黃原膠的性質(zhì)及其在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究

熊曉蘭 鄭媛媛（四川護理職業(yè)學(xué)院，四川 成都 610100）

黃原膠的性質(zhì)及其在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究

熊曉蘭 鄭媛媛（四川護理職業(yè)學(xué)院，四川 成都 610100）

黃原膠是由野油菜黃單胞菌發(fā)酵產(chǎn)生的一種生物大分子多糖，因其具有安全無毒、無可降解、高穩(wěn)定性及獨特的流變性等優(yōu)良特性，在食品、日用化工、石油、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文主要對介紹了黃原膠的性質(zhì)，并對其近年來在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究進展進行綜述。

黃原膠；性質(zhì)；醫(yī)藥

黃原膠(Xanthan gum)亦稱漢生膠、三仙膠，于1950年由美國農(nóng)業(yè)部北方研究室從甘藍黑腐病野油菜黃單胞菌(Xan?thomonas campestris)NRRLB-1459中發(fā)現(xiàn)的水溶性胞外雜多糖[1]。黃原膠分子的基本結(jié)構(gòu)由重復(fù)的五糖單元組成，D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵連接形成類纖維素結(jié)構(gòu)的主鏈，側(cè)鏈則由D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸交替的三糖單元連接構(gòu)成[2]。黃原膠分子量為2×106～2×107Da[3]，與主鏈相連的甘露糖殘基常被乙?；┒说牟糠指事短菤埢线B有丙酮?；?，其中分子量、乙?；⒈；某潭仁芫昙鞍l(fā)酵條件影響[4]。黃原膠側(cè)鏈的丙酮酸基團和乙?；赏ㄟ^氫鍵或靜電作用反向纏繞主鏈形成棒狀螺旋結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)，并可通過非共價鍵作用形成更復(fù)雜的網(wǎng)狀螺旋復(fù)合體結(jié)構(gòu)。黃原膠呈白色或米黃色粉末，無味、微臭，因其具有良好的增稠性、乳化性、生物相容性，且無毒、價格低廉、可降解等優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于采油、食品、藥品、化妝品等行業(yè)[5-6]。

1 黃原膠的性質(zhì)

1.1 溶解性

黃原膠分子結(jié)構(gòu)含大量親水基團，且側(cè)鏈的丙酮酸基和乙酰基可相互作用產(chǎn)生氫鍵作用，因此其具有良好的水溶性，即使在冷水中也可較好溶解。黃原膠呈粉末狀，若在溶解過程中攪拌不充分，其外層分子會吸水膨脹，水分子不能完全進入，使溶解體系結(jié)塊，因此溶解黃原膠時一般需緩慢均勻加入溶質(zhì)并充分?jǐn)嚢鑋7]。黃原膠不溶于甲醇、乙醇和異丙醇等低級醇，因此在黃原膠發(fā)酵液分離提純時常采用醇沉法。

1.2 流變性

黃原膠溶液是典型的非牛頓流體，最顯著的特性是假塑流變性。黃原膠水溶液具有良好的增稠性，溶液粘度隨剪切率的增加而降低，在高剪切率下，黃原膠網(wǎng)狀螺旋復(fù)合體結(jié)構(gòu)被破壞，解聚為無規(guī)則線團結(jié)構(gòu)，剪切變稀，表現(xiàn)出很強的假塑性，此時溶液粘度迅速降低；當(dāng)剪切率降低或解除時，分子結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到網(wǎng)狀螺旋復(fù)合體狀態(tài)，溶液粘度迅速恢復(fù)[8]。黃原膠溶液粘度隨溶質(zhì)濃度增大而上升，且溶液在低濃度下也顯示較高粘度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的黃原膠溶液黏度可達1300mPa·s[9]。黃原膠溶液粘度除受剪切速率、溶質(zhì)濃度影響外，還受環(huán)境溫度、鹽、pH等影響。然而黃原膠水溶液穩(wěn)定性較強，在溫度為10至60℃，pH為3至12時，其粘度基本保持不變[10]。當(dāng)溫度高80于℃時，粘度略微降低，當(dāng)溫度降低時，粘度立即恢復(fù)。因此，黃原膠作為一種高效的稠化劑被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，如罐頭、火腿腸等肉制品，方便面、蛋糕等面制品及飲料等[11-13]。鹽對黃原膠溶液流變性影響主要與黃原膠溶液濃度、鹽的種類、離子的價態(tài)、離子濃度等有關(guān)[14-16]。相較于其他生物膠，黃原膠具有較強的耐鹽性，即使有多種鹽類存在，黃原膠溶液也呈現(xiàn)良好的穩(wěn)定性和相容性[17]。黃原膠的流變特性及其與其他樹膠相比的獨特性使其在其他方面得到應(yīng)用，如石油、造紙、農(nóng)業(yè)、紡織、油漆、化妝品等行業(yè)。

