硫酸軟骨素的生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展

◎ 鄒德生

（鞍山師范學(xué)院，遼寧 鞍山 114005）

硫酸軟骨素（Chondroitin Sulfate，CS）是從動(dòng)物軟骨中分離得到的一種高分子量酸性黏多糖[1]，具有促進(jìn)軟骨再生，抗炎、降血脂、抗凝血活性的功效，能有效預(yù)防關(guān)節(jié)炎[2]，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)其還具有抗癌、抗HIV等功效。目前，市場(chǎng)上有多種CS制品，如抗關(guān)節(jié)炎藥品、滴眼液、口服保健品以及化妝品等，在歐美國(guó)家CS被廣泛用于預(yù)防和治療關(guān)節(jié)炎、冠心病、心絞痛等。我國(guó)是CS生產(chǎn)第一大國(guó)，國(guó)內(nèi)約有200家生產(chǎn)廠家，產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的80%，產(chǎn)品主要用于出口。但是我國(guó)生產(chǎn)企業(yè)普遍資質(zhì)不高，工藝落后，產(chǎn)品品質(zhì)也較低。國(guó)內(nèi)外對(duì)企業(yè)污染排放要求和對(duì)CS原料藥品質(zhì)的要求越來(lái)越高，生產(chǎn)企業(yè)必須要改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提升產(chǎn)品質(zhì)量，特別是開(kāi)發(fā)低污染、低能耗，高產(chǎn)量、高品質(zhì)的生產(chǎn)工藝，以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和環(huán)保要求，獲得更大效益。

1 硫酸軟骨素的傳統(tǒng)動(dòng)物軟骨生產(chǎn)工藝

1.1 堿提醇沉法

堿提醇沉法是目前企業(yè)采用的主要生產(chǎn)方法，常用的有豬牛羊、禽類(lèi)及鯊魚(yú)的軟骨，原料不同，生產(chǎn)工藝略有差異，其主要生產(chǎn)流程為：軟骨→高溫蒸煮→烘干粉碎→5%氫氧化鈉浸提→鹽酸調(diào)pH值→離心過(guò)濾→乙醇沉淀[3]。此法操作簡(jiǎn)易，生產(chǎn)成本低，但由于氫氧化鈉、鹽酸和乙醇的大量使用，導(dǎo)致污染嚴(yán)重，能耗較高，而且此法容易產(chǎn)生氫氧化鈉的過(guò)度水解以及蛋白殘留高等問(wèn)題，此法得到的硫酸軟骨素純度一般在90%以下，難以達(dá)到出口要求，而且澄清度也很難合格[4]。為了解決這一問(wèn)題，近年來(lái)有些廠家采用了比較先進(jìn)的酶解-超濾法和酶解-樹(shù)脂法進(jìn)行生產(chǎn)。

1.2 酶解-超濾法

酶解-超濾法是采用蛋白酶水解軟骨中的特定蛋白質(zhì)肽鍵，釋放出CS，再通過(guò)超濾膜過(guò)濾，去除酶解液中的蛋白質(zhì)、油脂、鹽和小分子雜質(zhì)，兼具純化和濃縮的雙重作用。Lignot等[4]首先采用此法從鰩魚(yú)軟骨中提取到了CS，證明此法是可行的。陸釗等[5]的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，超濾膜截留分子量為10 K、壓力2.3 MPa、溫度25 ℃、pH值為9時(shí)，分離效果較好，截留率可達(dá)97%。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果超濾設(shè)備選擇合適，操作得當(dāng)，通過(guò)一次醇沉即可得到純度90%以上的CS產(chǎn)品。此法的優(yōu)點(diǎn)是減少了酸堿和乙醇的用量，環(huán)境成本相對(duì)較低，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品純度高；缺點(diǎn)是難以完全除去蛋白質(zhì)雜質(zhì)，而且在超濾過(guò)程中，由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累，會(huì)產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，當(dāng)膜面溶質(zhì)濃度達(dá)到某一極限時(shí)即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的應(yīng)用受到一定程度的限制，同時(shí)此法由于采用了蛋白酶和超濾設(shè)備，所以成本相對(duì)于堿提醇沉法有所提高，同時(shí)對(duì)操作工人技能的要求也更高。

