叶祥山--现代生物技术在多糖分离中的研究发展.doc

现代生物技术在多糖分离中的研究发展叶 祥 山摘要：近年来，多糖的研究引起了国内外许多学者极大的兴趣。由于膜技术的发展带动了超滤技术的发展，在多糖的分离提取上，使用膜超滤对多糖进行分离提取，结果表明能够达到很好的分离效果。文章简要介绍了天然多糖在医疗保健上的应用现状及超滤膜分离技术的发展现状，并就超滤膜分离法在几种多糖分离提取中的应用及技术工艺进行了综述。关键词：多糖，超滤，膜分离多糖类化合物广泛存在于动物细胞膜和植物、微生物的细胞壁中，是由醛基和酮基通过苷键连接的高分子聚合物，也是构成生命的四大基本物质之一。近20年来，随着天然药物化学、药理研究的不断深入即分析手段突飞猛进的发展，多糖的研究引起了国内外许多学者极大的兴趣。研究表明，天然多糖类化合物具有抗肿瘤和免疫增强作用。因而，天然动植物中免疫多糖的重要生物学效应已越来越受到人们的重视，成为当今研究的热点。超滤是一种膜分离技术，所采用的超滤膜能够从水和其他液体中分离出很小的胶体和大分子。由于超滤膜具有不对称微孔结构，且采用磨擦流道和湍流促进结构，减少膜污染，使得在分离过程中大分子溶质和微粒(如胶体，淀粉等)随溶液切向流经膜表面，而小分子物质和溶剂则在压力驱动下穿过致密层上的微孔而进入膜另一侧，因而超滤膜可以长期连续使用并保持较恒定的产量和分离效果。将超滤膜用于多糖这种生物活性物质的分离，具有不损害活性、分离效率高、能耗低、设备简单、可连续生产、无污染等优点。1 多糖的应用现状和分离方法 1.1 天然多糖应用研究现状 多糖作为药物始于1943年，50年代发现真菌多糖具有抗癌作用，后来又发现地衣、花粉及许多植物均含有多糖类化合物，并进行分离提纯，确定了其化学结构、物理化学性质、药理作用，尤其对多糖类化合物的抗肿瘤和免疫增强作用进行深入研究，到了6o年代作为广谱免疫促进剂而引起了医药界的广泛关注，并逐渐认识到多糖及复合物分子具有极其重要的生物功能。越来越多的研究证明，多糖不但能治疗机体免疫系统受到严重损伤的癌症，还能治疗多种免疫缺损疾病，如慢性病毒性肝炎和某些耐药细菌和病毒引起的慢性疾病，以及诸如风湿病之类的自身免疫疾病，有的还能诱导干扰素的产生。同时，作为药物的多糖在治疗肿瘤时，不像一般化疗药物直接杀死生长着的肿瘤细胞，而是促进细胞和体液免疫反应，如激活补体、巨噬细胞、T一淋巴细胞、B一淋巴细胞或加强抗体生成等，以达到抑制和消灭肿瘤细胞的作用，对正常细胞影响很小。 目前，已有部分天然多糖类化合物用于临床，显示出良好疗效，且无骨髓抑制等不良反应，可长期应用，预示了它抗肿瘤方面的良好发展前景。同时，多糖在治疗肿瘤、代谢及感染性疾病等方面的应用仍在不断扩大，给近代肿瘤、艾滋病及其它疾病的治疗开辟了新的方向。 1.2 天然多糖的分离提纯 1.21 多糖从其它物质中的分离 将多糖同低分子有机物、无机盐等成分分离，或是同蛋白质、酯类、木质素等其它高分子量的自然产物分离。这样提取的多糖通常具有多分散性，表现在化学组成、聚合度、分子形状等分布不均一。因此，还要将这种多分散的多糖混合物分离纯化成分布均一的单个多糖组分。这种分离具有相当大的困难，但意义重大。因为初步研究表明，某种多糖的药效活性与其组成、分子结构及分子量水平都密切相关。免疫应答对单糖的化学结构是非特异性的，它主要由分子大小决定而不是单糖的化学结构。由于不同的植物中所含成分不同，从其中提取多糖成分的具体方法有很大差异，但通常都包括水提、醇沉、除脂、除蛋白、脱色、柱分离这些基本步骤。具体的提取工艺则根据子实体的种类及多糖的存在部位有所不同。 1.22 单一多糖的分离提纯 按分子大小和形状进行分级(如分级沉淀，分子筛，层析等)，也可按分子所带基因的性质进行分级(如按电荷性质分级的电泳，离子交换层析等),可分为：分级沉淀 柱层析法 透析、超滤及超速离心 区带电泳法。其中近来发展起来的超滤膜分离技术不需加热和化学物质处理，不仅节约能源、无环境污染。且保留生物活性成分的高效价，因而得到愈来愈广泛的应用。