硫酸軟骨素的制備及應(yīng)用

摘要：硫酸軟骨素是從動物軟骨中提取的黏多糖類物質(zhì)，在防治心血管疾病、關(guān)節(jié)病等方面具有重要作用。隨著硫酸軟骨素的新功能、新用途不斷擴(kuò)大，應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)展，除了作為藥品外，大量的硫酸軟骨素是作為改善關(guān)節(jié)病的補(bǔ)充產(chǎn)品。在國際市場強(qiáng)勁的需求拉動下，我國硫酸軟骨素產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展壯大。本文通過對國內(nèi)外硫酸軟骨素相關(guān)文獻(xiàn)的綜述總結(jié)，從其結(jié)構(gòu)、來源、理化性質(zhì)、制備及應(yīng)用等方面詳細(xì)介紹了硫酸軟骨素的功能性質(zhì)，為硫酸軟骨素作為功能因子在保健食品方面的應(yīng)用提供了支持。

關(guān)鍵詞：硫酸軟骨素；酶解；發(fā)酵；應(yīng)用

1.來源

硫酸軟骨素（Chondroitin sulfate，ChS）是在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的生物材料，特別是在動物腿骨、軟骨、皮膚、神經(jīng)組織和血管中較為豐富。中國藥典2010版中ChS主要有三個(gè)來源，即豬的喉骨、鼻中骨、氣管等軟骨組織；此外還有海洋動物的軟骨，牛、鳥類及人類食用家禽類的軟骨等。除此之外，最近的研究通過生化方法和核磁共振圖譜鑒定出巴西蟾蜍的毒液中也存在ChS，其可能對于蛋白質(zhì)含量起保護(hù)作用。最近也有研究發(fā)現(xiàn)，比起常規(guī)的酶提取法，利用雞的腿骨熬湯來提取ChS更為方便，而且，基于中國食品工業(yè)的傳統(tǒng)的烹飪骨湯，這也為聯(lián)合生產(chǎn)骨湯和ChS提供了新的思路。

2.硫酸軟骨素的制備工藝

作為我國一種重要的出口原料藥，硫酸軟骨素有著多種生產(chǎn)工藝。ChS產(chǎn)品的價(jià)格取決于商品中ChS的含量與純度，從動物軟骨中提取ChS的過程中可能殘留的多肽、蛋白質(zhì)、核酸會使ChS的價(jià)值大打折扣，因此提高產(chǎn)品的純度是企業(yè)與院校一個(gè)重要的研究方向。近年來，國內(nèi)ChS行業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的階段，在生產(chǎn)ChS的同時(shí)回收聯(lián)產(chǎn)蛋白成為行業(yè)主流，實(shí)現(xiàn)了原料的綜合利用，使污染減少，效益提高。而瘋牛病、禽流感等疾病的產(chǎn)生與流行也使人們對尋找新的原料來源（如海洋生物）和生產(chǎn)方法（如微生物發(fā)酵）的關(guān)注度逐步提升。

2.1ChS 的傳統(tǒng)動物軟骨提取工藝

從工業(yè)生產(chǎn)的角度來看，以動物軟骨為原料提取ChS仍是目前最經(jīng)濟(jì)有效的方法，常用的有豬、牛、禽類及鯊魚的透明軟骨。原料不同，生產(chǎn)工藝略有差別，但本質(zhì)是相同的，即將ChS從軟骨中提取出來并進(jìn)行純化。ChS的提取分離方法主要有堿提取法、堿鹽法、酶處理法等，一般均需要經(jīng)酶解和活性炭、硅藻土或白陶土等處理，以提髙提取的效果。傳統(tǒng)方法提取一般需采用大量堿液和有機(jī)溶劑，提取ChS的含量也普遍較低，隨著對工業(yè)生產(chǎn)能耗和環(huán)境影響的要求日益嚴(yán)格，以及國內(nèi)外市場對于ChS品質(zhì)的要求日益提升，酶解-超濾法和酶解-樹脂法生產(chǎn)ChS已成為一種趨勢。酶解法是目前生產(chǎn)中普遍使用的方法，在特定的溫度和 pH值下，用蛋白酶催化蛋白質(zhì)的特定肽鍵水解，使ChS從糖蛋白中游離出來，得到軟骨提取液后再采用一定的方法進(jìn)行去除蛋白及并回收、純化ChS。

2.2ChS 的微生物發(fā)酵生產(chǎn)工藝

從動物軟骨中提取ChS后續(xù)純化工藝復(fù)雜，同時(shí)為了避免動物來源ChS可能產(chǎn)生的健康安全問題及其生產(chǎn)中的環(huán)境污染問題，用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)ChS逐漸成為研究熱點(diǎn)。ChS不僅存在于動物軟骨組織，還以莢膜多糖的形式存在于某些微生物細(xì)胞壁上，自然界中許多真菌和細(xì)菌等均能合成低聚合度的ChS或類ChS聚合物。

