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年轻神话玻尿酸的发展,见证了中国科技 [复制链接]

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玻尿酸,这个词相信大家都不陌生,不管你是男生还是女生,或多或少都会有所耳闻,但可能就是知道的不那么深刻,今天舜甫君就给大家好好的讲一讲它的故事!

玻尿酸,本名透明质酸(以下简称透明质酸),简称HA,又名玻璃酸、玻尿酸,是一种新型多糖,是构成结缔组织的基本成分之一。其大量存在于人体的结缔组织及真皮层中。随着年龄的增长,人体皮肤中玻尿酸的含量也越来越少。

透明质酸能够吸收相比自身--倍体积水的能力,是一种理想的天然保湿因子,适当补充玻尿酸可以增强皮肤的保水能力,让皮肤重新焕发新的活力,因此玻尿酸受到了消费者的热烈追捧,在化妆品和护肤品方面有着广泛的应用。

但其实透明质酸是一种我们皮肤里本身就含有的物质,除皮肤外我们眼睛的晶状体、软骨组织等部位也都有它,所以它本身就和我们肌肤的相合性很高,因此透明质酸还具有很多重要的生理功能,在医学上也有较为广泛的应用,比如润滑关节、加速伤口愈合等。

除了透明质酸和玻尿酸,你可能还听过玻璃酸钠、透明质酸钠这些词,那么他们又是什么关系?

透明质酸最早由美国哥伦比亚大学教授KarlMeyer和JohnPlamer从牛眼睛玻璃体中分离得到。他们发现该新型多糖包含糖醛酸和氨基糖结构,并将其命名为透明质酸。

年,Kendell等从细菌发酵液中分离提取得到透明质酸。20世纪50年代到60年代,透明质酸的理化特征被逐渐揭示出来。研究表明透明质酸糖链在浓度低至0.1%时会产生缠结导致极高的剪切力相关的黏度。这特征使透明质酸具备了调节水平衡和抗流变的能力,并以此作为润滑剂用于稳定基体结构。

年,EndreBalazs研究团队最早开发了医药级透明质酸产品,使透明质酸实现了在临床医学上的应用。该团队从脐带和公鸡鸡冠中开发了第一个非致炎性的、高纯度和高分子量的透明质酸产品。

在20世纪80年代早期,透明质酸被创造性地用于植入人工晶体中,成为眼科手术中的重要材料。在此基础上,相关学者陆续拓展了透明质酸在其他领域的应用。

上世纪80年代,中国因为技术落后,而玻尿酸只能从像牛眼、鸡冠、脐带这些动物组织中提取,1公斤玻尿酸至少需要公斤鸡冠,不仅原料收购困难,分离过程也很复杂,海外对玻尿酸的研究已经如火如荼,国内还主要靠进口。当时玻尿酸贵比黄金,作为化妆品原料的玻尿酸一公斤公开售价在万元以上,作为药品的玻尿酸价格更是高达每公斤20万元左右。据说,我国台湾学者在翻译时,将Uronicacid(糖醛酸)误看成了Uricacid(尿酸),所以透明质酸被误译为玻尿酸,就此在民间流行开来。

年,山东大学药学教授张天民率先从人的脐带和鸡冠中成功提取出了玻尿酸。之后,为了改变玻尿酸被海外垄断的局面,在张天民的指导下,山东省生物药物研究院成立了国内首个HA(透明质酸)研发团队。日后的山东省生物药物研究院院长凌沛学、副院长郭学平都出自这里,这里可以说是中国玻尿酸行业的黄埔军校。

上世纪90年代,郭学平到福州参加全国工业生化学术会议,偶然读到一篇日本关于发酵法的记载,他认为这将是改变玻尿酸提取的关键技术。经历了无数次的失败,年终于在山东省生物研究所一间简陋的实验室里,郭学平通过微生物发酵法成功提取出了玻尿酸,大大降低了提取成本。

透明质酸的制备方法有三种:动物组织提取法、人工合成法和微生物发酵法。

透明质酸溶液属于典型的非牛顿凯松流体,所以对其发酵液进行后续提取纯化工作带来了很多技术上的难题。通常情况下,发醇液分别经过预处理、初步分离、二次纯化、干燥等步骤,最后得到透明质酸成品。

