Tổng quan về ứng dụng công nghệ lên men thuốc y học cổ truyền Trung Quốc

Trong y học cổ truyền (YHCT) Trung Quốc, lên men dược liệu là một công nghệ chế biến có thể làm tăng hiệu quả, tạo ra các tác dụng mới hoặc làm giảm độc tính… của dược liệu, từ đó mở rộng phạm vi ứng dụng trên lâm sàng. Quá trình lên men thuốc YHCT Trung Quốc có thể được chia thành công nghệ lên men truyền thống và công nghệ lên men hiện đại.

Công nghệ lên men truyền thống

Các phương pháp lên men truyền thống trong YHCT Trung Quốc có thể được chia thành hai loại:

– Lên men hỗn hợp của thuốc và bột (bột mì, bột gạo…).

Ví dụ: Thần khúc (Massa Medicata Fermentata) là một trong những loại thuốc lên men truyền thống của Trung Quốc, được sử dụng rộng rãi và đã được ghi trong Dược điển Trung Quốc. Quá trình lên men của Massa Medicata Fermentata là một quá trình lên men tự nhiên. Sản phẩm này bao gồm 5 vị dược liệu truyền thống của Trung Quốc (Thanh hao hoa vàng, Hạnh nhân, Thương nhĩ, Rau nghể, Đậu đỏ) và cám lúa mì (Hình 1). Trong quá trình lên men, nhiều vi sinh vật đã được phân lập như Mucor racemosus, Enterobacter cloacae, Pseudomonas fulva và Rhodotorula glutinis.

Hình 1. Quá trình lên men của sản phẩm Thần khúc

– Lên men trực tiếp với thuốc.

Ví dụ: Đạm đậu sị (Semen Sojae praeparatum) là đậu đen lên men và phơi hay sấy khô.

Do quy trình lên men truyền thống chủ yếu dựa trên kinh nghiệm, chưa được tiêu chuẩn hóa dẫn đến chất lượng của các thuốc YHCT lên men là rất khác nhau. Vì vậy, công tác thiết lập tiêu chuẩn chất lượng và phương pháp kiểm tra đánh giá để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của các sản phẩm thuốc lên men gặp nhiều khó khăn.

Công nghệ lên men hiện đại

Công nghệ lên men thuốc hiện đại được phát triển trên cơ sở của phương pháp lên men truyền thống kết hợp với công nghệ sinh học. Hiện nay, công nghệ lên men thuốc hiện đại có thể chia thành các nhóm: lên men bề mặt lỏng, lên men bề mặt rắn và lên men hai chiều.

Các vi sinh vật được sử dụng để lên men các loại thuốc thảo dược Trung Quốc chủ yếu là vi khuẩn sinh acid lactic (Lactobacillus), Bacillus, nấm men và các loại nấm dược liệu (nấm Kim châm, nấm Linh chi, nấm Vân chi, nấm Cựa khỏa mạch, Đông trùng hạ thảo). Quá trình lên men thuốc YHCT sử dụng nấm dược liệu làm chủng lên men là một quá trình lên men hai chiều và được phát triển trên cơ sở lên men bề mặt rắn. Ví dụ: những thay đổi về thành phần hóa học trong dược liệu Lôi công đằng (Tripterygium wilfordiiI) cho thấy rằng hàm lượng các hợp chất độc hại như diisobutyl-phthalat và dibutyl-phthalat đã giảm trong quá trình lên men rắn hai chiều bởi nấm Linh chi (G. lucidum).

Có nhiều loại nguyên liệu lên men khác nhau như gạo, gạo nếp, ngô, lúa mạch, cám lúa mì và gluten. Những nguyên liệu thô này cung cấp carbohydrat, protein, chất xơ, chất béo, muối vô cơ cho sự phát triển và sinh sản của vi sinh vật.

Trong lên men thuốc hiện đại, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chủng đơn hoặc một chủng hỗn hợp để lên men trực tiếp. Ví dụ: Bacillus được dùng để lên men Tam thất, Nghệ tây, Nhân sâm, Đậu tương và cám gạo đen. Nấm rhizopus được sử dụng để lên men Ô đầu, Hoàng cầm và Hà thủ ô, trong khi nấm men được dùng để lên men Đại hoàng. So với lên men đơn chủng, lên men hỗn hợp có thể tạo ra tác dụng toàn diện hơn và mang lại hiệu quả lên men cao hơn. Ví dụ: nước sắc Gegen Qinlian (gồm có Pueraria lobata, Hoàng cầm – Scutellaria baicalensis, Hoàng liên – Coptis chinensis, Cam thảo – Glycyrrhiza uralensis) đã được lên men với các chủng hỗn hợp cho thấy hàm lượng flavonoid toàn phần (TFC) trong các mẫu lên men tăng 32,90%.

Ưu điểm của việc áp dụng công nghệ lên men thuốc YHCT

Giảm độc tính

Lên men là một trong những phương pháp để giảm thiểu tác dụng phụ của thuốc Đông y.