最初，有人選用巴斯德桿菌Pasteurella multocida作為生產(chǎn)菌株，但是其霍亂致病菌的屬性嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。近來，以大腸桿菌Escherichia coliO5： K4： H4 作為出發(fā)菌株的研究較多，它可以產(chǎn)生莢膜多糖ChS前體———果糖軟骨素。經(jīng)過多位學(xué)者的研究，果糖軟骨素的產(chǎn)量已經(jīng)由最初分批培養(yǎng)的 0.2 g/L，提高到超過 8.0 g/L。但是，E. coli 仍是一種低致病的病原體，限制了它的大規(guī)模生產(chǎn)。

目前，ChS的發(fā)酵生產(chǎn)仍以E. coli K4 研究居多。E. coli K4 發(fā)酵液經(jīng)離心、過濾除菌體后，經(jīng)蛋白酶處理，透析和酸解即可獲得無果糖分支的軟骨素（Ch），Ch通過硫酸化修飾才能得到ChS。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)ChS具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、污染少等優(yōu)點(diǎn)。隨著研究的深入，生產(chǎn)菌株的不斷開發(fā)，ChS產(chǎn)量也越來越高，實(shí)現(xiàn)ChS發(fā)酵的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)成為可能。

3.硫酸軟骨素的應(yīng)用

3.1醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

ChS作為關(guān)節(jié)軟骨的重要組成部分，具有軟骨保護(hù)功能，在作為關(guān)節(jié)炎的治療藥物和功能食品領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用；利用其黏彈性特點(diǎn)，作為眼科手術(shù)流程中的輔助劑，包括白內(nèi)障摘除術(shù)和人工晶體置入術(shù)，也可用于緩解干眼癥；鱘魚硫酸軟骨素具有促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡、抑制細(xì)胞增殖的能力；它在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和成熟以及在神經(jīng)損傷的病理生理反應(yīng)中也發(fā)揮著重要作用。

3.2在化妝品行業(yè)的應(yīng)用

氨基葡萄糖鹽酸鹽和人體表皮脂膜層重要成分神經(jīng)酞胺的結(jié)構(gòu)非常相似，使產(chǎn)物容易透過，刺激細(xì)胞合成，具有消炎抑菌的作用，在化妝品中添加硫酸軟骨素，可調(diào)節(jié)皮膚的細(xì)胞代謝，促進(jìn)營養(yǎng)的吸收，保持皮膚的水分和改善發(fā)質(zhì)，其保濕性能優(yōu)于甘油。和硫酸軟骨素一同作為細(xì)胞營養(yǎng)成分添加到面膜中，具有增強(qiáng)皮膚保濕能力和緊致抗衰老效果。

3.3在食品行業(yè)的應(yīng)用

硫酸軟骨素的功能主要通過所組成的蛋白聚糖來體現(xiàn)，大致分為結(jié)構(gòu)功能和調(diào)節(jié)功能，例如保濕性和炎癥抑制作用，常作為保健食品的配方對關(guān)節(jié)炎、冠心病、心絞痛、眼科疾病有一定防御作用。硫酸軟骨素作為食品添加劑，可用于食品的乳化、保濕和祛除異味； 可制成保健食品，可用作膳食補(bǔ)充劑。

4.展望

硫酸軟骨素作為一類糖胺聚糖，有保濕性、抑制炎癥、促進(jìn)細(xì)胞代謝、傷口愈合、抑制癌細(xì)胞增殖、修復(fù)神經(jīng)損傷等多方面的作用，因?yàn)檫@些功能特性，使得硫酸軟骨素在藥品、食品、化妝品等行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用，在目前的功能性食品中，硫酸軟骨素主要作為增加骨密度的功能因子用于補(bǔ)鈣類保健品的制作，也有用于增強(qiáng)免疫力的產(chǎn)品中。相信對硫酸軟骨素的重視和深入研究、隨著其提取和制備工藝的逐漸成熟，在未來硫酸軟骨素會有更廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鳳. 鱘魚硫酸軟骨素提取與純化工藝優(yōu)化研究[D].武漢輕工大學(xué)，2014.

[2]王曉軍. 雞骨源硫酸軟骨素的提取及結(jié)構(gòu)分析[D].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[3]彭春娥. 一種硫酸軟骨素E降解抗性的糖胺聚糖裂解酶的鑒定與應(yīng)用[D].山東大學(xué)，2018.

[4]邊玲， 凌沛學(xué). 硫酸軟骨素用于治療骨關(guān)節(jié)炎的制劑[J]. 食品與藥品， 2013（5）：367-368.

[5]玄光善，穆蘭蘭，孫桐，李青 . 等離子體處理聚氨酯- 膠原-硫酸軟骨素復(fù)合材料的制備及性能評價(jià)[J]. 中國組織工程研究，2016，20（43）：6451-6457.

作者簡介：羅曦（1997-），女，四川成都人，本科生。