2 超滤膜分离技术的应用 2.1 超滤膜分离法的发展现状 膜分离是指以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分可选择透过膜，从而达到分离提纯的过程。膜分离过程作为一种新型的分离方法，与传统的分离过程如精馏、萃取、重结晶、吸附等相比，具有能耗低、单级分离效率高、设备简单、元污染等优点。因此，自20世纪50年代以来，膜分离技术已迅速发展成为新的单元操作，其应用也从早期的脱盐发展到化工、食品、医药、生物、电子等工业，并将对21世纪的工业技术改造产生深远的影响。 目前所用超滤膜较多由高分子材料制成，如纤维素膜和聚砜膜。随着工业上超滤和微滤技术的发展，以金属、陶瓷、多孔硅铝等材料制成的无机膜，在上世纪80年代初至90年代获得了重要发展。 近30年是超滤技术迅速发展的时期，超滤技术被广泛地应用于工业中。目前的主要应用领域有：工业废水处理，金属加工涂料，生物产品加工，饮用水制备，食品工业，制药工业，石油加工等。它可用于被提纯物的预处理，交叉的流程薄膜过滤普遍应用于从悬浮液中浓缩提纯蛋白质和其他的有机物。其它的应用还包括超纯水的提纯净化，蛋白质和动物血处理的制造，果汁的过滤，薄膜生物反应器，处理漂白流出物，以及回收果肉中和造纸工业中的木质素等等。超滤能够用来抑制病毒、细菌、热源、内毒索，但不能抵制离子。 基建投资费用高是超滤技术应用的最大障碍。近两年，国外供货商为争夺中国市场，调整了对我国市场的供货价格。另一方面，由于膜生产技术的快速发展，也促使成本下降，使其应用得到较快推广。 2.2 超滤膜在多糖分离中的应用 从天然产物中分离提取多糖的传统工艺，如水提醇析、薄膜浓缩法、冻干法等，均以子实体作为生产原料，工艺复杂，生产周期长，从而增大了生产成本，使工业化生产和大规模临床应用受到限制。20世纪80年代中后期至90年代初。一些热门的新型分离技术如凝胶分离、柱层析、超滤等陆续被尝试用于多糖的分离，为多糖的应用带来新的发展前景。 作为一种新型制药技术，超滤膜分离法在中药制药行业中应用愈加广泛，除可用于除去杂质、鞣质等非药用成分，增加药品的澄明度和制剂质量外，更可用其提取皂甙、多糖等有效成分 。总之，既可用超滤膜较为快速简便地从天然产物的粗多糖中将多糖成分同其它低分子组分相分离，更可利用不同分子量截流值的超滤膜实现多糖的进一步分级纯化，将多糖分成几个相对单一的分子量级别，制备均一的多糖。超滤法分离多糖效率极高，很少破坏，且操作简便，只需控制操作压力、流速和滤液浓度即可。这对于分子量相对较大、且分布范围较宽，溶液粘度大且不稳定的多糖来说，是一种极具发展潜力的分离手段。3 展望 我国成功捉取98%以上高纯度活性多糖一攻克活性多糖分离捉纯技木难题。 天津南开大学声民科学院、天津医科大学、天津肿瘤医院的科研人员，经过多年研究成功破解了困扰药学界多年的植物活性多糖分离提纯技术难题，通过对草本植物功效部位生物活性化提取，将传统提取的多糖混合物转化成具有生物活性的多糖分子GPS。经国家权威机构药理、药效研究表明：这种活性多糖具有激活、增强和调节人体免疫能力和抵制肿瘤、抗炎、抗病毒、修复自身免疫性疾病的功效。这是中国继蛋白质和遗传基因研究取得举世公认后，在生命科学的另一领域“活性多糖”的分离，纯化，分子结构确定及量效关系控制方面取得的又一重大突破。 参考文献1 谭周进，谢达平多糖的研究进展食品科技。20023：10-122 盛家荣，曾令辉，翟春等多糖的提取、分离及结构分析。广西师院学报(自然科学版)，1999，16(4)：49-543 陈怡天然多糖的研究概况世界科学技术，2000，2(6)4 夏中明国外超滤技术的应用及投资分析武汉水利电力大学学报，1996，29(6)5 陈正行膜分离技术提取米糠脂多糖的研究水处理技术2000,VOL.26(6).3333356 赵剑曦利用利用Pluronie嵌段共聚物的增溶胶束超滤分离技术精细化工，2002，19(1)7 刘茉娥等编膜分离技术化工出版社：1998年8月第l版8 杨张渭，张善政，邓丽仪等人参精采用超滤工艺的中试研究中成药，1994，16(1)：4-69 李志洲，香菇多糖的膜分离技术汉中师范学院学报200119(2)10 段穗芳，郑宗坤超滤提纯香