黄原胶的特性及其在医药领域的应用:
黄原胶的特性及其在医药领域的应用引言
黄原胶(xanthan gum)别名黄胶、汉生胶,又称黄 单胞多糖,是20世纪50年代美国农业部北方研究 室(northern regional research laboratories,NRRL)从野 油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris)服RL B - 1459中发现的中性水溶性多糖。黄原胶多以糖类 为主要原料,经微生物发酵生产,是一种微生物胞外 杂多糖[1],相对分子质量为2x 106〜2x 107。其基 本结构是由重复的五糖单元组成,此单元由2个D -葡萄糖、个D-甘露糖和1个D-葡糖醛酸组 成。黄原胶分子的一级结构是由B- 1,4键连接的 D-葡萄糖基主链与三糖单位侧链组成,其侧链由 D-甘露糖和D-葡糖醛酸交替连接而成,部分侧 链末端的甘露糖4, 6位C上连接有1个丙酮酸基 团,而部分连接主链的甘露糖在C- 6被乙酰化。二 级结构是侧链通过氢键反向缠绕主链形成的双螺旋 或多螺旋结构。三级结构是二级结构通过非共价键 组成的网状结构。
2黄原胶的特性
黄原胶的结构决定其具有许多优良的特性。
在黄原胶的二级结构中,侧链反向缠绕主链使 主链得到保护而不易降解,从而使其具有耐高温、耐 酸碱和抗酶解等特性[2-3]。1 %黄原胶溶液在0~ 80 °C反复加热冷冻,其黏度几乎不变;由25 °C加热 到121 °C,其黏度仅降3 %。其溶液对酸碱十分稳 定,在pH 3~ 11黏度几乎不变。许多酶如蛋白酶、 淀粉酶、纤维素酶和半纤维素酶等都不能使黄原胶 降解。黄原胶能和许多盐溶液长期混溶,黏度基本 不受影响,在其高浓度溶液中加入一定量盐反而可
増加黏度。
2.2流变性
黄原胶溶液是典型的假塑性流体。在剪切力作 用下,黏度急剧下降,剪切速度越高黏度下降越大; 当剪切作用消失时,黏度瞬间恢复到最大。其原因 可能是当受到剪切作用时,连接主、侧链的氢键被破 坏,分子形成了不规则的线团状,黏度下降;在剪切 作用消失时,分子又恢复了原来的结构[4]。利用黄 原胶溶液的流变学性质作为检测指标可筛选菌株和 优化发酵条件[5]。
2. 3增稠性及与其他增稠剂的协效性
由于黄原胶的三级结构为网状结构,使其具有 良好的控制水流动性质,因而具有良好的増稠性,特 别是在低质量浓度下具有高黏度。0.3 g/L的黄原 胶溶液即具90 mPa#s的黏度。黄原胶溶液的黏度 是同质量浓度明胶的100倍左右。黄原胶可与大多 数合成的或天然的増稠剂配伍,如与槐豆胶、瓜尔 胶、卡拉胶及魔芋胶等都能互溶,混合胶黏度显著提 高。研究表明[6],当黄原胶同瓜尔豆胶的比例为9:
1时表观黏度达768mPa#s。
2.4悬浮性和乳化性
由于黄原胶具有亲水和亲油基团,在水中溶解 后,减弱了油水两相的不容性,黄原胶的特性及其在医药领域的应用,可形成较稳定的油水 动态平衡体系,因而具有良好的悬浮性和乳化性。1 %黄原胶溶液具有约5 @ 104N/cm2的承托力。黄原 胶借助水相的稠化作用,可降低油相和水相的不相 容性,使油脂乳化在水中,因而,它可在许多食品饮 料中作为乳化剂和稳定剂。
2.5安全性
黄原胶是一种安全的生物多糖。短期喂养实验 表明,黄原胶对大鼠和狗无毒、无抑制生长作用,对 眼和皮肤无任何刺激性。长期喂养实验毒性研究表 明,黄原胶对生长速率、存活率和血液系统无明显影 响。黄原胶于1969年得到美国食品与药品管理局 (FDA)的批准认证,1975年被美国国家处方集(NF) 收载,1983年被联合国粮农组织(FAO)和世界卫生 组织(WHO)批准为食品添加剂,2010年作为药用辅 料被中国药典收载。
3黄原胶在医药领域的应用
3.1在制剂方面的应用