1.3 懸浮性和乳化性

黃原膠分子的三級結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀螺旋復(fù)合體，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可增大運動阻力，可以起到支撐體系的作用，使顆粒、液滴及氣泡等物質(zhì)懸浮起來，顯示較強的乳化穩(wěn)定性和懸浮性[7]。其次，由于黃原膠分子同時具備具有大量的—OH、—COOH親水基團和疏水基團，可形成較穩(wěn)定的油水動態(tài)平衡體系，因而具有良好的懸浮性和乳化性。此外，黃原膠通過水相的稠化作用，可提高水相和油相的相容性，使油脂乳化在水中，因此其可作乳化劑和穩(wěn)定劑應(yīng)用于飲料等食品中。麻建國等[18]通過黃原膠對O/W乳狀液穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加量超過0.25wt%時，黃原膠才可提高體系的穩(wěn)定性。

1.4 配伍性

黃原膠可與瓜爾膠、結(jié)冷膠、卡拉膠、魔芋膠等多種生物膠產(chǎn)生協(xié)同增效作用，互溶后溶液黏度顯著提高[22]。黃原膠還可與殼聚糖、槐豆膠、魔芋膠等形加熱共混形成凝膠[23-24]。王元蘭等[25]將黃原膠與魔芋膠進行復(fù)配，研究其流變特性，結(jié)果顯示當(dāng)黃原膠與魔芋膠質(zhì)量比為7:3，協(xié)同效應(yīng)達到最大，粘度可達9500mPa·s；當(dāng)復(fù)配體系總濃度1.0%時，可形成堅實的凝膠。黃原膠良好的配伍性主要是由于其分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)易與含β-1,4糖苷鍵的多糖分子發(fā)生嵌合作用。

2 黃原膠在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究

天然膠一般優(yōu)于合成膠，因為它們無毒、生物相容性好、價格便宜、易降解，可利用的范圍也更廣。然而在醫(yī)藥工業(yè)中，天然膠的使用也存在安全隱患，因此只有少數(shù)天然膠天能提升產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格評估[26]。用黃原膠短期喂養(yǎng)實驗結(jié)果表明，其對大鼠和狗無急性毒性、不抑制生長，不刺眼激皮膚和，人體攝入黃原膠的量達10-13 g/d時無不良反應(yīng)；長期喂養(yǎng)實驗結(jié)果顯示，黃原膠對動物生長速率、存活率及血液系統(tǒng)幾乎無影響[27]。黃原膠因其安全性、乳化性、增稠性、穩(wěn)定性、成膜性、膠凝性可應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)中[28]。美國食品藥品監(jiān)督管理局于1969年批準(zhǔn)黃原膠可作食品添加劑，歐盟于1980年批準(zhǔn)將其作為食品穩(wěn)定劑和乳化劑[29]。在醫(yī)藥領(lǐng)域，黃原膠于1975年被《美國藥典/國家處方集》收載，2010年作為藥用輔料被《中華人民共和國藥典》收載[30]。

