内生真菌RP4发酵对工业大麻三种主要大麻素含量的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0645

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (18): 150-156.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0645

• 食品·营养·检测·安全 • 上一篇下一篇

内生真菌RP4发酵对工业大麻三种主要大麻素含量的影响

关昕(), 张赫, 祁可香, 李宛儒, 姜硕, 郑春英()

黑龙江大学，生命科学学院，农业微生物技术教育部工程研究中心，黑龙江省寒区植物基因与生物发酵重点实验室，黑龙江省普通高校微生物重点实验室，哈尔滨 150080

收稿日期:2023-09-12 修回日期:2024-01-15 出版日期:2024-06-18 发布日期:2024-06-18
通讯作者:
郑春英，女，1968年出生，黑龙江哈尔滨人，教授，博士，主要从事食品和药物生物活性挖掘及研发。通信地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路74号黑龙江大学生命科学学院，Tel：0451-86608586，E-mail：zhengchunying68@163.com。
作者简介:
关昕，女，1999年出生，黑龙江双鸭山人，硕士研究生，研究方向：食品和药物生物活性挖掘及研发。通信地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路74号黑龙江大学生命科学学院，Tel：0451-886608586，E-mail：1094907852@qq.com。
基金资助:
黑龙江省现代农业产业技术协同创新体系项目“麻类食品与药物研发协同创新项目”(YYM19STX-1); 黑龙江大学横向项目“工业大麻内生真菌及其次生代谢物提取、分离、鉴定”(21192); 黑龙江大学横向项目“一株产大麻酚的大麻内生真菌及其应用”(23114); 黑龙江大学横向项目“一种利用甘草内生真菌发酵工业大麻的方法”(23113)

Effects of Endophytic Fungus RP4 Fermentation on Contents of Three Major Cannabinoids in Cannabis sativa L.

GUAN Xin(), ZHANG He, QI Kexiang, LI Wanru, JIANG Shuo, ZHENG Chunying()

Engineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology, Ministry of Education/ Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Plant Genetic Engineering and Biological Fermentation Engineering for Cold Region/ Key Laboratory of Microbiology, College of Heilongjiang Province/ School of Life Sciences, Heilongjiang University, Harbin 150080

Received:2023-09-12 Revised:2024-01-15 Published:2024-06-18 Online:2024-06-18

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在通过甘草内生真菌RP4菌株对工业大麻进行发酵，以高效生产大麻二酚(CBD)原料。选取其3种主要大麻素：CBD、CBDA和THC为研究对象，并使用高效液相色谱法分析了发酵过程中这3种大麻素的含量动态变化。研究发现，在发酵过程中，CBD和THC的含量均呈现先增加后降低的趋势，当发酵时间为3 d时，CBD和THC的含量分别达到最大值5.8643±0.0726和0.4878±0.0002 mg/g，且THC的增加始终保持在国家管控的范围内(THC<0.3%)，而CBDA含量持续下降，尤其在发酵第1天内降低幅度最大。因工业大麻产地差异以及选取的实验部位差异，经发酵后其大麻素成分含量增加也有所不同。上述结果说明，采用微生物发酵技术，可以特定提高工业大麻中CBD的含量，从而提高工业大麻资源的利用率，并为CBD以及其他次生代谢产物的提取分离奠定了基础。

关键词: 工业大麻, 大麻二酚, 四氢大麻酚, 大麻二酚酸, 发酵, 微生物发酵, 高效液相色谱法, 次生代谢产物

Abstract:

In order to efficiently produce cannabidiol (CBD) raw materials, Cannabis sativa L. was fermented by using the endophytic fungus RP4 strain of licorice with good biological activity. Three major cannabinoids, CBD, CBDA and THC were selected as the research objects to study the dynamic changes of CBD, CBDA and THC contents before and after fermentation. The dynamic changes of CBD, CBDA and THC contents in Cannabis sativa L. during fermentation were analyzed by HPLC. Results showed that during the fermentation process, the contents of CBD and THC increased first and then decreased. When the fermentation time was 3 days, both the contents of CBD and THC reached the maximum value of 5.8643±0.0726 and 0.4878±0.0002 (mg/g) respectively, and the increase of THC was always kept within the scope of national control (THC<0.3%), the content of CBDA decreased continuously, especially in the first day of fermentation. After fermentation in different regions and different parts of Cannabis sativa L., the content of cannabinoid components increased differently. The above results indicated that the microbial fermentation technology could be used to produce CBD in Cannabis sativa L. directly and efficiently, which greatly improved the utilization rate of Cannabis sativa L. resources and laid a foundation for the extraction and separation of CBD and other secondary metabolites.

