硫酸軟骨素的生產工藝研究進展

◎ 鄒德生

（鞍山師范學院，遼寧 鞍山 114005）

硫酸軟骨素（Chondroitin Sulfate，CS）是從動物軟骨中分離得到的一種高分子量酸性黏多糖[1]，具有促進軟骨再生，抗炎、降血脂、抗凝血活性的功效，能有效預防關節炎[2]，近年來發現其還具有抗癌、抗HIV等功效。目前，市場上有多種CS制品，如抗關節炎藥品、滴眼液、口服保健品以及化妝品等，在歐美國家CS被廣泛用于預防和治療關節炎、冠心病、心絞痛等。我國是CS生產第一大國，國內約有200家生產廠家，產量約占世界總產量的80%，產品主要用于出口。但是我國生產企業普遍資質不高，工藝落后，產品品質也較低。國內外對企業污染排放要求和對CS原料藥品質的要求越來越高，生產企業必須要改進生產工藝，提升產品質量，特別是開發低污染、低能耗，高產量、高品質的生產工藝，以適應行業發展和環保要求，獲得更大效益。

1 硫酸軟骨素的傳統動物軟骨生產工藝

1.1 堿提醇沉法

堿提醇沉法是目前企業采用的主要生產方法，常用的有豬牛羊、禽類及鯊魚的軟骨，原料不同，生產工藝略有差異，其主要生產流程為：軟骨→高溫蒸煮→烘干粉碎→5%氫氧化鈉浸提→鹽酸調pH值→離心過濾→乙醇沉淀[3]。此法操作簡易，生產成本低，但由于氫氧化鈉、鹽酸和乙醇的大量使用，導致污染嚴重，能耗較高，而且此法容易產生氫氧化鈉的過度水解以及蛋白殘留高等問題，此法得到的硫酸軟骨素純度一般在90%以下，難以達到出口要求，而且澄清度也很難合格[4]。為了解決這一問題，近年來有些廠家采用了比較先進的酶解-超濾法和酶解-樹脂法進行生產。

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肽鍵，釋放出CS，再通過超濾膜過濾，去除酶解液中的蛋白質、油脂、鹽和小分子雜質，兼具純化和濃縮的雙重作用。Lignot等[4]首先采用此法從鰩魚軟骨中提取到了CS，證明此法是可行的。陸釗等[5]的進一步研究發現，超濾膜截留分子量為10 K、壓力2.3 MPa、溫度25 ℃、pH值為9時，分離效果較好，截留率可達97%。在實際生產中，如果超濾設備選擇合適，操作得當，通過一次醇沉即可得到純度90%以上的CS產品。此法的優點是減少了酸堿和乙醇的用量，環境成本相對較低，操作簡單，生產周期短，產品純度高；缺點是難以完全除去蛋白質雜質，而且在超濾過程中，由于被截留的雜質在膜表面上不斷積累，會產生濃差極化現象，當膜面溶質濃度達到某一極限時即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的應用受到一定程度的限制，同時此法由于采用了蛋白酶和超濾設備，所以成本相對于堿提醇沉法有所提高，同時對操作工人技能的要求也更高。

1.3 酶解-樹脂法

酶解-樹脂法是采用離子交換樹脂對酶解液中的CS進行純化的方法，在實際生產中可以采用陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂。如采用陽離子交換樹脂，則蛋白質雜質被吸附在樹脂上，使CS被洗脫；如采用陰離子交換樹脂，則CS被吸附，蛋白質被洗脫，同時采用陰離子交換樹脂還可以采用不同鹽濃度進行梯度洗脫，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，過濾，調整濾液中氯化鈉濃度達到0.5 mol·L-1后，將溶液通過離子交換樹脂柱吸附完畢，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，樹脂法的產品純度更高，澄清度更好，但成本更高，生產規模也更小。

酶解-超濾法和酶解-樹脂法都具有降低污染和能耗，提高產品質量的優點，因此，酶解-超濾法更適合大規模工業化生產。

2 硫酸軟骨素的發酵法生產工藝

傳統的CS生產方法原料都是動物軟骨，原料來源受到限制，生產過程中不可避免地對環境造成污染，同時由于近年來禽流感等動物疾病的流行，動物來源的CS存在潛在的安全問題。研究發現，CS不僅存在于動物軟骨，還以莢膜多糖的形式存在于某些微生物的細胞壁中，自然界的一些真菌或細菌能合成低聚合度的CS，所以用微生物發酵的方法生產CS逐漸受到重視，成為研究的熱點。

微生物發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為出發菌種，發酵液經過離心過濾后，用蛋白酶處理，再經透析后可得到果糖軟骨素，果糖軟骨素經過硫酸化修飾后即可得到硫酸軟骨素，經工藝優化后產量由0.2 g·L-1提高到8 g·L-1。發酵法生產CS具有質量穩定、成本低、污染少、生產規模不受限制等優點，隨著研究的不斷深入，高產菌株不斷開發，產量也會越來越高，在將來有望替代動物軟骨生產法。

3 結語

隨著CS藥理研究的不斷深入，CS的應用領域越來越廣，市場需求越來越大。采用酶解-超濾法或酶解-樹脂法是目前生產CS的主流趨勢，生產企業應該盡快根據自身實際情況選擇適合的生產方法，以降低成本，提高產品質量。同時，發酵法生產CS具有廣闊的前景，待取得技術突破后勢必會替代目前傳統的動物軟骨生產方法，所以生產企業對此也要有所準備。