2.1 黃原膠在緩釋制劑中的研究

為提高藥物治療的有效性，藥物釋放的控制釋放是必要的，這也減少了血漿中藥物快速釋放水平引起的中毒幾率，也可以避免重復(fù)給藥[31]。Vishakha K.等[32]在實驗中發(fā)現(xiàn)，相較于合成的羥丙基甲基纖維素，黃原膠延緩藥物釋放的能力更強。Hashimoto Y等[33]對大鼠單劑量灌胃分別給予布洛芬、乙酰水楊酸、對乙酰氨基酚、鹽酸二甲雙胍，同時持續(xù)給予0.1%的黃原膠水溶液。結(jié)果顯示每種藥物給藥后的血藥濃度均低于對照組，因黃原膠抑制了胃腸道的藥物吸收。另一方面，雖然布洛芬血藥濃度在給藥后低于對照組，但之后的血藥濃度水平高于對照組，且布洛芬血藥濃度曲線的面積明顯高于對照組，由此可見，黃原膠在用藥后立即抑制藥物吸收，并使血藥濃度峰值降低。

除單獨使用外，黃原膠還可與其他物質(zhì)配伍或接枝，制備成具有緩釋作用的微球或共聚物。Bhattacharya SS等[34]利用吸水性樹脂（SAP）和聚乙烯醇（PVA），制備黃原膠互穿網(wǎng)絡(luò)聚合水凝膠微球，對體外藥物釋放研究進行評估，發(fā)現(xiàn)所有制劑均具有良好的理化性質(zhì)和體外釋藥特性。KulkarniN等[35]采用用聚離子絡(luò)合技術(shù)，利用黃原膠和殼聚糖制備出格列吡嗪微球。研究發(fā)現(xiàn)所有批次的制劑均具有藥物緩釋作用，藥物釋率為87.50%～100.67%。此外，微球在pH環(huán)境的溶脹動力學(xué)研究表明，該微球也可用于易受胃酸性環(huán)境影響的藥物。Kumar A等[36]以黃原膠和聚N-乙烯基吡咯烷酮（PNVP）為原料，通過自由基聚合制備接枝共聚物（xg-g-pnvp-d）。結(jié)果顯示，在37°C，pH=7.4條件下，載有15mg左氧氟沙星的接枝共聚物在磷酸鹽緩沖溶液中（PBS）36 h內(nèi)藥物釋放約80%。在固體制劑中，黃原膠有良好的黏合作用，還可與淀粉[37]、羧甲基纖維素[38]等多種輔料配伍制備不同性質(zhì)的緩釋制劑。

2.2 黃原膠治療實驗性骨關(guān)節(jié)炎的研究

近年來，黃原膠在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷更新。骨關(guān)節(jié)炎（OA）是最常見的慢性疾病之一，是一種以關(guān)節(jié)軟骨退化損傷、關(guān)節(jié)邊緣和軟骨下骨反應(yīng)性增生為特征的退行性病變。大量研究表明，關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射高分子量、高黏彈性的物質(zhì)有助于改善關(guān)節(jié)功能，減輕癥狀。Han G[39]等研究發(fā)現(xiàn)兔膝關(guān)節(jié)內(nèi)注射黃原膠注射液（0.5～2wt%）可保護關(guān)節(jié)軟骨。關(guān)節(jié)在低沖擊運動時，黃原膠注射液可起到彈性減震作用；在高沖擊運動時又可作為一種粘性潤滑劑。趙麗娟[40]從體內(nèi)和體外兩方面研究黃原膠注射液治療兔膝骨關(guān)節(jié)炎（KOA）的療效和作用機制，認(rèn)為黃原膠注射液起到的潤滑及緩沖作用增加了關(guān)節(jié)軟骨和滑膜自我修復(fù)的時間，促軟骨基質(zhì)分解代謝的酶分泌減少，而促軟骨基質(zhì)合成的酶分泌增加。這使減少部分胞外基質(zhì)降解、合成增加，關(guān)節(jié)軟骨的合成代謝大于分解代謝，軟骨得到自我修復(fù)，從而KOA發(fā)展。對陳啟鑫[41]對黃原膠抑制硝普鈉（SNP）誘導(dǎo)OA軟骨細(xì)胞凋亡的研究發(fā)現(xiàn)，可通過調(diào)控Capsase-3,Bax,Bcl-2等因子來抑制軟骨細(xì)胞凋亡，保護軟骨進而緩解OA發(fā)展。近來研究表明，低分子量黃原膠（1×106至1.5×106Da）也可用于治療OA，且療效優(yōu)于現(xiàn)有的臨床藥物透明質(zhì)酸鈉，因為它在體內(nèi)對水解和酶反應(yīng)更穩(wěn)定[42-43]。