Key words: Cannabis sativa L., cannabidiol, tetrahydrocannabinol, cannabidiolic acid, fermentation, microbial fermentation, high-performance liquid chromatography (HPLC), secondary metabolites

关昕, 张赫, 祁可香, 李宛儒, 姜硕, 郑春英. 内生真菌RP4发酵对工业大麻三种主要大麻素含量的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(18): 150-156.

GUAN Xin, ZHANG He, QI Kexiang, LI Wanru, JIANG Shuo, ZHENG Chunying. Effects of Endophytic Fungus RP4 Fermentation on Contents of Three Major Cannabinoids in Cannabis sativa L.[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(18): 150-156.

图/表 9

参考文献 34

[1]	国家药典委员会. 中华人民共和国药典2020年版(一部)[S]. 北京: 中国医药科技出版社, 2020:81.
[2]	ROMERO P, PERIS A, VERGARA K, et al. Comprehending and improving Cannabis specialized metabolism in the systems biology era[J]. Plant science, 2020,298:110571-110619.
[3]	NONG Y F, ZHU D S, LI J. Establishment of tissue culture regeneration system in bama hemp (Cannabis sativa L.)[J]. Agricultural biotechnology, 2019, 8(6):1-3.
[4]	ABEDI E, SAHARI M A. Long-chain polyunsaturated fatty acid sources and evaluation of their nutritional and functional properties[J]. Food science&nutrition, 2014, 2(5):443-463.
[5]	ANDRE C M, HAUSMAN J F, GUERRIERO G. Cannabis sativa: the plant of the thousand and one molecules[J]. Frontiers in plant science, 2016,7:19.
[6]	SEXTON M, SHELTON K, HALEY P, et al. Evaluation of cannabinoid and terpenoid content: cannabis flower compared to supercritical CO₂ concentrate[J]. Planta med, 2018,84:234-241.
[7]	CITTI C, LINCIANO P, RUSSO F, et al. A novel phytocannabinoid isolated from Cannabis sativa L. with an in vivo cannabimimetic activity higher than Δ9-tetrahydrocannabinol: Δ9-Tetrahydrocannabiphorol[J]. Scientific reports, 2019, 9(1):20335.
[8]	HUESTIS M A, SOLIMINI R, PICHNI S, et al. Cannabidiol adverse effects and toxicity[J]. Current neuropharmacology, 2019, 17(10):974-989.
[9]	JÚLIA A L, OLIVEIRA M V, CONTI R, et al. Extraction and isolation of cannabinoids from marijuana seizures and characterization by 1H NMR allied to chemometric tools[J]. Science & justice, 2018, 58(5):355-365.
[10]	VIRGINIA B, FEDERICA P, MARLEEN S, et al. Development of a new extraction technique and HPLC method for the analysis of non-psychoactive cannabinoids in fibre-type Cannabis sativa L.[J]. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 2017,143:228- 236.
[11]	MARCHETTI L, BRIGHENTI V, ROSSI M C, et al. Use of 13C-qNMR spectroscopy for the analysis of non-psychoactive cannabinoids in fibre-type Cannabis sativa L. (Hemp)[J]. Molecules, 2019, 24(6):1138-1150.
[12]	关昕, 祁可香, 李宛儒, 等. 工业大麻发酵后其CBD及CBDA含量的动态变化[J]. 中国农学通报, 2023, 39(21):144-150. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0993
[13]	PACIFICI R, PICHINI S, PELLEGRINI M, et al. THC and CBD concentrations in blood, oral fluid and urine following a single and repeated administration of "light cannabis"[J]. Clinical chemistry and laboratory medicine, 2020, 58(5):682-689. doi: 10.1515/cclm-2019-0119 pmid: 30956228
[14]	ZGAIR A, WONG J C M, SABRI A, et al. Development of a simple and sensitive HPLC-UV method for the simultaneous determination of cannabidiol and Δ9-tetrahydrocannabinol in rat plasma[J]. Journal of pharmaceutical & biomedical analysis, 2015,114:145-151.
