稀有皂苷Rk3、Rg2和Rh4，转化率分别为21.05%、40.74%和69.23%；
苷元PPD和PPT的转化率为568.42%和282.35%。黑参中的主要二醇型皂苷主要转化为稀有皂苷Ck、F2和Rh2，转化率分别为366.67%、269.57%和100.00%；
三醇型人参皂苷主要转化为稀有皂苷Rh1、Rk3和Rh4，转化率分别为300.00%、80.00%和361.22%；
苷元PPD和PPT的转化率为555.17%和207.69%。
2.3 发酵前后游离氨基酸含量结果分析
人参中富含多种氨基酸，其中包含8种人体必需氨基酸，其含量已成为衡量人参产品质量的指标之一。利用高效液相色谱法测定人参炮制品发酵前后游离氨基酸的含量，结果见表3。
表3 发酵前后游离氨基酸含量对比Table 3 Comparison of free amino acid content before and after fermentation
续表3 发酵前后游离氨基酸含量对比Continue table 3 Comparison of free amino acid content before and after fermentation
由表3可知，在发酵前，人身炮制品中游离氨基酸含量大小排序为白参＞红参＞黑参，可能是由于在加热过程中发生的美拉德反应使汽蒸过程中氨基酸含量有所下降。在发酵后，3种参总氨基酸含量大幅度降低。在发酵前，必需氨基酸含量排序为白参＞红参＞黑参，发酵后，除白参中必需氨基酸含量增加外，红参和黑参的必需氨基酸含量均明显降低，但发酵后必需氨基酸的占比均有所提高。对于发酵后游离氨基酸含量的降低，一方面可能由于发酵时间长导致氨基酸在缺乏氮源时被微生物作为营养物质消耗，另一方面在发酵过程中游离氨基酸代谢生成了蛋白质及酶，但具体原因还需进一步研究。
2.4 发酵前后功效酶酶活力结果分析
蛋白酶、脂肪酶以及SOD被称为人体主要的功效酶。其中，SOD为广泛存在于生物机体内抗氧化酶的总称，能够清除动植物体内自由基和活性氧，在预防衰老和抗氧化等方面起到重要作用。蛋白酶是一组大分子复杂酶，可水解氨基酸和蛋白质之间的肽键。大量的蛋白酶主要来源于微生物发酵过程，因其对生物分子具有特异性、参与调节某些生理途径，在生物科技及医药中备受关注。脂肪酶是酶类的一种，也可以进行水解反应以及酯化反应，而其本质是由氨基酸组成的蛋白质物质。蛋白酶及脂肪酶可以有效分解食物中蛋白质、油脂等高热量物质，所以被广泛应用于减肥产品、保健产品中。这3种功效酶酶活力常被作为微生物发酵类保健产品的检测指标[16-17]。
图1～图3分别为3种参发酵前后SOD、蛋白酶、脂肪酶酶活力的对比图。
图1 发酵前后SOD酶活力的变化Fig.1 Changes of SOD enzyme activity before and after fermentation
图2 发酵前后蛋白酶酶活力的变化Fig.2 Changes of protease enzyme activity before and after fermentation
如图1所示，SOD酶活力在发酵前后，黑参都属最高，发酵后的SOD酶活力是发酵前的2.13倍，达到88.59 U/mL。由图2可以看出，在发酵前，黑参蛋白酶酶活力最高，为20.423 8 U/mL，随着发酵的进行，3组人参炮制品的蛋白酶酶活力均增加，且发酵后黑参中的蛋白酶酶活力最高，为36.421 9 U/mL。由图3可知，脂肪酶酶活力在发酵后也有所提升。随着发酵的进行，黑参脂肪酶酶活力由6.48 U/mL提升至16.48 U/mL。以上结果表明，经发酵，3组人参炮制品中人体主要的功效酶酶活力均有不同程度的提升，这将有利于功效性产品的开发。
人参是一种著名的功能性保健食品，用于提神醒脑、消除慢性疲劳、改善健康。在部分亚洲国家，它已被用作膳食补充剂[18-19]。在加工和发酵的过程中，人参中的人参皂苷和氨基酸等主要生物活性成分会发生变化，并产生多种生物活性化合物，这些化合物可能会在体内诱导独特的生理活性。对于人参皂苷含量的变化，在发酵前，白参中天然皂苷含量较高。与白参相比，红参和黑参中 Rb1、Rc、Rb2、Re 含量逐渐减少，Rg3、Rk1和F2等稀有皂苷有少量生成。白参在发酵后，生成的次级代谢产物主要为F2、Rg2和Rh4，红参在发酵后其主要转化为稀有皂苷Ck、F2和Rh4，黑参其主要转化为稀有皂苷Ck、F2、Rh1和Rh4，这与相关文章中分析的皂苷转化路径是相符合的。结果表明，人参皂苷通过高温加工和微生物发酵转化为更具功效的稀有皂苷。
人参中重要的化学成分除人参皂苷外还有人参氨基酸。氨基酸是含有羧基（-COOH）和氨基（-NH2）官能团的重要有机化合物，以往的研究表明，人参中氨基酸含量丰富，是人参产品质量控制的重要指标[20]。Liu等[21]指出，经过氨基酸处理的低极性人参皂苷的浓度显著高于未经处理的人参，这对提高人参功效更有意义。因此，文中对人参中24种游离氨基酸的含量进行测定，结果表明，在发酵前，白参中24种游离氨基酸的总含量最高，而黑参中氨基酸总含量最低。在发酵后，3种参的游离氨基酸含量大幅度减少。此外，功效酶酶活力也用来分析人参炮制品发酵前后功能性成分的变化，结果表明，人参炮制品在发酵后，主要的功效酶酶活力均有不同程度的提升。本研究以期为人参的加工和利用提供参考。
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