2.3 黃原膠免疫調(diào)節(jié)作用的研究

多糖性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、可生物降解，并且具有一些人工合成聚合物難以替代的理化特性。在多糖眾多優(yōu)良的生物活性中，免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤活性是一大研究熱點[44]。，Ishizaka S等[45]于1983年首次報到了黃原膠的內(nèi)在輔助性，研究發(fā)現(xiàn)黃原膠明顯提升了小鼠脾臟B淋巴細(xì)胞和胸腺細(xì)胞DNA合成量，并刺激多克隆抗體IgM和IgG在B細(xì)胞中產(chǎn)生。近年來，在鼻內(nèi)流感病毒疫苗研究中，黃原膠已成功地應(yīng)用于生物粘附制劑[46-47]，Bacelo K L等[48]研究證明，黃原膠能增強鉤端螺旋體病疫苗的免疫原性，并有可能對其他病原體產(chǎn)生作用，為開發(fā)新型免疫佐劑提供了理論和數(shù)據(jù)支撐。Schuch RA等[49]探討黃原膠對抗原卵清蛋白（OVA）引起的免疫反應(yīng)，結(jié)果顯示黃原膠對OVA產(chǎn)生佐劑效應(yīng)，能通過細(xì)胞因子IFN-γ和抗體IgG1分別細(xì)胞產(chǎn)生免疫反應(yīng)和體液免疫反應(yīng)。并且表明了黃原膠體外實驗的生物相容性，黃原膠可作為潛力巨大的疫苗佐劑。

2.4 黃原膠在其他醫(yī)藥領(lǐng)域的研究

黃原膠用可作滴眼助劑，因其假塑性流體的性質(zhì)，眨眼時產(chǎn)生的剪切力使黏度降低，患者眼睛不會感到不適。黃原膠可與玻璃酸鈉、硫酸軟骨素等混合制備質(zhì)地均勻、性質(zhì)穩(wěn)定、凝膠強度良好的滴眼制劑，保護角膜上皮細(xì)胞，促進細(xì)胞再生，減輕患者病痛[50-51]。對乙酰氨基酚片（撲熱息痛）是一種常見的口服制劑，但對于吞咽障礙的患者，固體制劑若不經(jīng)修改就難以吞咽。而具有增稠性的黃原膠可促進吞咽障礙患者安全吞咽[52]。Kim J等利用黃原膠、殼聚糖成功地制備了一種具有生物相容性、抗菌性的生物聚合物，可有效的用于急、慢性牙周炎的局部殺菌[53]。

3 展望

黃原膠因其良好的理化特性受到廣泛關(guān)注，尤其是在醫(yī)藥領(lǐng)域具有較強的研究價值及應(yīng)用潛力。目前國內(nèi)外對黃原膠在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究取得了一定成果，但市場開發(fā)力度不足，產(chǎn)品競爭力仍有待提升。因此尚需深入研究，進一步提升黃原膠的醫(yī)用價值。

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Xanthan gum isa biomacromoleculepolysaccharide produced from the fermentation of Xanthomonas campestris.It is w idelyused in food,cosmetic,oil,pharmaceuticalindustryand other fieldsdue to itsexcellent characteristics,such assafety and nontoxici?ty,degradability,high stability and unique rheological property,etc.In this review,properties andresearch advances of xanthan gum inmedicinehasbeen discussed.

Xanthan gum;property;medicine

1.熊曉蘭（1988-），女，漢族，四川遂寧人，工程碩士，四川護理職業(yè)學(xué)院藥學(xué)與檢驗系，助教，研究方向：天然大分子多糖在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究

2.鄭媛媛（1993-），女，漢族，四川宜賓人，理學(xué)學(xué)士，四川護理職業(yè)學(xué)院護理系，助教，研究方向：護理教育、老年護理