分离纯化方法很多,在不同阶段所适用的分离纯化技术不尽相同,但总体上分离纯化工艺过程可以概括为如下流程:发酵液-预处理-分离(初步纯化)-纯化干燥-成品。

总之,分离纯化的主要目的是获得纯度较高的HA,目前国内外般以葡糖醛酸含量表示透明质酸的纯度,保健食品及化妆品级HA的葡糖醛酸含量为35%~45%,药用级为42%~48%。

主要用到的方法有以下几种:

预处理是在分离纯化前对发酵液进行灭酶、灭菌、除菌的工艺。对于一些非透明质酸酶缺陷型菌株发酵所得的发酵液,通过预处理可以杀灭透明质酸酶,减少透明质酸分子量的降低。杀灭发酵液中的菌体通常加入杀菌剂,常用的杀菌剂包括三氯乙酸、氯仿等。通过有效除菌可以改善分离效果,使HA分离得率提高,同时也可以去除部分杂蛋白。

①乙醇分离

除去发酵液中的菌体后,需要将透明质酸分离出来,这是个初步纯化的过程。乙醇沉淀是分离各种多糖常用的一种方法,可以使透明质酸有效脱水、脱色,从而提高透明质酸产品品质。

②超滤技术

首先将透明质酸发酵液用纯水稀释2倍,然后使用硅藻土过滤器进行过滤,0.45um孔径的微滤滤膜、超滤,超滤后得到透明质酸溶液,蛋白质去除率达97%以上,透明质酸的收率为83.5%。经过对比,发现洗滤水流加越多,蛋白除去率越高。

③膜分离技术

膜技术不仅可以用于发酵液的浓缩,将其作为一种主体技术分离、提纯发酵液中的透明质酸也有一定可行性。

④壳聚糖分离

利用壳聚糖带相反电荷的吸附作用将透明质酸分离下来的方法

①季铵盐纯化

氯化十六烷基吡啶(CPC)是一种季铵盐类阳离子表面活性剂,它能与黏多糖分子中的聚阴离子形成络合物,此络合物在低浓度盐溶液中产生沉定,而在高浓度的盐溶液中逐渐解离,引起透明质酸与CPC复合物解离所需的盐浓度远比其它黏多糖与CPC复合物解离所需浓度要低,利用此性质可达到纯化透明质酸的目的。

采用CPC进行纯化的优点是操作简单,但CPC回收困难,单位价格较高,所以应用成本较高。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)纯化HA的作用机制与CPC相似,但成本相对较低。

②酶解纯化

加入蛋白酶能够使透明质酸与蛋白质的络合状态解除,HA更多地游离于溶液中,使其易于纯化。常用的蛋白酶有胃蛋白酶、木瓜蛋白酶,链酶蛋白酶等,链酶蛋白酶对接近糖蛋白质链肽键上的作用效果优于木瓜蛋白酶,而胃蛋白酶的水解作用不够彻底,往往需要配以其它酶才能见效。

③过滤法纯化

过滤法纯化易于实现工业化,能有效滤除菌体和蛋白质,对分子量影响相对要小。

④离子交换层析纯化

在进入透明质酸纯化阶段后,离子交换层析等具有选择性吸附特点的层析技术往往被采用。与化学方法相比,离子交换层析分离条件温和,不引起分子结构的变化,己经成为分离提取生物大分子的有效方法。

⑤凝胶过滤柱层析纯化

凝胶过滤层析常在纯化阶段的后期被采用,需要根据不同分离纯化目的和透明质酸分子量大小选择合适的分子筛。

近年来,全球透明质酸原料市场稳步增长,据FrostSullivan统计,年全球透明质酸原料销量达吨,预计年-年销量为CAGR+17%,年预估可达吨。而中国为全球透明质酸原料最大市场,年已达吨,预计年销量达吨,对应销售额达亿元。

随着销量的不断增长,透明质酸行业竞争也将不断加剧,医药级、化妆品级、食品级的高端需求将会不断升级,这也将促使国内优秀的行业企业愈来愈重视对市场的研究、对透明质酸分子质量的调控研究,特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。

正因为如此,那些科研领先、设备领先的生产企业才能迅速崛起,逐渐成为行业中的翘楚!

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