[15]	VUKČEVIĆ M M, KALIJADIS A M, VASILJEVIĆ T M, et al. Production of activated carbon derived from waste hemp (Cannabis sativa) fibers and its performance in pesticide adsorption[J]. Microporous mesoporous mater, 2015,214:156-165.
[16]	JASTRZAB A, JAROCKA-KARPOWICZ I, MARKOWSKA A, et al. Antioxidant and anti-inflammatory effect of cannabidiol contributes to the decreased lipid peroxidation of keratinocytes of rat skin exposed to UV radiation[J]. Oxidative medicine and cellular longevity, 2021, 2021(1):6647222.
[17]	LEWIS J M, SAMUEL D B, MICHAEL T B. Understanding the complex pharmacology of cannabidiol: mounting evidence suggests a common binding site with cholesterol[J]. Pharmacological research, 2021, 166:105508.
[18]	PISANTI S, MALFITANO A M, CIAGLIA E, et al. Cannabidiol: state of the art and new challenges for therapeutic applications[J]. Pharmacology and therapeutics, 2017,175:133-150.
[19]	VECERA L, GABRHELIK T, PRASIL P, et al. The role of cannabinoids in the treatment of cancer[J]. Bratisl lek listy, 2020, 121(1):79-95. doi: 10.4149/BLL_2020_012 pmid: 31950844
[20]	LIU Y, ZHU P, CAI S, et al. Three novel transcription factors involved in cannabinoid biosynthesis in Cannabis sativa L.[J]. Plant molecular biology, 2021,5:1-17.
[21]	XU M S, FU Q, BAXTER A. The components and amylase activity of massa medicata fermentata during the process of fermentation[J]. Trends in food science & technology, 2019,91:653-661.
[22]	罗粤鹏, 杨远帆, 于洋君, 等. 乳酸菌发酵茶花粉对α-葡萄糖苷酶抑制率的影响[J]. 食品与机械, 2022, 38(9):29-33,39.
[23]	杨金梅, 李云嵌, 何霞红, 等. 4种真菌发酵对三七叶化学成分及药理活性的影响[J]. 食品科学, 2023, 44(20):198-211.
[24]	吴映梅, 徐龙泉, 王瑶佳, 等. 薏苡仁乳酸菌发酵工艺优化及活性成分变化分析[J]. 食品研究与开发, 2022, 43(17):127-133.
[25]	李保珍, 刘琪, 樊金华, 等. 沼泽红假单胞菌发酵提高黄芪多糖含量的条件优化[J]. 中国兽药杂志, 2022, 56(7):68-74.
[26]	MOHAMED S H, OSAMA M D, IBRAHIM A M, et al. Isolation and characterization of non-cellulolytic Aspergillus flavus EGYPTA5 exhibiting selective ligninolytic potential[J]. Biocatalysis and agricultural biotechnology, 2019,17:160-167.
[27]	CHANG Y L, ZHENG C Y, CHINNATHAMBI A, et al. Cytotoxicity, anti-acute leukemia, and antioxidant properties of gold nanoparticles green-synthesized using Cannabis sativa L. leaf aqueous extract[J]. Arabian journal of chemistry, 2021, 14(4):103060.
[28]	MARIANNE H, STEFAN K, WOLFGANG W. Quantitative determination of CBD and THC and their acid precursors in confiscated cannabis samples by HPLC-DAD[J]. Forensic science international, 2019,299:142-150.
[29]	PACIFICI R, MARCHEI E, SALVATORE F, et al. Stability of cannabinoids in cannabis FM1 flowering tops and oil preparation evaluated by ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry[J]. Clinical chemistry and laboratory medicine, 2019, 57(7):165-168. doi: 10.1515/cclm-2018-1145 pmid: 30472696
[30]	MONIK A, KOUR N, KAUR M. Antimicrobial analysis of leaves of Cannabis sativa[J]. Journal of science, 2014,4:123-127.
[31]	PAUL W O, JAKKI C C, ROBERT A B. Probiotic bacteria influence the composition and function of the intestinal microbiota[J]. Interdisciplinary perspectives on infectious diseases, 2008,3:1-9.
[32]	赵旭, 宋清晖, 王晓慧, 等. 几种有机肥对玉米光合特性及土壤酶活性的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(3):36-42. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0341
[33]	杨新波, 张晓轩, 蔡亚南, 等. 微生物发酵中药的研究现状及其在养殖业中的应用[J]. 中国畜牧兽医, 2022, 49(1):169-178. doi: 10.16431/j.cnki.1671-7236.2022.01.018
[34]	肖日传, 王德勤, 张传平. 中药发酵研究现状及展望[J]. 广东药科大学学报, 2020, 36(6):897-902.

