硫酸软骨素的生产工艺研究进展

◎ 邹德生

（鞍山师范学院，辽宁 鞍山 114005）

硫酸软骨素（Chondroitin Sulfate，CS）是从动物软骨中分离得到的一种高分子量酸性黏多糖[1]，具有促进软骨再生，抗炎、降血脂、抗凝血活性的功效，能有效预防关节炎[2]，近年来发现其还具有抗癌、抗HIV等功效。目前，市场上有多种CS制品，如抗关节炎药品、滴眼液、口服保健品以及化妆品等，在欧美国家CS被广泛用于预防和治疗关节炎、冠心病、心绞痛等。我国是CS生产第一大国，国内约有200家生产厂家，产量约占世界总产量的80%，产品主要用于出口。但是我国生产企业普遍资质不高，工艺落后，产品品质也较低。国内外对企业污染排放要求和对CS原料药品质的要求越来越高，生产企业必须要改进生产工艺，提升产品质量，特别是开发低污染、低能耗，高产量、高品质的生产工艺，以适应行业发展和环保要求，获得更大效益。

1 硫酸软骨素的传统动物软骨生产工艺

1.1 碱提醇沉法

碱提醇沉法是目前企业采用的主要生产方法，常用的有猪牛羊、禽类及鲨鱼的软骨，原料不同，生产工艺略有差异，其主要生产流程为：软骨→高温蒸煮→烘干粉碎→5%氢氧化钠浸提→盐酸调pH值→离心过滤→乙醇沉淀[3]。此法操作简易，生产成本低，但由于氢氧化钠、盐酸和乙醇的大量使用，导致污染严重，能耗较高，而且此法容易产生氢氧化钠的过度水解以及蛋白残留高等问题，此法得到的硫酸软骨素纯度一般在90%以下，难以达到出口要求，而且澄清度也很难合格[4]。为了解决这一问题，近年来有些厂家采用了比较先进的酶解-超滤法和酶解-树脂法进行生产。

1.2 酶解-超滤法

酶解-超滤法是采用蛋白酶水解软骨中的特定蛋白质肽键，释放出CS，再通过超滤膜过滤，去除酶解液中的蛋白质、油脂、盐和小分子杂质，兼具纯化和浓缩的双重作用。Lignot等[4]首先采用此法从鳐鱼软骨中提取到了CS，证明此法是可行的。陆钊等[5]的进一步研究发现，超滤膜截留分子量为10 K、压力2.3 MPa、温度25 ℃、pH值为9时，分离效果较好，截留率可达97%。在实际生产中，如果超滤设备选择合适，操作得当，通过一次醇沉即可得到纯度90%以上的CS产品。此法的优点是减少了酸碱和乙醇的用量，环境成本相对较低，操作简单，生产周期短，产品纯度高；缺点是难以完全除去蛋白质杂质，而且在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，这使得超滤的应用受到一定程度的限制，同时此法由于采用了蛋白酶和超滤设备，所以成本相对于碱提醇沉法有所提高，同时对操作工人技能的要求也更高。

1.3 酶解-树脂法

酶解-树脂法是采用离子交换树脂对酶解液中的CS进行纯化的方法，在实际生产中可以采用阴离子交换树脂或阳离子交换树脂。如采用阳离子交换树脂，则蛋白质杂质被吸附在树脂上，使CS被洗脱；如采用阴离子交换树脂，则CS被吸附，蛋白质被洗脱，同时采用阴离子交换树脂还可以采用不同盐浓度进行梯度洗脱，获得不同分子量的糖氨聚糖分子[6]。一种典型的生产工艺流程是将软骨绞碎，用蛋白酶55 ℃保温水解20 h，再加盐酸中和至近中性，过滤，调整滤液中氯化钠浓度达到0.5 mol·L-1后，将溶液通过离子交换树脂柱吸附完毕，用0.5 mol·L-1的氯化钠溶液洗涤，再用 1.8 mol·L-1的氯化钠溶液洗脱，流速 2 L·h-1，洗脱液乙醇沉淀，收集沉淀，干燥，即得成品[7]。相较超滤法，树脂法的产品纯度更高，澄清度更好，但成本更高，生产规模也更小。

酶解-超滤法和酶解-树脂法都具有降低污染和能耗，提高产品质量的优点，因此，酶解-超滤法更适合大规模工业化生产。

2 硫酸软骨素的发酵法生产工艺

传统的CS生产方法原料都是动物软骨，原料来源受到限制，生产过程中不可避免地对环境造成污染，同时由于近年来禽流感等动物疾病的流行，动物来源的CS存在潜在的安全问题。研究发现，CS不仅存在于动物软骨，还以荚膜多糖的形式存在于某些微生物的细胞壁中，自然界的一些真菌或细菌能合成低聚合度的CS，所以用微生物发酵的方法生产CS逐渐受到重视，成为研究的热点。

微生物发酵法提取硫酸软骨素采用的主要菌株有巴斯德杆菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌3种。巴斯德杆菌具有致病性，所以目前的研究主要集中于大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。Cimini D等[8]以大肠杆菌K4为出发菌种，发酵液经过离心过滤后，用蛋白酶处理，再经透析后可得到果糖软骨素，果糖软骨素经过硫酸化修饰后即可得到硫酸软骨素，经工艺优化后产量由0.2 g·L-1提高到8 g·L-1。发酵法生产CS具有质量稳定、成本低、污染少、生产规模不受限制等优点，随着研究的不断深入，高产菌株不断开发，产量也会越来越高，在将来有望替代动物软骨生产法。

3 结语

随着CS药理研究的不断深入，CS的应用领域越来越广，市场需求越来越大。采用酶解-超滤法或酶解-树脂法是目前生产CS的主流趋势，生产企业应该尽快根据自身实际情况选择适合的生产方法，以降低成本，提高产品质量。同时，发酵法生产CS具有广阔的前景，待取得技术突破后势必会替代目前传统的动物软骨生产方法，所以生产企业对此也要有所准备。