Ví dụ:

– Các dẫn xuất anthraquinon liên hợp trong thân rễ Đại hoàng là thành phần chính gây ra tác dụng phụ tiêu chảy và nhóm chất này đã giảm sau khi lên men dược liệu.

– Việc sử dụng nấm Trametes cinnabarina để lên men hạt Mã tiền cho thấy hàm lượng alcaloid trong các sản phẩm lên men đã bị thay đổi; độc tính đã giảm đáng kể, trong khi tác dụng giảm đau và chống viêm về cơ bản là không khác nhau so với dược liệu ban đầu.

– Aristolochia debilis là một loại thảo mộc truyền thống của Trung Quốc được sử dụng để làm giảm huyết áp, giảm đau và cầm tiêu chảy. Tuy nhiên, do tác dụng gây hại cho thận của acid aristolochic nên dược liệu này đã bị Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Nhà nước Trung Quốc cấm sử dụng trên lâm sàng. Tuy nhiên, quá trình lên men Aristolochia debilis với sáu loại nấm dược liệu khác nhau đã làm giảm mạnh hàm lượng acid aristolochic thông qua việc đánh giá bằng phương pháp HPLC-ESI-TOF-MS.

Tăng hiệu quả

Thuốc YHCT Trung Quốc chủ yếu có nguồn gốc từ thực vật và hầu hết các thành phần hoạt tính có trong tế bào chất. Thành tế bào thực vật được cấu tạo bởi cellulose và hemicellulose. Khi lên men vi sinh vật, các enzym ngoại bào như cellulase và pectinase do vi sinh vật tạo ra sẽ xâm nhập vào môi trường nuôi cấy, làm cho các thành tế bào bị vỡ ra và các hoạt chất tiếp xúc với nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra trong quá trình lên men, các enzym được tạo ra bởi các vi sinh vật khác nhau có vai trò quan trọng, giúp các chất đại phân tử có hiệu quả được hấp thụ và phân giải thành chất có phân tử nhỏ và dễ hấp thu hơn. Hơn nữa, quá trình lên men góp phần loại bỏ các tạp chất cao phân tử, do đó cải thiện tác dụng của thuốc.

Ví dụ:

– Đan sâm sau khi được lên men bề mặt rắn đã cải thiện đáng kể hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn với sự tăng lên của các thành phần polyphenol.

– Lên men Hồng hoa (safflower) với Bacillus licheniformis đã thủy phân glycosid trong dược liệu thành aglycon dễ được cơ thể hấp thu hơn. Sản phẩm thể hiện sự gia tăng đáng kể khả năng thu gom gốc hydroxyl và ức chế sản xuất oxide ở gan.

– Khổ sâm cho rễ (Sophora flavescens) và nhung hươu lên men được chứng minh là có hoạt tính chống viêm cao hơn.

– Cát cánh lên men với Lactobacillus plantarum có hiệu quả ngăn ngừa các tổn thương da giống như viêm da dị ứng.

– Khả năng chống oxy hóa của Yến mạch được tăng cường đáng kể sau khi lên men bề mặt rắn.

Tạo ra thành phần hóa học mới

Các chất chuyển hóa được tạo ra trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật cũng có thể phản ứng với nhau để tạo thành các hợp chất mới. Điều này cung cấp một phương pháp luận mới để tổng hợp các thành phần có hoạt tính và phát triển các loại thuốc mới.

Ví dụ:

– Sử dụng Bacillus subtilis để lên men Tam thất và ginsenoside RH4 được phân lập từ các sản phẩm lên men (hợp chất này không được phát hiện trước khi lên men).

– Quá trình lên men với Paecilomyces tenuipes của dịch chiết Hồng sâm đã chứng minh có sự chuyển đổi saponin ginsengdiol thành ginsenosides F2, Rg3, Rg5, Rk1, Rh2 và C-K.

– Acid 3,4-bis(4′-hydroxyphenyl) isobutyric đã được tạo ra trong quá trình lên men bề mặt rắn của Hoàng kỳ và hoạt tính chống oxy hóa của dược liệu này đã được cải thiện đáng kể.

Bảo tồn tài nguyên

Khi các dược chất mong muốn đã được chiết xuất, phần bã của môi trường nuôi cấy vẫn còn giàu protein và carbonhydrat nên có thể được tái sử dụng. Điều này giải quyết các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến ô nhiễm môi trường cũng như hạ giá thành sản xuất. Ví dụ: quá trình lên men rắn của bã thuốc YHCT Trung Quốc bằng nấm thối trắng không chỉ làm giảm khối lượng cellulose mà còn làm tăng đáng kể lượng protein và biến bã thuốc này thành nguyên liệu để sản xuất thức ăn protein.

Lược dịch

Nguyễn Đình Quỳnh Phú

Tài liệu tham khảo

Lin Li, Li Wang, Wenxiang Fan, Yun Jiang, Chao Zhang, Jianghua Li, Wei Peng and Chunjie Wu (2020), “The Application of Fermentation Technology in Traditional Chinese Medicine: A Review”, The American Journal of Chinese Medicine, Vol. 48, No. 4, DOI: 10.1142/S0192415X20500433.