3.1. 1在液体和半固体制剂中的应用黄原胶是 一种亲水胶,可在液体和半固体制剂中作为増稠剂、 制剂更易涂布,且水分挥发后药物不易从皮肤上脱 落,提高了药物的生物利用度和用药舒适感。金义 光等[7]以炉甘石洗剂、联苯苄唑滴眼剂和联苯苄唑 软膏为模型,考察并比较黄原胶、阿拉伯胶和瓜尔豆 胶在非均相液体和半固体制剂中的作用。结果表 明,黄原胶的触变性、悬浮性和増稠性均优于其他两 种胶,是一种优良的悬浮剂和増稠剂。Tanaka等[8] 以黄原胶和二氧化碳为主要成分制备的混合物可治 疗瘙痒,且具加速伤口愈合、抗炎、促进药物吸收及 解决局部肥胖等作用。Blakely等[9]通过添加黄原胶 制备了多种稳定的非甾体抗炎药混悬液,其配方主 要包括:非甾体抗炎药、缓冲系统、黄原胶、聚维酮及 甘油,此混悬液稳定性高,可掩盖药物的不良气味且 可与其他药物如抗病毒药、抗肿瘤药等联合应用。 Jay 等[1°]以 0. 1 % ~ 0. 5 % 黄原胶、0. 5 % ~ 3 % 微 晶纤维素/羧甲基纤维素钠和水为悬浮体系,配制了 多种稳定的药物混悬液,用于治疗儿童感冒等疾病。
在滴眼剂中,药物与用药部位接触时间长才能 较好地发挥疗效。黄原胶用作滴眼液助剂时功效显 著,可以预防和治疗视网膜炎和脉络膜炎等多种眼 科疾病[11]。眼球快速眨动使滴眼液黏度减小,药物 快速分散并与患部充分接触;停止眨动时,黏度増加 使滴眼液不易流动,延长药物作用时间。黄原胶和 玻璃酸钠混合制备的滴眼液可保护角膜上皮细胞并 加速细胞再生[12]。含有萜类化合物(如冰片)的滴 眼液长期存放于塑料容器中会导致萜类化合物的含 量降低,Fdciko等[13]在滴眼液中添加黄原胶至终浓 度为0.2 %~ 0.7 %,可显著抑制萜类化合物含量 的下降并提高滴眼液的稳定性。K〇ji等制备了含黄 原胶(0. 05 %~ 0. 4 %)和氨基酸(0. 05 % ~ 2 %)的 滴眼液[14]及含黄原胶(0. 05 % ~ 0. 5 %)和葡萄糖 (0. 001 % ~ 0. 1 %)的滴眼液[15]。结果表明,这两 种滴眼液可保护角膜细胞并对眼睛干涩引起的角膜 细胞排列紊乱有缓解作用。
悬浮剂乳化剂和稳定剂。黄原胶的高黏性使外用胶主要作为黏合剂、崩解剂肅剂和控释剂。作为
黄原胶可代替琼脂作为培养基凝固剂用于细菌 和真菌的培养,在硬度和持水性及细菌数量和菌落 形态等方面均优于琼脂。Shashi等[16]研究表明,用 黄原胶或黄原胶与琼脂的混合物作为培养基凝固剂 培养细菌和真菌,在细菌数量和菌落形态等方面均 优于单独使用琼脂。黄原胶还可作为乳化剂的稳定 剂,黄原胶的特性及其在医药领域的应用,不论哪种类型的乳剂,加入本品后均可使其在 pH 1~ 13和较高的电解质浓度下具较高的稳定性。 3.1. 2在固体制剂中的应用在固体制剂中,黄原
黏合剂时其制片黏合力强,且片子不会过于坚硬,同 时还可加入淀粉、阿拉伯胶、瓜尔胶和槐豆胶等辅 料[17-18 ,调整到所需硬度,在压片和贮存过程中不 易出现裂片。本品具有良好的溶胀、润湿和毛细管 作用,因此,又是良好的崩解剂,既适用于高水溶性 药物,也适用于水难溶性药物。目前,黄原胶是国际 上微胶囊药物囊材中的组分,在控制药物释放方面 起重要作用。Helton等[19-2〇]以布洛芬片为模型,在 不同实验条件下以膨胀率和平均释药时间为考察指 标,研究了黄原胶骨架片的制备和药物释放过程。 结果表明,释药速率与骨架片中黄原胶的用量和溶 出条件(转速、介质离子强度、pH)有关,与制备工艺 无关,溶出介质中离子对其释药有影响,黄原胶能有 效控制骨架片中药物释放。王康等[21- 及Felipe 等[23]研究表明,黄原胶与魔芋葡甘聚糖的混合物具 有协效性,可有效延缓药物释放,是优良的缓、控释 材料。王康等以魔芋葡甘聚糖、黄原胶或卡拉胶、稀 释剂混合得到结肠定位包芯片包裹材料,该包芯片 结肠定位释药效果明显,且该包芯片载药体系广泛、 价格便宜、制备过程简单。糜志远等[24]制备了以魔 芋葡甘聚糖和黄原胶两种天然多糖为基质的新型阿 昔洛韦口腔缓释膜,用于疱疹性口腔溃疡局部给药。 Raghavendra等[25]采用体外实验评价了以丙烯酰胺 -黄原胶共聚物为骨架的抗高血压药的药物释放, 该释药系统具有价格便宜、易于压片及良好的生物 相容性等特点。郭卫芹等[26]采用黄原胶-壳聚糖 混合物为控释层,制备了阿西美辛缓释制剂。实验 表明,该制剂与常规制剂比可更好的控制药物释放, 提供了一种能长时间控制药物释放、延长药物疗效、 减少不良反应、基本上不出现药物释放不完全现象 的口服制剂。黄原胶也是咀嚼片和吸吮片的良好赋 形剂,含有本品的药片,在口中因咀嚼和舌头转动产 生的剪切力,使黏度急剧下降且感觉清爽和细腻,利 于药物释放。