仪器	型号规格	生产厂家
电子精密天平	PL303	梅特勒-托利多仪器有限公司
超净工作台	SZX	南通科学仪器有限公司
空气浴振荡器	HZQ-C	哈尔滨市东联电子技术开发有限公司
旋转蒸发仪	R-201	上海申胜生物技术有限公司
超声波清洗器	KQ-100DE	昆山市超声仪器有限公司
紫外可见波长检测器	FL2000	浙江温岭福立分析仪器有限公司
高效液相色谱仪	FL2000	浙江温岭福立分析仪器有限公司
400MH固体超导核磁共振波谱仪	AVANCE Ⅲ	美国Thermo Fisher公司

仪器	型号规格	生产厂家
电子精密天平	PL303	梅特勒-托利多仪器有限公司
超净工作台	SZX	南通科学仪器有限公司
空气浴振荡器	HZQ-C	哈尔滨市东联电子技术开发有限公司
旋转蒸发仪	R-201	上海申胜生物技术有限公司
超声波清洗器	KQ-100DE	昆山市超声仪器有限公司
紫外可见波长检测器	FL2000	浙江温岭福立分析仪器有限公司
高效液相色谱仪	FL2000	浙江温岭福立分析仪器有限公司
400MH固体超导核磁共振波谱仪	AVANCE Ⅲ	美国Thermo Fisher公司

参数	设置条件
色谱柱	Venusil XBP-C₁₈柱(4.6 mm×250 mm，5 μm，USA)
流动相	①乙腈-水-0.1%甲酸溶液(75:25)，②甲醇-乙腈-水-0.1%磷酸溶液(40:30:30)
波长	①220 nm，②254 nm
流速	1 mL/min
柱温	25℃
进样量	10 μL

参数	设置条件
色谱柱	Venusil XBP-C₁₈柱(4.6 mm×250 mm，5 μm，USA)
流动相	①乙腈-水-0.1%甲酸溶液(75:25)，②甲醇-乙腈-水-0.1%磷酸溶液(40:30:30)
波长	①220 nm，②254 nm
流速	1 mL/min
柱温	25℃
进样量	10 μL

组分	回归方程	相关系数r	线性范围/(mg/mL)
CBD	Y=6×10⁶X+264482	0.9998	0.0625~1.0000
CBDA	Y=2×10⁷X-5841	0.9996	0.0625~1.0000
THC	Y=8.5206×10⁵X+47649	0.9998	0.0625~1.0000

内生真菌RP4发酵对工业大麻三种主要大麻素含量的影响

Effects of Endophytic Fungus RP4 Fermentation on Contents of Three Major Cannabinoids in Cannabis sativa L.