1.3 酶解-樹(shù)脂法

酶解-樹(shù)脂法是采用離子交換樹(shù)脂對(duì)酶解液中的CS進(jìn)行純化的方法，在實(shí)際生產(chǎn)中可以采用陰離子交換樹(shù)脂或陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。如采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，則蛋白質(zhì)雜質(zhì)被吸附在樹(shù)脂上，使CS被洗脫；如采用陰離子交換樹(shù)脂，則CS被吸附，蛋白質(zhì)被洗脫，同時(shí)采用陰離子交換樹(shù)脂還可以采用不同鹽濃度進(jìn)行梯度洗脫，獲得不同分子量的糖氨聚糖分子[6]。一種典型的生產(chǎn)工藝流程是將軟骨絞碎，用蛋白酶55 ℃保溫水解20 h，再加鹽酸中和至近中性，過(guò)濾，調(diào)整濾液中氯化鈉濃度達(dá)到0.5 mol·L-1后，將溶液通過(guò)離子交換樹(shù)脂柱吸附完畢，用0.5 mol·L-1的氯化鈉溶液洗滌，再用 1.8 mol·L-1的氯化鈉溶液洗脫，流速 2 L·h-1，洗脫液乙醇沉淀，收集沉淀，干燥，即得成品[7]。相較超濾法，樹(shù)脂法的產(chǎn)品純度更高，澄清度更好，但成本更高，生產(chǎn)規(guī)模也更小。

酶解-超濾法和酶解-樹(shù)脂法都具有降低污染和能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，因此，酶解-超濾法更適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2 硫酸軟骨素的發(fā)酵法生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)的CS生產(chǎn)方法原料都是動(dòng)物軟骨，原料來(lái)源受到限制，生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)由于近年來(lái)禽流感等動(dòng)物疾病的流行，動(dòng)物來(lái)源的CS存在潛在的安全問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，CS不僅存在于動(dòng)物軟骨，還以莢膜多糖的形式存在于某些微生物的細(xì)胞壁中，自然界的一些真菌或細(xì)菌能合成低聚合度的CS，所以用微生物發(fā)酵的方法生產(chǎn)CS逐漸受到重視，成為研究的熱點(diǎn)。

微生物發(fā)酵法提取硫酸軟骨素采用的主要菌株有巴斯德桿菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌3種。巴斯德桿菌具有致病性，所以目前的研究主要集中于大腸桿菌和枯草芽孢桿菌。Cimini D等[8]以大腸桿菌K4為出發(fā)菌種，發(fā)酵液經(jīng)過(guò)離心過(guò)濾后，用蛋白酶處理，再經(jīng)透析后可得到果糖軟骨素，果糖軟骨素經(jīng)過(guò)硫酸化修飾后即可得到硫酸軟骨素，經(jīng)工藝優(yōu)化后產(chǎn)量由0.2 g·L-1提高到8 g·L-1。發(fā)酵法生產(chǎn)CS具有質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、污染少、生產(chǎn)規(guī)模不受限制等優(yōu)點(diǎn)，隨著研究的不斷深入，高產(chǎn)菌株不斷開(kāi)發(fā)，產(chǎn)量也會(huì)越來(lái)越高，在將來(lái)有望替代動(dòng)物軟骨生產(chǎn)法。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著CS藥理研究的不斷深入，CS的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，市場(chǎng)需求越來(lái)越大。采用酶解-超濾法或酶解-樹(shù)脂法是目前生產(chǎn)CS的主流趨勢(shì)，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該盡快根據(jù)自身實(shí)際情況選擇適合的生產(chǎn)方法，以降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，發(fā)酵法生產(chǎn)CS具有廣闊的前景，待取得技術(shù)突破后勢(shì)必會(huì)替代目前傳統(tǒng)的動(dòng)物軟骨生產(chǎn)方法，所以生產(chǎn)企業(yè)對(duì)此也要有所準(zhǔn)備。