3.2黄原胶降解产物的应用
研究表明[27-31],黄原胶寡糖不仅能有效地促进 体内双歧杆茵等有益菌成倍地増殖,调节肠道功能、 改善人类常见的功能性便秘、腹泻等症状,且具有清 除羟自由基、抑制肿瘤转移、降血糖、降血脂、抗病毒 及免疫调节等活性。李冲伟等[27]研究表明,黄原胶 本身不具有清除自由基功能,但当黄原胶被降解到 某种程度后,形成的寡糖具有清除羟自由基的功能。 其中,以酶解时间为200 min,黏度为40 mPa# s时形 黄原胶寡糖在抑菌、抗病毒、植物诱抗、抗氧化等方 面的生物活性进行了研究,发现黄原胶寡糖能抑制 真菌生长,而对细菌则没有抑制作用。殷良等[31]以 降解黄原胶磺化衍生物为净化剂,研究其清除血浆 低密度脂蛋白及纤维蛋白原的能力。结果表明,在 pH为5,净化剂浓度为2500 mg/L时,血浆总胆固醇 下降约45 %,低密度脂蛋白胆固醇下降约24 %,纤 维蛋白原清除近1W %,而对总蛋白和高密度脂蛋 白影响较小。
3.3在其他方面的应用
3.3.1作为降血脂药物黄原胶及其复配物具有 适宜的黏度和溶胀系数,可延长食物胃滞留时间以 降低血脂[32]。Yukiko等[33研究表明,黄原胶可降低 高脂血症小鼠的血清总胆固醇和甘油三酯。冯娟 等[34]研究表明,瓜尔胶:黄原胶(2: 1)和魔芋胶:黄 原胶(2: 1)可延长食物在胃内滞留时间;瓜尔胶:黄 原胶(2: 1)可降低高脂血症小鼠的血清总胆固醇和 甘油三酯。Tanya等[35]在减肥药中添加黄原胶和 钙,降低了减肥药用量和毒副作用并提高了药效,起 到了预防和治疗肥胖等疾病的作用。
3.3.2作为预防和治疗口腔疾病药物黄原胶对 氟离子稳定,且可増强氟离子黏附于牙齿,黄原胶的特性及其在医药领域的应用,从而保护 牙釉质不被酸性物质腐蚀,可预防和治疗龋齿。 Lippert[36和Shigeo等[37]制备了黄原胶和氟化物的混 合物用于预防和治疗龋齿,取得了良好的效果。由 于黄原胶的结构中含有多个羟基,其具有保水性,可 作为药物组分缓解口干症。Gertrud等[S]以聚维酮 和黄原胶等为组份,制备了多种制剂,用于缓解口干 症。
3.3.3作为抗肿瘤药物1985年,小田宗宏研究证 明,黄原胶具有抑制肿瘤的活性。肿瘤细胞周围所 形成的封闭因子可直接干扰致敏淋巴细胞对肿瘤细 胞的攻击。封闭因子可能是肿瘤细胞的特异性抗体 或抗原-抗体复合物。黄原胶可能通过降低体液免 疫水平解除了封闭因子,从而提高了致敏淋巴细胞 对肿瘤细胞的攻击作用。Ario等[39]通过C57BL/6小 鼠皮下接种肿瘤细胞,口服黄原胶及对肿瘤生长、 NK细胞活性、小鼠存活率和肿瘤细胞毒性等指标的 检测,研究黄原胶的体内抑瘤活性。结果表明,黄原 胶抑制了肿瘤的生长,延长了荷瘤小鼠的生存时间, 増强了 NK细胞和肿瘤细胞毒性因子CD8 T细胞的 活性,具有抑制肿瘤的活性。
成的寡糖清除羟自由基能力最强。黄成栋等[30]对2010年黄原胶作为药用辅料被中国药典收载,
4展望
13l Fukiko N,Koii D,HiK,fhii A . Eye dn)p plepalati0n complising— — fat ^臓ise —射;Tase
由于黄原胶本身具有优良的物理化学性能,将持续 引起国内、外科研工作者的关注,作为药用辅料,在 药剂学领域中将会获得广泛的应用,开发出更多更 好的制剂。根据黄原胶的特性,黄原胶的特性及其在医药领域的应用,其在生物医学工程 方面的应用存在潜力,应予关注。
黄原胶降解产物具有多种生物活性。宜加大对 黄原胶降解产物生物活性的研究力度并寻找更多降 解黄原胶的菌株和酶,以在多种条件下降解黄原胶, 得到更多的降解产物,开发不同功效的黄原胶寡糖 产品,进一步拓宽黄原胶产品的市场。
黄原胶在医药领域中的应用己不断得到开发, 并取得了一定成果。但在国内,医药级黄原胶的生 产技术水平还不高,产品档次还较低,应用开发力量 较分散,产业化水平较低。这有待确定我国医药级 黄原胶开发的重点,并采取一定的保障措施,以大力 拓展黄原胶在医药领域中的应用。
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