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 34

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

组别	RSD值
日内稳定性	1.46%
日间稳定性	1.39%
精密度	1.24%
重现性	2.09%
平均加样回收率(101.28%)	1.79%(n=6)

样品	产地	发酵前CBD含量	发酵后CBD含量	发酵前THC含量	发酵后THC含量
叶1	孙吴县	1.8176±0.0055	3.4287±0.0739^**	0.1562±0.0036	0.2668±0.0119^*
叶2	双城区	2.1666±0.0106	4.8739±0.0234^**	0.0331±0.0002	0.0672±0.0039^*
叶3	绥化市	1.7158±0.0185	7.0649±0.0329^**	0.0402±0.0040	0.3428±0.0168^**
叶4	江北区	1.5426±0.0515	2.6338±0.0101^**	0.3477±0.0030	0.5332±0.0386^*
叶5	五常市	3.2467±0.0188	6.6672±0.0189^**	0.3008±0.0236	0.5051±0.0045^*
根1	绥化市	0.5261±0.0365	1.7242±0.0055^**	-	-
根2	江北区	0.8487±0.0402	1.8243±0.0238^**	-	-
茎1	绥化市	0.5998±0.0083	2.0650±0.0449^**	-	-
茎2	江北区	0.4473±0.0026	1.9766±0.0105^**	-	-

[1]	刘瑶, 赵吴超, 杨骁, 寇雨心, 都婷婷, 陈秀青, 秦梦飞, 徐利剑. 凋落物真菌Neocucurbitaria salicis-albae及其代谢产物的抗细菌活性[J]. 中国农学通报, 2024, 40(9): 145-149.
[2]	于文娜, 于连升, 王烁, 赵丹, 杜仁鹏. 乳酸片球菌J1产胞外多糖发酵条件优化[J]. 中国农学通报, 2024, 40(6): 143-151.
[3]	黄文茵, 李嘉炜, 宋钊, 常静静, 陈潇, 李静, 焦加斌, 张白鸽. 4种功能性肥料对菜心生长和品质的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(4): 83-90.
[4]	姜坤, 李玉国, 张道志, 徐恒伟, 冯丹萍, 孟小茜, 郑春英. 微生物发酵对刺五加叶黄酮类成分生物合成的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 145-151.
[5]	巨亚雯, 徐蓬, 陈亚丽, 付佑胜, 曹凯歌. 盐胁迫下内生真菌发酵液对小麦种子萌发以及幼苗生长的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 26-32.
[6]	吕真真, 刘秀梅, 冀建华, 蓝贤瑾, 侯红乾, 冯兆滨, 刘益仁. 不同原料配比对芦笋秸秆堆肥发酵效果的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(14): 70-75.
[7]	刘乃嘉, 胡晓林, 丁亚玲, 萨如拉, 孙广涛, 李智霖. 外源添加物对秸秆固态发酵的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(14): 76-81.
[8]	周渤森, 曹慧莹, 齐心彤, 于连升, 杨义, 葛菁萍, 宋刚, 杜仁鹏. 植物乳杆菌HDL-03胞外多糖合成条件的优化研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(11): 14-21.
[9]	杨杰, 魏素珍. 高原环境下农业废弃物堆肥发酵参数研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(10): 89-94.
[10]	杨苔, 于慧颖, 卢立明, 付海燕, 李国良, 代文龙, 刘春光, 杨峰山, 马玉堃. 促生潜力玉米种子内生细菌分离鉴定及发酵条件优化[J]. 中国农学通报, 2023, 39(9): 16-23.
[11]	李永丽, 源春彦, 周洲, 王春生, 雷振山. 解淀粉芽孢杆菌菌株P-r21抑菌广谱性及对番茄灰霉病的防治[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 105-110.
[12]	薛锐, 沈绍运, 邓细周, 陈聪, 彭跃进, 杜广祖, 陈斌. 响应面法优化莱氏绿僵菌SL200714菌株液态发酵培养条件[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 135-143.
[13]	李轲, 田玉洁, 田雨晴, 李美嬉, 郝敬虹, 杨柳. 高效液相色谱法测定黄芩中12种黄酮类成分的含量[J]. 中国农学通报, 2023, 39(33): 140-146.
[14]	陈露露, 孟祥河. 酒酿最佳酿造工艺研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(3): 148-155.
[15]	祁可香, 关昕, 尤梦瑶, 张赫, 王宇晴, 程丽, 郑春英. 基于黄酮类化合物生物合成的内生细菌HS8次生代谢产物的分离[J]. 中国农学通报, 2023, 39(27): 118-125.